晶闸管及其电路
第12章晶闸管及其电路
本章要点
● 晶闸管结构、符号、工作原理与伏安特性
● 单相桥式半控整流电路
● 单结晶体管结构与工作原理
● 双向晶体管结构与工作原理
本章难点
电阻性负载和电感性负载的单相桥式半控整流电路工作原理
晶体闸流管简称晶闸管(T)，曾经称做可控硅(SCR)，是一种功率半导体元件。它具有体积小、重量轻、效率高、使用维护方便等优点，在电机控制、电磁阀控制、灯光控制、稳压控制、逆变电源等方面有普遍的应用。
12.1 晶闸管概述
晶闸管的特点是可以用弱信号控制强信号。从控制的观点看，它的功率放大倍数很大，用几十到一二百毫安电流，两到三伏的电压可以控制几十安、千余伏的工作电流电压，换句话说，它的功率放大倍数可以达到数十万倍以上。由于元件的功率增益可以做得很大，所以在许多晶体管放大器功率达不到的场合，它可以发挥作用。从电能的变化与调节方面看，它可以实现交流—直流、直流—交流、交流—交流、直流—直流以及变频等各种电能的变换和大小的控制。
晶闸管是半导体型功率器件，对超过极限参数运用很敏感，实际运用时应该注意留有较大电压、电流余量，并应尽量解决好器件的散热问题。我国自己生产的晶闸管都是大型的，电流上千安培，甚至要通水冷却。国外厂家则推出许多小功率
的塑料封装晶闸管，外型像晶体三极管，使得晶闸管广泛应用于消费类电子产品中(如彩电电源保护、电子调光灯)。
根据结构及用途的不同，晶闸管有很多类型，比较常用的有普通晶闸管、高频晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、无控制晶闸管、光控晶闸管和热敏晶闸管等。
12.2 晶闸管
12.2.1 晶闸管结构、符号与外形
晶闸管的外形有螺栓形、平板形和金属外壳、塑料外壳等不同形式，如图
12-1所示。由于晶闸管一般用于高压大电流的场合，常常需要加散热片，所以其外形都制造得易于安装和散热。
晶闸管的内部结构示意图和图形符号如图12-2所示。它由PNPN四层半导体构成，其间形成三个PN结，引出三个电极，分别为阳极a、阴极k和控制极g。
图12-1 晶闸管的外形图图12-2 晶闸管的内部结构和符号
12.2.2 晶闸管的工作原理
为了说明晶闸管的工作原理，可将晶闸管等效地看成由PNP和NPN型两个三极管连接而成，每个三极管基极与另一个三极管的集电极相连，如图11-3所示，阳极a相当于PNP型三极管T2的发射极，阴极k相当于NPN型T1三极管的发射极。
图12-3 等效电路
若按图12-4所示电路图连接，在晶闸管阳极a和阴极k之间加正向电压，同时在控制极g和阴极k之间也加正向电压时，则可使晶闸管导通。导通过程如下：电源UGG在NPN型三极管T1的发射结上加了正向偏转装置，使T1导通，形成基极电流IG和集电极电流β1IG。而PNP型三极管T2的基极电流即是T1的集电极电流β1IG，且T2发射结也为正向偏置，所以T2导通，其集电极电流
IC2=β1β2IG，IC2又流入T1基极，再一次放大，形成正反馈。在很短的时间内(一般不超过几微秒)使两个三极管均达到饱和导通的状态，从而使晶闸管去掉触发电压UGG，晶闸管仍能靠正反馈维持导通。综上所述，控制极的作用只是使晶闸管触发导通，而导通后，控制极就失去了控制作用，所以控制极g又称
做门极。
晶闸管导通后，其正向压降一般为0.6～1.2V，电源电压几乎全部加在负载上。如果由于负载变动，使阳极电流IA减少到小于某一数值IH时，晶闸管就不能维持正反馈过程而变为关断，此时称为正向阻断，IH称为维持电流；如果在阳极和阴极之间加反向电压时，晶闸管亦不可导通，称为反向阻断。
图12-4 晶闸管的导通原理
综上所述，晶闸管的导通条件为：
(1) 在阳极和阴极间加正向电压。
(2) 在控制极和阴极间加正向触发电压。
(3) 阳极电流不小于维持电流。
12.2.3 晶闸管的伏安特性及其主要参数
1. 晶闸管的伏安特性
晶闸管的伏安特性如图12-5所示。以下分别讨论其正向特性和反向特性。
(1) 正向特性
当U >0时对应的曲线称正向特性。由图12-5可看出，晶闸管的正向特性可分为阻断状态OA段和导通状态BC段两个部分。当控制极电流IG＝0时，逐渐增大正向电压U，观察阳极电流I的变化情况。开始时，三个PN结中有一个为反向偏置，晶闸管处于关断状态，只有很小的正向漏电流。当电压加大到正向转折电压(即U＝UBO)时，晶闸管突然导通，进入伏安特性的BC段。此时晶闸管可通过较大的电流，而管压降很小。这种导通方法极易造成晶闸管击穿而损坏，所以应尽量避免。若在控制极与阴极间加上触发电压，则会降低转折电压。控制极电流IG越大，转折电压就越低(IG2>IG1>0)。导通后，若电流降低到小于维持电流IH时，晶闸管将由导通变为关断。
(2) 反向特性
当U<0时，对应的曲线称为反向特性。当晶闸管加反向电压时，三个PN结中有两个是反向偏置，只有很小的反向漏电流IR。反向电压增加到一定数值后，反向电流急剧增加，使晶闸管反向击穿，将这一电压值称为反向转折电压UBR。晶闸管的反向特性与二极管相似，此时，晶闸管状态与控制极上是否加触发电压无关。
图12-5 晶闸管的伏安特性
2. 晶闸管的主要参数
(1) 正向重复峰值电压UDRM
控制极开路的条件下，允许重复作用在晶闸管上的最大正向电压。一般UDRM 与正向转折电压UBO之间的关系为UDRM = UBO·80%。
(2) 反向重复峰值电压URRM
控制极开路的条件下，允许重复作用在晶闸管上的反向电压。一般URRM与反向转折电压UBR之间的关系为URRM = UBR·80%。
(3) 额定正向平均电流IF
在规定环境温度(不高于40℃)和标准散热条件下，允许连续通过晶闸管的工频正弦波电流的平均值。
(4) 维持电流IH
在控制极开路和规定环境温度下，维持晶闸管导通的最小电流。当晶闸管正向电流小于维持电流IH时，会自行关断。
(5) 触发电压UGG和触发电流IG
在室温和晶闸管上加U=6V直流电压的条件下，使晶闸管从关断到完全导通所需的最小控制极直流电压和电流。一般UGG为1～5V，IG为几十至几百毫安。
除以上几个主要参数外，晶闸管还有一些其他参数，如需要选择晶闸管时，可查阅半导体器件手册。
12.2.4 晶闸管的型号
目前我国生产的晶闸管的型号有两种表示方法，即KP系列和3CT系列。
额定通态平均电流的系列为1、5、10、20、30、50、100、200、300、400、500、600、900、1000(A)等14种规格。额定电压在1000V以下的，每100V为一级；1000V～3000V的每200V为一级，用百位数字或千位数字组合表示级数。其通态平均电压分为9级，用A～I各字母表示0.4～1.2V的范围，每隔0.1V为一级。
KP系列表示参数的方式如图12-6所示。3CT系列表示参数的方式如图12-7所示。
图12-6 KP系列参数表示方式
图12-7 3CT系列参数表示方式
12.2.5 普通型晶闸管质量粗测
1. 测量晶闸管内部的PN结
晶闸管内部有三个PN结，这三个PN结的好坏直接影响晶闸管的质量。所以使用前，应该先对这三个PN结进行测量，测量方法如图12-8所示。
控制极g和阴极k之间只有一个PN结，利用PN结的单向导电特性，就可以用万用表的电阻挡对它进行测量。万用表先置在R1或R10挡，用红表棒接晶闸管的阴极，黑表棒接控制极，这时PN结属于正向连接，显示电阻比较小。如果表针几乎不动，显示的电阻接近于无穷大，说明这个PN结已经断路，晶闸管已损坏，不能使用。再把万用表的红、黑表棒交换，这时PN结属于反向连接，测出电阻比较大，如图12-8(a)所示。如果两次测量，表上的指针几乎都指向零，说明这个PN 结已经击穿短路，不能使用。
图12-8 晶闸管的测量
晶闸管的阳极a与控制极g之间有两个PN结，它们反向串联在一起，因此把万用表置在R×1档电阻挡后，用红表棒接阳极，黑表棒接控制极，或者红表棒接控制极，黑表棒接阳极，表上显示的电阻都应很大，如图12-8(b)所示，否则说明晶闸管已经损坏。
2. 测量晶闸管的关断状态
