2019年晶闸管的应用.ppt

晶闸管又称可控硅（SCR)（SiliconControlledRectifier）是一种大功率半导体器件，它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。晶闸管具有体积小、重量轻、无噪声、寿命长、容量大等特点。一.晶闸管1.基本结构P1P2N1N2四层半导体K（阴极）G（控制极）A（阳极）三个PN结AKG符号螺栓式结构平板式结构小电流螺栓式大电流螺栓式晶闸管不导通无论控制极G与阴极K之间是否加有电压，晶闸管均不能导通。2.工作原理P1P2N1N2N1P2AGK•控制极G和阴极K之间不加正向电压阳极A和阴极K加反向电压反偏反偏阳极A和阴极K加正向电压正偏正偏反偏•控制极G和阴极K之间加正向电压正向电压足够大时，三个PN结都正偏，晶闸管导通。KAGVT1VT2KAGVT1VT2RLUGUAIGβ2IGβ2IGβ1正反馈两个晶体管进入饱和导通状态。晶闸管导通后，UAK≈0.6～1.2VC22GIIC112B212GIII此时即使去掉控制极与阴极之间的电压，由于本身的正反馈作用晶闸管仍能维持导通。控制极电压UG的作用仅仅是触发晶闸管的导通晶闸管的导通条件为：①阳极和阴极间加正向电压。②控制极和阴极间加正向触发电压。③阳极电流不小于维持电流。①阳极A加反向电压，或不加触发信号。②晶闸管正向导通后，若令其关断，必须减小UA（或使UA反向），使晶闸管中电流小于维持电流。晶闸管的截止条件为：UAKIAIHIFIG=0UBO导通UBR3.伏安特性UFIG1IG2IG增加导通电压1V左右正向折转电压反向击穿电压O4.主要参数UFRM:正向重复峰值电压（晶闸管耐压值）晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。一般取UFRM=80%UB0。反向重复峰值电压控制极开路时,允许重复作用在晶闸管元件上的反向峰值电压。一般取URRM=80%UBRURRM：额定电压UN：取UFRM和URRM中较小的一个数值标为器件的额定电压。π)(sinπ21mπ0mFIttdII正向平均电流环境温度为40C及标准散热条件下，晶闸管处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。IF：IFt2i如果正弦半波电流的最大值为Im,则UF:通态平均电压（管压降）在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、阴极间的电压平均值。一般为1V左右。IH:维持电流在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导通状态所必须的最小电流。一般IH为几十~一百多毫安。UGK、IG：控制极触发电压和电流室温下，阳极电压为直流6V时，使晶闸管完全导通所必须的最小控制极直流电压、电流。一般UG为1到5V，IG为几十到几百毫安。5.晶闸管型号及其含义导通时平均电压组别共九级,用字母A~I表示0.4~1.2V额定电压,用百位或千位数表示取UFRM或URRM较小者额定正向平均电流(IF)（晶闸管类型）P--普通晶闸管S--双向晶闸管晶闸管KP普通型如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V。1.什么是可控整流电路？在输入交流电压一定时，二极管整流电路输出的直流电压大小是固定的，一般不能任意调节，这种整流电流称为不可控整流电路。采用晶闸管整流电路可以把交流电转换为电压大小可以调节的直流电，故称为可控整流电路。二、可控整流电路2.可控整流电路的形式单相电路三相电路半波电路全波电路桥式电路全控桥式电路半控桥式电路半波电路桥式电路全控桥式电路半控桥式电路a.单相半波可控整流(1)电阻性负载u20时：若ug=0，晶闸管不导通，2To,0uuu。0,T2ouuuu20时:晶闸管承受反向电压不导通,uo=0,uT=u2，故称可控整流。控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导通，u2uoRL+–+uT+––Tiou1工作原理t12u20时:可控硅承受反向电压不导通。uu,uT0o即：晶闸管反向阻断:1t加触发信号，晶闸管承受正向电压导通。0,Touuut2uOu20时:晶闸管不导通。,0,~0g1ut。uuuTo,0gutOtOuO接电阻负载时单相半波可控整流电路电压、电流波形控制角t1tuOtguOt22tTuO导通角工作波形πtuUα)d(π212Oπα)d(sin2π212ttU2cosα145.0LLOORURUI2cosα145.02U整流输出电压及电流的平均值由公式可知：改变控制角，可改变输出电压Uo。（2）电感性负载当电压u过零后，由于电感反电动势的存在，晶闸管在一段时间内仍维持导通，失去单向导电作用。u2uoR+–+uT+––T⃝LeL⃝在电感性负载中,当晶闸管刚触发导通时，电感元件上产生阻碍电流变化的感应电势(极性如图)，电流不能跃变，将由零逐渐上升。u1tguOtTuOtOuOt1tuOt22工作波形uuoR+–+uT+––LTioDiou0时：D反向截止，不影响整流电路工作。