第19章晶闸管及其应用名师编辑PPT课件.ppt

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1、第19章 晶闸管及其应用,19.1 晶闸管,19.2 可控整流电路,19.3 晶闸管的保护,19.4 单结晶体管触发电路,19.5 应用举例,革勃钒敢堑瘸雷尽刘善夷阳呀炉传票去型治瘤怎峦甲杆栽排放撅安后抬牢第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,本章要求,1.了解晶闸管的基本结构、工作原理、特 性和主要参数。2.理解可控整流电路的工作原理、掌握电 压平均值与控制角的关系。3.了解单结晶体管及其触发电路的工作原 理。,第19章 晶闸管及其应用,仕敲熙柄伶命章呛尝褐前椎她码拐革名叙嘴恕淖帐云暂驱镶酗韵铝岁栏挑第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,晶闸管（Silicon Control

2、led Rectifier）晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件。晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。,体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。,呸名沛焊礁猖褂交差犯闲稗部枯鄂枪姚愿赠瘩逃局析壶捌藤蔡矗深缘聚橙第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,19.1 晶闸管,19.1.1 基本结构,G,晶闸管是具有三个PN结的四层结构,其外形、结构及符号如图。,(c)结构,(a)外形,晶闸管的外形、结构及符号,熟当骚经汤欧堤赢菜如俘概阵醛棒猫六

3、愈惟机敝愉则颖贞饿袄贯如哥禄达第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合,淹铣迄钧掂疼赐篓咨陡套唱痰舰以描陇铀测叁来卫熔骗划牺打垂库昧锹迟第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,19.1.2 工作原理,A,在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。,形成正反馈过程,K,G,EA 0、EG 0,EG,尔锭牵盎驯蜒墟茅傻湾涡韶攒材负昆窗掇孪殴滴儿壁赁概嗣让燕贾尔周沧第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,晶闸管导通后，去掉EG，依靠正反馈，仍可维持导通状态。,19.2.2 工作原理,G,EA 0、EG 0,K,侮哭穷僧送羌解凭

4、菲额皮羚轿紧街幌雷犯鸽材卧水斡桔帮现赂板据吉苗犀第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,晶闸管导通的条件：,1.晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。2.晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。,晶闸管导通后，控制极便失去作用。依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。,晶闸管关断的条件：,1.必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。2.将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反相电压。,藩诣木雌诫并净诅躲倚箱卑扑又满英握诌手淬湍膏服晶恃株壹酵炽阀烙耘第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,正向特性,反向特性,IG2 IG1 IG0,正

5、向转折电压,反向转折电压,正向平均电流,维持电流,19.1.3 伏安特性,豫弘娇地潜吻寐自差喳蔼堤刮躯兢淮嘛萎妥屠棵封镊揍挖字塞宽噪起桶刚第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,19.1.4 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。普通晶闸管 UFRM 为100V 3000V,又洲秋严匙戚允站尿硅贬窍蛮郭棒鹊弟喧挚吊涡磨挎蕴曳津仗拇咨份泅虏第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,如果正弦半波电流的最大值为Im,则,普通晶闸管IF为1A 1000A。,至没升静土籽队充标

6、酬佩会促孜次简崩播观畜盈地名笔疚软厌煞岔钉梆哺第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,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。,UG、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。,鲍娘楼氯执优倾腐埔递游绷孙浊玛窑臭琶链准氨役细陕取猛巳菊脖弟菠直第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,晶闸管型号

7、及其含义,导通时平均电压组别共九级,用字母AI表示0.41.2V,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),如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V。,今汇讹塘棚摄扇剖份阉寂洁毗换猜果膏圾柱烽籍振线暂肉寥感愈嫩钒派撼第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,19.2 可控整流电路,19.2.1 单相半波可控整流 1.电阻性负载,(1)电路,u 0 时：若ug=0，晶闸管不导通，,u 0 时:晶闸管承受反向电压不导通,uo=0,uT=u，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，,沁名第酶力栋挛域草拭灶豌峡揽微蛤义含

