第8章電源技術(shù)

1、 電 工 教 研 室 北北 京京 理理 工工 大大 學(xué)學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院SiO2結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖P型硅襯底型硅襯底源極源極S柵極柵極G漏極漏極D 襯底引線襯底引線BN+N+DBSG符號(hào)符號(hào)SiO2結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖N型硅襯底型硅襯底源極源極S柵極柵極G漏極漏極D 襯底引線襯底引線BP+P+DBSG符號(hào)符號(hào)結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖P型硅襯底型硅襯底源極源極S漏極漏極D 柵極柵極G襯底引線襯底引線B耗盡層耗盡層3. N溝道耗盡型溝道耗盡型 N+N+正離子正離子N N型溝道型溝道SiO2DBSG符號(hào)符號(hào) 制造時(shí)制造時(shí),在二氧化硅絕緣層中摻入大量的正離子，在二氧化硅絕緣層中摻入大量

2、的正離子，形成原始導(dǎo)電溝道。形成原始導(dǎo)電溝道。GDBS符號(hào)符號(hào)P溝道耗盡型溝道耗盡型 N溝道耗盡型溝道耗盡型 SiO2結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖P型硅襯底型硅襯底耗盡層耗盡層襯底引線襯底引線BN+N+SGDUDSID = 0 D與與S之間是兩個(gè)之間是兩個(gè)PN結(jié)反向串聯(lián)，結(jié)反向串聯(lián)，無論無論D與與S之間加之間加什么極性的電壓，什么極性的電壓，總有一個(gè)總有一個(gè)PN結(jié)是反結(jié)是反向偏置，漏極電流向偏置，漏極電流均接近于零。均接近于零。5.5.2 場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理P型硅襯底型硅襯底N+BSGD。耗盡層耗盡層ID = 0 由柵極指向襯底方由柵極指向襯底方向的電場(chǎng)使空穴向下移向的電場(chǎng)使空穴向下

3、移動(dòng)動(dòng),電子向上移電子向上移 動(dòng)動(dòng),在在P 型硅襯底的型硅襯底的 上表面形上表面形成耗盡層。成耗盡層。 仍然沒有漏仍然沒有漏極電流。極電流。 UGSN+N+UDSP型硅襯底型硅襯底N+BSGD。UDS耗盡層耗盡層ID 柵極下柵極下P型半導(dǎo)型半導(dǎo)體表面形成體表面形成N型導(dǎo)電型導(dǎo)電溝道，當(dāng)溝道，當(dāng)D、S加上加上正向電壓后可產(chǎn)生正向電壓后可產(chǎn)生漏極電流漏極電流ID 。 N型導(dǎo)電溝道N+N+UGS 通過控制通過控制ID。N型硅襯底型硅襯底N+BSGD。PMOS管結(jié)構(gòu)示意圖管結(jié)構(gòu)示意圖P溝道溝道PMOS管與管與NMOS管管互為對(duì)偶關(guān)系，使用互為對(duì)偶關(guān)系，使用時(shí)時(shí)UGS 、UDS的極性的極性也與也與NMO

4、S管相反。管相反。 P+P+UGSUDSID夾斷電壓夾斷電壓UGS(off)為正值，為正值， UGS 0時(shí)，導(dǎo)電溝道變寬；時(shí)，導(dǎo)電溝道變寬； UGS 0時(shí)導(dǎo)電溝道變窄時(shí)導(dǎo)電溝道變窄。為了使。為了使UGS能從能從ID=0開始控制開始控制 ID的大小，的大小， 應(yīng)使應(yīng)使UGS UGS(off)時(shí)管子導(dǎo)通，夾斷電壓時(shí)管子導(dǎo)通，夾斷電壓UGS(off)為負(fù)值。為負(fù)值。對(duì)于耗盡型對(duì)于耗盡型PMOS管：管：4321051015UGS =5V6V4V3V2VID /mAUDS =10V增強(qiáng)型增強(qiáng)型 NMOS 管的特性曲線管的特性曲線 0123飽和區(qū)飽和區(qū)擊穿區(qū)擊穿區(qū)可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)246UGS / V5

5、.5.3 場(chǎng)效應(yīng)管的場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線特性曲線UGs(th)輸出特性輸出特性轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 UDS / VID /mA（1）可變電阻區(qū)：）可變電阻區(qū)：UGS不變，不變，ID與與UDS成正比，漏源之成正比，漏源之間相當(dāng)于一個(gè)受間相當(dāng)于一個(gè)受UGS電壓控制的可變電阻。電壓控制的可變電阻。夾斷區(qū)夾斷區(qū)4321051015UGS =5V6V4V3V2VID /mAUDS =10V增強(qiáng)型增強(qiáng)型 NMOS 管的特性曲線管的特性曲線 0123飽和區(qū)飽和區(qū)擊穿區(qū)擊穿區(qū)可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)246UGS / VUGs(th)輸出特性輸出特性轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 UDS / VID /mA（2）飽和區(qū)（放大區(qū)）：）飽

6、和區(qū)（放大區(qū)）：UDS大于一定值，大于一定值， ID幾乎不隨幾乎不隨UDS變化，變化， ID 受受UGS的控制。相當(dāng)于電壓控制電流源。的控制。相當(dāng)于電壓控制電流源。夾斷區(qū)夾斷區(qū)4321051015UGS =5V6V4V3V2VID /mAUDS =10V增強(qiáng)型增強(qiáng)型 NMOS 管的特性曲線管的特性曲線 0123飽和區(qū)飽和區(qū)擊穿區(qū)擊穿區(qū)可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)246UGS / VUGs(th)輸出特性輸出特性轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 UDS / VID /mA（3）擊穿區(qū)：）擊穿區(qū)：UDS過大，過大，ID急劇增加。急劇增加。夾斷區(qū)夾斷區(qū)（4）夾斷區(qū)：）夾斷區(qū)： ，場(chǎng)效應(yīng)管截止，場(chǎng)效應(yīng)管截止，ID=04321

7、051015UGS =5V6V4V3V2VID /mAUDS =10V增強(qiáng)型增強(qiáng)型 NMOS 管的特性曲線管的特性曲線 0123飽和區(qū)飽和區(qū)擊穿區(qū)擊穿區(qū)可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)246UGS / VUGs(th)輸出特性輸出特性轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 UDS / VID /mA轉(zhuǎn)移特性：轉(zhuǎn)移特性：常數(shù)常數(shù) DS)(GSDUUfI 柵極對(duì)漏極電流的控制作用，場(chǎng)效應(yīng)柵極對(duì)漏極電流的控制作用，場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件。管是電壓控制器件。夾斷區(qū)夾斷區(qū)5.5.4 場(chǎng)效應(yīng)管的場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路微變等效電路SiO2P型硅襯底型硅襯底源極源極S柵極柵極G漏極漏極D 襯底引線襯底引線BN+N+DBSG符號(hào)符號(hào) 絕緣柵型場(chǎng)

8、效應(yīng)管的柵源之間為一層絕緣物質(zhì)，絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的柵源之間為一層絕緣物質(zhì)，即使在柵源之間加入電壓，柵源之間也沒有電流，管即使在柵源之間加入電壓，柵源之間也沒有電流，管子的輸入電阻很高，認(rèn)為柵源之間開路。子的輸入電阻很高，認(rèn)為柵源之間開路。5.5.4 場(chǎng)效應(yīng)管的場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路微變等效電路DBSG符號(hào)符號(hào)場(chǎng)效應(yīng)管工作在飽和區(qū)，表現(xiàn)出恒流特性，漏極電流的場(chǎng)效應(yīng)管工作在飽和區(qū)，表現(xiàn)出恒流特性，漏極電流的變化量變化量 ID與柵、源極間的電壓變化量與柵、源極間的電壓變化量 UGS成比例變化，成比例變化，即即gsmdGSmDugiUgI或或 場(chǎng)效應(yīng)管小信號(hào)的微變等效電路場(chǎng)效應(yīng)管小信號(hào)的微變等效電路g

