第14章 双向晶闸管及其应用
晶闸管的结构原理及应用
晶闸管的结构原理及应用1. 晶闸管的概述晶闸管（Thyristor）是一种主要用于电能控制的半导体器件，广泛应用于电力电子技术领域。
晶闸管具有高压、大电流、能耗低、可靠性好等特点，被广泛应用于家电、工业控制、交通运输等领域。
2. 晶闸管的结构原理晶闸管的结构采用P-N-P-N四层结构，主要由控制极（G：Gate）、阳极（A：Anode）、阴极（K：Cathode）三个电极组成。
其结构和工作原理如下：•P层：阳极侧为P型半导体，控制极侧为薄的N型半导体层；•N层：阳极侧为N型半导体，控制极侧为一薄层的P型半导体层；•控制极：通过控制极加上一个触发脉冲，使得晶闸管的导通；•阳极：负责控制晶闸管的输出电流；•阴极：负责晶闸管的接地。
3. 晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理可分为四个状态：关断（Off）、导通（On）、保持（Hold）、关断恢复（Off Recovery）。
1.关断状态：晶闸管在没有施加控制信号时处于关断状态，此时无法通过阳极和控制极之间的电流。
晶闸管的控制极与阳极之间存在电压可能会使其进入导通状态；2.导通状态：当控制极与阳极之间施加一个足够大的正向电压时，晶闸管进入导通状态。
此时，晶闸管的阳极和控制极之间的电流将开始流动；3.保持状态：在晶闸管进入导通状态后，控制极与阳极之间的电压可以降至较低水平，晶闸管仍然保持导通状态。
然而，如果该电压降至一定程度以下，则晶闸管将自动进入关断状态；4.关断恢复状态：当控制极与阳极之间的电压降至负值时，晶闸管将从导通状态恢复到关断状态。
4. 晶闸管的应用由于晶闸管具有可控性强、效率高、可靠性好等优点，被广泛应用于以下领域：•电力调节：晶闸管可用于交流电压调节，实现对电力的控制。
例如，晶闸管可以用于家庭用电中的调光灯、风扇等电器，以及电力工业中的电动机调速器、变频器等设备；•电流控制：晶闸管可用于控制电流的大小和方向。
例如，晶闸管可以用于电焊机，控制焊接电流，使焊接效果更加稳定和高效；•能量回收：晶闸管可以将电能回收并用于其他用途。
晶闸管的原理及应用
晶闸管的原理及应用1. 晶闸管的原理晶闸管是一种半导体器件，其工作原理基于PN结的导通与截止特性。
晶闸管由四层PNPN结构组成，其中的P1-N1和N2-P2结称为控制结，而P2-N2结称为工作结。
晶闸管的工作原理可以分为两个状态：触发和导通。
1.1 触发状态在触发状态下，当控制结接受到一个正向脉冲电压时，会导致控制结内的正电荷的积累，从而降低控制结内的屏蔽电压。
一旦屏蔽电压降低到一定程度，晶闸管会进入导通状态。
1.2 导通状态在导通状态下，晶闸管的P2-N2结中的准电子可以移动到N2区域，将晶闸管的内部转变为一个低阻抗通路。
此时，只要存在足够的电流注入，晶闸管就能保持导通状态。
2. 晶闸管的应用晶闸管作为一种重要的半导体器件，广泛应用于各种电子电路中。
以下是晶闸管应用的一些常见场景：•电能调节：晶闸管可用于控制大功率电流，实现电力传输的调节，例如在工厂中用于控制电机的启停和速度调节。
•直流电动机驱动：晶闸管可以作为直流电动机的电流控制装置，通过控制晶闸管的导通时间和关断时间，可以调节直流电动机的转速。
•交流电源控制：晶闸管可用于交流电源的控制，例如用于电子变压器的调节。
•逆变器：晶闸管逆变器是将直流电压转换为交流电压的关键组成部分，广泛应用于太阳能和风能发电等领域。
•发光器件驱动：晶闸管可以用于驱动各种发光器件，如LED等。
