晶閘管電路及其應(yīng)用

晶閘管電路及其應(yīng)用第1頁/共34頁第一節(jié)晶閘管

基本結(jié)構(gòu)工作原理

伏安特性主要參數(shù)返回第2頁/共34頁返回

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)。第3頁/共34頁返回螺旋式結(jié)構(gòu)平板式結(jié)構(gòu)第4頁/共34頁返回一、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)第5頁/共34頁晶閘管不導(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。返回二、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。KAGVT1VT2第6頁/共34頁返回KAGVT1VT2RLUGUAIGβ2IGβ2IGβ1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?？刂茦O電壓UG的作用僅僅是觸發(fā)晶閘管的導(dǎo)通第7頁/共34頁晶閘管的導(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：返回第8頁/共34頁返回UAKIAIHINIG=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O第9頁/共34頁返回四、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。第10頁/共34頁返回

正向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UFRM：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UFRM

＝UBQ×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

＝UBQ×80%。額定電壓UD：取UFRM和URRM

中較小的一個(gè)數(shù)值標(biāo)為器件的額定電壓。第11頁/共34頁第二節(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返回第12頁/共34頁返回一、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+－第13頁/共34頁返回2.工作波形ωtuωtuGωtuoωtuVT1OOOOπ2π3π第14頁/共34頁返回3.參數(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第15頁/共34頁二、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。返回第16頁/共34頁第三節(jié)觸發(fā)電路

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路集成觸發(fā)電路返回第17頁/共34頁返回一、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第18頁/共34頁返回1.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)第19頁/共34頁返回ieueUVUPIVIPO單結(jié)晶體管的伏安特性eb2b1ueUbbieb1接正、b2接負(fù)

e與b1間呈高阻態(tài)當(dāng)ue>ηUbb時(shí)

e與b1間呈低阻態(tài)第20頁/共34頁返回UV、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)通第21頁/共34頁返回2.單結(jié)晶體管的弛張振蕩電路tuR1UVUPRR1CEuCuR1eb1b2uCtOO第22頁/共34頁返回u1u2uZuCR2RRfxR1RWuWC3.同步振蕩電路整流削波弛張振蕩電路觸發(fā)脈沖第23頁/共34頁返回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24頁/共34頁二、集成觸發(fā)電路返回1.KJ004型集成電路KJ004外部引線圖123KJ00445678910111213141516正電源負(fù)相輸出13、14脈沖列11、12脈沖寬比較同步輸入地負(fù)電源鋸齒波輸出鋸齒波斜率調(diào)節(jié)正相輸出第25頁/共34頁返回

工作電路同步電壓鋸齒波電壓U9>0.7V時(shí)第26頁/共34頁第四節(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)電路返回第27頁/共34頁返回一、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(duì)動(dòng)態(tài)均流不起作用，只適用于小功率。第28頁/共34頁返回

串電抗均流VH1VH2

對(duì)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。第29頁/共34頁返回2.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。第30頁/共34頁返回二、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)電路不正常第31頁/共34頁返回

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)利用過電流的信號(hào)，把觸發(fā)脈沖移后，從而減小晶閘管的導(dǎo)通角或停止觸發(fā)。第32頁