晶闸管在反向连接时是不导通的，如果正向连接，但是没有控制电压，它也是不导通的。在这两种情况下，晶闸管中没有电流流过，属于关断状态。把万用表置在R×1k挡，黑表棒接晶闸管的阳极a，红表棒接阴极k，属于正向连接，表上显示的电阻应很大，把两根表棒对换后，再分别接晶闸管的阳极和阴极，使晶闸管处于反向连接状态，表上显示的电阻仍然应该很大，如图12-8(c)所示。
3. 测量晶闸管的触发能力
检查小功率晶闸管触发电路如图12-9所示。万用表置于R×1挡。测量分两步进行。
(1) 先断开开关S，此时晶闸管尚未导通，测出的电阻值应是无穷大。然后合上开关，将控制极与阳极接通，使控制极电位升高，这相当于加上正触发信号，因此晶闸管导通，此时，其电阻值为几欧至几十欧。
(2) 再把开关断开，若阻值不变，证明晶闸管质量良好。
图中的开关可用一根导线代替，导线的一端固定在阳极上，另一端搭在控制极上时相当于开关闭合。本方法仅适用于检查KP1～KP5等小功率晶闸管或小功率快速晶闸管。
对于大功率晶闸管，因其通态压降较大，加之R×1挡提供的阳极电流低于维持电流IH，所以晶闸管不能完全导通，在开关断开时晶闸管会随之关断。此时，可采用双表法，把两只万用表用R1k串联起来使用，得到3V电源电压。具体检测步骤同小功率晶闸管。
12.3 单相桥式半控整流电路
可控整流电路是应用广泛的电能变换电路，其作用是将交流电变换成大小可调的直流电，作为直流用电设备的电源。将二极管桥式整流电路中的两个二极管用两个晶闸管替换，就构成了半控桥式整流电路。当电路带有电阻性负载和电感性负载时，其工作情况是不同的。
1. 电阻性负载
当单相桥式半控整流电路的负载为纯电阻时，称电阻性负载，其电路如图
12-10(a) 所示。
图12-10 电阻性负载单相半控桥式整流电路及波形
(1) 电路原理
当电源电压u2为正半周时，晶闸管T1和二极管D2上为正向电压作用。在
t1时刻，控制极上加触发脉冲uG，使T1和D2导通，负载RL中流过输出电流
io，形成输出整流电压uo。此时，晶闸管T2和二极管D1因承受反向电压而截止。在t2时刻，电源电压u2过零，使T1和D2关断。
当电源电压u2为负半周时，T2和D1上加正向电压。在t3时刻，控制极加触发脉冲，使T2和D1导通，在负载RL上有io和uo，直到t4时刻u2过零时关断。此时，T1和D2截止。电阻性负载半控整流电路的工作波形图如图12-10(b)所示。
(2) 电路的计算
设电源电压u2=
，则整流电压的直流分量即是输出电压的平均值，其大小为
故
(12-1)
式中U2为电源电压u2的有效值，α越大，则输出电压UO就越小。输出电流的平均值
(12-2)
晶闸管T和二极管D中流过的电流平均值
(12-3)
晶闸管所承受的最高正向电压和二极管所承受的最高反向电压均为
。
根据以上关系式，即可选择整流元件。
【例12-1】电阻负载的单向半控桥式整流电路如图12-10所示。若变压器副方电压有效值U2=200V，负载电阻RL=20Ω，当导通角
，
~
时，可得控制角
~
。
由式12-1~12-3，有
考虑到留有适当的余量，根据以上数据查手册，可选用KP10-5型晶闸管，并相应地选择ZP10-5型硅整流二极管。
2. 电感性负载
若整流电路的负载为直流电动机的励磁线圈或其他各种电感线圈时，则构成电感性负载的半控桥式整流电路，如图12-11(a)所示，图中与负载并联的二极管D 称为续流二极管，将电感性负载等效成电阻R和电感L两部分。
在电源电压u2的正半周，加入了触发脉冲后，T1和D2导通，输出电流io
除供给负载外，还将在电感中储存磁场能。在u2过零达到负半周时，T1和D2截止，而电感中存贮的能量则可通过二极管D3释放，经负载形成通路，使输出uo和io能继续维持，故将D3称为续流二极管。
在电源电压u2的负半周，加入触发脉冲使T2和D1导通，提供与前面半周同方向的负载电流io，并在电感中存储磁场能，而u2过零使T2和D1关断，续流二极管又为电感L提供释放能量的通路。
当负载满足ωL
R的条件时，输出电流io是连续的，波形近似为一条直线。电路中各工作波形图如图12-11(b)所示。
图12-11 电感性负载半控桥式整流电路及波形
12.4 单结晶体管触发电路
要使晶闸管导通，除了加正向阳极电压外，还必须在控制极和阴极之间加触发电压。提供触发电压的电路称为触发电路。触发电路的种类很多，常用的有单结
晶体管触发电路、阻容移相触发电路、集成触发电路以及晶体管触发电路等。本节重点介绍单结晶体管触发电路。
12.4.1 对触发电路的要求
(1) 应能提供足够大的触发功率。一般触发电压为4～10V，触发电流为几十至几百毫安。
(2) 触发脉冲应有足够的宽度。普通晶闸管的开通时间约为6μs，故触发脉冲宽度应大于10μs(通常为20～50μs)，以保证晶闸管可靠触发。
(3) 为了保证触发时间准确，要求触发脉冲具有陡峭上升沿。
(4) 触发脉冲应与主电路的交流电源同步，即要求触发脉冲在晶体管每个导电周期的同一时刻作用到其控制极上，以保证晶闸管在每个周期的控制角相等。
(5) 触发脉冲应能在足够宽的范围内平稳地移相。
12.4.2 单结晶体管的结构与特性
1. 单结晶体管的外形符号与结构
图12-12所示为单结晶体管的外形图。可以看出，它的外形与普通三极管相似，具有三个电极，但不是三极管，而是具有三个电极的二极管，管内只有一个PN结，所以称之为单结晶体管。三个电极中，一个是发射极，两个是基极，所以也称为双基极二极管。
单结晶体管有P型和N型两种，图中箭头指向第一基极b1的为N型单结晶体管，箭头若背离第一基极b1的则为P型单结晶体管，N型单结晶体管的电路符号如图12-12(a)所示，文字符号用T表示。其中，有箭头的表示发射极e，箭头所指方向对应的基极为第一基极b1，表示经PN结的电流只流向b1极；第二基极用b2表示。
N型单结晶体管的结构如图12-12(b)所示，它是在一块电阻率比较高的N型硅片两头制作两个接触电极，分别叫第一基极b1和第二基极b2。在靠近第二基极b2的一侧中间，用合金或扩散法掺入P型杂质，形成一个PN结，引出电极，称为发射极e。单结晶体管可用图12-12(c)所示的电路来等效，PN结等效为二极管D，存在于基极b1和b2之间的电阻是硅片本身的体电阻，Rbb=Rb1+Rb2为上部基区体电阻，其值为一常数，约为2～15kΩ；Rb1为可变的下部基区体电阻，当eb1之间的PN结未导通时，Rb1为数千欧姆，一旦PN结导通，Rb1则下降到几十欧姆。由于它只有一个PN结，故得名单结晶体管。
图12-12 N型单结晶体管
2. 单结晶体管的伏安特性
单结晶体管的伏安特性是指当参变量UBB为常数时，发射极电流IE与EB1之间加上电压UBB
图12-13(a)为测试单结晶体管伏安特性的试验电路。在基极b2和b1之间电压UBB，点a的电位为两个基区体电阻的分压，即
(12-4)
式中称
为分压比，与管子的结构有关，是单结晶体管的主要参数之一，其值一般约在
1.3～0.9之间。
图12-13(b)为单结晶体管的伏安特性曲线，可将其分为三个区域。
(1) 截止区
