汽車電工與電子技術(shù) 課件 項目7 晶閘管及其應用

項目7

晶閘管及其應用(8-3)晶閘管（Thyristor）[別名：可控硅（SCR)]

它是一種大功率半導體器件，出現(xiàn)于70年代。它的出現(xiàn)使半導體器件的應用由弱電領(lǐng)域擴展到強電領(lǐng)域。

體積小、重量輕、無噪聲、壽命長、容量大（正向平均電流達千安、正向耐壓達數(shù)千伏）、使用維護簡單。

特點種類

有普通型、雙向型、可關(guān)斷型和快速型等。應用領(lǐng)域逆變

可控整流（交流直流）斬波（直流交流）變頻（交流交流）（直流直流）此外還可作無觸點開關(guān)等(8-4)晶閘管的基礎知識1.

結(jié)構(gòu)A（陽極）P1P2N1PN結(jié)N2K（陰極）G（控制極）晶閘管外形內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖形符號a)塑封式小容量b)、c）型螺旋式中等容量d）平板式大容量AKGJ1J2J3(8-5)KAA工作原理分析示意圖AIG?IG??IGKAP1GT1T2GG兩種工作狀態(tài):導通與截止（阻斷）J1J3J2P2PPPN1NNNN2SBUG+-+-UARAIAT1T2GSBUG+--+UARAA導通截止T1T2+-+-UARAKAGSBUG阻斷工作過程UAK

>0

、UGK>0時T1導通T2導通形成正反饋一步導通，晶閘管迅速飽和導通；IB1=

IGIC2=

IB2=IB1IC1=?IB1=bIG=IB2UAK

<0

、UGK≥0時,晶閘管截止。KK正反饋T1進迅速飽和導通(8-6)（1）晶閘管開始工作時，UAK加反向電壓，或不加觸發(fā)信號（即UGK=0）；（2）晶閘管正向?qū)ê螅钇浣刂?，必須減小UAK，或加大回路電阻，使晶閘管中電流的正反饋效應不能維持。晶閘管導通后，去掉UGK，依靠正反饋，晶閘管仍維持導通狀態(tài)；晶閘管截止的條件：

晶閘管具有單向?qū)щ娦哉驅(qū)l件：A、K間加正向電壓，G、K間加觸發(fā)信號；晶閘管一旦導通，控制極失去作用。若使其關(guān)斷，必須降低UAK或加大回路電阻，把陽極電流減小到維持電流以下。結(jié)論(8-7)3.

(1)晶閘管伏安特性IG1=0AIG2IG3正向反向URRMIAIHITUDSMUDRMUAKURSM0IG3>IG2>IG1

正向特性：控制極開路時，隨UAK的加大，陽極電流逐漸增加。當U=UDSM時，晶閘管自動導通。UAK

—

陽極、陰極間的電壓I

—

陽極電流

反向特性：隨反向電壓增加，反向漏電流稍有增加，當U=URSM

時，反向擊穿。UDRM：斷態(tài)重復峰值電壓，一般

UDRM=80%UDSM,普通約為100V~3000V

。URRM：反向重復峰值電壓。一般URRM=80%URSM。普通約為100V~3000V。IT：額定正向平均電流。當環(huán)境溫度為40℃時,在電阻性負載，導電角不小于170o的電路中，晶閘管允許的最大平均電流。普通晶閘管IT1A~1000A。(2)①②

IH：維持電流。在室溫下，控制極開路、晶閘管被觸發(fā)導通后，維持導通狀態(tài)所必須的最小電流。一般為幾十到一百多毫安。③

UDSM：斷態(tài)不重復峰值電壓—正向轉(zhuǎn)折電壓。正常工作時,UAK應小于UDSM

。URSM：反向不重復峰值電壓。正常工作時，反向電壓必須小于URSM。⑧

④⑤⑥UT

：正向管壓降平均電壓。在規(guī)定的條件下，晶閘管導通電流為IT時，陽、陰兩極間的電壓平均值。一般約為1V。⑦UG、IG：控制極觸發(fā)電壓和電流。在室溫下，UAK為直流6V時，使晶閘管完全導通的最小控制極直流電壓、電流。一般UG為1到5V，IG為幾十到幾百毫安。(8-8)IT含義說明t

2

IT0iT晶閘管型號通態(tài)平均電壓（UT）額定電壓級別（UDRM）P—普通晶閘管K—快速晶閘管S—雙向晶閘管晶閘管晶閘管類型K額定通態(tài)平均電流（IT）(8-9)晶閘管電壓、電流級別額定通態(tài)電流（IT）通用系列為1、5、10、 20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A等14種規(guī)格。額定電壓（UDRM）通用系列為：1000V以下的每100V為一級，1000V到3000V的每200V為一級。通態(tài)平均電壓（UT）等級一般用A~I字母表示，由0.4~1.2V每0.1V為一級。(8-10)可控整流電路1.單相半波可控整流電路電阻性負載電路及工作原理

