晶闸管电路及其应用

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1、 晶闸管又称可控硅（晶闸管又称可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier）是一种大功率半导体器）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件，它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。强电领域。晶闸管具有晶闸管具有体积小、重量轻、无噪声、寿体积小、重量轻、无噪声、寿命长、命长、容量大等特点。容量大等特点。一一.晶闸管晶闸管1.基本结构基本结构P1P2N1N2四四 层层 半半 导导 体体K（阴极）（阴极）G（控制极）（控制极）A（阳极）（阳极）三三 个个 PN结结AKG符号符号螺栓式结构螺栓式结构平板式结构平板式结构小电流小电流螺栓式螺栓式大

2、电流螺大电流螺栓式栓式晶闸管不导通晶闸管不导通 无论控制极无论控制极G与阴极与阴极K之间是否加有电压，晶闸之间是否加有电压，晶闸管均不能导通。管均不能导通。2.工作原理工作原理P1P2N1N2N1P2AGK 控制极控制极G和阴极和阴极K之间不加正之间不加正向电压向电压 阳极阳极A和阴极和阴极K加反向电压加反向电压反偏反偏反偏反偏 阳极阳极A和阴极和阴极K加正向电压加正向电压正偏正偏正偏正偏反偏反偏 控制极控制极G和阴极和阴极K之间加正向之间加正向电压电压 正向电压足够大时，三个正向电压足够大时，三个PN结都正偏，晶闸管导通。结都正偏，晶闸管导通。KAGVT1VT2KAGVT1VT2RLUGUA

3、IG2IG2IG1正反馈正反馈 两个晶体管进两个晶体管进入饱和导通状态。入饱和导通状态。晶闸管导通后，晶闸管导通后，UAKC22GII C112B212G III 此时即使去掉控此时即使去掉控制极与阴极之间的制极与阴极之间的电压，由于本身的电压，由于本身的正反馈作用晶闸管正反馈作用晶闸管仍能维持导通。仍能维持导通。控制极电压控制极电压UG的作用仅的作用仅仅是触发晶闸管的导通仅是触发晶闸管的导通 晶闸管的晶闸管的导通条件导通条件为：为：阳极和阴极间加正向电压。阳极和阴极间加正向电压。控制极和阴极间加正向触发电压。控制极和阴极间加正向触发电压。阳极电流不小于维持电流。阳极电流不小于维持电流。阳极阳

4、极A加反向电压，或不加触发信号。加反向电压，或不加触发信号。晶闸管正向导通后，若令其关断，必须减小晶闸管正向导通后，若令其关断，必须减小UA（或使（或使UA反向），使晶闸管中电流小于维反向），使晶闸管中电流小于维持电流。持电流。晶闸管的晶闸管的截止条件截止条件为：为：UAKIAIHIFIG=0UBO导通导通UBR3.伏安特性伏安特性UFIG1IG2IG增加增加导通电压导通电压1V左右左右正向折正向折转电压转电压反向击反向击穿电压穿电压OUFRM:晶闸管晶闸管控制极开路且正向阻断情况下控制极开路且正向阻断情况下,允允许重复加在许重复加在晶闸管晶闸管两端的正向峰值电压。两端的正向峰值电压。一般取一

5、般取UFRM =80%UB0 。控制极开路时控制极开路时,允许重复作用在允许重复作用在晶闸管晶闸管元元 件上的反向峰值电压。件上的反向峰值电压。一般取一般取 URRM =80%UBR URRM：额定电压额定电压UN：取：取UFRM和和URRM 中较小的一个数中较小的一个数 值标为器件的额定电压。值标为器件的额定电压。)(sin21m0mFIttdII 环境温度为环境温度为4040 C C及及标准散热条件下，标准散热条件下，晶闸晶闸管处于管处于全导通时全导通时可以连续通过的工频正弦可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。半波电流的平均值。IF t 2 i如果正弦半波电流的最大值为如果正弦半波电流