•温度控制：通过控制晶闸管的导通时间和关断时间，可以实现温度控制，例如烤箱和电熨斗等家电产品中的温度控制。
3. 总结晶闸管是一种重要的半导体器件，其工作原理基于PN结的导通与截止特性。
它在电力调节、直流电机驱动、交流电源控制、逆变器、发光器件驱动和温度控制等领域都有重要的应用。
通过掌握晶闸管的原理及应用，可以更好地理解和应用该器件，实现各种电子电路的设计与控制。
以上就是晶闸管的原理及应用的介绍。
希望对你有所帮助！。
山东双向晶闸管模块作用
山东双向晶闸管模块作用一、晶闸管的基本原理晶闸管（Thyristor）是一种半导体器件，可以控制大电流的导通和截止。
晶闸管有正向和反向两个电极，能够实现双向导通。
晶闸管的导通方式与普通二极管不同，它需要通过一个控制信号（称为触发信号）才能进行导通。
二、晶闸管的应用领域晶闸管被广泛用于各个领域，包括电力系统、变频调速、发电机、电动机控制等。
它具有导通速度快、可控性好、承载电流大等特点，也是很多电子器件的关键组成部分。
三、晶闸管在山东省的应用山东省作为我国经济发展较快的地区，其工业产值和能源消耗量都位居全国前列。
为了提高电力系统的稳定性和效率，山东省引入了山东双向晶闸管模块。
1. 提高电力系统稳定性晶闸管能够实现电流的双向控制，这对于电力系统的稳定性有着重要的意义。
在电力传输过程中，通过控制晶闸管的导通和截止，可以实现电能的调控和传输。
2. 优化能源消耗山东省大量运用双向晶闸管模块进行能源调节，通过控制晶闸管的导通和截止，可以有效地调整能源的使用情况，降低能源消耗，并实现能源的高效利用。
3. 电动机控制在工业生产中，电动机是非常重要的动力装置。
双向晶闸管模块的应用可以实现对电动机的精确控制，提高生产效率和质量，并减少能源的浪费。
4. 其他应用领域除了电力系统和电动机控制外，双向晶闸管模块还可以应用于变频调速、光伏发电、UPS电源等领域，起到改善电能质量、提高能源利用效率的作用。
四、山东双向晶闸管模块的特点和优势山东双向晶闸管模块在应用中具有以下特点和优势：1. 高可靠性山东双向晶闸管模块采用先进的封装工艺和技术，具有较高的可靠性和稳定性，能够适应复杂的工作环境。
2. 功能丰富山东双向晶闸管模块具有多种控制功能和保护功能，能够满足不同应用场景的需求。
同时，它还支持远程控制和监测，方便用户进行远程管理。
3. 高效节能双向晶闸管模块的高效能和精确控制能力，使其在能源消耗方面具有优势。
通过对电流的准确控制，可以降低能源的损耗和浪费。
晶闸管的工作原理与应用
晶闸管的工作原理与应用晶闸管，又称为可控硅器件，是一种半导体器件，通过控制电流的输入使其在导通和关断之间切换，从而实现电能的控制和调节。
下面将详细介绍晶闸管的工作原理和应用。
晶闸管是由PNP型晶体管和PNP型二极管组成的四层结构。
它具有三个电极，分别是阳极（A端）、阴极（K端）和控制极（G端）。
晶闸管的工作原理可概括为以下五个阶段：1.断电状态：当外电源施加在晶闸管的阳极和阴极之间时，控制极无电压，晶闸管处于关断状态。
2.触发状态：当控制极施加一个正向电压时，晶闸管开始被触发，进入导通状态。
在此状态下，晶闸管的阳极和阴极之间的电流（也称为主电流）开始流动。
3.工作状态：一旦晶闸管被触发，晶闸管将持续一直到主电流下降到零。
即使控制极上施加的电压被移除或降低，晶闸管仍然保持导通。
4.关断状态：当主电流下降到零时，晶闸管将自动关断。
在此状态下，晶闸管的阻断电压（也称为封闭电压）为控制极和阳极之间的电压。
5.关断恢复状态：一旦晶闸管被关断，即使在问题电压下晶闸管的条件保持一段时间，它仍然不会被重新触发。
要重新触发晶闸管，需要重新施加电压来打开控制极。
