晶閘管及其應(yīng)用(課件

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1、第19章晶閘管及其應(yīng)用19.1晶閘管19.2可控整流電路19.3晶閘管的保護(hù)19.4單結(jié)晶體管觸發(fā)電路19.5應(yīng)用舉例本章要求1.了解晶閘管的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、特性和主要參數(shù)。2.理解可控整流電路的工作原理、掌握電壓平均值與控制角的關(guān)系。3.了解單結(jié)晶體管及其觸發(fā)電路的工作原理。第19章晶閘管及其應(yīng)用晶閘管(SiliconControlledRectifier)晶閘管是在晶體管基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種大功率半導(dǎo)體器件。晶閘管也像半導(dǎo)體二極管那樣具有單向?qū)щ娦?,但它的?dǎo)通時(shí)間是可控的,主要用于整流、逆變、調(diào)

2、壓及開關(guān)等方面。體積小、重量輕、效率高、動(dòng)作迅速、維修簡(jiǎn)單、操作方便、壽命長(zhǎng)、容量大(正向平均電流達(dá)千安、正向耐壓達(dá)數(shù)千伏)。優(yōu)點(diǎn):G控制極19.1晶閘管19.1.1基本結(jié)構(gòu)K陰極G陽(yáng)極AP1P2N1N2四層半導(dǎo)體晶閘管是具有三個(gè)PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu),其外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)如圖。(c)結(jié)構(gòu)KGA(b)符號(hào)(a)外形晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)三個(gè)PN結(jié)P1P2N1N2KGA晶閘管相當(dāng)于PNP和NPN型兩個(gè)晶體管的組合+KAT2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGKT1T219.1.2工作原理

3、A在極短時(shí)間內(nèi)使兩個(gè)三極管均飽和導(dǎo)通,此過程稱觸發(fā)導(dǎo)通。形成正反饋過程KGEA>0、EG>0EGEA+_R晶閘管導(dǎo)通后,去掉EG,依靠正反饋,仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。19.2.2工作原理GEA>0、EG>0KEA+_RT1T2EGA形成正反饋過程晶閘管導(dǎo)通的條件:1.晶閘管陽(yáng)極電路(陽(yáng)極與陰極之間)施加正向電壓。2.晶閘管控制電路(控制極與陰極之間)加正向電壓或正向脈沖(正向觸發(fā)電壓)。晶閘管導(dǎo)通后,控制極便失去作用。依靠正反饋,晶閘管仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管關(guān)斷的條件:1.必須使可控硅陽(yáng)極電流減小,直到正反

4、饋效應(yīng)不能維持。2.將陽(yáng)極電源斷開或者在晶閘管的陽(yáng)極和陰極間加反相電壓。正向特性反向特性URRMUFRMIG2>IG1>IG0UBRIFUBO正向轉(zhuǎn)折電壓IHoUIIG0IG1IG2+_+_反向轉(zhuǎn)折電壓正向平均電流維持電流?U19.1.3伏安特性19.1.4主要參數(shù)UFRM:正向重復(fù)峰值電壓(晶閘管耐壓值)晶閘管控制極開路且正向阻斷情況下,允許重復(fù)加在晶閘管兩端的正向峰值電壓。一般取UFRM=80%UB0。普通晶閘管UFRM為100V—3000V反向重復(fù)峰值電壓控制極開路時(shí),允許重復(fù)作用在晶閘管元件上的

5、反向峰值電壓。一般取URRM=80%UBR普通晶閘管URRM為100V—3000VURRM:正向平均電流環(huán)境溫度為40?C及標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下,晶閘管處于全導(dǎo)通時(shí)可以連續(xù)通過的工頻正弦半波電流的平均值。IF:IF?t?2?如果正弦半波電流的最大值為Im,則普通晶閘管IF為1A—1000A。UF:通態(tài)平均電壓(管壓降)在規(guī)定的條件下,通過正弦半波平均電流時(shí),晶閘管陽(yáng)、陰極間的電壓平均值。一般為1V左右。IH:維持電流在規(guī)定的環(huán)境和控制極斷路時(shí),晶閘管維持導(dǎo)通狀態(tài)所必須的最小電流。一般IH為幾十~一百多毫安。U

6、G、IG:控制極觸發(fā)電壓和電流室溫下,陽(yáng)極電壓為直流6V時(shí),使晶閘管完全導(dǎo)通所必須的最小控制極直流電壓、電流。一般UG為1到5V,IG為幾十到幾百毫安。晶閘管型號(hào)及其含義導(dǎo)通時(shí)平均電壓組別共九級(jí),用字母A~I表示0.4~1.2V額定電壓,用百位或千位數(shù)表示取UFRM或URRM較小者額定正向平均電流(IF)(晶閘管類型)P--普通晶閘管K--快速晶閘管S--雙向晶閘管晶閘管KP普通型如KP5-7表示額定正向平均電流為5A,額定電壓為700V。19.2可控整流電路19.2.1單相半波可控整流1.電阻性負(fù)載(

7、1)電路u>0時(shí):若ug=0,晶閘管不導(dǎo)通,u<0時(shí):晶閘管承受反向電壓不導(dǎo)通,uo=0,uT=u,故稱可控整流。控制極加觸發(fā)信號(hào),晶閘管承受正向電壓導(dǎo)通,?uuoRL+–+uT+––Tio(2)工作原理?t1?2?u<0時(shí):可控硅承受反向電壓不導(dǎo)通即:晶閘管反向阻斷加觸發(fā)信號(hào),晶閘管承受正向電壓導(dǎo)通?tOu>0時(shí):?tO?tO接電阻負(fù)載時(shí)單相半波可控整流電路電壓、電流波形??動(dòng)畫控制角?t1??tO?tO?t22??tO導(dǎo)通角(3)工作波形(4)整流輸出電壓及電流的平均值由公式可知:改變控制角?,可改

8、變輸出電壓Uo。2.電感性負(fù)載與續(xù)流二極管(1)電路當(dāng)電壓u過零后,由于電感反電動(dòng)勢(shì)的存在,晶閘管在一段時(shí)間內(nèi)仍維持導(dǎo)通,失去單向?qū)щ娮饔谩?uuoR+–+uT+––T???LeL?在電感性負(fù)載中,當(dāng)晶閘管剛觸發(fā)導(dǎo)通時(shí),電感元件上產(chǎn)生阻礙電流變化的感應(yīng)電勢(shì)(極性如圖),電流不能躍變,將由零逐漸上升(見波形)。?tO?tO?tO?t1??tO?t22???2)工作波形(未加續(xù)流二極管)?uuoR+–+uT+––LTioDiou>0時(shí):D反向截

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