9、m ugsidugs+ + udsDGS 輸出回路可等效為電壓控制的受控電流源。場(chǎng)效應(yīng)管輸出回路可等效為電壓控制的受控電流源。場(chǎng)效應(yīng)管小信號(hào)的微變等效電路如圖所示小信號(hào)的微變等效電路如圖所示在在UDS =0時(shí)，柵源電壓與柵極電流的比值，其值很高。時(shí)，柵源電壓與柵極電流的比值，其值很高。 指在一定的指在一定的UDS下，開始出現(xiàn)漏極電流所需的柵源電下，開始出現(xiàn)漏極電流所需的柵源電 壓。它是增強(qiáng)型壓。它是增強(qiáng)型MOS管的參數(shù)，管的參數(shù)，NMOS為正，為正，PMOS為負(fù)。為負(fù)。 指在一定的指在一定的UDS下，使漏極電流近似等于零時(shí)所需的下，使漏極電流近似等于零時(shí)所需的柵源電壓。是耗盡型柵源電壓。是耗盡

10、型MOS管的參數(shù)，管的參數(shù)，NMOS管是負(fù)值，管是負(fù)值，PMOS管是正值。管是正值。 UDS為常數(shù)時(shí)，漏極電流的微變量與引起這個(gè)變化的為常數(shù)時(shí)，漏極電流的微變量與引起這個(gè)變化的柵源電壓的微變量之比稱為跨導(dǎo)柵源電壓的微變量之比稱為跨導(dǎo),即即 另外，漏源極間的擊穿電壓另外，漏源極間的擊穿電壓U(BR)DS、柵源極間的擊、柵源極間的擊穿電壓穿電壓U(BR)GS以及漏極最大耗散功率以及漏極最大耗散功率PDM是管子的極限是管子的極限參數(shù)，使用時(shí)不可超過。參數(shù)，使用時(shí)不可超過。gm= ID / UGS UGS =常數(shù)常數(shù) 跨導(dǎo)是衡量場(chǎng)效應(yīng)管柵源電壓對(duì)漏極電流控制能跨導(dǎo)是衡量場(chǎng)效應(yīng)管柵源電壓對(duì)漏極電流控制能

11、力的一個(gè)重要參數(shù)。力的一個(gè)重要參數(shù)。 電力半導(dǎo)體器件是用來進(jìn)行電力半導(dǎo)體器件是用來進(jìn)行。它與前面介紹的半導(dǎo)體器件不同，一方面。它與前面介紹的半導(dǎo)體器件不同，一方面它必須要有高電壓，大電流的承受能力，另一方面必須以它必須要有高電壓，大電流的承受能力，另一方面必須以開關(guān)模式運(yùn)行。電力半導(dǎo)體器件有很多種類和不同的分類開關(guān)模式運(yùn)行。電力半導(dǎo)體器件有很多種類和不同的分類方式，按照開通、關(guān)斷控制方式可分為三大類：方式，按照開通、關(guān)斷控制方式可分為三大類：（1）。這是一類兩個(gè)極的器件，一端是正極，。這是一類兩個(gè)極的器件，一端是正極，另一端是負(fù)極，其開通和關(guān)斷由兩個(gè)極所加電壓來決定另一端是負(fù)極，其開通和關(guān)斷由

12、兩個(gè)極所加電壓來決定，常見的有大功率二極管、快速恢復(fù)二極管等。，常見的有大功率二極管、快速恢復(fù)二極管等。（2）。這類器件是三個(gè)極的器件，除了正負(fù)極。這類器件是三個(gè)極的器件，除了正負(fù)極外，還有一個(gè)控制極，它的開通可以通過控制極控制，外，還有一個(gè)控制極，它的開通可以通過控制極控制，但不能通過控制極控制關(guān)斷。這類器件主要有晶閘管。但不能通過控制極控制關(guān)斷。這類器件主要有晶閘管。 （3）。這類器件也是三個(gè)極的器件，控制極。這類器件也是三個(gè)極的器件，控制極不僅可以控制其開通，而且也能控制其關(guān)斷，這類器不僅可以控制其開通，而且也能控制其關(guān)斷，這類器件是電力半導(dǎo)體器件的主導(dǎo)方向，代表這類器件有控件是電力半導(dǎo)

13、體器件的主導(dǎo)方向，代表這類器件有控制極可關(guān)斷晶閘管制極可關(guān)斷晶閘管GTO，雙極型大功率晶體管，雙極型大功率晶體管BJT，絕緣柵型雙極晶體管絕緣柵型雙極晶體管IGBT等。等。晶閘管又稱可控硅（晶閘管又稱可控硅（SCR），是一種大功率半導(dǎo)體器件，），是一種大功率半導(dǎo)體器件，主要用于整流、逆變電路中，具有體積小，耐壓高的特點(diǎn)主要用于整流、逆變電路中，具有體積小，耐壓高的特點(diǎn)。5.6.1 晶閘管晶閘管晶閘管結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào)晶閘管結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào)P1P2N1N2J1J2J3KAGGAKTIA 晶閘管是一個(gè)晶閘管是一個(gè)PNPN四層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，有三個(gè)四層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，有三個(gè)PN結(jié)結(jié)J1、J2、J3

14、，引出三個(gè)極，分別為陽極，引出三個(gè)極，分別為陽極A，陰極，陰極K，控制，控制極極G。 當(dāng)晶閘管陽極當(dāng)晶閘管陽極A與陰極與陰極K兩端加正向電壓（兩端加正向電壓（uAK 0），J2結(jié)處于反向偏置狀態(tài)，器件結(jié)處于反向偏置狀態(tài)，器件A、K兩端仍不導(dǎo)通，兩端仍不導(dǎo)通，這種狀態(tài)稱為正向阻斷狀態(tài)。這種狀態(tài)稱為正向阻斷狀態(tài)。P1P2N1N2J1J2J3KAG 當(dāng)在晶閘管陽極當(dāng)在晶閘管陽極A與陰與陰極極 K 兩 端 加 反 向 電 壓 （兩 端 加 反 向 電 壓 （uAK 0），），J1、J3結(jié)處于反結(jié)處于反向偏置狀態(tài)，器件向偏置狀態(tài)，器件A、K兩兩端不導(dǎo)通，這種狀態(tài)稱為反端不導(dǎo)通，這種狀態(tài)稱為反向阻斷狀態(tài)。

15、向阻斷狀態(tài)。 并且即使電壓并且即使電壓uG消失，晶閘管仍可保持導(dǎo)通。因此消失，晶閘管仍可保持導(dǎo)通。因此控制極的作用只是使晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，導(dǎo)通后控制極控制極的作用只是使晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，導(dǎo)通后控制極就失去了控制用。晶閘管導(dǎo)通時(shí)，陽極與陰極之間的就失去了控制用。晶閘管導(dǎo)通時(shí)，陽極與陰極之間的正向壓降一般為正向壓降一般為0.61.2V。 在這種情況下若在晶閘管在這種情況下若在晶閘管的控制極的控制極G與陰極與陰極K間加一個(gè)間加一個(gè)正向電壓正向電壓uG，又稱觸發(fā)電壓，又稱觸發(fā)電壓，且且uG 0，這個(gè)觸發(fā)電壓使晶閘，這個(gè)觸發(fā)電壓使晶閘管管A、K兩端導(dǎo)通，晶閘管一兩端導(dǎo)通，晶閘管一旦導(dǎo)通，就顯示出了與二極管旦

16、導(dǎo)通，就顯示出了與二極管類似的正向特性。類似的正向特性。P1P2N1N2J1J2J3KAG 若要關(guān)斷晶閘管，可減小陽極電流若要關(guān)斷晶閘管，可減小陽極電流IA到到維持電流維持電流IH以以下，使它由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)檎蜃钄酄顟B(tài)而關(guān)斷；或在陽極下，使它由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)檎蜃钄酄顟B(tài)而關(guān)斷；或在陽極與陰極之間加與陰極之間加反向電壓反向電壓，使其由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榉聪蜃钄酄睿蛊溆蓪?dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榉聪蜃钄酄顟B(tài)而關(guān)斷。態(tài)而關(guān)斷。 綜上所述，綜上所述，晶閘管的導(dǎo)通條件晶閘管的導(dǎo)通條件為：為：。晶閘。晶閘管的管的關(guān)斷條件關(guān)斷條件：。因此可將晶閘管看成是一個(gè)可控的單向?qū)щ婇_關(guān)。因此可將晶閘管看成是一個(gè)可控的單向?qū)щ婇_關(guān)。 。它