晶闸管的应用：晶闸管具有较高的电流和电压承受能力，以及快速的开关速度，因此在各种电子和电力电路中得到广泛应用。
以下是晶闸管的主要应用领域：1.调光控制：晶闸管可以通过调整导通角来实现灯的亮度调节，用于家庭照明、道路照明等领域。
2.功率控制：晶闸管可以用于电力系统中的负载控制，如电动机调速、电阻炉加热控制等。
3.电源开关：晶闸管可以用于交流电源的整流和开关过程，实现直流电源的输出。
4.频率变换：晶闸管可以用于交流调制，实现交流电的频率变换。
5.电压调节：晶闸管可以作为稳压器，控制输出电压来保护负载设备。
6.电力因数校正：晶闸管可以用于改善电力系统的功率因数，提高系统效率。
7.电流开关：晶闸管可以用于过电流保护，当电流超过预设值时，晶闸管将自动关断以保护电路和设备。
双向晶闸管的作用
双向晶闸管的作用双向晶闸管（Bilateral Triode Thyristor，简称BTT）是一种特殊类型的晶闸管，它具有双向导通的特性，能够同时在正向和反向导通电流。
双向晶闸管在电子器件中起着重要的作用，它在电力控制、电流保护、电压变换等领域都有广泛的应用。
本文将对双向晶闸管的作用进行讨论。
双向晶闸管的主要作用之一是电力控制。
它能够实现对交流电的控制，通过控制晶闸管的触发角，可以改变电流的导通时间，从而调整负载电流的大小。
这使得双向晶闸管成为交流电调光、电子变压器、温度控制器等电力控制装置的关键元件。
例如，在交流调光系统中，双向晶闸管可以根据调光信号的强弱来控制灯光的明暗程度，实现灯光的调节。
双向晶闸管的电力控制作用使得我们可以方便地控制交流电的大小和形状，提高了电力系统的灵活性和效率。
双向晶闸管还有一个重要的作用是电流保护。
在电力系统中，电流的过大或过小都可能对设备和电路造成损害，甚至引发事故。
双向晶闸管可以通过监测电流的大小来实现过电流保护。
当电流超过设定值时，双向晶闸管会自动断开电路，以保护设备的安全运行。
例如，在电力系统中，如果电流突然增大，双向晶闸管可以快速反应并切断电路，避免过电流对设备和线路造成损坏。
双向晶闸管的电流保护作用可以有效地保护电力设备和电路的安全运行。
双向晶闸管还可以实现电压变换的作用。
在电力系统中，有时需要将交流电的电压从一个值变换到另一个值。
双向晶闸管可以通过控制导通的时间来实现电压的变换。
当双向晶闸管导通时，电压通过电源和负载，实现电压的变换。
例如，在交流变压器中，通过控制双向晶闸管的导通时间，可以实现输入电压和输出电压的变换。
双向晶闸管的电压变换作用使得我们可以方便地实现交流电压的变换，满足不同电器设备的需求。
除了以上的作用，双向晶闸管还可以用于电压调节、电流补偿、电压逆变等领域。
它的双向导通特性使得其在交流电路中具有独特的应用优势。
双向晶闸管广泛应用于家用电器、电力设备、电子仪器等领域，为我们的生活和工作提供了便利。
双向晶闸管的原理及选择
双向晶闸管的原理及选择
双向晶闸管（Bilateral SCR）是一种特殊的晶闸管，它能够从两个方向（正向和反向）进行控制和导通。
其工作原理和一般晶闸管相似，但具有双向导通的特点。
其原理如下：
1. 双向晶闸管由两个晶闸管串联而成，一个为NPN型（正向导通），另一个为PNP型（反向导通）。
2. 当双向晶闸管的正向输入电压大于其触发电压时，NPN型晶闸管导通，通过反馈作用使得PNP型晶闸管也导通，形成一个完整的导通通道。
3. 当双向晶闸管的反向输入电压大于其触发电压时，PNP型晶闸管导通，通过反馈作用使得NPN型晶闸管也导通，形成一个完整的导通通道。
双向晶闸管的选择要考虑以下几个因素：
1. 电压和电流要求：根据应用场景的电压和电流需求选择适当的双向晶闸管。