当电压Ue (2) 负阻区 当Ue≥UP后，PN结导通，电流IE显著增加，同时Ue下降。这是由于P区向N型基片注入大量空穴载流子，在e和b1之间基片中的载流子参与导电，使电阻Rb1随着PN结导通而急剧下降，又引起维持PN结导通的Ue进一步下降，这样如此反复，直至到达谷点V。从峰点P到谷点V的PV段曲线表现出单结晶体管的负阻特性(随电流Ie的增加，Ue下降)，故称为负阻区。 (3) 饱和区 当Ie>Iv后，Rb1不再下降，反而随Ie增加，Ue也缓慢上升，这是由于当空穴注入量增大到一定程度时，将会有一部分空穴来不及与基片中的电子复合，出现空穴的储存，而使e与b1间基区带正电而排斥空穴的注入，相当于Rb1变大，所以Ue随Ie缓慢增加，此现象称为饱和，将伏安特性的这一段称为饱和区。 结论：当单结晶体管的发射结电压Ue≥Up时，管子导通；若导通后，Ue 图12-13 单结晶体管的伏安特性曲线 12.4.3 单结晶体管张弛振荡器 利用单结晶体管的负阻特性可构成自激振荡电路，产生控制脉冲，用以触发晶闸管，如图12-14(a)所示。 当电源接通后，电路立即出现两路电流，一路流经R2、Rb2b1和Y；另一路经R向电容C充电，使电容两端电压逐渐升高。当C两端电压上升到能使PN结导通的峰点电压时，单结晶管的发射极电流突然增大，电容C通过发射极、第一基极以及扬声器Y迅速放电，C两端电压随之下降，降至谷点电压时，单结晶管重新处于截止状态。接着电源又重新开始对C充电，再重复上述过程，一张一弛，在电容C两端获得锯齿波电压，而在扬声器两端获得尖脉冲电压，其波形如图12-14(b)所示。 图12-14 张驰振荡电路图及波形图 12.4.4 单结晶体管同步触发电路 振荡的电路的输出可作为触发脉冲，但必须使它与主电路同步，以保证在每个周期内整流电路的控制角相等。 单结晶体管同步触发可控整流电路如图12-15(a)所示，图中下半部分为主回路，是一单相半控桥式整流电路。上半部分为单结晶体管触发电路。T为同步变压器，它的初级线圈与可控桥路均接在220V交流电源上，次级线圈得到同频率的交流电压，经单相桥式整流，变成脉动直流电压UAD，再经稳压管削波变成梯形波电 压UBD，此电压为单结管触发电路的工作电压，加削波环节的目的首先是起到稳压作用，使单结管输出的脉冲幅值不受交流电源波动影响，提高了脉冲的稳定性；其次，经过削波后，可提高交流同步电压的幅值，增加梯形的陡度，扩大移相范围。由于主、触回路接在同一交流电源上，起到了很好的同步作用。调整电位RP，使触发脉冲移相，改变控制角，从而改变输出电压uo的直流分量，达到可控整流的目的。电路中各点波形如图12-15(b)所示。 (a)电路图 图12-15 单结晶体管同步触发电路 (b)波形图 图12-15 (续) 12.5 双向晶闸管 双向晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展起来的，它不仅能代替两只反极性并联的晶闸管，而且仅用一个触发电路，是目前比较理想的交流开关器件。双向晶闸管广泛用于工业、交通、家电领域、实现交流调压、交流调速、交流开关、舞台调光和台灯调光等多种功能。此外，它还被用在固态继电器和固态接触电路中。 12.5.1 双向晶闸管 1. 结构与外型符号 双向晶闸管的结构如图12-16(a)所示，包含NPNPN五层器件，三个电极分别是T1、T2、G。因该器件可以双向导通，故控制极G以外的两个电极统称为主端子，用T1、T2表示，不再划分成阳极和阴极。其特点是，当G极和T2极相对于 T1的电压均为正时，T2是阳极，T1是阴极。反之，当G极和T2极相对于T1的电压均为负时，T1变为阳极，T2为阴极。 双向晶闸管的电路符号如图12-16(b)所示，文字符号用SCR、KS、T等表示，本书用T表示。 小功率双向晶闸管一般用塑料封装，有的还带小散热板，外形如图12-17所示。典型产品有BCM1AM、BCM3AM等。 2. 双向晶闸管的伏安特性 图12-18是双向晶闸管的伏安特性。显然，它具有比较对称的正反向伏安特性。第一象限的曲线表明，T2极电压高于T1极电压，我们称正向电压，用U21表示。若控制极加正极性触发信号，则晶闸管被触发导通，电流方向是从T2流向 T1。第三象限的曲线表明，T1极的电压高于T2极电压，我们称为反向电压，用 U12表示。若控制极加负极性触发信号，则晶闸管也被触发，电流方向是从T1流向T2。由此可见，双向晶闸管只用一个控制极，就可以控制它的正向导通和反向导通了。双向晶闸管不管它的控制极电压极性如何，它都可以被触发导通，这个特点是普通晶闸管所没有的。 晶闸管及其应用 课程目标 1 了解晶闸管结构，掌握晶闸管导通、关断条件 2 掌握可控整流电路的工作原理及分析 3 理解晶闸管的过压、过流保护 4 掌握晶闸管的测量、可控整流电路的调试和测量 课程内容 1 晶闸管的结构及特性 2 单相半波可控整流电路 3 单相半控桥式整流电路 4 晶闸管的保护 5 晶闸管的应用实例 6 晶闸管的测量、可控整流电路的调试和测量 学习方法 从了解晶闸管的结构、特性出发，掌握晶闸管的可控整流应用，掌握晶闸管的过压和过流保护方式，结合实物和实训掌握晶闸管管脚及好坏的判断，通过应用实例，了解晶闸管的典型应用。 课后思考 1晶闸管导通的条件是什么？导通时，其中电流的大小由什么决定？晶闸管阻断时，承受电压的大小由什么决定？ 2为什么接电感性负载的可控整流电路的负载上会出现负电压？而接续流二极管后负载上就不出现负电压了，又是为什么？ 3 如何用万用表判断晶闸管的好坏、管脚？ 4 如何选用晶闸管？ 晶闸管的结构及特性 一、晶闸管外形与符号： 图5.1.1 符号 图5.1.2 晶闸管导通实验电路图 为了说明晶闸管的导电原理，可按图5.1.2所示的电路做一个简单的实验。 （1）晶闸管阳极接直流电源的正端，阴极经灯泡接电源的负端，此时晶闸管承受正向电压。控制极电路中开关S断开(不加电压)，如图5.1.2(a)所示，这时灯不亮，说明晶闸管不导通。 （2）晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，控制极相对于阴极也加正向电压，如图5.1.2(b)所示.这时灯亮，说明晶闸管导通。 （3）晶闸管导通后，如果去掉控制极上的电压，即将图5.1.2(b)中的开关S断开，灯仍然亮，这表明晶闸管继续导通，即晶闸管一旦导通后，控制极就失去了控制作用。 （4）晶闸管的阳极和阴极间加反向电压如图5.1.2(C)，无论控制极加不加电压，灯都不亮，晶闸管截止。 （5）如果控制极加反向电压，晶闸管阳极回路无论加正向电压还是反向电压，晶闸管都不导通。 从上述实验可以看出，晶闸管导通必须同时具备两个条件： (1) 晶闸管阳极电路加正向电压； (2) 控制极电路加适当的正向电压(实际工作中,控制极加正触发脉冲信号)。 宁波广播电视大学 机械设计制造及其自动化专业 《机电接口技术》 课程设计 题目晶闸管触发驱动电路设计 姓名张晋远学号1533101200119 指导教师李亚峰 学校宁波广播电视大学 日期2017 年 4 月20 摘要 晶闸管是一种开关元件，能在高电压、大电流条件下工作，为了控制晶闸管的导通，必须在控制级至阴极之间加上适当的触发信号（电压及电流），完成此任务的就是触发电路。本课题针对晶闸管的触发电路进行设计，其电路的主要组成部分由触发电路，交流电路，同步电路等电路环节组成。有阻容移相桥触发电路、正弦波同步触发电路、单结晶体触发电路、集成 UAA4002、KJ006触发电路。包括电路的工作原理和电路工作过程以及针对相关参数的计算。 关键词：晶闸管；触发电路；脉冲；KJ006； abstract Thyristor is a kind of switch components, can work under high voltage, high current conditions, in order to control thyristor conduction, must be between control level to the cathode with appropriate trigger signal (voltage and current), complete the task is to trigger circuit. This topic in view of the thyristor trigger circuit design, the main part of the circuit by the trigger circuit, communication circuit, synchronous circuit and other circuit link. There is a blocking phase bridge trigger circuit, the sine wave synchronous trigger circuit, the single crystal trigger circuit, the integrated UAA4002, the KJ006 trigger circuit. This includes the working principle of the circuit and the circuit working procedure and the calculation of the relevant parameters. Keywords: thyristor; Trigger circuit; Pulse; KJ006; 目录 第一章绪论 1.1设计背景与意义…………………………………… 1.2 晶闸管的现实应用…………………………………… 可控硅-晶闸管的几种典型应用电路 描述： ＳＣＲ半波整流稳压电源。