17、是可以。它是可以兩個(gè)方向控制導(dǎo)通的晶閘管兩個(gè)方向控制導(dǎo)通的晶閘管，其符號(hào)如圖所示。用，其符號(hào)如圖所示。用T1和和T2分別表示兩個(gè)極，分別表示兩個(gè)極，G仍為控仍為控制極。制極。GT1T2 實(shí)際上它相當(dāng)于兩個(gè)反向并聯(lián)晶閘管的組合，只是共實(shí)際上它相當(dāng)于兩個(gè)反向并聯(lián)晶閘管的組合，只是共用一個(gè)控制極，通過在控制極施加正負(fù)電壓來控制晶閘管用一個(gè)控制極，通過在控制極施加正負(fù)電壓來控制晶閘管的雙向?qū)?。的雙向?qū)āｋp向晶閘管雙向晶閘管GT1T2T2T1G通常通常時(shí)，控制極與時(shí)，控制極與T1極間加正向電壓，即極間加正向電壓，即，雙向晶閘管為正向?qū)ǎ浑p向晶閘管為正向?qū)?；，在控制極與，在控制極與T1極間加反向控

18、制電壓，即極間加反向控制電壓，即，雙向晶閘管為反向?qū)ā?，雙向晶閘管為反向?qū)ā?晶閘管有兩個(gè)工作區(qū)域。當(dāng)晶閘管承受反向電壓，且大小低于反晶閘管有兩個(gè)工作區(qū)域。當(dāng)晶閘管承受反向電壓，且大小低于反向擊穿電壓向擊穿電壓UBR時(shí)，僅有極小的反向漏電電流，與二極管的反向特時(shí)，僅有極小的反向漏電電流，與二極管的反向特性類似。這時(shí)無論控制極是否有正向電壓，晶閘管均不會(huì)導(dǎo)通，處性類似。這時(shí)無論控制極是否有正向電壓，晶閘管均不會(huì)導(dǎo)通，處于反向阻斷狀態(tài)。于反向阻斷狀態(tài)。晶閘管的特性曲線晶閘管的特性曲線IAUAKUBRUDSMIG=0IG1IG2IH0 當(dāng)反向電壓超過一定值并達(dá)到反向擊穿電壓時(shí)，會(huì)使反向當(dāng)反向電壓

19、超過一定值并達(dá)到反向擊穿電壓時(shí)，會(huì)使反向漏電電流急劇增大，導(dǎo)致晶閘管損壞。漏電電流急劇增大，導(dǎo)致晶閘管損壞。IAUAKUBRUDSMIG=0IG1IG2IH0 當(dāng)晶閘管兩端加入正向電壓、而控制極未加電壓時(shí)，當(dāng)晶閘管兩端加入正向電壓、而控制極未加電壓時(shí)，IG0，晶，晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)，只有很小的正向漏電電流閘管處于正向阻斷狀態(tài)，只有很小的正向漏電電流IA。若晶閘管兩。若晶閘管兩端正向電壓增加到某一數(shù)值時(shí)（端正向電壓增加到某一數(shù)值時(shí)（UDSM），電流），電流IA突然急劇增加，晶突然急劇增加，晶閘管在沒有控制極電壓作用下，由正向阻斷變?yōu)閷?dǎo)通，這個(gè)電壓閘管在沒有控制極電壓作用下，由正向阻斷變?yōu)閷?dǎo)通

20、，這個(gè)電壓UDSM稱為晶閘管的正向轉(zhuǎn)折電壓。稱為晶閘管的正向轉(zhuǎn)折電壓。 在正常工作時(shí)，一般不允許晶閘管上的正向電壓值達(dá)到在正常工作時(shí)，一般不允許晶閘管上的正向電壓值達(dá)到UDSM，因?yàn)檫@將失去晶閘管控制極的作用，同時(shí)這種導(dǎo)通方法容易造成晶因?yàn)檫@將失去晶閘管控制極的作用，同時(shí)這種導(dǎo)通方法容易造成晶閘管的損壞。閘管的損壞。IAUAKUBRUDSMIG=0IG1IG2IH0 若在控制極上加觸發(fā)電壓，則產(chǎn)生控制極電流，即若在控制極上加觸發(fā)電壓，則產(chǎn)生控制極電流，即IG 0，這會(huì)，這會(huì)降低轉(zhuǎn)折電壓，電流降低轉(zhuǎn)折電壓，電流IG越大，轉(zhuǎn)折電壓越低。電流越大，轉(zhuǎn)折電壓越低。電流IG從控制極流入從控制極流入晶閘管

21、、從陰晶閘管、從陰極流出晶閘管。極流出晶閘管。雙向晶閘管的特性曲線在第雙向晶閘管的特性曲線在第1和第和第3象限有對(duì)稱的伏安特性象限有對(duì)稱的伏安特性。雙向晶閘管特性曲線雙向晶閘管特性曲線IUIG=00（1） 正向重復(fù)峰值電壓正向重復(fù)峰值電壓UDRM UDRM是指控制極開路時(shí)，允許重復(fù)加在晶閘管上的是指控制極開路時(shí)，允許重復(fù)加在晶閘管上的最大正向電壓，通常最大正向電壓，通常UDRM0.8UDSM(2) 反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓URRM URRM是指控制極開路時(shí)，允許重復(fù)加在晶閘管上的是指控制極開路時(shí)，允許重復(fù)加在晶閘管上的最大反向電壓，通常最大反向電壓，通常URRM0.8UBR。普通晶閘管

22、的普通晶閘管的UDRM和和URRM的值為的值為1003000V。 (3) 額定正向平均電流額定正向平均電流IF IF是指在規(guī)定環(huán)境溫度和標(biāo)準(zhǔn)散熱及晶閘管全導(dǎo)通是指在規(guī)定環(huán)境溫度和標(biāo)準(zhǔn)散熱及晶閘管全導(dǎo)通條件下，允許晶閘管連續(xù)通過的工頻正弦半波在一個(gè)周期條件下，允許晶閘管連續(xù)通過的工頻正弦半波在一個(gè)周期內(nèi)的平均值即內(nèi)的平均值即 mm0Fsin21ItII（4） 維持電流維持電流IH IH是指在控制極開路和規(guī)定環(huán)境溫度下，維持晶間是指在控制極開路和規(guī)定環(huán)境溫度下，維持晶間管導(dǎo)通的最小電流。當(dāng)晶閘管正向電流小于管導(dǎo)通的最小電流。當(dāng)晶閘管正向電流小于IH時(shí)，晶閘管時(shí)，晶閘管將自行關(guān)閉。將自行關(guān)閉。（5）

23、 控制極觸發(fā)電流控制極觸發(fā)電流IG IG是指在室溫和陽、陰極之間直流電壓為是指在室溫和陽、陰極之間直流電壓為6V條件下條件下，使晶閘管完全導(dǎo)通所需的最小控制極直流電流，從幾毫，使晶閘管完全導(dǎo)通所需的最小控制極直流電流，從幾毫安至幾百毫安。安至幾百毫安。（6）控制極觸發(fā)電壓）控制極觸發(fā)電壓UG UG是指使晶閘管正向?qū)〞r(shí)，控制極所加電壓，是指使晶閘管正向?qū)〞r(shí)，控制極所加電壓，一般為一般為15V。5.6.2 晶閘管的應(yīng)用晶閘管的應(yīng)用(1) 電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載 當(dāng)電源電壓為正半周時(shí)，晶閘管當(dāng)電源電壓為正半周時(shí)，晶閘管T承受正向電壓，在承受正向電壓，在t1時(shí)刻，控制時(shí)刻，控制極加入觸發(fā)電壓極加入觸