u2>0時，加上觸發(fā)電壓uG

，晶閘管導通。且uL

的大小隨uG

加入的時刻而變化；u2<0時，晶閘管不通，uL=0。故稱可控整流。u2uTuLAGKRL（1）u2uGuLuT

u1工作波形

：控制角

：導通角輸出電壓及電流的平均值tttt0000(8-11)（2）電感性負載電路及工作原理DuLu2uTu2正半周時晶閘管導通，u2過零后，由于電感反電動勢的存在，晶閘管在一定時間內(nèi)仍維持導通，失去單向?qū)щ娮饔谩稱為續(xù)流二極管,加入D的目的就是消除反電動勢的影響。Au1工作波形（不加續(xù)流二極管）

u2ttttuGuLuT加續(xù)流二極管后工作波形t

tILAVuLuT（3）電壓與電流的計算（加入續(xù)流二極管后的情況）負載中的電壓及電流ULAV=

ILAV當

L>>R時，ILAV在整個周期中可近似看做直流。RLGK(8-12)晶閘管電壓選擇步驟

根據(jù)電源電壓的峰值（U2M）,計算正、反向重復峰值電壓。一般取：UDRM

=URRM=（1.5~2）U2M

根據(jù)UDRM

、URRM選取晶閘管電壓的額定值晶閘管電流選擇ITM=（3~3.5）IT(8-13)ITAV=晶閘管的中電流IT=平均值:有效值:晶閘管的選擇晶閘管電壓>

（1.5~2）U2M晶閘管電流>

（1.5）×(8-14)單相全波可控整流電路電阻性負載橋式可控整流電路（1）電路及工作原理u2>0的導通路徑：u2+T1

RLD2

u2-T1T2D1D2RLuLu2+-T1T2D1D2RLuLu2-+u2<0的導通路徑：u2+T2

RLD1

u2-（2）工作波形tttt

u2uGuLuT1（3）輸出電壓及電流的平均值ULAV=ILAV=(8-15)電感性負載橋式可控整流電路u2T1T2D1D2DuLRL

該電路加續(xù)流二極管后電路工作情況以及負載上的電流、電壓和電阻性負載類似，請自行分析。兩種常用可控整流電路的特點電路特點u2TD2D1D4uLRLD3該電路只用一只晶閘管，且其上無反向電壓。晶閘管和負載上的電流相同。（1）電路組成晶閘管起調(diào)壓作用。（2）電路組成T1T2D1D2u2uLRL

該電路接入電感性負載時，D1、D2

便起續(xù)流二極管作用。由于T1的陽極和T2的陰極相連，兩管控制極必須加獨立的觸發(fā)信號。T1T2D1D2RuLu2E+-帶反電動勢負載的可控整流電路該電路的工作過程。畫出uL、iL的工作波形。觸發(fā)電路1.單結(jié)晶體管工作原理（發(fā)射極）B2B1PNEB2B1RB2RB1(1)結(jié)構(gòu)等效電路（2）工作原理B2RB1RB2B1AUBBuE<UA+UF=UP

時，PN結(jié)反偏，iE很小；uE

UP時，PN結(jié)正向?qū)?iE迅速增加。

PN結(jié)管內(nèi)基極體電阻

--分壓比(0.35~0.75)UP--峰點電壓UF--PN結(jié)正向?qū)▔航?第二基極)（第一基極）（3）特性和參數(shù)

UEUVIV負阻區(qū)：UE>UP后，大量空穴注入基區(qū)，致使IE增加、UE反而下降，出現(xiàn)負阻。IE0UV、IV

—谷點電壓、電流（維持單結(jié)管導通的最小電壓、電流。）UP—

峰點電壓（單結(jié)管由截止變導通所需發(fā)射極電壓。）E單結(jié)管符號EB2B1單結(jié)管重要特點UAUE<UV時單結(jié)管截止；UE>UP時單結(jié)管導通。iEEIP截止區(qū)UPRB1+RB2一般為2~15千歐。單結(jié)晶體管振蕩電路ucttuouvup振蕩波形R1R2RCUuCu0EUp-UD

隨電容的充電，uC逐漸升高。當uC

UP

時，單結(jié)管導通。然后電容放電，R2上便得到一個脈沖電壓。UP、UV

—峰點、谷點電壓UD

—PN結(jié)正向?qū)▔航?0

電容放電至uC

uV時，單結(jié)管重新關(guān)斷，使

u0

0。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路R1起溫度補償作用注意：R值不能選的太小，否則單結(jié)管不能關(guān)斷，電路亦不能振蕩。振蕩過程分析

利用單結(jié)晶體管的負阻特性和RC電路的充放電特性，組成頻率可變的振蕩電路。

單結(jié)管觸發(fā)的可控整流電路主電路u2uabU2MU2Mucb削波整流UZ波形關(guān)系udb電容充、放電ueb觸發(fā)脈沖UP-UDUPUVttttt00000uL0t輸出電壓u2>0的導通路徑：u3+(A)T1

RLD2

u3-(B)u2<0的導通路徑：u3+(B)

T2

RLD1

u3-(A)u1T1T2D1D2uLu3R2aR1RPCu2RbcdeDZ觸發(fā)電路RLuCAB思考題

單結(jié)管觸發(fā)的可控整流電路中，主電路和觸發(fā)電路為什么接在同一個變壓器上？觸發(fā)電路中，整流后為什么加穩(wěn)壓管？2.1.問題