通常，需要选取额定电压和电流远高于实际工作条件的双向晶闸管。
2. 触发电压和电流：双向晶闸管的触发电压和电流也是需要考虑的因素。
触发电压和电流应与控制电路相匹配。
3. 响应时间：某些应用场景对响应时间有较严格的要求，因此需要选择响应时间较短的双向晶闸管。
4. 耐压能力：双向晶闸管需要具备足够的耐压能力，以应对应用中可能出现的过电压情况。
另外，双向晶闸管还需要考虑一些其他因素，如温度特性、阻断能力、芯片尺寸等。
根据具体的应用场景和需求，选择适当的双向晶闸管是非常重要的。
双向晶闸管的结构及工作原理
双向晶闸管的结构及工作原理
当双向晶闸管处于导通状态时，施加在A2与A1之间的电压是正向的，内部的P-N结是反向偏置的。
此时，由于双向晶闸管的导通特性，电流从
K1向K2方向流动，即A1/A2极对换。
当施加在K1与K2之间的电压是正向的时候，致使结P-N-P-N极化为
正向偏置，使双向晶闸管导通，并且电流沿着原来的方向从A1到A2流动。
当双向晶闸管处于导通状态时，施加在K2与K1之间的电压是正向的，内部的P-N结是反向偏置的。
此时，由于双向晶闸管的导通特性，电流从
A2向A1方向流动，即K1/K2极对换。
需要注意的是，双向晶闸管导通的条件是施加在A1与A2之间的电压
是正向的，施加在K1与K2之间的电压是正向的。
否则，双向晶闸管处于
封锁状态。
1.双向导通性：双向晶闸管能够同时在正向和反向导通，适用于交流
电路的开关控制和电能控制。
它可以在两个方向上导通，而传统的晶闸管
只能在一个方向上导通。
2.较高的导通能力：双向晶闸管的导通能力较高，能够承受较大的电
流和电压。
3.快速响应速度：由于双向晶闸管具有晶闸管的导通特性，具有较快
的响应速度和较低的开关损耗。
4.适用范围广：双向晶闸管在电力调节、交流电机控制、逆变器、照
明控制等领域有广泛应用。
总结来说，双向晶闸管采用了开关管和晶闸管的结合，具有双向导通的特性。
它的结构由四个层组成，通过正向或者反向的电压施加，能够在两个方向上导通电流。
它适用于交流电路的开关控制和电能控制。
第14章 双向晶闸管及其应用
过零触发电路波形
电路 图14-16 过零触发电路的电压波形
分析
三、固态开关
固态继电器（简称SSR）
固态开关（简称SSS）
固态接触器（简称SSC）
它是一种以双向晶闸管为主控元件而构成的无触点开关。
固态开关—— 零电压接通与零电流断开
14-17
零电压接通原理
1. 无输入信号时，V2管饱和导通。
电路
单相交流调压的特点
1. 电阻性负载时，改变控制角 ，即可改变负载电压的有
效值。移相范围 0 ~ 180
2. 电感性负载时，不能用窄脉冲触发。否则当 毁熔断器或晶闸管。 3. 电感性负载时，最小控制角 min
~ 180 移相范围
＜
时，会出现一个晶闸管无法导通，产生很大的直流分量，烧
（3）直流开关 当V2基极电压Ube2＞0时，V2管导通，Ube3接
近零电位，V3管截止，直流开关断开。当Ube2＜0，V2截止， 由R8、R9和V6组成的分压电路使V3导通，直流开关导通，接 通24V直流电压，V3通断时间如图14-16c所示。
电路图
波形
过零触发电路分析2
波形如图14-16d所示。
2. 电压太高，既便有输入信号，也无法使V2管截止。 3. 适当选取R2和R3的值,使交流电源电压在零值区域
(±25V)且有输入信号时,V2截止。
因此，只能在零电压附近时VT2导通。
固态开关的等效电路
固态开关 1 3 RL
～220V
2
4
图14-18
固态开关的特点
特点：体积小，工作频率高