u0时：D正向导通,晶闸管承受反向电压关断,电感元件L释放能量形成的电流经D构成回路(续流),负载电压uo波形与电阻性负载相同。（3）电感性负载(加续流二极管)+–工作波形(加续流二极管)iLtOutuOtTuO2tguOb.单相半控桥式整流电路(1).工作原理T1和D2承受正向电压。T1控制极加触发电压,则T1和D2导通，电流的通路为T1、T2晶闸管D1、D2晶体管aRLD2T1b(a)电压u为正半周时io+–+–T1T2RLuoD1D2au+–b此时，T2和D1均承受反向电压而截止。io+–+–T1T2RLuoD1D2au+–bT2和D1承受正向电压。T2控制极加触发电压,则T2和D1导通，电流的通路为(b)电压u为负半周时bRLD1T2a此时，T1和D2均承受反向电压而截止。tOutuOtT1uO3.工作波形2tguO4.输出电压及电流的平均值πtuUα)d(π1Oπαο)d(sin2π1ttUU2cosα19.0LRURUILOL2cosα19.0U两种常用可控整流电路电路特点1.该电路只用一只晶闸管，且其上无反向电压。2.晶闸管和负载上的电流相同。(1)uTD2D1D4u0RLD3+-+-电路特点1.该电路接入电感性负载时，D1、D2便起续流二极管作用。(2)20.2.3三相半波可控整流电路2.由于T1的阳极和T2的阴极相连，两管控制极必须加独立的触发信号。T1T2D1D2uuORL+-+-三相桥式半控整流电路u2a2u2bu2ct1t2utoTT1RLuoD3T2T3D2D1iocbau++––第二节单向桥式半控整流电路电阻性负载桥式可控整流电路电感性负载桥式可控整流电路一、电阻性负载桥式可控整流电路VH1VH2VD1VD2RLuou1.电路分析u正半周(０～π)a(＋)b(－)电流方向L12abVHVDR负半周(π～２π)a(－)b(＋)L21baVHVDRab触发脉冲uG引入控制极VH1导通、VD2导通uo＝uVH2导通、VD1导通+－uo＝－u+－2.工作波形ωtuωtuGωtuoωtuVT1OOOOπ2π3π3.参数计算πoα1=2sind()πUUtt1cos0.92U整流输出电压平均值输出电流平均值ooLL1cos0.92UUIRR＝2U二极管和晶闸管承受的最高反相电压为二、电感性负载桥式可控整流电路uVH1VH2VD1VD2VD3uoRLL加续流二极管VD3后电路工作情况以及负载上电压和电阻性负载类似。整流器件不导通时，由于电感储能，经续流二极管，负载上的电流仍然存在。感性负载上的电流接近水平的直线。第三节触发电路单结晶体管触发电路集成触发电路返回一、单结晶体管触发电路晶闸管由阻断变为导通的条件：在阳极和阴极间加上正向电压在控制极和阴极间加上触发信号触发信号的要求：触发脉冲要有足够的功率触发脉冲要有一定的宽度触发脉冲必须与主电路同步触发脉冲要有一定的相移范围返回1.单结晶体管的结构和特性b2（第二基极）b1（第一基极）NPPN结e(发射极)eb2b1结构符号返回ieueUVUPIVIPO单结晶体管的伏安特性eb2b1ueUbbieb1接正、b2接负e与b1间呈高阻态当ueηUbb时e与b1间呈低阻态返回UV、IV--谷点电压、电流维持单结管导通的最小电压、电流。UP、IP--峰点电压、电流单结管由截止变导通所需发射极电压。uEUV时单结管截止uEUP时单结管导通返回2.单结晶体管的弛张振荡电路tuR1UVUPRR1CEuCuR1eb1b2uCtOO返回u1u2uZuCR2RRfxR1RWuWC3.同步振荡电路整流削波弛张振荡电路触发脉冲返回u2uZUZuWuR1TOOOtttuC改变电容C的充放电速度,可以改触发变脉冲周期T。二、集成触发电路返回1.KJ004型集成电路KJ004外部引线图123KJ00445678910111213141516正电源负相输出13、14脉冲列11、12脉冲宽比较同步输入地负电源锯齿波输出锯齿波斜率调节正相输出返回工作电路同步电压锯齿波电压U90.7V时第四节晶闸管的串并联及其保护晶闸管的串并联晶闸管的过载保护电路返回返回一、晶闸管的串、并联1.晶闸管的并联应用晶闸管并联可以分流。VH1VH2RR串电阻均流电路简单，但电阻消耗功率，对动态均流不起作用，只适用于小功率。返回串电抗均流VH1VH2对静态、动态均流都起作用。晶闸管不宜直接并联，因特性不同容易造成分流不均，从而烧坏器件。返回2.晶闸管的串联应用晶闸管串联可以分压。晶闸管不宜直接串联，因特性不同容易造成分压不均，从而击穿器件。通常在晶闸管两端并联电阻和阻容器件。返回二、晶闸管的过载保护晶闸管的主要缺点：过电流、过电压能力很差。1.晶闸管的过电流保护晶闸管产生过流的原因:•负载短路或过载•电路中某一晶闸管击穿或短路，造成其它器件过流•触发电路不正常返回设置快速熔断器~FURFUFU在输出端设置过流继电器及快速开关整流触发脉冲相移保护利用过电流的信号，把触发脉冲移后，从而减小晶闸管的导通角或停止触发。返回2.晶闸管的过电压保护晶闸管承受过电压的能力极差，电压超过其反向击穿电压时，即使时间极短，也容易损坏。产生过电压的原因：电路中积聚的电磁能量消散不掉。通常采用阻容保护装置，利用电容吸收过压。即将过电压的能量变成电场能量储存到电容中，然后由电阻消耗掉。