第8章-晶閘管及可控整流

第8章晶閘管及可控整流本章主要討論晶閘管的基本特性,主要參數(shù);可控整流電路的基本原理和基本的分析方法;晶閘管的過壓及過流保護8.1晶閘管

晶閘管的主要用途可控整流有源逆變交流調(diào)壓變頻器無觸點功率開關晶閘管種類包括普通晶閘管雙向晶閘管快速晶閘管可關斷晶閘管光控晶閘管逆導晶閘管化學工業(yè)出版社

8.1.1晶閘管的結構1．晶閘管的結構

G控制極K陰極陽極

AP1P2N1N2四層半導體三個

PN

結晶閘管相當于PNP和NPN型兩個晶體管的組合T1_N2P1P2N1N2K

GA+KA

T2P2N1IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGK

T1T28.1.2工作原理A

在極短時間內(nèi)使兩個三極管均飽和導通，此過程稱觸發(fā)導通。形成正反饋過程KGEA>0、EG>0EGEA+_R

晶閘管導通后，去掉EG

，依靠正反饋，仍可維持導通狀態(tài)。GEA>0、EG>0KEA+_R

T1T2EGA形成正反饋過程晶閘管導通的條件：

1.晶閘管陽極電路(陽極與陰極之間)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)。

晶閘管導通后，控制極便失去作用。

依靠正反饋，晶閘管仍可維持導通狀態(tài)。晶閘管關斷的條件：

1.必須使可控硅陽極電流減小,直到正反饋效應不能維持。

2.將陽極電源斷開或者在晶閘管的陽極和陰極間加反相電壓。正向特性反向特性URRMUDRMIG2>IG1>IG0UBRITUBO正向轉折電壓IHoUIIG0IG1IG2+_+_反向轉折電壓正向平均電流維持電流

U8.1.3伏安特性及主要參數(shù)1.伏安特性2.主要參數(shù)UDRM:正向重復峰值電壓（晶閘管耐壓值）晶閘管控制極開路且正向阻斷情況下,允許重復加在晶閘管兩端的正向峰值電壓。一般取UDRM

=80%UB0

。普通晶閘管UDRM

為100V—3000V反向重復峰值電壓控制極開路時,允許重復作用在晶閘管元件上的反向峰值電壓。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及標準散熱條件下，晶閘管處于全導通時可以連續(xù)通過的工頻正弦半波電流的平均值。

IT(AV)：IT

t

2

如果正弦半波電流的最大值為Im,則普通晶閘管IT為1A—1000A。UT(AV):

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，晶閘管陽、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，晶閘管維持導通狀態(tài)所必須的最小電流。一般IH為幾十~一百多毫安。UG、IG：控制極觸發(fā)電壓和電流室溫下，陽極電壓為直流6V時，使晶閘管完全導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。晶閘管型號及其含義導通時平均電壓組別共九級,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較小者正向平均電流IT(AV)（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。8.2單相可控整流電路8.2.1單相半波可控整流電路

1.電阻性負載(1)

電路

u2

>0時：若ug

=0，晶閘管不導通，u

2<0時:

晶閘管承受反向電壓不導通,

ud=0,uvs=u2

，故稱可控整流?？刂茦O加觸發(fā)信號，晶閘管承受正向電壓導通，

u2udRL+–+uvs+––VS1id(2)工作原理

t1

2u2

<

0時:

可控硅承受反向電壓不導通即：晶閘管反向阻斷

加觸發(fā)信號，晶閘管承受正向電壓導通

tOu2

>0時:

tO

tO

接電阻負載時單相半波可控整流電路電壓、電流波形

動畫控制角

t1

tO

tO

t22

tO導通角(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，可改變輸出電壓Ud。晶體管承受的最大反向電壓：名詞術語：

1、控制角α：從晶閘管承受正偏到觸發(fā)導通所對應的角度

2、控制角θ：晶閘管在一個周期內(nèi)導通時間所對應的電角度。

3、移相：改變α的大小?？煽刂苪d的值。

4、移相范圍：改變α的大小使輸出電壓平均值從最小到最大。5、同步：觸發(fā)脈沖與電源電壓保持頻率相同。6、換相：由一組晶體管導通改變到另一組晶體管導通的過程。α

+θ=π8.2.2單相半控橋式整流電路1.

電路2.