适用场合：频繁工作或潮湿、有腐蚀及 易燃的环境中。
（4）同步电压形成和过零脉冲输出
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
,
第三节 晶闸管交流开关
一、简单交流开关及应用 二
Ⅰ+、Ⅲ－触发方式
阳极电压为触发 电压，强触发
14-11 晶体管交流开关的基本形式
L1
L2
L3
软起动器电路
电动机的软起动与直接全 压起动或两级起动（如星/
三角形）不同，软起动时
电压沿斜坡上升，升至全 压的时间可设定在0.5~60s 之间。软起动器也有软停 止功能，其可调节的斜坡
因此，软起动器可延长设备的寿命，减少维修。
二、过零触发与单相交流调功器
晶闸管触发电路的触发方式： 其一是前面讲过的移相触发，即触发延迟角可调；
其二是过零触发。
过零触发：当电压过零时给晶闸管以触发脉冲，
使晶闸管工作在全导通或全阻断状态，这种触发 方式称为过零触发。
调功器
在设定的周期内，将电路接通几个周，断 开几个周，通过改变晶闸管在设定周期内 通断时间的比例，达到调节负载两端电压 即负载功率的目的，这种装置称为调功器。
单相交流调压的特点
1. 电阻性负载时，改变控制角 ，即可改变负载电压的有
效值。移相范围 0 ~ 180
2. 电感性负载时，不能用窄脉冲触发。否则当 毁熔断器或晶闸管。 3. 电感性负载时，最小控制角 min
~ 180 移相范围
＜
时，会出现一个晶闸管无法导通，产生很大的直流分量，烧
2.伏安特性
14-2
二、双向晶闸管的触发方式
（1）Ⅰ+触发方式 阳极电压为第一阳极
（2）Ⅰ－触发方式
阳极电压为第一阳极
T1为正，T2为负；门极
T1为正，T2为负；门极
电压是G为正，T2为负， 特性曲线在第Ⅰ象限， 为正触发。
电压是G为负，T2为正，
特性曲线在第Ⅰ象限， 为负触发。
二、双向晶闸管的触发方式
要将两只普通晶闸管反并联使用，代替
一只双向晶闸管，数值上怎样计算？
首先将双向晶闸管的额定电流有效值折算成正弦半 波的平均值： I T(AV) 2 I T(RMS) π ，再向上取系列
值即可。
如IT(RMS) = 100A，则IT(AV) = 45A，向上选50A，额 定电压同级别的普通晶闸管，即两只KP50—7的普 通晶闸管反向并联，两个门极并接作为公共门极， 可代替KS100—7的双向晶闸管。
全周过零触发输出电压波形
14-14
公式
设TC周期内导通的周数为n，每个周的周期为T， 调功器输出电压有效值为 则调功器的输出功率为
1 nT 2 U ( 2 U sin t ) d t Un n TC 0 TC
nT
nT P Pn TC
式中, Pn 是设定周期 T C 内全导通时装置的输出功率（kW）； Un是设定周期TC内全导通时装置的输出电压（V）。
过零触发电路波形
电路 图14-16 过零触发电路的电压波形
分析
三、固态开关
固态继电器（简称SSR）
固态开关（简称SSS）
固态接触器（简称SSC）
它是一种以双向晶闸管为主控元件而构成的无触点开关。
固态开关—— 零电压接通与零电流断开
14-17
零电压接通原理
1. 无输入信号时，V2管饱和导通。
电路
外部结构
图形符号
图14-1
型号与系列值
双向晶闸管的型号为KS□—□，例如KS100—8
表示双向晶闸管，额定通态电流（有效值） 100A，断态重复峰值电压为8级（800V）。 双向晶闸管额定通态电流IT(RMS)的系列值为：1A、 10A、20A、50A、100A、200A、400A、500A。 额定电压的分级同普通晶闸管。
第十四章 双向晶闸管及其应用
第一节 双向晶闸管
第二节 单相交流调压电路