如图４电路，是一种输出电压为＋１２Ｖ的稳压电源。该电路的特点是变压器Ｂ将２２０Ｖ的电压变换为低压（１６～２０Ｖ），采用单向可控硅ＳＣＲ半波整流。ＳＣＲ的门极Ｇ从Ｒ１、Ｄ１和Ｄ２的回路中的Ｃ点取出约１３．４Ｖ的电压作为ＳＣＲ门阴间的偏置电压。电容器Ｃ１起滤波和储能作用。在输出ＣＤ端可获得约＋１２Ｖ的稳压。晶闸管，又称可控硅（单向ＳＣＲ、双向ＢＣＲ）是一种４层的（ＰＮＰＮ）三端器件。在电子技术和工业控制中，被派作整流和电子开关等用场。在这里，笔者介绍它们的基本特性和几种典型应用电路。 １．锁存器电路。图１是一种由继电器Ｊ、电源（＋１２Ｖ）、开关Ｋ１和微动开关Ｋ２组成的锁存器电路。当电源开关Ｋ１闭合时，因Ｊ回路中的开关Ｋ２和其触点Ｊ－１是断开的，继电器Ｊ不工作，其触点Ｊ－２也未闭合，所以电珠Ｌ不亮。一旦人工触动一下Ｋ２，Ｊ得电激活，对应的触点Ｊ－１、Ｊ－２闭合，Ｌ点亮。此时微动开关Ｋ２不再起作用（已自锁）。要使电珠Ｌ熄灭，只有断开电源开关Ｋ１使继电器释放，电珠Ｌ才会熄灭。所以该电路具有锁存器（Ｊ－１自锁）的功能。 图２电路是用单向可控硅ＳＣＲ代替图１中的继电器Ｊ，仍可完成图１的锁存器功能，即开关Ｋ１闭合时，电路不工作，电珠Ｌ不亮。当触动一下微动开关Ｋ２时，ＳＣＲ因电源电压通过Ｒ１对门极加电而被触发导通且自锁，Ｌ点亮，此时Ｋ２不再起作用，要使Ｌ熄灭，只有断开Ｋ１。由此可见，图２电路也具有锁存器的功能。图２与图１虽然都具有锁存器功能，但它们的工作条件仍有区别：（１）图１的锁存功能是利用继电器触点的闭合维持其Ｊ线圈和Ｌ的电流，但图２中，是利用ＳＣＲ自身导通完成锁存功能。（２）图１的Ｊ与控制器件Ｌ完全处于隔离状态，但图２中的ＳＣＲ与Ｌ不能隔离。所以在实际应用电路中，常把图１和图２电路混合使用，完成所需的锁存器功能。 ２．单向可控硅ＳＣＲ振荡器。图３电路是利用ＳＣＲ的锁存性制作的低频振荡器电路。图中的扬声器ＬＳ（８Ω／０．５Ｗ）作为振荡器的负载。当电路接上电源时，由于电源通过Ｒ１对Ｃ１充电，初始时，Ｃ１电压很低，Ａ、Ｂ端的电位器Ｗ的分压不能触发ＳＣＲ，ＳＣＲ不导通。当Ｃ１充得电压达到一定值时，Ａ、Ｂ端电压升高，ＳＣＲ被触发而导通。一旦ＳＣＲ导通，电容器Ｃ１通过ＳＣＲ和ＬＳ放电，结果Ａ、Ｂ端的电压又下降，当Ａ、Ｂ端电压下降到很低时，又使ＳＣＲ截止，一旦ＳＣＲ截止，电容器Ｃ１又通过Ｒ１充电，这种充放电过程反复进行形成电路的振荡，此时ＬＳ发出响声。电路中的Ｗ可用来调节ＳＣＲ门极电压的大小，以达到控制振荡器的频率变化。按图中元件数据，Ｃ１取值为０．２２～４μＦ，电路均可正常工作。 ３．ＳＣＲ半波整流稳压电源。如图４电路，是一种输出电压为＋１２Ｖ的稳压电源。该电路的特点是变压器Ｂ将２２０Ｖ的电压变换为低压（１６～２０Ｖ），采用单向可控硅ＳＣＲ半波整流。ＳＣＲ的门极Ｇ从Ｒ１、Ｄ１和Ｄ２的回路中的Ｃ点取出约１３．４Ｖ的电压作为ＳＣＲ门阴间的偏置电压。电容器Ｃ１起滤波和储能作用。在输出ＣＤ端可获得约＋１２Ｖ的稳压。电路工作时，当Ａ点低压交流为正半周时，ＳＣＲ导通对Ｃ１充电。当充电电压接近Ｃ点电压或交流输入负半周时，ＳＣＲ截止，所以Ｃ１上充得电压（即输出端ＣＤ）不会高于Ｃ点的稳压值。只有储能电容Ｃ１输出端对负载放电，其电压低于Ｃ点电压时，在Ａ点的正半周电压才会给Ｃ１即时补充充电，以维持输出电压的稳定。图４电路与电池配合已成功用于某设备作后备电源。该稳压电源，按图中参数其输出电流可达２～３Ａ。 门极可关断晶闸管GTO驱动电路 1.电力电子器件驱动电路简介 电力电子器件的驱动电路是指主电路与控制电路之间的接口，可使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。驱动电路的基本任务：按控制目标的要求施加开通或关断的信号；对半控型器件只需提供开通控制信号；对全控型器件则既要提供开通控制信号；又要提供关断控制信号。 门极可关断晶闸管简称GTO, 是一种通过门极来控制器件导通和关断的电力半导体器件，它的容量仅次于普通晶闸管，它应用的关键技术之一是其门极驱动电路的设计。门极驱动电路设计不好，常常造成GTO晶闸管的损坏，而门极关断技术应特别予以重视。门极可关断晶闸管GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。 2.GTO驱动电路的设计要求 由于GTO是电流驱动型，所以它的开关频率不高。GTO驱动电路通常包括开通驱动电路、关断驱动电路和门极反偏电路三部分，可分为脉冲变压器耦合式和直接耦合式两种类型。用理想的门极驱动电流去控制GTO 的开通和关断过程，以提高开关速度，减少开关损耗。 GTO要求有正值的门极脉冲电流，触发其开通；但在关断时，要求很大幅度的负脉冲电流使其关断。因此全控器件GTO的驱动器比半控型SCR复杂。门极电路的设计不但关系到元件的可靠导通和关断, 而且直接影响到元件的开关时间、开关损耗, 工作频率、最大重复可控阳极电流等一系列重要指标。门极电路包括门极开通电路和门极关断电路。 GTO对门极开通电路的要求:GTO的掣住电流比普通晶闸管大得多, 因此在感性负载的情况下, 脉冲宽度要大大加宽。此外, 普通晶闸管的通态压降比较小, 当其一旦被触发导通后, 触发电流可以完全取消, 但对于GTO, 即使是阻性负载, 为了降低其通态压降, 门极通常仍需保持一定的正向电流, 因此, 门极电路的功耗比普通品闸管的触发电路要大的多。对门极关断电路的要求：GTO对作为关断脉冲的负向门极电流有很高的要求。负向门极电流的幅值，斜率直接影响到元件的元断能力、关断时间及关断损耗。要求门极关断回路有足够大的动力源, 回路阻抗和感抗非常小，用作门极关断回路的开关元件要有很小的内阻, 较宽的频带和较好的承受冲击电流的能力。 3．GTO的普通驱动电路 G T O驱动电路 门极可关断晶闸管GTO驱动电路 1.电力电子器件驱动电路简介 电力电子器件的驱动电路是指主电路与控制电路之间的接口，可使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。驱动电路的基本任务：按控制目标的要求施加开通或关断的信号；对半控型器件只需提供开通控制信号；对全控型器件则既要提供开通控制信号；又要提供关断控制信号。 门极可关断晶闸管简称GTO, 是一种通过门极来控制器件导通和关断的电力半导体器件，它的容量仅次于普通晶闸管，它应用的关键技术之一是其门极驱动电路的设计。门极驱动电路设计不好，常常造成GTO晶闸管的损坏，而门极关断技术应特别予以重视。门极可关断晶闸管GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。 2.GTO驱动电路的设计要求 由于GTO是电流驱动型，所以它的开关频率不高。GTO驱动电路通常包括开通驱动电路、关断驱动电路和门极反偏电路三部分，可分为脉冲变压器耦合式和直接耦合式两种类型。用理想的门极驱动电流去控制GTO 的开通和关断过程，以提高开关速度，减少开关损耗。 GTO要求有正值的门极脉冲电流，触发其开通；但在关断时，要求很大幅度的负脉冲电流使其关断。因此全控器件GTO的驱动器比半控型SCR复杂。门极电路的设计不但关系到元件的可靠导通和关断, 而且直接影响到元件的开关 时间、开关损耗, 工作频率、最大重复可控阳极电流等一系列重要指标。