6、的最大值为Im,则则额定电压额定电压,用百位或千位数表示用百位或千位数表示取取UFRM或或URRM较小者较小者额定正向平均电流额定正向平均电流(IF)晶闸管晶闸管K P普通型普通型如如KP5-7表示表示额定正向平均电流为额定正向平均电流为5A,额定电压为额定电压为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。2.可控整流电路的形式单相电路单相电路三相电路三相电路半波电路半波电路全波电路全波电路桥式电路桥式电路全控

7、桥式电路全控桥式电路半控桥式电路半控桥式电路半波电路半波电路桥式电路桥式电路全控桥式电路全控桥式电路半控桥式电路半控桥式电路(1)2To,0uuu。0,T2ouuu+T t1 2。uu,u T 0o:1t。0,To uuu t2uO晶晶闸闸管管不不导导通通。,0,0g1 ut t。uuu To,0gu tO tOuO 控制角控制角 t1 tuO tguO t22 tTuO导通角导通角tuU)d(212O)d(sin2212ttU2cos145.0LLOO RURUI2cos145.02U +TLeL tguO tTuO tOuO t1 tuO t22 +LTD+iL tOu tuO tTuO

8、2 tguOaRLD2T1b+T1T2RLuoD1D2+T1T2RLuoD1D2+bRLD1T2a tOu tuO tT1uO2 tguOtuU)d(1O )d(sin21ttUU 2cos19.0LRURUILOL2cos19.0 U两种常用可控整流电路两种常用可控整流电路电路电路特点特点该电路只用一只晶闸管，且其上该电路只用一只晶闸管，且其上 无反向电压。无反向电压。2.晶闸管和负载上的电流相同。晶闸管和负载上的电流相同。(1)uTD2D4u0RL+-+-电路电路特点特点 1.该电路接入电感性负载时，该电路接入电感性负载时，D1、D2 便起便起 续流二极管作用。续流二极管作用。(2)2.由

9、于由于T1的阳极和的阳极和T2的阴极相连，两管控的阴极相连，两管控 制极必须加独立的触发信号。制极必须加独立的触发信号。T1T2D1D2uuORL+-+-u2a2 u2bu2ct1t2ut o第二节第二节 单向桥式半控整流电路单向桥式半控整流电路 电阻性负载桥式可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一、电阻性负载桥式可控整流电路VH1VH2VD1VD2RLuou1.电路分析电路分析 u正半周正半周()a()b()电流方向电流方向L12abVHVDR 负半周负半周()a()b()L21baVHVDRab触发脉冲触

10、发脉冲uG引入控制极引入控制极VH1导通、导通、VD2导通导通uouVH2导通、导通、VD1导通导通+uou+2.工作波形工作波形tutuGtuot uVT1 OOOO233.参数计算参数计算o1=2sind()UUtt 1cos0.92U 整流输出电压平均值整流输出电压平均值 输出电流平均值输出电流平均值ooLL1 cos 0.92UUIRR 2U二极管和晶闸管承受的最高反相电压为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二、电感性负载桥式可控整流电路uVH1VH2VD1VD2VD3uoRLL 加续流二极加续流二极管管VD3后电路工后电路工作情况以及负载作情况以及负载上

11、电压和电阻性上电压和电阻性负载类似。负载类似。整流器件不导通时，由于电感储能，经续流整流器件不导通时，由于电感储能，经续流二极管，负载上的电流仍然存在。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。感性负载上的电流接近水平的直线。第三节第三节 触发电路触发电路 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路 集成触发电路集成触发电路一、单结晶体管触发电路一、单结晶体管触发电路晶闸管由阻断变为导通的条件：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在控制极和阴极间加上触发信号 触发信号的要求：触发信号的要求：触发脉冲要有足够