24、發(fā)電壓uG，晶閘管從，晶閘管從t1時(shí)刻開始導(dǎo)通，導(dǎo)通后負(fù)載上輸出時(shí)刻開始導(dǎo)通，導(dǎo)通后負(fù)載上輸出電壓電壓uo。當(dāng)電壓。當(dāng)電壓u下降接近零時(shí)，晶閘管因正向電流小于維持電流下降接近零時(shí)，晶閘管因正向電流小于維持電流而關(guān)斷。而關(guān)斷。tUu sin2設(shè)電壓設(shè)電壓uo RLT+ uTu+ iou0t0tuo0tuTuGuuGt1t2ioiouo 在在u的負(fù)半周，晶閘管的負(fù)半周，晶閘管T承受反向電壓而阻斷。在下一個(gè)周期承受反向電壓而阻斷。在下一個(gè)周期的同一時(shí)刻再次加入觸發(fā)電壓，重復(fù)前一個(gè)周期的過程。的同一時(shí)刻再次加入觸發(fā)電壓，重復(fù)前一個(gè)周期的過程。u0t0tuo0tuTuGuuGt1t2ioiouo uo

25、RLT+ uTu+ io 稱為控制角稱為控制角，控制晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻，控制晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻， 稱為導(dǎo)通稱為導(dǎo)通角角。在單相半波整流電路中。在單相半波整流電路中 與與 的關(guān)系為的關(guān)系為 180 導(dǎo)通角越大，輸出電壓越高。整流電路輸出電壓平均值為導(dǎo)通角越大，輸出電壓越高。整流電路輸出電壓平均值為 2cos145.0sin221oUttdUU輸出電流平均值為輸出電流平均值為L(zhǎng)ooRUI oTII 整流元件中流過的電流平均值整流元件中流過的電流平均值 （2）電感性負(fù)載）電感性負(fù)載 由于電感的存在，使電流由于電感的存在，使電流io不能發(fā)生躍變。當(dāng)晶閘管剛觸發(fā)導(dǎo)不能發(fā)生躍變。當(dāng)晶閘管剛觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電流通時(shí)

26、，電流io將由將由0逐漸增加（因?yàn)殡姼性械母袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙電逐漸增加（因?yàn)殡姼性械母袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙電流變化）電流達(dá)到最大值的時(shí)間滯后于電壓流變化）電流達(dá)到最大值的時(shí)間滯后于電壓uo達(dá)到最大值的時(shí)間。達(dá)到最大值的時(shí)間。當(dāng)電壓下降到零后，電流當(dāng)電壓下降到零后，電流io并不為零，在并不為零，在u變?yōu)樨?fù)值以后仍能使晶閘變?yōu)樨?fù)值以后仍能使晶閘管導(dǎo)通，這時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于電壓管導(dǎo)通，這時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于電壓u，且極性仍使晶閘管導(dǎo)通，只，且極性仍使晶閘管導(dǎo)通，只有當(dāng)有當(dāng)io降低到維持電流以下時(shí)，晶閘管才關(guān)斷。降低到維持電流以下時(shí)，晶閘管才關(guān)斷。 感性負(fù)載半波可控整流電路感性負(fù)載半波可控整流電路uoRLT+

27、uTu + io（a）L（b）u0t0tuo0tuTuGuuGt1t2ioiouo 在交流電壓在交流電壓u進(jìn)入負(fù)半周以后，出現(xiàn)了一段晶閘管進(jìn)入負(fù)半周以后，出現(xiàn)了一段晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間，使輸出電壓導(dǎo)通的時(shí)間，使輸出電壓uo出現(xiàn)了負(fù)值。電感越大，出現(xiàn)了負(fù)值。電感越大，uo出現(xiàn)負(fù)值的時(shí)間越長(zhǎng)，這樣會(huì)使輸出電壓出現(xiàn)負(fù)值的時(shí)間越長(zhǎng)，這樣會(huì)使輸出電壓uo的平均值下的平均值下降。降。 為了避免這種情況出現(xiàn)，通常是在感性負(fù)載兩端并聯(lián)為了避免這種情況出現(xiàn)，通常是在感性負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)二極管（稱續(xù)流二極管）。當(dāng)一個(gè)二極管（稱續(xù)流二極管）。當(dāng)u為正半周時(shí)，二極管為正半周時(shí)，二極管D截止。當(dāng)截止。當(dāng)u為負(fù)半周時(shí)，二極管

28、為負(fù)半周時(shí)，二極管D兩端承受正向偏壓而導(dǎo)兩端承受正向偏壓而導(dǎo)通，這時(shí)負(fù)載電流通，這時(shí)負(fù)載電流io（由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的）經(jīng)二極管形（由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的）經(jīng)二極管形成回路，則輸出電壓近似為零，晶閘管因承受反向電壓而成回路，則輸出電壓近似為零，晶閘管因承受反向電壓而關(guān)斷，關(guān)斷， （b）u0t0tuo0tuTuGuuGt1t2ioiououoRLT+ uTu + io（a）LD有續(xù)流二極管的感性負(fù)載半波可控整流電路有續(xù)流二極管的感性負(fù)載半波可控整流電路 （1）電阻性負(fù)載）電阻性負(fù)載 將單相橋式整流電路的兩個(gè)二極管用晶閘管替代，即將單相橋式整流電路的兩個(gè)二極管用晶閘管替代，即構(gòu)成了單相半控橋式整流電路。

29、構(gòu)成了單相半控橋式整流電路。單相半控橋電阻性負(fù)載整流電路單相半控橋電阻性負(fù)載整流電路 當(dāng)電壓當(dāng)電壓u為正半周時(shí)，為正半周時(shí)，T1、D2承受正向偏壓，若在承受正向偏壓，若在t1時(shí)刻對(duì)晶閘管時(shí)刻對(duì)晶閘管T1的控制極的控制極加入觸發(fā)電壓，則加入觸發(fā)電壓，則T1和和D2導(dǎo)導(dǎo)通，通，形成輸出電壓形成輸出電壓uo（上（上“”下下“”），此時(shí)），此時(shí)T2和和D1承受反向偏壓而截止。承受反向偏壓而截止。 uoioRLau + T1T2D1D2buuG0t0tuo0tuT1uuGt1t2ioiouo 當(dāng)當(dāng)u為負(fù)半周時(shí)。為負(fù)半周時(shí)。T2和和D1承受正向偏壓。在承受正向偏壓。在t2時(shí)刻對(duì)晶閘管時(shí)刻對(duì)晶閘管T2加入觸

30、發(fā)電壓，則加入觸發(fā)電壓，則T2和和D1導(dǎo)通，導(dǎo)通，形成輸出電壓形成輸出電壓uo（仍為上（仍為上“”下下“”）。此時(shí)）。此時(shí)T1和和D2承受反向偏壓而截止。承受反向偏壓而截止。 RLau + T1T2D1D2buoio整流電路接電阻性負(fù)載時(shí)的輸出電壓平均值為整流電路接電阻性負(fù)載時(shí)的輸出電壓平均值為 )cos1(2sin21oUttdUU2cos19 .0o UU輸出電流平均值為輸出電流平均值為 LooRUI 2oDTIII U2整流元件中流過電流的平均值為整流元件中流過電流的平均值為 晶閘管和二極管所承受的最大正向電壓和反向電壓晶閘管和二極管所承受的最大正向電壓和反向電壓均為均為 （2）電感性負(fù)

31、載）電感性負(fù)載單相半控橋電感性負(fù)載整流電路單相半控橋電感性負(fù)載整流電路uoioRLu + T1T2D1D2LDu0t0tuouuGt1t2ioiouo u uGLooRUI U2 晶閘管和二極管所承受的最大正向電壓和反向電壓晶閘管和二極管所承受的最大正向電壓和反向電壓均為均為uo平均值平均值 2cos19 .0o UU負(fù)載電流負(fù)載電流Io的平均值仍為的平均值仍為 由以上分析可以看出控制角由以上分析可以看出控制角 增大，輸出電壓平均值減增大，輸出電壓平均值減小，控制角小，控制角 減小，輸出電壓平均值增加。改變控制角減小，輸出電壓平均值增加。改變控制角 ，就改變了輸出電壓的大小。，就改變了輸出電壓