门极电路包括门极开通电路和门极关断电路。 GTO对门极开通电路的要求:GTO的掣住电流比普通晶闸管大得多, 因此在感性负载的情况下, 脉冲宽度要大大加宽。此外, 普通晶闸管的通态压降比较小, 当其一旦被触发导通后, 触发电流可以完全取消, 但对于GTO, 即使是阻性负载, 为了降低其通态压降, 门极通常仍需保持一定的正向电流, 因此, 门极电路的功耗比普通品闸管的触发电路要大的多。对门极关断电路的要求：GTO对作为关断脉冲的负向门极电流有很高的要求。负向门极电流的幅值，斜率直接影响到元件的元断能力、关断时间及关断损耗。要求门极关断回路有足够大的动力源, 回路阻抗和感抗非常小，用作门极关断回路的开关元件要有很小的内阻, 较宽的频带和较好的承受冲击电流的能力。 3．GTO的普通驱动电路 下图1为普通的GTO驱动电路原理图。当输入信号为正脉冲时，光耦合器B导通，三极管V1截止，V2和V3导通，电源E1经R7、V3及C3(R8)触发GTO导通。当输入信号为零脉冲时，光耦合器B截止，V1导通，V2和V3截止。关断电路中的V4导通，V5截止，晶闸管VT经R13和R14获得触发信号并导通，电源E2经VT、GTO、R8、R15形成门极负电流使GTO关断。电路中C1到C5为加速电容。 晶闸管触发驱动电路设 计-张晋远 宁波广播电视大学 机械设计制造及其自动化专业 《机电接口技术》 课程设计 题目晶闸管触发驱动电路设计 姓名张晋远学号 1533101200119 指导教师李亚峰 学校宁波广播电视大学 日期 2017 年 4 月 20 摘要 晶闸管是一种开关元件，能在高电压、大电流条件下工作，为了控制晶闸管的导通，必须在控制级至阴极之间加上适当的触发信号（电压及电流），完成此任务的就是触发电路。本课题针对晶闸管的触发电路进行设计，其电路的主要组成部分由触发电路，交流电路，同步电路等电路环节组成。有阻容移相桥触发电路、正 弦波同步触发电路、单结晶体触发电路、集成UAA4002、KJ006触发电路。包括电路的工作原理和电路工作过程以及针对相关参数的计算。关键词：晶闸管；触发电路；脉冲；KJ006； abstract Thyristor is a kind of switch components, can work under high voltage, high current conditions, in order to control thyristor conduction, must be between control level to the cathode with appropriate trigger signal (voltage and current), complete the task is to trigger circuit. This topic in view of the thyristor trigger circuit design, the main part of the circuit by the trigger circuit, communication circuit, synchronous circuit and other circuit link. There is a blocking phase bridge trigger circuit, the sine wave synchronous trigger circuit, the single crystal trigger circuit, the integrated UAA4002, the KJ006 trigger circuit. This includes the working principle of the circuit and the circuit working procedure and the calculation of the relevant parameters. Keywords: thyristor; Trigger circuit; Pulse; KJ006; 晶闸管保护电路 晶闸管的保护电路，大致可以分为两种情况：一种是在适当的地方安装保护器件，例如，R-C阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等。再一种则是采用电子保护电路，检测设备的输出电压或输入电流，当输出电压或输入电流超过允许值时，借助整流触发控制系统使整流桥短时内工作于有源逆变工作状态，从而抑制过电压或过电流的数值。 一.晶闸管的过流保护 晶闸管设备产生过电流的原因可以分为两类:一类是由于整流电路内部原因, 如整流晶闸管损坏, 触发电路或控制系统有故障等; 其中整流桥晶闸管损坏类较为严重, 一般是由于晶闸管因过电压而击穿,造成无正、反向阻断能力，它相当于整流桥臂发生永久性短路，使在另外两桥臂晶闸管导通时，无法正常换流，因而产生线间短路引起过电流.另一类则是整流桥负载外电路发生短路而引起的过电流，这类情况时有发生，因为整流桥的负载实质是逆变桥, 逆变电路换流失败，就相当于整流桥负载短路。另外，如整流变压器中心点接地，当逆变负载回路接触大地时，也会发生整流桥相对地短路。 1.对于第一类过流，即整流桥内部原因引起的过流，以及逆变器负载回路接地时，可以采用第一种保护措施，最常见的就是接入快速熔短器的方式。见图1。快速熔短器的接入方式共有三种，其特点和快速熔短器的额定电流见表1。 方式特点额定电流IRN 备注 A型熔短器与每一个元件串联，能可靠地保护每一个元件IRN<1.57IT IT：晶闸管通态平均电流 B型能在交流、直流和元件短路时起保护作用，可靠性稍有降低 IRN 双向可控硅及其触发电路 双向可控硅是一种功率半导体器件，也称双向晶闸管，在单片机控制系统中，可作为功率驱动器件，由于双向可控硅没有反向耐压问题，控制电路简单，因此特别适合做交流无触点开关使用。双向可控硅接通的一般都是一些功率较大的用电器，且连接在强电网络中，其触发电路的抗干扰问题很重要，通常都是通过光电耦合器将单片机控制系统中的触发信号加载到可控硅的控制极。为减小驱动功率和可控硅触发时产生的干扰，交流电路双向可控硅的触发常采用过零触发电路。（过零触发是指在电压为零或零附近的瞬间接通，由于采用过零触发，因此需要正弦交流电过零检测电路） 双向可控硅分为三象限、四象限可控硅，四象限可控硅其导通条件如下图： 总的来说导通的条件就是：G极与T1之间存在一个足够的电压时并能够提供足够的导通电流就可以使可控硅导通，这个电压可以是正、负，和T1、T2之间的电流方向也没有关系。因为双向可控硅可以双向导通，所以没有正极负极，但是有T1、T2之分 再看看BT134-600E的简介：（飞利浦公司的，双向四象限可控硅，最大电流4A） 推荐电路： 为了提高效率，使触发脉冲与交流电压同步，要求每隔半个交流电的周期输出一个触发脉冲，且触发脉冲电压应大于4V ，脉冲宽度应大于20us.图中BT 为变压器，TPL521 - 2 为光电耦合器，起隔离作用。当正弦交流电压接近零时，光电耦合器的两个发光二极管截止，三极管T1基极的偏置电阻电位使之导通，产生负脉冲信号，T1的输出端接到单片机80C51 的外部中断0 的输入引脚，以引起中断。在中断服务子程序中使用定时器累计移相时间，然后发出双向可控硅的同步触发信号。过零检测电路A、B 两点电压输出波形如图2 所示。 基于AT89C52单片机的晶闸管触发器的设计 2010-09-05 16:24:10 来源:互联网 关键字：AT89C52晶闸管触发器 0 引言 基于单片机的晶闸管触发器无疑是现在的热门触发装置。它具有诸多优点，温漂小，可靠性高，便于智能化控制等。一般的触发装置往往只采集一相同步信号，然后经单片机处理送出带有一定导通角α的六路脉冲控制信号，这无疑对三相交流电有一定的误差。本设计同时采集三相的同步脉冲信号，避免了只检测一相而造成的延时。同时，系统中的三相全控桥式整流电路采用了阻容吸收装置，避免产生过电压，使系统更加的稳定可靠。 