1晶閘管電路及其應(yīng)用教材課程

第五章晶閘管電路及其應(yīng)用

第一節(jié)

晶閘管

第二節(jié)單相橋式半控整流電路

第三節(jié)觸發(fā)電路

第四節(jié)晶閘管的串并聯(lián)及其保護(hù)1第一節(jié)晶閘管

基本結(jié)構(gòu)

工作原理

伏安特性主要參數(shù)2晶閘管又稱可控硅（SCR)（SiliconControlledRectifier）是一種大功率半導(dǎo)體器件，它的出現(xiàn)使半導(dǎo)體器件由弱電領(lǐng)域擴(kuò)展到強(qiáng)電領(lǐng)域。晶閘管具有體積小、重量輕、無噪聲、壽命長、容量大（正向平均電流達(dá)千安、正向耐壓達(dá)數(shù)千伏）等特點(diǎn)。3一、基本結(jié)構(gòu)P1P2N1N2四層半導(dǎo)體K（陰極）G（控制極）A（陽極）三個(gè)PN結(jié)AKG符號(hào)5晶閘管不導(dǎo)通無論控制極G與陰極K之間是否加有電壓，晶閘管均不能導(dǎo)通。二、工作原理P1P2N1N2N1P2AGK控制極G和陰極K之間不加正向電壓陽極A和陰極K加反向電壓反偏反偏陽極A和陰極K加正向電壓正偏正偏反偏控制極G和陰極K之間加正向電壓正向電壓足夠大時(shí)，三個(gè)PN結(jié)都正偏，晶閘管導(dǎo)通。KAGVT1VT26KAGVT1VT2RLUGUAIGβ2IGβ2IGβ1正反饋兩個(gè)晶體管進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管導(dǎo)通后，UAK≈0.6～1.2V此時(shí)即使去掉控制極與陰極之間的電壓，由于本身的正反饋?zhàn)饔镁чl管仍能維持導(dǎo)通。控制極電壓UG的作用僅僅是觸發(fā)晶閘管的導(dǎo)通7晶閘管的導(dǎo)通條件為：①陽極和陰極間加正向電壓。②控制極和陰極間加正向觸發(fā)電壓。③陽極電流不小于維持電流。①陽極A加反向電壓，或不加觸發(fā)信號(hào)。②晶閘管正向?qū)ê?，若令其關(guān)斷，必須減小UA（或使UA反向），使晶閘管中電流小于維持電流。晶閘管的截止條件為：8UAKIAIHINIG=0UBO導(dǎo)通URO三、伏安特性△UIG1IG2IG增加導(dǎo)通電壓1V左右正向折轉(zhuǎn)電壓反向擊穿電壓O9四、主要參數(shù)通態(tài)平均電流IF：允許通過晶閘管陽極的工頻頻率正弦波半波電流的平均值。維持電流IH：在控制極開路的情況下，晶閘管維持導(dǎo)通時(shí)的最小陽極電流。正向電流小于IH時(shí)，管子自動(dòng)阻斷。觸發(fā)電壓UG和觸發(fā)電流IG：晶閘管從阻斷到完全導(dǎo)通所需要的最小的控制極直流電壓和電流。10正向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM：控制極開路的條件下，允許重復(fù)作用在晶閘管上的最大正向電壓。一般情況下UDRM

＝UBO×80%。反向重復(fù)峰值電壓URRM

：控制極開路的條件下，允許重復(fù)作用在晶閘管上的最大反向電壓。一般情況下URRM

＝UBO×80%。額定電壓UD：取UDRM和URRM

中較小的一個(gè)數(shù)值標(biāo)為器件的額定電壓。11

通態(tài)平均電壓（管壓降）UT(AV）:當(dāng)元件流過正弦半波的額定電流平均值和穩(wěn)定的額定結(jié)溫時(shí)，元件陽極與陰極之間電壓降的平均值稱為管壓降UT(AV）。管壓降越小，表明元件耗散功率越小，管子質(zhì)量越好。12普通晶閘管型號(hào)命名例如，KP200—5E，表示該元件額定電流為200A，額定電壓為500V，管壓降為0.7～0.8V的普通晶閘管。13第二節(jié)單向橋式半控整流電路電阻性負(fù)載橋式可控整流電路電感性負(fù)載橋式可控整流電路14電爐、電焊及白熾燈等均屬于電阻性負(fù)載。電阻性負(fù)載的特點(diǎn)是：負(fù)載兩端電壓波形和流過的電流波形相似，其電流、電壓均允許突變。單相半波可控整流電路電阻性負(fù)載15單相半波可控整流電路16屬于此類負(fù)載的，工業(yè)上如電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線圈、輸出串接平波電抗器（FilterReacter）的負(fù)載等。電感性負(fù)載不同于電阻性負(fù)載，為了便于分析，通常電阻與電感分開。單相半波可控整流電路電感性負(fù)載1718為了使過零變負(fù)時(shí)能及時(shí)地關(guān)斷晶閘管，使波形不出現(xiàn)負(fù)值，又能給電感線圈提供續(xù)流的旁路，可以在整流輸出端并聯(lián)二極管如圖所示。由于該二極管是為電感負(fù)載在晶閘管關(guān)斷時(shí)提供續(xù)流回路，故將此二極管簡稱續(xù)流管，用VD表示。19一、電阻性負(fù)載橋式可控整流電路VH1VH2VD1VD2RLuou1.電路分析u正半周(０～π)a(＋)b(－)電流方向負(fù)半周(π～２π)a(－)b(＋)ab觸發(fā)脈沖uG引入控制極VH1導(dǎo)通、VD2導(dǎo)通uo＝uVH2導(dǎo)通、VD1導(dǎo)通+－uo＝－u+－202.工作波形ωtuωtuGωtuoωtuVT1