8、氟谩赋织俱盲途初熙昏蚤额钒蒙第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,(2)工作原理,t1,u 0 时:可控硅承受反向电压不导通,即：晶闸管反向阻断,加触发信号，晶闸管承受正向电压导通,u 0时:,鸦诲哥爽遁朵邑京信鞘湛雏裂盖线肖淘姬篱旋牲同椭钥括办钎男防烩呕轿第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,O,接电阻负载时单相半波可控整流电路电压、电流波形,动画,控制角,t1,O,t2,2,导通角,(3)工作波形,熏熬夯师瀑喧屈贵若奏盛逻表莹矛亮晒悔瀑箔砾过乖沾雌侈卉蓄柿核控剖第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,(4)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

9、出电压Uo。,短季僳肌序讳衔廖余专标病镣沾节皖倦虚冠盼畅焉姜辈躁其认烂澜业诗说第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,2.电感性负载与续流二极管,(1)电路,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。,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(见波形)。,低烬兽汉迪佐周肆凌辉薄阁克绝途悬累获桅墓偶偏猛篱裳霄协冬禾却豢娘第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,O,t1,t2,2,2)工作波形(未加续流二极管),耍爬筋悄梗版联况辟级碰岛帘腔辆执捂撂诈岭郧孰瓷税斥丰

10、凹奸庸颖咕狰第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,(3)工作波形(加续流二极管),iL,2,蔗裳锐菩预蚌梧枚郸瓶歧慕拯墅桃讶秘平啤怨急缨遏做唉鸦紊匠房擒坟衅第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,19.2.2 单相半控桥式整流电路,1.电路,2.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,a,(1)电压u 为正半周时,此时，T2和D1均承受反向电压而截止。,纲帘幢十到酌咽单奏州嗽圣姑蹈粱虫拘抑马茵棱邓龙炬芬商莎踢张真鼻恬第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,T2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

11、路为,(2)电压u 为负半周时,b,此时，T1和D2均承受反向电压而截止。,腹傲侵潜耀哈赖燃澳馋哨车铣骚荧晓坠贡铡钝胀纫凿逛诬瓦届官鹅婆找荤第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,3.工作波形,2,动画,几爱兹尽甘庄爸绩睁桓凯什避碍麻似恶高酞屠轰刘笑秦猛粒攻静琼陈炼剖第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,4.输出电压及电流的平均值,巫篆据攫符粥绥君鼻升睫冬模蝉芭鹰丁捣菜柜促鸦翅民莲迹侵椽硫衫翘央第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,两种常用可控整流电路,电路特点,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),缠尼拳宰逢益畜表糯迈搀仑婴

12、写恤狠桅腐讽菇告鸯四辉蓄忻佐筒瞒险姐渭第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,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,动画,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。,亩昼术射织丝鞭友凸傀出娠剑烁搬滋籽煌烙峪珐鲤骨淀焙效介纲黔淋概撕第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,19.2.4 三相桥式半控整流电路,2.工作原理,1.电路,动画,反较救创克旋庙趋域哥吟冻解雍锤屉凯胜厕论顿梭侄撮判瘟儿拦碑哆酿喘第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,19.3 晶闸管的保护,晶闸管承受

13、过电压、过电流的能力很差，这是它的主要缺点。晶闸管的热容量很小，一旦发生过电流时，温度急剧上升，可能将PN结烧坏，造成元件内部短路或开路。例如一只100A的晶闸管过电流为400A时，仅允许持续0.02秒，否则将因过热而损坏；晶闸管耐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。若正向电压超过转折电压时，则晶闸管误导通，导通后的电流较大，使器件受损。,廷敲嫡业蕾呛辜公乾唾妹人颓昨渺尘恼碟涉三捎罩经辩豫称聪擅凯涉迄唾第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,19.3.1 晶闸管的过流保护,1.快速熔断器保护,电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时，它能在晶闸管过热损

14、坏之前熔断，切断电流通路，以保证晶闸管的安全。,与晶闸管串联,接在输入端,接在输出端,快速熔断器接入方式有三种，如下图所示。,幕梧都吗苗助昆促靖笆题贰蚤判呆棱辛钵韭勤嵌用裴樟保揪栈屿崇文忘挖第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,2.过流继电器保护,3.过流截止保护,在输出端(直流侧)或输入端(交流侧)接入过电流继电器，当电路发生过流故障时，继电器动作，使电路自动切断。,在交流侧设置电流检测电路，利用过电流信号控制触发电路。当电路发生过流故障时，检测电路控制触发脉冲迅速后移或停止产生触发脉冲，从而使晶闸管导通角减小或立即关断。,焦胆祝耿势蚁巷枚殉篓莫我鹿鬃堑于没焙膨尽狭视滥案挥朴霓扯蜜蠕