1 系统硬件电路 整套系统的硬件电路主要由主回路和微处理器控制电路组成。其中主回路包括同步信号产生电路和触发脉冲信号驱动电路以及带阻容吸收装置的三相全控桥式整流电路。 本装置所用AT89C52单片机的定时／计数器，采用12 M晶振定时器方式工作，同步信号产生电路用以将从电网获得的220 V交流电压转换成6个在相位上相差60°的同步脉冲，AT89C52用作接收同步信号和α角，并将α角转换为脉冲延时，从而控制三相全控桥式整流电路的门级，控制输出电流的大小；驱动电路用来将从单片机出来的脉冲信号进行功率放大；带阻容吸收装置的三相全控桥式整流电路实现对输出电流大小的控制并接收过电流、过电压。 1．1 AT89C52主控制电路 主控制电路(图1)充分利用AT89C52内部资源，通过外接12 M晶振和电容来实现时钟电路。如图1所示，同步信号通过P0．0～P0．2口输入，单片机通过内部软件实现计时和向P1．2～P1．7口输出六路脉冲控制信号。若程序死循环，即可上电自动复位或人工复位。电路结构非常简单，易于实现。 课题：8.1 晶闸管 8.2 晶闸管触发电路 授课时数：2 教学目标：1．掌握晶闸管的结构和工作原理。 2．了解晶闸管触发电路。 教学重点：1．晶闸管的分类、结构、型号、参数和工作特性。 2．单结晶体管的特性及晶闸管触发电路的工作原理。 教学难点：1．晶闸管的工作特性。 2．单结晶体管触发电路的工作原理。 A．引入 晶闸管俗称可控硅。具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、使用方便等优点。它广泛应用于无触点开关电路及可控整流设备中。 B．复习 三端集成稳压器的分类。 C．新授课 8.1 晶闸管 8.1.1 单向晶闸管 1．单向晶闸管的结构和符号 （1）外形 平面型、螺栓型和小型塑封型等几种。 （2）符号及内部结构 三个电极：阳极A、阴极K、控制极G 4层半导体： P—1N—2P—2N 1 P—引出线为控制极；1P—引出线为阳极；2N—引出线为阴极 2 3个PN结（ J，2J，3J） 1 文字符号：一般用SCR、KG、CT、VT表示。 2．单向晶闸管的工作原理： （1）实验演示： ①正向阻断：A－K加正向电压，G无电压－不导通。 ②反向阻断：A－K加反向电压，G无论是否加控制电压－不导通。 ③触发导通：A—K加正向电压，G，K加正向电压—导通。 ④导通后控制极失去控制作用：晶闸管一旦导通，降低或去掉控制极电压仍导通。 （2）工作特点： ①单向晶闸管导通必须具备两个条件：一是晶闸管阳极与阴极间接正向电压；二是控制极与阴极之间也要接正向电压。 ②晶闸管一旦接通后，去掉控制极电压时，晶闸管仍然导通。 ③导通后的晶闸管若要关断时，必须将阳极电压降低到一定程度。 ④晶闸管具有控制强电的作用，即利用弱电信号对控制极的作用，就可使晶闸管导通去控制强电系统。 3．单向晶闸管主要参数 （1）额定正向平均电流 在规定环境温度和散热条件下，允许通过阳极和阴极之间的电流平均值。 （2）维持电流 在规定环境温度、控制极断开的条件下，保持晶闸管处于导通状态所需要的最小正向电流。 （3）控制极触发电压和电流 在规定环境温度及一定正向电压条件下，使晶闸管从关断到导通，控制极所需的最小电压和电流。 （4）正向阻断峰值电压 在控制极开路和晶闸管正向阻断的条件下，可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。 （5）反向阻断峰值电压 在控制极断开时，可以重复加在晶闸管上的反向峰值电压。 4．晶闸管的型号及含义 （1）型号 3 表示额定电压为500 V 表示额定正向平均电流为5 A 表示晶闸管元件 表示N型硅材料 晶闸管及其应用 晶闸管及其应用 课程目标 1 了解晶闸管结构，掌握晶闸管导通、关断条件 2 掌握可控整流电路的工作原理及分析 3 理解晶闸管的过压、过流保护 4 掌握晶闸管的测量、可控整流电路的调试和测量 课程内容 1 晶闸管的结构及特性 2 单相半波可控整流电路 3 单相半控桥式整流电路 4 晶闸管的保护 5 晶闸管的应用实例 6 晶闸管的测量、可控整流电路的调试和测量 学习方法 从了解晶闸管的结构、特性出发，掌握晶闸管的可控整流应用，掌握晶闸管的过压和过流保护方式，结合实物和实训掌握晶闸管管脚及好坏的判断，通过应用实例，了解晶闸管的典型应用。 课后思考 1晶闸管导通的条件是什么？导通时，其中电流的大小由什么决定？晶闸管阻断时，承受电压的大小由什么决定？ 2为什么接电感性负载的可控整流电路的负载上会出现负电压？而接续流二极管后负载上就不出现负电压了，又是为什么？ 3 如何用万用表判断晶闸管的好坏、管脚？ 4 如何选用晶闸管？ 晶闸管的结构及特性 一、晶闸管外形与符号： 图 5.1.1 符号 图5.1.2 晶闸管导通实验电路图 为了说明晶闸管的导电原理，可按图5.1.2所示的电路做一个简单的实验。 （1）晶闸管阳极接直流电源的正端，阴极经灯泡接电源的负端，此时晶闸管承受正向电压。控制极电路中开关S断开(不加电压)，如图 5.1.2(a)所示，这时灯不亮，说明晶闸管不导通。 （2）晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，控制极相对于阴极也加正向电压，如图5.1.2(b)所示.这时灯亮，说明晶闸管导通。 （3）晶闸管导通后，如果去掉控制极上的电压，即将图5.1.2(b)中的开关S断开，灯仍然亮，这表明晶闸管继续导通，即晶闸管一旦导通后，控制极就失去了控制作用。 （4）晶闸管的阳极和阴极间加反向电压如图5.1.2(C)，无论控制极加不加电压，灯都不亮，晶闸管截止。 （5）如果控制极加反向电压，晶闸管阳极回路无论加正向电压还是反向电压，晶闸管都不导通。 从上述实验可以看出，晶闸管导通必须同时具备两个条件： (1) 晶闸管阳极电路加正向电压； (2) 控制极电路加适当的正向电压(实际工作 中,控制极加正触发脉冲信号)。 二、伏安特性 集成门极换流晶闸管（IGCT）———原理及驱动 电气信息工程学院 自动化10-02班 卢靖宇 541001010225 集成门极换流晶闸管（IGCT） 集成门极换流晶闸管(Intergrated Gate Commutated Thyristors) 1997年由ABB公司提出。该器件是将门极驱动电路与门极换流晶闸管GCT 集成于一个整体形成的。门极换流晶闸管GCT是基于GTO结构的一种新型电力半导体器件，它不仅有与GTO相同的高阻断能力和低通态压降，而且有与IGBT相同的开关性能，即它是GTO和IGBT相互取长补短的结果，是一种较理想的兆瓦级、中压开关器件，非常适合用于6kV和10kV的中压开关电路。 主要优点是： IGCT具有电流大、阻断电压高、开关频率高、可靠性高、结构紧凑、低导通损耗等特点，而且制造成本低，成品率高，有很好的应用前景。IGCT、GTO和IGBT的比较： 比较的器件及容量为:IGCT----4500V/3000A，GTG---4500V/3000A， IGBT----3300V/1200A。 集成门极换流晶闸管（IGCT）的电气符号 二、IGCT的结构和工作原理 1.IGCT 的分类 按内部结构来分，IGCT可以分成以下三类: (l)不对称型(Asymmetric) 在结构上是单纯的PNPN晶闸管结构，器件能正向承受高电压，但不具有承受反向电压的能力，也不能流过反向电流。一般需要从外部并联续流二极管。(2)反向阻断型(逆阻型)(Reverse blocking) 在结构上是一个PNPN晶闸管与一个二极管的串联，电流只能从一个方向(从阳极到阴极)流通，串联的二级管为这类器件提供了承受反向电压的能力。(3)反向导通型(逆导型)(Reverse conducting) 在结构是一个PNPN晶闸管与一个续流二极管的反向并联，电流可以两个方向流通，不能承受反向电压。由于GCT与续流二极管集成在同一个芯片上，不需要从外部并联续流二极管，变流器在结构上更加简洁，体积更小。 