12、的功率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要有一定的宽度 触发脉冲必须与主电路同步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触发脉冲要有一定的相移范围1.单结晶体管的结构和特性单结晶体管的结构和特性b2（第二基极第二基极）b1（第一基极第一基极）NPPN结结e(发射极发射极)eb2b1结结 构构符符 号号ieueUVUPIVIPO单结晶体管的伏安特性单结晶体管的伏安特性eb2b1ueUbbieb1接正接正、b2接接负负 e与与b1间呈高阻态间呈高阻态 当当ueUbb时时 e与与b1间呈低阻态间呈低阻态UV、IV-谷点电压、电流谷点电压、电流维持单结管导通的最小电压、

13、电流。维持单结管导通的最小电压、电流。UP、IP-峰点电压、电流峰点电压、电流 单结管由截止变导通所需发射极电压。单结管由截止变导通所需发射极电压。uEUP 时单结管导通时单结管导通2.单结晶体管的弛张振荡电路单结晶体管的弛张振荡电路tuR1UVUPRR1CEuCuR1eb1b2uCtOOu1u2uZuCR2RRfxR1RWuWC3.同步振荡电路同步振荡电路整流整流 削波削波 弛张振弛张振荡电路荡电路触发触发脉冲脉冲u2uZUZuWuR1TOOOtttuC 改变电容改变电容C的充放电速度的充放电速度,可以改触发变可以改触发变脉冲周期脉冲周期T。二、集成触发电路二、集成触发电路1.KJ004型集

14、成电路型集成电路 KJ004外部引线图外部引线图123KJ00445678910111213141516正电源正电源负相输出负相输出13、14脉冲列脉冲列11、12脉冲宽脉冲宽比较比较同步输入同步输入地地负电源负电源锯齿波输出锯齿波输出锯齿波斜率调节锯齿波斜率调节正相输出正相输出 工作电路工作电路同步同步电压电压锯齿波锯齿波电压电压U9时时第四节第四节 晶闸管的串并联及其保护晶闸管的串并联及其保护 晶闸管的串并联晶闸管的串并联 晶闸管的过载保护电路晶闸管的过载保护电路一、晶闸管的串、并联一、晶闸管的串、并联1.晶闸管的并联应用晶闸管的并联应用 晶闸管并联可以分流。晶闸管并联可以分流。VH1VH

15、2RR 串电阻均流串电阻均流 电路简单，但电阻消耗电路简单，但电阻消耗功率，对动态均流不起作功率，对动态均流不起作用，只适用于小功率。用，只适用于小功率。串电抗均流串电抗均流VH1VH2 对静态、动态均流都对静态、动态均流都起作用。起作用。晶闸管不宜直接并联，晶闸管不宜直接并联，因特性不同容易造成分流因特性不同容易造成分流不均，从而烧坏器件。不均，从而烧坏器件。2.晶闸管的串联应用晶闸管的串联应用 晶闸管串联可以分压。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。造成分压不均，从而击穿器件。通常在晶闸管通常在晶闸管两端并联电

16、阻和阻两端并联电阻和阻容器件。容器件。二、晶闸管的过载保护二、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。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的过电流保护晶闸管产生过流的原因晶闸管产生过流的原因:负载短路或过载负载短路或过载 电路中某一晶闸管击穿或短路，造成其电路中某一晶闸管击穿或短路，造成其它器件过流它器件过流 触发电路不正常触发电路不正常 设置快速熔断器设置快速熔断器 FURFUFU 在输出端设置过流继电器及快速开关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，从利用过电流的信号，把触发脉冲移后，从而减小晶闸管的而减小晶闸管的 导通角或停止触发。导通角或停止触发。2.晶闸管的过电压保护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，也容过其反向击穿电压时，即使时间极短，也容易损坏。易损坏。产生过电压的原因：电路中积聚的电磁产生过电压的原因：电路中积聚的电磁能量消散不掉。能量消散不掉。通常采用通常采用 阻容保护装置，利用电容吸收过阻容保护装置，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。容中，然后由电阻消耗掉。