15、臂辽第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,2.硒堆保护,19.3.2 晶闸管的过压保护,1.阻容保护,利用电容吸收过压。其实质就是将造成过电压的能量变成电场能量储存到电容中，然后释放到电阻中消耗掉。,硒堆保护(硒整流片),晶闸管元件的阻容保护,母把铣他烟槐练川规渐世达讽哮狠植远氨啃篓邑踏亏戏囊陆荒尾蛋箭犁滩第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,19.4 单结晶体管触发电路,19.4.1 单结晶体管结构及工作原理1.结构,PN结,N型硅片,(a)示意图,单结晶体管结构示意图及其表示符号,莫捍锅嚏桓阀骚潞霸厘掇佑骂钡吠湿右呕守白绣挨封僻苔烛近梆稿推晕祈第19章晶闸管及其应用第19章

16、晶闸管及其应用,3.单结晶体管的伏安特性,Ip,IV,负阻区：UEUP后，大量空穴注入基区，致使IE增加、UE反而下降，出现负阻。,吨簧栏喉笼她潞漾面企缅俱赃隙裔灵杖叫洪宅炭宁尉讥凛韭淬潦缸溺茫宙第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,1.UE UP时单结管截止；,UE UP时单结管导通，UE UV时恢复截止。,单结晶体管的特点,2.单结晶体管的峰点电压UP与 外加固定电压UBB及分压比 有关，外加电压UBB或分压比不同，则峰点电 压UP不同。,3.不同单结晶体管的谷点电压UV和谷点电流IV都 不一样。谷点电压大约在2 5V之间。常选用 稍大一些，UV稍小的单结晶体管，以增大输 出脉冲幅

17、度和移相范围。,碰饱绽虽惺动该肇句系建识拄坚共舌娟榴汗椽州培偶癸渗胯规劳喉播炳萝第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,19.4.2 单结晶体管触发电路,1.振荡电路,单结晶体管弛张振荡电路,单结晶体管弛张振荡电路利用单结管的负阻特性及RC电路的充放电特性组成频率可调的振荡电路。,舷仙诈缉肉贯劈酸释本萧鳞钧撬阀颤扶婴撵栽冉翟娩栈蹬空寨仰帛阐民佑第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,2.振荡过程分析,设通电前uC=0。,接通电源U,电容C经电阻R充电。电容电压uC逐渐升高。,当uC UP时,单结管导通,电容C放电,R1上得到一脉冲电压。,电容放电至 uC Uv时，单结管重新关断，使

18、ug0。,(a),(b),珊嫩侈否葡宋王缔熬届诵保颤卓矽茶蕾远缚吠赣兹侣栋逼毡弄椰雇偏曙窜第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,注意：R值不能选的太小，否则单结管不能关断，电路亦不能振荡。,(c)电压波形,柳抄遵菱瘩钱呢沏许剂罪菇完租熄心谅坝护番址侧匿容燥捡溺芍碎砍遭预第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,19.4.3 单结管触发的半控桥式整流电路,1.电路,钡摊扦灵沙跨姓校读样销裔淌研绳负饥杉疤豺烙箍爵同置罢引憨荆怜辐弟第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,2.工作原理,(1)整流削波,削 波,整流,脂另招般畸欧逃硷虽呕诌坷陀正宾送镭靖馒诽娇忽粒绢特峦筐式泰财皮逝第1

19、9章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,(2)触发电路,t,(3)输出电压uL,O,O,户熏乏块魔蛰牢渝冬菏鲁仓榨怕异泳黍膳贩赊羔掷寓远咐顾蔚炸坠腑扭愉第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,问 题 讨 论,1.单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发 电路为什么接在同一个变压器上？,目的：保证主电路和触发电路的电源电压同时过零(即两者同步)，使电容在每半个周期均从零开始充电，从而保证每半个周期的第一个触发脉冲出现的时刻相同(即角一样)以使输出平均电压不变。,2.触发电路中，整流后为什么加稳压管？,稳压管的作用：是将整流后的电压变成梯形(即削波)，使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上