2.IGCT 的结构特点 IGCT与GTO结构相似，它也是四层三端器件，内部由上千个GCT单元组成，阳极和门极共用，而阴极并联一起，故也是多元功率集成器件，便于门极关断控制。 IGCT是通过印刷电路板将 IGCT芯片与其门极驱动电路连接在 一起，将门极驱动回路电感限制在 nH级，为实现“门极换流”和“硬 驱动”奠定了基础。 缓冲层技术 通常在器件设计中，如果 需要高的阻断电压值，就得要求硅 片的厚度增加。但硅片厚度的增加 必将导致导通和开关损耗的增大。IGCT采用缓冲层结构后，在相同阻断电压下，硅片厚度和标准结构更薄，从而大大降低了导通和开关损耗，从而提高了器件的效率。采用缓冲层还使单片GCT 与二极管的组合成为可能。 可穿透发射区 也称透明阳极，透明阳极是一个很薄的PN结，其发射效率与电流有关。因为电子穿透该阳极时就像阳极被短路一样，因此称为透明阳极。IGCT在GTO 结构的基础上，去掉阳极短路点，并利用了可穿透发射区技术。其发射效率和电流密度密切相关。在低电流密度下，其发射效率很高。但在大电流密度下，阳极的注入效率将很低。实现门极换流需要依靠这个结构。 门极硬驱动技术 门极硬驱动技术是指在晶闸管开通和关断的过程中的极短时间内,给其门极加以上升率和幅值都很大的驱动信号，可使被驱动晶闸管存储时间将至us 级，几乎做到同步开关，使晶闸管器件的关断能力大大超过其额定值。系统设计者可根据应用要求在开通频率和驱动功率控制能力之间加以选择，以达到一种合适的组合，在加速开关速率的同时降低开关损耗。 第12章晶闸管及其电路 本章要点 ● 晶闸管结构、符号、工作原理与伏安特性 ● 单相桥式半控整流电路 ● 单结晶体管结构与工作原理 ● 双向晶体管结构与工作原理 本章难点 电阻性负载和电感性负载的单相桥式半控整流电路工作原理 晶体闸流管简称晶闸管(T)，曾经称做可控硅(SCR)，是一种功率半导体元件。它具有体积小、重量轻、效率高、使用维护方便等优点，在电机控制、电磁阀控制、灯光控制、稳压控制、逆变电源等方面有普遍的应用。 12.1 晶闸管概述 晶闸管的特点是可以用弱信号控制强信号。从控制的观点看，它的功率放大倍数很大，用几十到一二百毫安电流，两到三伏的电压可以控制几十安、千余伏的工作电流电压，换句话说，它的功率放大倍数可以达到数十万倍以上。由于元件的功率增益可以做得很大，所以在许多晶体管放大器功率达不到的场合，它可以发挥作用。从电能的变化与调节方面看，它可以实现交流—直流、直流—交流、交流—交流、直流—直流以及变频等各种电能的变换和大小的控制。 晶闸管是半导体型功率器件，对超过极限参数运用很敏感，实际运用时应该注意留有较大电压、电流余量，并应尽量解决好器件的散热问题。我国自己生产的晶闸管都是大型的，电流上千安培，甚至要通水冷却。国外厂家则推出许多小功率 的塑料封装晶闸管，外型像晶体三极管，使得晶闸管广泛应用于消费类电子产品中(如彩电电源保护、电子调光灯)。 根据结构及用途的不同，晶闸管有很多类型，比较常用的有普通晶闸管、高频晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、无控制晶闸管、光控晶闸管和热敏晶闸管等。 12.2 晶闸管 12.2.1 晶闸管结构、符号与外形 晶闸管的外形有螺栓形、平板形和金属外壳、塑料外壳等不同形式，如图 12-1所示。由于晶闸管一般用于高压大电流的场合，常常需要加散热片，所以其外形都制造得易于安装和散热。 晶闸管的内部结构示意图和图形符号如图12-2所示。它由PNPN四层半导体构成，其间形成三个PN结，引出三个电极，分别为阳极a、阴极k和控制极g。 可控硅应用电路举例 1. 可控硅应用电路_直流可控硅触发电路：如图G2是一个电视机常用的过压保护电路，当E+电压过高时A点电压也变高，当它高于稳压管DZ的稳压值时DZ道通，可控硅D受触发而道通将E+短路，使保险丝RJ熔断，从而起到过压保护的作用。 2. 可控硅应用电路_相位可控硅触发电路：相位触发电路实际上是交流触发电路的一种，如图G3，这个电路的方法利用是RC回路控制触发信号的相位。当R值较少时，RC时间常数较少，触发信号的相移A1较少，因此负载获得较大的电功率；当R值较大时，RC时间常数较大，触发信号的相移A2较大，因此负载获得较少的电功率。这个典型的电功率无级调整电路在日常生活中有很多电气产品中都应用它。 可控硅的3种触发方式： 1.强电触发: 采用MOC3061、MOC3021等高压光耦，从可控硅的A极引入触发电压，这种触发不需要其他触发电源，电路非常简单，主要元器件工作在400V强脉冲环境，可靠性最差。采用触发二极管（DB3）电路与这种结构相似。 2.变压器隔离触发: 这是工业上最常用结构，优点是强弱电隔离触发波形好，缺点是长脉冲触发时变压器体积太大，成本高电路复杂。元器件工作在100V脉冲环境，可靠性一般。 3.隔离电源直流触发: 图片上的这种触发结构，缺点是功耗较大，发热量大。优点是强弱隔离触发电流大，低频长脉冲、高频脉冲串等都适用，电路简单成本低，元器件工作在20V 脉冲环境。可靠性好。这种机构的移相触发器经半年多实际使用(10kw变压器负载，镀铝机蒸发舟加热)，极少出现烧保险丝和烧可控硅现象，原来是采用变压器触发结构，经常烧保险丝，可控硅也有损坏。 以上仅是一己拙见，请大家谈谈各自看法。 瑞萨科技 硅可控开关元件与三端双向可控硅开关元件 瑞萨科技公司2004年2月Rev.1 模拟与分立半导体业务组 通用半导体器件分部 通用半导体产品工程部 2 硅可控开关（硅可控整流器）的工作原理 栅极(G) 阴极(K) 阳极(A) 符号 阴极(K) 栅极(G) 阳极(A) P N N P 结构 栅极信号 电流 (阳极→阴极) 电源 t t t 特性 CR Silicon （硅）Controlled （控制）Rectifier （整流器）CR S ilicon （硅）C ontrolled （控制）R ectifier （整流器）硅可控整流器(SCR) Semiconductor （半导体）Controlled （控制）Rectifier （整流器）(1957:GE) 硅可控整流器(SCR)S emiconductor （半导体）C ontrolled （控制）R ectifier （整流器）(1957:GE)电流方向 (I G ) (V in ) (I T ) on off on off 封锁! 硅可控开关无反向电流通过 3 三端双向可控硅开关的工作原理 端口2 (T2) 端口1 (T1) 栅极(G)符号 结构 端口2 (T2) 端口1(T1) 栅极(G) P N N N P 特性 三端双向可控硅开关（TRIAC ） TRIode （三端）AC semiconductor switch （交流半导体开关） (1958:GE) 三端双向可控硅开关（TRIAC ）TRI ode （三端）AC semiconductor switch （交流半导体开关）(1958:GE) BCR Bi-directional （双向）Control （控制）Rectifier （整流器）BCR Bi-directional （双向） C ontrol （控制）R ectifier （整流器）电流(双向) 栅极信号 电流 ( T1?T2) 电源 t t t (I G ) (V in ) (I T ) on off on 三端双向可控硅开关能够通过双向电流 继电器，晶体管和晶闸管PLC的区别 PLC的输出电路形式一般分为：继电器输出，晶体管输出和晶闸管输出三种。弄清这三种输出形式的区别，对于PLC的硬件设计工作非常有必要。下面以三菱PLC为例，简要介绍一下这三种输出电路形式的区别和注意事项，其它公司的PLC输出电路形式也大同小异.(昆山中山自动化专业培训)。 1、晶体管输出电路 晶体管输出电路形式相比于继电器输出响应快（一般在0.2ms以下），适用于要求快速响应的场合；由于晶体管是无机械触点，因此比继电器输出电路形式的寿命长。 晶体管输出型电路的外接电源只能是直接电源，这是其应用局限的一方面。