工作原理VD3和VD2承受正向電壓。VD3控制極加觸發(fā)電壓,則VD3和VD2導通，電流的通路為VD3、VD4

晶閘管VD1、VD2

晶體管aRLVD2VD3b(1)電壓u

為正半周時io+–+–VD3VD4RLuoVD1VD2a

u+–b此時，VD4和VD1均承受反向電壓而截止。id+–+–VD3VD4RLudVD1VD2a

u+bVD4和VD1承受正向電壓。

VD4控制極加觸發(fā)電壓,則VD4和VD1導通，電流的通路為(2)電壓u

為負半周時bRLVD1VD4a此時，VD3和VD2均承受反向電壓而截止。–

t

tO

tO3.工作波形2

tO4.輸出電壓及電流的平均值晶閘管觸發(fā)電路基本要求：能夠提供足夠的電壓電流。觸發(fā)脈沖應有一定的寬度，前沿盡可能陡，應使脈沖消失以前，晶閘管的陽極電流能夠迅速上升維持導通（電阻負載開通時間6μs，要求脈沖寬度為10μs；對于電感負載，開通時間為100μs，脈沖寬度達到1ms,相當于50HZ正弦波的18°）觸發(fā)脈沖必須與主電路同步。與主電路同一電源。脈沖的移相范圍必須滿足整流電路的需要。（三相橋式整流電路在電阻性負載時可以移相120°；在大電感性負載時，可以移相90°）觸發(fā)脈沖要動態(tài)響應快，受溫度影響小，抗干擾能力強，經(jīng)濟可靠體積小。8.3晶閘管觸發(fā)電路8.4.1單結晶體管結構及工作原理B2第二基極B1N歐姆接觸接觸電阻P發(fā)射極E第一基極PN結N型硅片(a)示意圖單結晶體管結構示意圖及其表示符號(b)符號B2EB11.結構單結晶體管結構2.工作原理UE<

UBB+UD=UP時PN結反偏，IE很小；PN結正向導通,IE迅速增加。UE≥

UP時

–分壓比(0.5~0.9)UP

–峰點電壓UD–

PN結正向導通壓降B2B1UBBEUE+_+_RP+_+_等效電路RB1RB2AUBBEUE+_RP+_+_B2B1測量單結晶體管的實驗電路由圖可求得

UP(峰點電壓)：單結管由截止變導通所需發(fā)射極電壓。

3.單結晶體管的伏安特性UV、IV(谷點電壓、電流):維持單結管導通的最小電壓、電流。

IpIVoIEUEUP峰點電壓UV谷點電壓V負阻區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)負阻區(qū)：UE>UP后，大量空穴注入基區(qū)，致使IE增加、UE反而下降，出現(xiàn)負阻。P1.UE<UP時單結管截止；UE>UP時單結管導通，UE<UV時恢復截止。單結晶體管的特點B2EB12.單結晶體管的峰點電壓UP與外加固定電壓UBB及分壓比

有關，外加電壓UBB或分壓比

不同，則峰點電壓UP不同。3.不同單結晶體管的谷點電壓UV和谷點電流IV都不一樣。谷點電壓大約在2~5V之間。常選用

稍大一些，UV稍小的單結晶體管，以增大輸出脈沖幅度和移相范圍。8.4.2單結晶體管觸發(fā)電路1.振蕩電路單結晶體管振蕩電路

單結晶體管弛張振蕩電路利用單結管的負阻特性及RC電路的充放電特性組成頻率可調(diào)的振蕩電路。ugR2R1RUucE+C+__+_50

100k

300

0.47F鋸齒波周期：T※T=RCln［1/(1-η)］–分壓比(0.5~0.9)，C-電容=0.6C=0.47F,T=100×0.47×10-6ln［1/(1-0.6)］ugR2R1RUuCE+C+__+_50

100k

300

0.47F2.

振蕩過程分析設通電前uC=0。

接通電源U,電容C經(jīng)電阻R充電。電容電壓uC逐漸升高。

當uC≥

UP時,單結管導通,電容C放電,R1上得到一脈沖電壓。UpUvUp-UDuC

tug

t電容放電至uC

≤Uv時，單結管重新關斷，使ug0。(a)(b)注意：R值不能選的太小，否則單結管不能關斷，電路亦不能振蕩。upuv(c)電壓波形uC

t

tugOO鋸齒波周期：TT=RCln［1/(1-η)］–分壓比(0.5~0.9)C-電容主電路觸發(fā)電路u1+RLR1R2RPCRuZT1D1D2T2u2+–uC+