第一節(jié)晶閘管

基本結構工作原理

伏安特性主要參數第一頁，共37頁。第一頁，共37頁。晶閘管又稱可控硅（SCR)（SiliconControlledRectifier）是一種大功率半導體器件，它的出現使半導體器件由弱電領域擴展到強電領域。晶閘管具有體積小、重量輕、無噪聲、壽命長、容量大（正向平均電流達千安、正向耐壓達數千伏）等特點。第二頁，共37頁。第二頁，共37頁。螺旋式結構平板式結構第三頁，共37頁。第三頁，共37頁。一、基本結構P1P2N1N2四層半導體K（陰極）G（控制極）A（陽極）三個PN結AKG符號第四頁，共37頁。第四頁，共37頁。晶閘管不導通無論控制極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，三個PN結都正偏，晶閘管導通。KAGVT1VT2第五頁，共37頁。第五頁，共37頁。KAGVT1VT2RLUGUAIGβ2IGβ2IGβ1正反饋兩個晶體管進入飽和導通狀態(tài)。晶閘管導通后，UAK≈0.6～1.2V此時即使去掉控制極與陰極之間的電壓，由于本身的正反饋作用晶閘管仍能維持導通?？刂茦O電壓UG的作用僅僅是觸發(fā)晶閘管的導通第六頁，共37頁。第六頁，共37頁。晶閘管的導通條件為：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。②晶閘管正向導通后，若令其關斷，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：第七頁，共37頁。第七頁，共37頁。UAKIAIHINIG=0UBO導通URO三、伏安特性△UIG1IG2IG增加導通電壓1V左右正向折轉電壓反向擊穿電壓O第八頁，共37頁。第八頁，共37頁。四、主要參數通態(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，晶閘管維持導通時的最小陽極電流。正向電流小于IH時，管子自動阻斷。觸發(fā)電壓UG和觸發(fā)電流IG：晶閘管從阻斷到完全導通所需要的最小的控制極直流電壓和電流。第九頁，共37頁。第九頁，共37頁。正向斷態(tài)重復峰值電壓UDRM：控制極開路的條件下，允許重復作用在晶閘管上的最大正向電壓。一般情況下UDRM＝UBO×80%。反向重復峰值電壓URRM：控制極開路的條件下，允許重復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中較小的一個數值標為器件的額定電壓。第十頁，共37頁。第十頁，共37頁。

通態(tài)平均電壓（管壓降）UT(AV）:當元件流過正弦半波的額定電流平均值和穩(wěn)定的額定結溫時，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，管子質量越好。第十一頁，共37頁。第十一頁，共37頁。普通晶閘管型號命名例如，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。第十二頁，共37頁。第十二頁，共37頁。第二節(jié)單向橋式半控整流電路電阻性負載橋式可控整流電路電感性負載橋式可控整流電路第十三頁，共37頁。第十三頁，共37頁。電爐、電焊及白熾燈等均屬于電阻性負載。電阻性負載的特點是：負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載第十四頁，共37頁。第十四頁，共37頁。單相半波可控整流電路第十五頁，共37頁。第十五頁，共37頁。屬于此類負載的，工業(yè)上如電動機的勵磁線圈、輸出串接平波電抗器（FilterReacter）的負載等。電感性負載不同于電阻性負載，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載第十六頁，共37頁。第十六頁，共37頁。第十七頁，共37頁。第十七頁，共37頁。為了使過零變負時能及時地關斷晶閘管，使波形不出現負值，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二極管如圖所示。由于該二極管是為電感負載在晶閘管關斷時提供續(xù)流回路，故將此二極管簡稱續(xù)流管，用VD表示。第十八頁，共37頁。第十八頁，共37頁。一、電阻性負載橋式可控整流電路VH1VH2VD1VD2RLuou1.電路分析u正半周(０～π)a(＋)b(－)電流方向負半周(π～２π)a(－)b(＋)ab觸發(fā)脈沖uG引入控制極VH1導通、VD2導通uo＝uVH2導通、VD1導通+－uo＝－u+－第十九頁，共37頁。第十九頁，共37頁。2.工作波形ωtuωtuGωtuoωtuVT1OOOOπ2π3π第二十頁，共37頁。第二十頁，共37頁。3.參數計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第二十一頁，共37頁。第二十一頁，共37頁。二、電感性負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載上電壓和電阻性負載類似。整流器件不導通時，由于電感儲能，經續(xù)流二極管，負載上的電流仍然存在。感性負載上的電流接近水平的直線。第二十二頁，共37頁。第二十二頁，共37頁。第三節(jié)觸發(fā)電路單結晶體管觸發(fā)電路集成觸發(fā)電路第二十三頁，共37頁。第二十三頁，共37頁。一、單結晶體管觸發(fā)電路晶閘管由阻斷變?yōu)閷ǖ臈l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)信號觸發(fā)信號的要求：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第二十四頁，共37頁。第二十四頁，共37頁。1.單結晶體管的結構和特性b2（第二基極）b1（第一基極）NPPN結e(發(fā)射極)eb2b1結構符號第二十五頁，共37頁。第二十五頁，共37頁。ieueUVUPIVIPO單結晶體管的伏安特性eb2b1ueUbbieb1接負、b2接正e與b1間呈高阻態(tài)當ue>ηUbb時e與b1間呈低阻態(tài)第二十六頁，共37頁。第二十六頁，共37頁。UV、IV--谷點電壓、電流維持單結管導通的最小電壓、電流。UP、IP--峰點電壓、電流單結管由截止變導通所需發(fā)射極電壓。

uE<UV

時單結管截止uE>UP

時單結管導通第二十七頁，共37頁。第二十七頁，共37頁。2.單結晶體管的弛張振蕩電路tuR1UVUPRR1CEuCuR1eb1b2uCtOO第二十八頁，共37頁。第二十八頁，共37頁。u1u2uZuCR2RRfxR1RWuWC3.同步振蕩電路整流削波弛張振蕩電路觸發(fā)脈沖第二十九頁，共37頁。第二十九頁，共37頁。u2uZUZuWuR1TOOOtttuC改變電容C的充放電速度,可以改觸發(fā)變脈沖周期T。第三十頁，共37頁。第三十頁，共37頁。第四節(jié)晶閘管的串并聯及其保護晶閘管的串并聯晶閘管的過載保護電路第三十一頁，共37頁。第三十一頁，共37頁。一、晶閘管的串、并聯1.晶閘管的并聯應用晶閘管并聯可以分流。VH1VH2RR串電阻均流電路簡單，但電阻消耗功率，對動態(tài)均流不起作用，只適用于小功率。第三十二頁，共37頁。第三十二頁，共37頁。串電抗均流VH1VH2對靜態(tài)、動態(tài)均流都起作用。晶閘管不宜直接并聯，因特性不同容易造成分流不均，從而燒壞器件。第三十三頁，共37頁。第三十三頁，共37頁。2.晶閘管的串聯應用晶閘管串聯可以分壓。晶閘管不宜直接串聯，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電阻和阻容器件。第三十四頁，共37頁。第三十四頁，共37頁。二、晶閘管的過載保護晶閘管的主要缺點：過電流、過電壓能力很差。1.晶閘管的過電流保護晶閘管產生過流的原因:負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)電路不正常第三十五頁，共37頁。第三十五頁，共37頁。設置快速熔斷器~FURFUFU在輸出端設置過流繼電器及快速開關整流觸發(fā)脈沖相移保護利用過電流的信號，把觸發(fā)脈