32、的大小。例例 單相半控橋電阻性負(fù)載整流電路，若單相半控橋電阻性負(fù)載整流電路，若RL10 ，U90V，試求，試求 30 時(shí)，整流電壓平均值時(shí)，整流電壓平均值Uo和整流電流平均和整流電流平均值值Io及整流元件所承受的最大反向電壓。及整流元件所承受的最大反向電壓。最大反向電壓最大反向電壓 V57.75230cos1909 .02cos19 .0o UUA557.71057.75Loo RUIV28.1279022RM UU解解 晶閘管是工作在開關(guān)狀態(tài)，存在著產(chǎn)生高電壓，大電流晶閘管是工作在開關(guān)狀態(tài)，存在著產(chǎn)生高電壓，大電流沖擊的可能，因此要在電路中加入保護(hù)環(huán)節(jié)，避免造成晶沖擊的可能，因此要在電路中加

33、入保護(hù)環(huán)節(jié)，避免造成晶閘管的損壞。對(duì)晶閘管的保護(hù)主要有過電流和過電壓保護(hù)閘管的損壞。對(duì)晶閘管的保護(hù)主要有過電流和過電壓保護(hù)。 （1）過電流保護(hù)）過電流保護(hù) 快速熔斷器快速熔斷器?？焖偃蹟嗥鞑捎勉y質(zhì)熔絲以保證?？焖偃蹟嗥鞑捎勉y質(zhì)熔絲以保證在電流發(fā)生過載或短在電流發(fā)生過載或短路時(shí)在短時(shí)間內(nèi)及時(shí)切斷電路，保路時(shí)在短時(shí)間內(nèi)及時(shí)切斷電路，保護(hù)晶閘管不被損壞。快速熔斷器可與被保護(hù)元件串聯(lián)連護(hù)晶閘管不被損壞。快速熔斷器可與被保護(hù)元件串聯(lián)連接。接。 過電流繼電器過電流繼電器。 過流繼電器只對(duì)電路過載時(shí)起保過流繼電器只對(duì)電路過載時(shí)起保護(hù)作用，過流繼電器通常串聯(lián)接在輸入端或輸出端。護(hù)作用，過流繼電器通常串聯(lián)接在輸

34、入端或輸出端。3. 晶閘管的保護(hù)晶閘管的保護(hù) 過電壓保護(hù)過電壓保護(hù)。 引起過電壓的原因是在具有電感元引起過電壓的原因是在具有電感元件的電路中，當(dāng)切斷電路時(shí)，電路中電感元件會(huì)產(chǎn)生高件的電路中，當(dāng)切斷電路時(shí)，電路中電感元件會(huì)產(chǎn)生高電壓，極易引起晶閘管的損壞。阻容保護(hù)是經(jīng)常采用的電壓，極易引起晶閘管的損壞。阻容保護(hù)是經(jīng)常采用的一種過壓保護(hù)措施，它是由電阻與電容的串聯(lián)來吸收過一種過壓保護(hù)措施，它是由電阻與電容的串聯(lián)來吸收過電壓，使元件上電壓上升速度減慢。電壓，使元件上電壓上升速度減慢。 RLRCLCCRRCRCR晶閘管過壓保護(hù)電路晶閘管過壓保護(hù)電路D1D2T1T2 除了在晶閘管的陽極與陰極之間加正向電

35、壓外，除了在晶閘管的陽極與陰極之間加正向電壓外，還必須在控制極與陰極之間加觸發(fā)電壓，才能使晶閘還必須在控制極與陰極之間加觸發(fā)電壓，才能使晶閘管導(dǎo)通。提供觸發(fā)電壓的電路稱為觸發(fā)電路，所需觸管導(dǎo)通。提供觸發(fā)電壓的電路稱為觸發(fā)電路，所需觸發(fā)電壓是一系列的觸發(fā)脈沖信號(hào)。對(duì)觸發(fā)電路的要求發(fā)電壓是一系列的觸發(fā)脈沖信號(hào)。對(duì)觸發(fā)電路的要求如下：如下：5.6.3 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 （1）有足夠的觸發(fā)功率。一般觸發(fā)電壓為有足夠的觸發(fā)功率。一般觸發(fā)電壓為410V，觸，觸發(fā)電流為數(shù)十至數(shù)百毫安。發(fā)電流為數(shù)十至數(shù)百毫安。（2）有足夠的觸發(fā)脈沖寬度，通常大于有足夠的觸發(fā)脈沖寬度，通常大于10 s。并且觸。

36、并且觸發(fā)電壓波形的前沿要陡直。發(fā)電壓波形的前沿要陡直。（3）觸發(fā)時(shí)間要準(zhǔn)確，并與整流電路的交流電源同步觸發(fā)時(shí)間要準(zhǔn)確，并與整流電路的交流電源同步。（4）觸發(fā)電壓能在足夠?qū)挼姆秶鷥?nèi)平穩(wěn)移動(dòng)。觸發(fā)電壓能在足夠?qū)挼姆秶鷥?nèi)平穩(wěn)移動(dòng)。單結(jié)晶體管符號(hào)單結(jié)晶體管符號(hào)B2PNB1EDRB2RB1B2B1EB2B1E 在一塊在一塊N型半導(dǎo)體上制成一個(gè)型半導(dǎo)體上制成一個(gè)PN結(jié)，從結(jié)，從P區(qū)引出發(fā)射極區(qū)引出發(fā)射極E，從，從N型半導(dǎo)體兩端引出兩個(gè)電極，分別稱為第一基極型半導(dǎo)體兩端引出兩個(gè)電極，分別稱為第一基極B1和第二基極和第二基極B2 B1和和B2兩個(gè)基極與兩個(gè)基極與N型半導(dǎo)體間有幾千歐的電阻，發(fā)射極對(duì)型半導(dǎo)體間有

37、幾千歐的電阻，發(fā)射極對(duì)B1B2均形成均形成PN結(jié)，結(jié)，PN結(jié)可等效為二極管結(jié)可等效為二極管D?；鶚O?；鶚OB1與與N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體間的電阻為間的電阻為RB1，RB1是一個(gè)可變電阻，基極是一個(gè)可變電阻，基極B2與與N型半導(dǎo)體間的電型半導(dǎo)體間的電阻為阻為RB2。單結(jié)晶體管單結(jié)晶體管單結(jié)晶體管等效電路單結(jié)晶體管等效電路0IEUEP截止區(qū)截止區(qū)導(dǎo)通區(qū)導(dǎo)通區(qū)UPVUVIPIVUEEDRB2RB1B2B1E+- - -+UBBUERAIEBB2B1B1BAURRRV 2B1B1BRRR BBAUV 稱為單結(jié)體晶管的分壓比，一般在稱為單結(jié)體晶管的分壓比，一般在0.30.9之間。若之間。若UE VAUD，PN

38、結(jié)處于反向偏置，單結(jié)晶體管的發(fā)射極電流結(jié)處于反向偏置，單結(jié)晶體管的發(fā)射極電流IE 0，單結(jié)晶，單結(jié)晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)升高體管處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)升高UE使使UEUPVAUD，PN結(jié)進(jìn)入導(dǎo)通結(jié)進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，狀態(tài)，UP為單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓，對(duì)應(yīng)的發(fā)射極電流為單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓，對(duì)應(yīng)的發(fā)射極電流IP為峰點(diǎn)電為峰點(diǎn)電流。流。A點(diǎn)電位為：點(diǎn)電位為：0IEUEP截止區(qū)截止區(qū)導(dǎo)通區(qū)導(dǎo)通區(qū)UPVUVIPIVUEEDRB2RB1B2B1E+- - -+UBBUERAIE 當(dāng)當(dāng)UE UP后，后，PN結(jié)正向?qū)?，結(jié)正向?qū)?，IE顯著增加，但由于顯著增加，但由于RB1隨著隨著PN結(jié)的導(dǎo)通而急劇下降，使結(jié)的導(dǎo)通而急