OOOOπ2π3π213.參數(shù)計(jì)算整流輸出電壓平均值輸出電流平均值二極管和晶閘管承受的最高反相電壓為22二、電感性負(fù)載橋式可控整流電路uVH1VH2VD1VD2VD3uoRLL加續(xù)流二極管VD3后電路工作情況以及負(fù)載上電壓和電阻性負(fù)載類似。整流器件不導(dǎo)通時(shí)，由于電感儲(chǔ)能，經(jīng)續(xù)流二極管，負(fù)載上的電流仍然存在。感性負(fù)載上的電流接近水平的直線。23第三節(jié)觸發(fā)電路單結(jié)晶體管觸發(fā)電路集成觸發(fā)電路24一、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路晶閘管由阻斷變?yōu)閷?dǎo)通的條件：在陽極和陰極間加上正向電壓在控制極和陰極間加上觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)信號(hào)的要求：觸發(fā)脈沖要有足夠的功率觸發(fā)脈沖要有一定的寬度觸發(fā)脈沖必須與主電路同步觸發(fā)脈沖要有一定的相移范圍251.單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)和特性b2（第二基極）b1（第一基極）NPPN結(jié)e(發(fā)射極)eb2b1結(jié)構(gòu)符號(hào)26ieueUVUPIVIPO單結(jié)晶體管的伏安特性eb2b1ueUbbieb1接負(fù)、b2接正e與b1間呈高阻態(tài)當(dāng)ue>ηUbb時(shí)e與b1間呈低阻態(tài)27UV、IV--谷點(diǎn)電壓、電流維持單結(jié)管導(dǎo)通的最小電壓、電流。UP、IP--峰點(diǎn)電壓、電流單結(jié)管由截止變導(dǎo)通所需發(fā)射極電壓。

uE<UV

時(shí)單結(jié)管截止uE>UP

時(shí)單結(jié)管導(dǎo)通282.單結(jié)晶體管的弛張振蕩電路tuR1UVUPRR1CEuCuR1eb1b2uCtOO29u1u2uZuCR2RRfxR1RWuWC3.同步振蕩電路整流削波弛張振蕩電路觸發(fā)脈沖30u2uZUZuWuR1TOOOtttuC改變電容C的充放電速度,可以改觸發(fā)變脈沖周期T。31第四節(jié)晶閘管的串并聯(lián)及其保護(hù)晶閘管的串并聯(lián)晶閘管的過載保護(hù)電路32一、晶閘管的串、并聯(lián)1.晶閘管的并聯(lián)應(yīng)用晶閘管并聯(lián)可以分流。VH1VH2RR串電阻均流電路簡單，但電阻消耗功率，對動(dòng)態(tài)均流不起作用，只適用于小功率。33串電抗均流VH1VH2對靜態(tài)、動(dòng)態(tài)均流都起作用。晶閘管不宜直接并聯(lián)，因特性不同容易造成分流不均，從而燒壞器件。342.晶閘管的串聯(lián)應(yīng)用晶閘管串聯(lián)可以分壓。晶閘管不宜直接串聯(lián)，因特性不同容易造成分壓不均，從而擊穿器件。通常在晶閘管兩端并聯(lián)電阻和阻容器件。35二、晶閘管的過載保護(hù)晶閘管的主要缺點(diǎn)：過電流、過電壓能力很差。1.晶閘管的過電流保護(hù)晶閘管產(chǎn)生過流的原因:

負(fù)載短路或過載電路中某一晶閘管擊穿或短路，造成其它器件過流觸發(fā)電路不正常36設(shè)置快速熔斷器~FURFUFU在輸出端設(shè)置過流繼電器及快速開關(guān)

整流觸發(fā)脈沖相移保護(hù)利