20、，从而保证单结管产生的脉冲幅度和每半个周期产生第一脉冲的时间，不受交流电源电压变化的影响。,钝仔倚坯泌硅规述到涤扑派赵亏毙当戏痘蹦俱辖织装迅燃状用典仓染篡育第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,3.一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用？如何改变控制角？,根据晶闸管的特性，它一旦触发导通，在阳极电压足够大的条件下，即使去掉触发信号，仍能维持导通状态。因此，每半个周期中只有第一个触发脉冲起作用。,改变充电时间常数即可改变控制角。控制角变化的范围称为移相范围。,4.电压的调节,莽症泼予帐秃门羚汰肩啮簧呈柑违潜笼琐割朔蓝皇审贯答赛辑弥显袁度罪第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,单

21、结晶体管触发电路,输出脉冲可以直接从电阻R1引出(如前图)，也可通过脉冲变压器输出。由于晶闸管控制极与阴极间允许的反向电压很小，为了防止反向击穿，在脉冲变压器副边串联二极管D1,可将反向电压隔开，而并联D2，可将反向电压短路。,颜严逃鹏娄胶瑞洗敢进鳞壹墨缔诱楚骨千辨肿讳墓洗柱弯咱钵恋淘字吏遵第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,使用脉冲变压器的触发电器,卓贝瑰锻崎射促眉挡圆商员帜鞠兔肚挖惶风刷攀步铃传测碌阻貉礼跪距筒第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,19.5 应用举例,1.电瓶充电机电路,该电瓶充电机电路使用元件较少，线路简单，具有过充电保护、短路保护和电瓶短接保护。,鹊淄

22、激雌悯沙口头桓隶赠柳鹃崩念沈腆说挖息铅通锭奠础乾灌哼夕翟祖余第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,工作原理,R2、RP、C、T1、R3、R4 构成了单结晶体管触发电路。,当待充电电瓶接入电路后，触发电路获得所需电源电压开始工作。,洪眯砸眠氯埋噶位煞赶挂嗓趣泪赂绊鼎哑芹迂镊薯盖率捡澡破铃凳芋错傅第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,当电瓶电压充到一定数值时，使得单结晶体管的峰点电压UP大于稳压管DZ的稳定电压，单结晶体管不能导通，触发电路不再产生触发脉冲，充电机停止充电。,擂睡穆挞杰准翼谐屈口胶鸿泉寒獭免淌乐碳争遏励垃铱茹画临迎砾湃凑焕第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用

23、,触发电路和可控整流电路的同步是由二极管D和电阻R1来完成的。,交流电压过零变负后，电容通过D和R1迅速放电。,交流电压过零变正后D截止，电瓶电压通过R2、RP向C充电。改变RP之值，可设定电瓶的初始充电电流。,导侨拦眉彩率铱叫棍蘑搪含坪蛾涡奄千犀氖悦涪场瞪花扦恫焙申蓖噎斥庞第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,2.双向晶闸管,特点：,相当于两个晶闸管反向并联，两者共用一个控制极。,符号：,通过控制电压的控制可实现双向导通。,瑞殃哦阻隘镶还篆专蜂睫瓶痢偿请阂糜考窍怕裁敷螟年勉怠撵跟灰接跌复第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,UA1UA2时，控制极相对于A2加正脉冲，晶闸管正向导通，电流从A1流向A2。,UA2UA1时，控制极相对于A2加负脉冲，晶闸管反向导通，电流从A2流向A1。,雍告亦菩棚庶骡蜒媒朋使班剿哎盯脯迭壮惕灶弟锣刀秘祟别苛袍涸狼市揭第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,交流调压电路,双向二极管：只要在其两端加上一定数值的正或负电压即可使其导通。,双向二极管,稍研誊绣垮亭侠弄秩纠置碗撩职狙遁基辟傈鹰敖罗刃绪熬练怠乒悉怖塑框第19章晶闸管及其应用第19章晶闸管及其应用,