39、劇下降，使VA下降，從而導(dǎo)致下降，從而導(dǎo)致UE下降，這種下降，這種UE下降下降而而IE增加的現(xiàn)象稱為負(fù)阻現(xiàn)象。當(dāng)增加的現(xiàn)象稱為負(fù)阻現(xiàn)象。當(dāng)UE下降到某一值（下降到某一值（UV）時(shí)，）時(shí)，PN結(jié)將自動(dòng)關(guān)斷，結(jié)將自動(dòng)關(guān)斷，UV稱為谷點(diǎn)電壓，對(duì)應(yīng)的稱為谷點(diǎn)電壓，對(duì)應(yīng)的IE電流為谷點(diǎn)電流電流為谷點(diǎn)電流IV。 當(dāng)單結(jié)晶體管的發(fā)射極電壓當(dāng)單結(jié)晶體管的發(fā)射極電壓UEUP時(shí)，單結(jié)晶體管截止（工作時(shí)，單結(jié)晶體管截止（工作在截止區(qū)）；當(dāng)在截止區(qū)）；當(dāng)UEUP時(shí)，單結(jié)晶體管導(dǎo)通（工作在導(dǎo)通區(qū)）。導(dǎo)時(shí)，單結(jié)晶體管導(dǎo)通（工作在導(dǎo)通區(qū)）。導(dǎo)通后，當(dāng)通后，當(dāng)UE UV時(shí)，單結(jié)晶體管又恢復(fù)到截止?fàn)顟B(tài)。時(shí)，單結(jié)晶體管又恢復(fù)到截

40、止?fàn)顟B(tài)。 tuCUPUVuGt00 利用利用單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性，可構(gòu)成自激振蕩電路單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性，可構(gòu)成自激振蕩電路，將自激振，將自激振蕩電路輸出的脈沖信號(hào)作為晶閘管控制極觸發(fā)電壓信號(hào)蕩電路輸出的脈沖信號(hào)作為晶閘管控制極觸發(fā)電壓信號(hào)uG。 放放電電+ R2R1+ uCUBBuGE充電充電CB1B2RT 設(shè)電容設(shè)電容C的初始電壓為零，接通電源后，的初始電壓為零，接通電源后，UBB經(jīng)電阻經(jīng)電阻R向向C充電充電，uC按指數(shù)規(guī)律增加。當(dāng)按指數(shù)規(guī)律增加。當(dāng)uCUP，單結(jié)晶體管導(dǎo)通，則，單結(jié)晶體管導(dǎo)通，則uC經(jīng)單結(jié)晶經(jīng)單結(jié)晶體管的體管的EB1向電阻向電阻R1放電，由于放電，由于R1很小，放電很快結(jié)

41、束，在很小，放電很快結(jié)束，在R1上形上形成的輸出電壓為一個(gè)窄脈沖。當(dāng)電容電壓放電至成的輸出電壓為一個(gè)窄脈沖。當(dāng)電容電壓放電至uCUV時(shí)，單結(jié)晶時(shí)，單結(jié)晶體管截止，輸出電壓為零，完成一次振蕩。然后體管截止，輸出電壓為零，完成一次振蕩。然后C重新充電，重復(fù)重新充電，重復(fù)上述振蕩過程上述振蕩過程 。tuCUPUVuGt00 利用利用單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性，可構(gòu)成自激振蕩電路單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性，可構(gòu)成自激振蕩電路，將自激振，將自激振蕩電路輸出的脈沖信號(hào)作為晶閘管控制極觸發(fā)電壓信號(hào)蕩電路輸出的脈沖信號(hào)作為晶閘管控制極觸發(fā)電壓信號(hào)uG。 放放電電+ R2R1+ uCUBBuGE充電充電CB1B2RT 可以

42、看出改變可以看出改變電阻電阻R的大小的大小，可改變電容，可改變電容C充電的時(shí)間長(zhǎng)短，從充電的時(shí)間長(zhǎng)短，從而而改變了改變了UP出現(xiàn)的時(shí)刻出現(xiàn)的時(shí)刻。從而能使觸發(fā)信號(hào)從而能使觸發(fā)信號(hào)uG在半個(gè)周期內(nèi)前后移動(dòng)，滿足了在半個(gè)周期內(nèi)前后移動(dòng)，滿足了控制角控制角 可調(diào)的要求?？烧{(diào)的要求。 為了使可控整流電路輸出穩(wěn)定的電壓，還應(yīng)保證晶閘管在每為了使可控整流電路輸出穩(wěn)定的電壓，還應(yīng)保證晶閘管在每個(gè)導(dǎo)電周期內(nèi)具有相同的導(dǎo)通角，即保證觸發(fā)電路與整流電路嚴(yán)個(gè)導(dǎo)電周期內(nèi)具有相同的導(dǎo)通角，即保證觸發(fā)電路與整流電路嚴(yán)格同步。格同步。RZ單結(jié)晶體管同步觸發(fā)整流電路單結(jié)晶體管同步觸發(fā)整流電路uZu22+ DZ+R2R1+uC

43、RPuGECRLu21 uo+ T1T2D1D2LDu1+ Tui- -+ 在單結(jié)晶體管的觸發(fā)電路中，在每半個(gè)周期內(nèi)可能在單結(jié)晶體管的觸發(fā)電路中，在每半個(gè)周期內(nèi)可能產(chǎn)生幾個(gè)脈沖，但只有第一個(gè)脈沖起作用。產(chǎn)生幾個(gè)脈沖，但只有第一個(gè)脈沖起作用。工作波形工作波形uZui0tuZui0tuCuGt0t1uo0t 雙向晶閘管通常應(yīng)用在交流調(diào)壓電路中，圖所示電路雙向晶閘管通常應(yīng)用在交流調(diào)壓電路中，圖所示電路可實(shí)現(xiàn)白熾燈的調(diào)光?？蓪?shí)現(xiàn)白熾燈的調(diào)光。 R、C及雙向二極管及雙向二極管D組成簡(jiǎn)單的觸發(fā)電路。組成簡(jiǎn)單的觸發(fā)電路。 TDRCL交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路 當(dāng)交流電壓處在正半周時(shí)，電源通過當(dāng)交流電壓處在正半

44、周時(shí)，電源通過R向向C充電，當(dāng)電容電壓達(dá)充電，當(dāng)電容電壓達(dá)到一定值時(shí)，雙向二極管導(dǎo)通，觸發(fā)電壓加到雙向晶閘管使其導(dǎo)通到一定值時(shí)，雙向二極管導(dǎo)通，觸發(fā)電壓加到雙向晶閘管使其導(dǎo)通，負(fù)載流過電流，當(dāng)電源負(fù)半周時(shí)，負(fù)載流過電流，當(dāng)電源負(fù)半周時(shí)，C被反向充電，觸發(fā)過程同上被反向充電，觸發(fā)過程同上。 改變電阻改變電阻R的大小，的大小，即可改變晶閘管導(dǎo)通角的即可改變晶閘管導(dǎo)通角的大小，從而調(diào)整了負(fù)載兩大小，從而調(diào)整了負(fù)載兩端的電壓，達(dá)到了調(diào)光的端的電壓，達(dá)到了調(diào)光的目的。目的。 GTO符號(hào)符號(hào)KAG5.6.4 全控型開關(guān)器件全控型開關(guān)器件 控制極可關(guān)斷晶閘管又稱門極可關(guān)斷晶閘管，簡(jiǎn)稱控制極可關(guān)斷晶閘管又稱門