另外，晶体管输出驱动能力要小于继电器输出，允许负载电压一般为DC5V～30V，允许负载电流为0.2A～0.5A。这两点的使用晶体管输出电路形式时要注意。 晶体管输出电路的形式主要有两种：NPN和PNP型集电极开路输出。如下图所示： 图2 NPN集电极开路输出 图3 PNP集电极开路输出 由以上两图可看出这两种晶体管输出电路形式的区别：NPN型集电极开路输出形式的公共端COM只能接外接电源的负极，而PNP型的COM端只能接外接电源的正极。 和继电器输出形式电路一样，在驱动感性负载时也要在负载两端反向并联二极管（二极管的阴极接电源的正极）防止过电压，保护PLC的输出电路。 2、继电器输出电路 这是PLC输出电路常见的一种形式，其电路形式如下图所示。该种输出电路形式外接电源既可以是直流，也可以是交流。 图1 继电器输出 PLC继电器输出电路形式允许负载一般是AC250V/50V以下，负载电流可达2A，容量可达80～100VA （电压×电流），因此，PLC的输出一般不宜直接驱动大电流负载（一般通过一个小负载来驱动大负载，如PLC的输出可以接一个电流比较小的中间继电器，再由中间继电器触点驱动大负载，如接触器线圈等）。 PLC继电器输出电路的形式继电器触点的使用寿命也有限制（一般数十万次左右，根据负载而定，如连接感性负载时的寿命要小于阻性负载）。此外，继电器输出的响应时间也比较慢（10ms）左右，因此，在要求快速响应的场合不适合使用此种类型的电路输出形式（可以根据场合使用下面介绍的两种输出形式）。 自控系统课程设计 ——双闭环不可逆直流调速系统 姓名： 班级： 学号： 指导老师： 摘要 转速、电流双闭环三相全桥晶闸管控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。在设计中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。本设计采用转速、电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实行嵌套联接。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称做外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。先确定电机参数和器件参数在设计调节器值。先确定其结构形式和设计各元部件，并对其参数计算。最后采用MATLAB/SIMULINK对整个调速系统进行了仿真分析 1绪论 1.1直流调速系统的概述 三十年来，直流电机调速控制经历了重大的变革。首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机组及水银整流装置使直流电气转动完成了一次大的飞跃。同时，控制电路已经实现高度集成化，小型化，高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化，完善化，系列化，标准化，在可逆脉宽调速，高精度的电气转动领域中仍然难以代替。直流调速是指人为的或自然的改变直流电机的转速，以满足工作机械要求。从机械性能上看，就是通过改变电机的参数或外加电压的方法来改变电机的机械特性，从而改变电动机机械特性和工作机械特性的交点，使电机的稳定转速发生变化。直流电机具有良好的起，制动性能，宜于在广泛的范围内平滑调速，在轧钢机，矿井卷扬机，挖掘机，海洋钻机，金属切削机床，造纸机，高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。近年来，交流调速系统发展的很快，然而直流拖动系统无论在理论上和实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用。 1.2 研究课题的目的和意义 在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作用受到多个环节的延滞，因此单闭环调速系统地勘电压扰动的性能要差一些。双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速动态变化会比单闭环系统小得多。用经典的动态校正设计调节器需同时解决稳，准，快，抗干扰等个反面相互有矛盾的静动态性能要求，需要设计者扎实的理论基础和丰富的实践经验，而初学者则不易掌握，于是有必要建立使用的设计方法。大多数现代的电力拖动自动控制系统均可低阶系统近似。若事先深入研究低阶典型系统的形式再与图表对照，设计过程就简单多了。这样，就有了建立工程设计方法的可能性。 1.3设计要求与内容 设计要求 1、晶闸管整流装置采用三相桥式全控整流电路。 2、Z2系列直流电动机调速要求稳态响应无误差。 3、电流环超调量σ≤5%，转速环按典型II型系统设计 4、要求在给定输入作用下的调节时间最短。 设计内容与步骤 1、复习有关教材、到图书馆查找有关资料，了解、熟悉系统的工作原理。 2、总体方案的构思 根据设计的要求和条件进行认真分析与研究，找出关键问题。广开思路， 双向可控硅MAC97A6的电路应用 家电维修2010-08-22 00:08:15 阅读2916 评论2 字号：大中小订阅 MAC97A6为小功率双向可控硅（双向晶闸管），最多应用于电风扇速度控制或电灯的亮度控制，市场上流行的“电脑风扇”或“电子程控风扇”，不外乎是用集成电路控制器与老式风扇相结合的新一代产品。这里介绍的电路就是利用一块市售的专用集成电路RY901及MAC97A6，将普通电扇改装为具有多功能的高档电扇，很适宜无线电爱好者制作与改装。 这种新型IC的主要特点是：（1）集开关、定时、调速、模拟自然风为一体，外围元件少、电路简单、易于制作；（2）省掉了体积较大的机械定时器和调速器，采用轻触式开关和电脑控制脉冲触发，因而无机械磨损，使用寿命长；（3）各种动作电脑程序具备相应的发光管指示，耗电量少，体积小，重量轻，显示直观，便于操作；（4）适合开发或改造成多路家电的定时控制等。RY901采用双列直插式16脚塑封结构，为低功耗CMOS集成电路。其外形、引出脚排列及各脚功能如图1所示。工作原理 典型应用电路如图2所示（[url=https://www.360docs.net/doc/c21952472.html,/ad/ykkz/fsdlkz.rar]点击下载原理图[/url] ）。市电220V由C1、R1降压VD9稳压，经VD10、C2整流滤波后, 提供5V－6V左右的直流电源作为RY901IC组成的控制器电压。在刚接通电源时，电脑控制器暂处于复位（静止）状态，面板上所有发光二极管VD1－VD8均不亮，电风扇不转。若这时每按动一次风速选择键SB3，可依次从IC的11－13脚输出控制电平（脉冲信号），经发光管VDl－VD3和限流电阻R2－R4，分别触发双向晶闸管VS1－VS3的G极，用以控制它的导通与截止，再经电抗器L 进行阻抗变换，即可按强风、中风、弱风、强风……的顺序来改变其工作状态，并且风速指示管VD1－VD3（红色）对应点亮或熄灭；当按风型选择键SB4，电风扇即按连续风（常风）、阵风（模拟自然风）、连续风……的方式循环改变其工作状态，在连续风状态下，风型指示管VD4（黄色）熄灭，在阵风状态下，VD4闪光；当按动定时时间选择键SB2，定时指示管VD5－VD8依次对应点亮或熄灭，即每按动一次SB2，可选择其中一种定时时间，共有0.5、l、2、4小时和不定时5种工作方式供选择。当定时时间一到，IC内部的定时电路停止工作，相应的定时指晶闸管及其应用讲解
晶闸管触发驱动电路设计-张晋远要点
可控硅-晶闸管的几种典型应用电路
GTO驱动电路
GTO驱动电路备课讲稿
晶闸管触发驱动电路设计-张晋远
晶闸管保护电路
双向可控硅和触发电路
基于单片机的晶闸管触发电路设计
教案-晶闸管及其应用
晶闸管及其应用
集成门极换流晶闸管原理及驱动
晶闸管及其电路
可控硅应用电路举例
可控硅驱动电路
继电器,晶体管和晶闸管输出类型PLC的区别
自控晶闸管驱动直流电机说明书要点
双向可控硅MAC97A6的电路应用[1]