第三节 晶闸管交流开关
返回主目录
第一节
双向晶闸管
一、双向晶闸管基本 结构与伏安特性 二、双向晶闸管的触 发方式
一、双向晶闸管基本结构与伏安特性
1. 基本结构
双向晶闸管从外观 上看，和普通晶闸 管一样，有小功率 塑封型、大功率螺 栓型和特大功率平 板型。一般调光台 灯、吊扇无级调速 等多采用塑封型。
（3）Ⅲ+触发方式 阳极电压为第一阳极T1 为 负，T2为正；门极电压是 （4）Ⅲ－触发方式 阳极电压为第一阳极 T1为
负，T2为正；门极电压是G
为负，T2为正，特性曲线在 第Ⅲ象限，为负触发。
G为正，T2为负，特性曲
线在第Ⅲ象限，为正触发。
四种触发方式中，Ⅲ+触发方式的触发灵敏度最低， 因此实际应用中只采用 （Ⅰ+、Ⅲ－）与（Ⅰ－、Ⅲ－）两组触发方式。
过零触发电路
图14-15 过零触发电路
电路分析 波形
电路图
波形
过零触发电路分析1
（1）锯齿波形成环节 锯齿波的底宽对应着一定的时间间隔
（TC）。调节电位器RP1即可改变锯齿波的斜率。波形如图
14-16a所示。 （2）信号综合环节 控制电压UC与锯齿波电压叠加后合成电 压为us，送至V2基极。当us＞0（0.7V）时，V2导通；us＜0时， V2截止，波形如图14-16b所示。
本章电子教案制作：申凤琴
14-12
时间在0.5~240s。
软起动特性
14-13
软起动器应用
采用软起动器将降低起动电流，减少对电网的干扰。 如软起动器在起动泵、风机、输送带等设备时，软起 动器可分别解决水泵电动机起动与停止时管道内的水 压波动；
起动风机时传送带打滑及轴承应力过大、输送带起动
或停止过程中由于颠簸而造成产品损坏等问题。
（4）同步电压形成和过零脉冲输出
本环节与直流开关输出电压（24V）共同控制V4和V5，只有 当V3导通期间，V4、V5集电极和发射极之间才有电压，才可
能工作。在这期间，同步电压每次过零时，V4截止，V5导通，
经脉冲变压器输出脉冲电压，使晶闸管导通，波形如图1416e所示。 如何调节功率？ 控制电压UC 的导通周数 ，直流开关的导通时间随之 ，交流输出电压的平均功率 ，主控开关VT 。
2. 电压太高，既便有输入信号，也无法使V2管截止。 3. 适当选取R2和R3的值,使交流电源电压在零值区域
(±25V)且有输入信号时,V2截止。
因此，只能在零电压附近时VT2导通。
固态开关的等效电路
固态开关 1 3 RL
～220V
2
4
图14-18
固态开关的特点
特点：体积小，工作频率高
适用场合：频繁工作或潮湿、有腐蚀及 易燃的环境中。
（3）直流开关 当V2基极电压Ube2＞0时，V2管导通，Ube3接
近零电位，V3管截止，直流开关断开。当Ube2＜0，V2截止， 由R8、R9和V6组成的分压电路使V3导通，直流开关导通，接 通24V直流电压，V3通断时间如图14-16c所示。
电路图
波形
过零触发电路分析2
波形如图14-16d所示。
UL U 1 π sin 2 2π π
输出交流电流有效值
UL IL RL
实例1
单相交流调光台灯电路
～ 220V
图14-7
2.电感性负载
arctanL R
图14-8 电感性负载单相交流调压原理电路及波形
14-9
实例2
吊扇的调速电路
图14-10 吊扇的调速原理图
第二节 单相交流调压电路
一、双向触发二极管组成的触发电路 二、单相交流调压电路 1. 电阻性负载 2. 电感性负载
双向触发二极管
I
P N P 符号 内部结构 伏安特性 图14-3 O UBO U
击穿电压 30V
触发电路
图14-4
二、单相交流调压电路
1.电阻性负载
14-5
公式
输出交流电压有效值