45、極可關(guān)斷晶閘管，簡(jiǎn)稱GTO。GTO與晶閘管相類似，也具有與晶閘管相類似，也具有PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部同樣引四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部同樣引出陽極出陽極A、陰極、陰極K和控制極和控制極G。但內(nèi)部設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)一些參數(shù)作了調(diào)整。但內(nèi)部設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)一些參數(shù)作了調(diào)整，從而具有了控制極可關(guān)斷的特征。，從而具有了控制極可關(guān)斷的特征。 開通工作過程如下：開通工作過程如下： 在陽極與陰極之間加正向電壓，使其處在陽極與陰極之間加正向電壓，使其處在正向阻斷狀態(tài)，然后在控制極在正向阻斷狀態(tài)，然后在控制極G加正向觸加正向觸發(fā)電壓，使發(fā)電壓，使GTO由阻斷狀態(tài)變?yōu)橥耆珜?dǎo)通狀由阻斷狀態(tài)變?yōu)橥耆珜?dǎo)通狀態(tài)，即使撤走控制極電壓也不會(huì)

46、改變其導(dǎo)通態(tài)，即使撤走控制極電壓也不會(huì)改變其導(dǎo)通狀態(tài)。狀態(tài)。 GTO符號(hào)符號(hào)KAG5.6.4 全控型開關(guān)器件全控型開關(guān)器件關(guān)斷工作過程如下：關(guān)斷工作過程如下： 若要關(guān)斷若要關(guān)斷GTO不需要在陽極與陰極間施加反不需要在陽極與陰極間施加反向電壓或減小陽極電流，而只需向電壓或減小陽極電流，而只需在控制極在控制極G加入加入反向觸發(fā)電壓反向觸發(fā)電壓，即能使，即能使GTO由正向?qū)顟B(tài)變?yōu)橛烧驅(qū)顟B(tài)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。這時(shí)產(chǎn)生的控制極電流是從陽極電流關(guān)斷狀態(tài)。這時(shí)產(chǎn)生的控制極電流是從陽極電流中抽出來的一部分，稱為負(fù)向電流。中抽出來的一部分，稱為負(fù)向電流。 GTO導(dǎo)通時(shí)的正向電壓為導(dǎo)通時(shí)的正向電壓為23V，其

47、開關(guān)時(shí)間在幾，其開關(guān)時(shí)間在幾 s至至25 s之間之間。由于。由于GTO的工作電壓高和電流大，適用于開關(guān)頻率為數(shù)百的工作電壓高和電流大，適用于開關(guān)頻率為數(shù)百Hz至至10KHz的大功率場(chǎng)合。的大功率場(chǎng)合。 電壓控制器件，以具有開關(guān)速度快、輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)獲得廣電壓控制器件，以具有開關(guān)速度快、輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)獲得廣泛應(yīng)用。泛應(yīng)用。 CEGCEGICUGEUGE（th）0 IGBT的轉(zhuǎn)移特性描述的是集電的轉(zhuǎn)移特性描述的是集電極電流極電流IC與柵射極電壓與柵射極電壓UGE之間的之間的關(guān)系。關(guān)系。UGE（th）是是IGBT實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通的實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通的開啟電壓，當(dāng)開啟電壓，當(dāng)UGE UGE（th）時(shí)，時(shí)，IGBT關(guān)

48、斷，關(guān)斷，IC 0。正向阻斷區(qū)正向阻斷區(qū)反向阻斷狀態(tài)反向阻斷狀態(tài)UGE（th）IC飽和區(qū)飽和區(qū)線線區(qū)區(qū)性性UCE0I G B T 的 輸 出 特 性 表 示的 輸 出 特 性 表 示IGBT集射極電壓集射極電壓UCE和集和集電極電流電極電流IC之間的關(guān)系，輸之間的關(guān)系，輸出特性曲線分為正向阻斷出特性曲線分為正向阻斷區(qū)，飽和區(qū)和線性區(qū)。當(dāng)區(qū)，飽和區(qū)和線性區(qū)。當(dāng)UCE 0時(shí)，時(shí)，IGBT為反向阻為反向阻斷工作狀態(tài)。在電力電子斷工作狀態(tài)。在電力電子電路中，電路中，IGBT工作在開關(guān)工作在開關(guān)狀態(tài)，因而它是工作在正狀態(tài)，因而它是工作在正向阻斷區(qū)和飽和區(qū)。向阻斷區(qū)和飽和區(qū)。 IGBT工作時(shí)，工作時(shí)，集電

49、極接高電位集電極接高電位，發(fā)射極接低電位發(fā)射極接低電位，柵極與發(fā)射柵極與發(fā)射極間加控制電壓極間加控制電壓。當(dāng)。當(dāng)IGBT作為開關(guān)管使用時(shí)，為了使其導(dǎo)通，應(yīng)作為開關(guān)管使用時(shí)，為了使其導(dǎo)通，應(yīng)在柵極與發(fā)射極間加正向偏壓，為了使其截止，應(yīng)在柵極與發(fā)射極在柵極與發(fā)射極間加正向偏壓，為了使其截止，應(yīng)在柵極與發(fā)射極間加反向偏壓。間加反向偏壓。第第8章章 電源技術(shù)電源技術(shù)8.1 電源技術(shù)的基本內(nèi)容電源技術(shù)的基本內(nèi)容8.2 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源8.3 開關(guān)型穩(wěn)壓電源開關(guān)型穩(wěn)壓電源8.4 交流穩(wěn)壓電源交流穩(wěn)壓電源電工和電子技術(shù)電工和電子技術(shù)電源可分為三種類型：電源可分為三種類型：(1)一次性電源一次性電源，

50、即供電電源。，即供電電源。(2)二次性電源二次性電源，即在供電電源與負(fù)載之間對(duì)電能進(jìn)，即在供電電源與負(fù)載之間對(duì)電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換以滿足電氣設(shè)備需要的電源。行轉(zhuǎn)換以滿足電氣設(shè)備需要的電源。(3)蓄電池電源蓄電池電源，將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成電能儲(chǔ)存，將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成電能儲(chǔ)存起來，然后再提供給負(fù)載。起來，然后再提供給負(fù)載。第第8章章 電源技術(shù)電源技術(shù)8.1 電源技術(shù)的基本內(nèi)容電源技術(shù)的基本內(nèi)容(1)將交流電變?yōu)橹绷麟姡瑢?shí)現(xiàn)這一功能的電路稱為將交流電變?yōu)橹绷麟?，?shí)現(xiàn)這一功能的電路稱為整流電路整流電路。(2)將直流電變?yōu)榻涣麟?，?shí)現(xiàn)這一功能的電路稱為將直流電變?yōu)榻涣麟姡瑢?shí)現(xiàn)這一功能的電路稱為逆變電路逆變

51、電路。(3)將一種直流電變?yōu)榱硪环N直流電，這種變換能實(shí)將一種直流電變?yōu)榱硪环N直流電，這種變換能實(shí)現(xiàn)直流電的幅值或極性的改變?，F(xiàn)直流電的幅值或極性的改變。(4)將一種交流電變?yōu)榱硪环N交流電，這種變換能實(shí)將一種交流電變?yōu)榱硪环N交流電，這種變換能實(shí)現(xiàn)交流電的大小和頻率的變化?，F(xiàn)交流電的大小和頻率的變化。功率變換電路可分為功率變換電路可分為4類：類：(1)體積小、重量輕、造價(jià)低。體積小、重量輕、造價(jià)低。(2)電源輸出不間斷。電源輸出不間斷。(3)效率高、節(jié)能。效率高、節(jié)能。(4)輸出電壓或輸出電流要穩(wěn)定輸出電壓或輸出電流要穩(wěn)定 1.直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 直流穩(wěn)壓電源有兩種控制方式，即直流穩(wěn)壓電源有

52、兩種控制方式，即連續(xù)線性控制連續(xù)線性控制和和斷續(xù)開關(guān)控制斷續(xù)開關(guān)控制方式。方式。 連續(xù)線性控制方式電源的特點(diǎn)是連續(xù)線性控制方式電源的特點(diǎn)是功率器件工作在功率器件工作在放大狀態(tài)放大狀態(tài)。如串聯(lián)型穩(wěn)壓電源就屬于這種控制方式。如串聯(lián)型穩(wěn)壓電源就屬于這種控制方式。 斷續(xù)開關(guān)控制方式電源的主要特點(diǎn)是斷續(xù)開關(guān)控制方式電源的主要特點(diǎn)是功率器件工功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)。作在開關(guān)狀態(tài)。電子設(shè)備對(duì)電源的要求是：電子設(shè)備對(duì)電源的要求是：2.交流穩(wěn)壓電源交流穩(wěn)壓電源交流穩(wěn)壓電源包含穩(wěn)壓電源和不間斷電源。交流穩(wěn)壓電源包含穩(wěn)壓電源和不間斷電源。 8.2 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源1.直流穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標(biāo)直流穩(wěn)壓電源的

53、主要技術(shù)指標(biāo)2.直流穩(wěn)壓電源的種類直流穩(wěn)壓電源的種類:(1)按電源中調(diào)整元件與負(fù)載的連接方式分，有并按電源中調(diào)整元件與負(fù)載的連接方式分，有并聯(lián)式穩(wěn)壓電源和串聯(lián)式穩(wěn)壓電源。聯(lián)式穩(wěn)壓電源和串聯(lián)式穩(wěn)壓電源。(2)按調(diào)整元件的工作狀態(tài)分，有線性穩(wěn)壓電源和按調(diào)整元件的工作狀態(tài)分，有線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。開關(guān)穩(wěn)壓電源。8.2.2 串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源 變變壓壓整整流流濾濾波波穩(wěn)穩(wěn)壓壓負(fù)負(fù)載載交流電交流電交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程示意圖交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程示意圖串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源由由采樣采樣、基準(zhǔn)基準(zhǔn)、比較放大比較放大和和調(diào)整調(diào)整四個(gè)環(huán)節(jié)組成四個(gè)環(huán)節(jié)組成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串

54、聯(lián)型穩(wěn)壓電路T2DZR4T1RLR1R2RPRP UZRP R3+ UiUo+ + UB2+ UfUCE2IC2UCE1UBE1 +8.2.2串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路T2DZR4T1RLR1R2RPRP UZRP R3+ UiUo+ + UB2+ UfUCE2IC2UCE1UBE1 +(1)采樣環(huán)節(jié)：由采樣環(huán)節(jié)：由R1、 R2、 RP組成。組成。)(P2P21oRRRRRUUf )(P21P21BEoRRRRRUUUZ 反饋電壓反饋電壓輸出電壓輸出電壓8.2.2串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路T2DZR4T1RLR1R

55、2RPRP UZRP R3+ UiUo+ + UB2+ UfUCE2IC2UCE1UBE1 +(2)基準(zhǔn)電壓環(huán)節(jié)：由基準(zhǔn)電壓環(huán)節(jié)：由DZ和和R3組成。組成。(3)比較放大環(huán)節(jié)：由比較放大環(huán)節(jié)：由T1構(gòu)成。構(gòu)成。8.2.2串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源 T2DZR4T1RLR1R2RPRP UZRP R3+ UiUo+ + UB2+ UfUCE2IC2UCE1UBE1 +(4)調(diào)整環(huán)節(jié)：由工作在線性區(qū)的功率管（調(diào)整管）調(diào)整環(huán)節(jié)：由工作在線性區(qū)的功率管（調(diào)整管）T2組組成。成。 若某種原因使輸出若某種原因使輸出電壓升高電壓升高，其穩(wěn)壓過程為：，其穩(wěn)壓過程為：Uo Uf UBE1 UCE1 U

56、B2 IC UCE2 Uo 采用運(yùn)算放大器，其穩(wěn)壓過程為：采用運(yùn)算放大器，其穩(wěn)壓過程為： Uo Uf UB IC UCE Uo Uo由運(yùn)算放大器組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由運(yùn)算放大器組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路TDZR3RLR1RPRP +UZ RP R2+ Ui+ + UB+ Uf + UCEIC 常用的集成穩(wěn)壓器有下列幾種：常用的集成穩(wěn)壓器有下列幾種：(1)多端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。多端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。(2)三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。(3)三端固定式集成穩(wěn)壓器。三端固定式集成穩(wěn)壓器。 W7800系列、系列、 W7900系列。系列。三端集成穩(wěn)壓器基本應(yīng)用電路三端集成穩(wěn)壓器基本應(yīng)用電路W78

57、05Ci+ UiCoUo+ 123W7800系列輸出正電壓系列輸出正電壓，如，如W7805，表示輸出電壓為，表示輸出電壓為5V。W7900系列輸出負(fù)系列輸出負(fù) 電壓電壓，如，如W7915，表示輸出電壓為，表示輸出電壓為15V。Ci：改善紋波。：改善紋波。Co：改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。：改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。8.2.3集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器三端固定式集成穩(wěn)壓器的幾種應(yīng)用電路三端固定式集成穩(wěn)壓器的幾種應(yīng)用電路(1)正負(fù)電壓同時(shí)輸出的穩(wěn)壓電路。正負(fù)電壓同時(shí)輸出的穩(wěn)壓電路。220VC+5V 5VCi+CoCi+CoW7805W7905C12V12V123123(2)提高輸出電壓的穩(wěn)壓電路。提高輸出電壓的穩(wěn)壓電

58、路。12W78XXCi+ UiCoR1+ 3R2+ UXXUoIRIQ若若IR5IQ，則，則)(QR2XXoIIRUU XX12XX12XXR2XXo)1(URRURRUIRUU W78XXCi+ UiCoUo+ 123 +R1R2 + U (3)輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路。輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路。 )1()(12XX211XXoRRURRRUU （4）擴(kuò)大輸出電流的穩(wěn)壓電路）擴(kuò)大輸出電流的穩(wěn)壓電路W78XXCi+ UiCOUo+ 123R IBI3IRI1ICI2RLIoTUBE 通常通常I3較小，所以較小，所以I2 I1。當(dāng)。當(dāng)IR電流不足以使電流不足以使T導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，IC0，IoI2 I

59、1，若，若IR電流增大到一定值時(shí)，使電流增大到一定值時(shí)，使T導(dǎo)通，則導(dǎo)通，則IoI2IC，調(diào)整調(diào)整R的大小使功率管在輸出電流較大時(shí)導(dǎo)通。的大小使功率管在輸出電流較大時(shí)導(dǎo)通。I2 I1=IR+IB= CBEIRU C1BE1IIUR ()一次整流濾波電路：一次整流濾波電路：()開關(guān)調(diào)整管：開關(guān)調(diào)整管：8.3 開關(guān)型穩(wěn)壓電源開關(guān)型穩(wěn)壓電源一次整流一次整流開關(guān)調(diào)整管開關(guān)調(diào)整管二次濾波二次濾波開關(guān)控制開關(guān)控制比較放大比較放大取樣電路取樣電路基準(zhǔn)電路基準(zhǔn)電路+ ui+ Uo濾波濾波電路電路開關(guān)型穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)框開關(guān)型穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)框()二次濾波：二次濾波：()開關(guān)控制電路：開關(guān)控制電路：()取樣電路，比較放

60、大，基準(zhǔn)電路作用同取樣電路，比較放大，基準(zhǔn)電路作用同一次整流一次整流開關(guān)調(diào)整管開關(guān)調(diào)整管二次濾波二次濾波開關(guān)控制開關(guān)控制比較放大比較放大取樣電路取樣電路基準(zhǔn)電路基準(zhǔn)電路+ ui+ Uo濾波濾波電路電路開關(guān)型穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)框開關(guān)型穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)框 開關(guān)型穩(wěn)壓電源的分類方法很多，按電路結(jié)構(gòu)分，開關(guān)型穩(wěn)壓電源的分類方法很多，按電路結(jié)構(gòu)分，有有串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源：按調(diào)制方：按調(diào)制方式分，有式分，有脈寬調(diào)制型、脈頻調(diào)制型和混合調(diào)制型脈寬調(diào)制型、脈頻調(diào)制型和混合調(diào)制型。目。目前前脈寬調(diào)制型應(yīng)用比較普遍脈寬調(diào)制型應(yīng)用比較普遍。LT電壓比較器電壓比較器RLR1R2