东北大学电工学课件-晶闸管

G
G
P P N K
IG
IK
_K
二、 工作原理
A
加触发：
β 1β 2 iG
T1
iG
G
EG
iB 2
β 2 iG EA
T2 上述过程形成正反馈 导通，反向不导通。 I< IH时，反馈不能维持， 关断。
K EA > 0、EG > 0
三、 伏安特性及主要参数
1.伏安特性
正向平均电流
( I f (U )曲线)
一、基本结构及导电特性
晶闸管是具有三个PN结的 四层结构, 其外形、结构及符 号如图。
A 阳极
A
G K
(a) 外形 (b) 符号
四 层 半 导 体
P1
N1
三 个
PN
结
P2
N2
(c) 结构
K 阴极
A
P N N
+
A N1 T1 P2 N2 N1 T2
IA
P1 P2
导通： 正偏，
触发。
截止： 反偏， 或 I < I H。
(2) URRM(PRV):反向重复峰值电压 控制极开路时,允许重复作用在晶闸管元
件上的反向峰值电压。
一般取 URRM = 80% UBR
。
(3)
IF 额定正向平均电流 可控硅处于全导通时可以连续通过的工频 正弦半波电流的平均值。
如果正弦半波电流的最大值为Im, 则
1 IF 2π i
π
Im I m sin td (t ) π 0
选3CT20/300 ; 为简化设计，二极管与SCR参数相同。
7.3 触发电路
对触发电路的基本要求：
(1) 保证触发信号与电源同步
(2) 有一定的移相范围
TCA785触发器的结构及工作原理 锯齿波UC
控制电压UK ∞ UM
u c uk uk
uk
t
t
um
u01 um
t
u01
t
t
7.4 晶闸管的保护
7.2 晶闸管整流电路
一、单相半波可控整流电路；
1、电阻性负载：
控制角 导通角 += + u –
T
io + RL uo –
+ uT –
u > 0 时：若ug = 0，晶闸管不导通，
控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压,导 通。
u < 0 时: 晶闸管承受反向电压不导通, uo = 0, uT = u ，故称可控整流。
晶闸管
（Silicon Controlled Rectifier） 晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功 率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域
扩展到强电领域。
晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，
但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、
调压及斩波、开关等方面。
7.1 晶闸管元件
u
O
(2)工作波形
ug
t1
2
t2
t t t
uO
O
uT
O
O
导通角
t

控制角
阻性负载 单相半波可控整流电路电压、电流波形
(3)整流输出电压及电流的平均值
1 UO u d t 2π α
π
1 2U sin t d(t ) 2π α 1 cosα 0.45U 2 UO U 1 cosα IO 0.45 RL RL 2
I
IF + _
IG2 > IG1 > IG0 IG2 IG1 IG0 U
维持电流
UBR URRM
IH o
UDRM UBO U
反向转折电压
_
+
正向转折电压
正向特性
反向特性
2. 主要参数
(1) UDRM(PFV):正向阻断峰值电压（耐压值） 晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,允许 重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。 一般取UDRM = 80% UB0 。
= 0 ， U0= 0.45 U2 ； = 180 ，U0 = 0 ；
π
2、电感性负载：
T
+ – + + uT – u io – io +
L
D
uo –
R
u> 0时： D反向截止，不影响整流电路工作。
u < 0时： D正向导通,晶闸管承受反向电压关断,电 感元件L释放能量形成的电流经D构成回路(续流)。
电 工 学
第七章 晶闸管及其应用
7.1 晶闸管元件
7.2
7.3 7.4
可控整流电路
触发电路 晶闸管的保护
第七章 晶闸管及其应用
本章要求 1.了解晶闸管的基本结构、工作原理、特性和主要
参数。
2. 理解可控整流电路的工作原理、掌握电压平均值 与控制角的关系。 3. 了解TCA触发器及其触发电路的工作原理。
+ –
b u
+ + uo – –
a
T1
RL
D2
b
T1、T2 晶闸管 D1、D2晶体管
此时，T2和D1均承受反向电压而截止。
(2)电压u 为负半周时
a T2和D1承受正向 电压。 T2控制极加触 发电压, 则T2和D1导 通，电流的通路为 b T2 RL
io
+

T1
T2
–
b
u
RL
D1
D2
+ + uo – –
前面提到晶闸管可以实现由弱电控制强电、无 触点开关控制等。但可控硅也有其缺点如： （1）热容量很小,过流过大、过流时间过长时，
容易因过热而损坏；
（2）电压超过其反向击穿电压时，即使时间极 短，也容易损坏, 耐受过电压的能力极差。
一、过流保护： 对晶闸管的过流保护主要采取限制 d i / d t 的办 法，一般选用小电感线圈。 除此以外还可采用： 1、快速熔断器：银铜合金。 电路中加快速熔断器。当电路发生过流故 障时，它能在晶闸管过热损坏之前熔断，切断 电流通路，以保证晶闸管的安全。
IF
2
t
IF 一个周期内的平均值
有效值： 故：I / IF = / 2 = 1.57
例如：100A的SCR允许通过150A的有效值。 导通角等于90°时， I / IF = / 2 =2.22； 1.57 / 2.22 = 0.707 ; 即100A的SCR，在90°时，仅能当作 IF=70A的 元件使用。
工作波形(加续流二极管)
u
O
ug
O

2
t tuO iL源自uTOt
t
i0 is
t t
t
iD
续流二极管的作用，大电感。
二、 单相半控桥式整流电路
工作原理 a T1
io T2 RL
D1 D2
(1)电压u 为正半周时
T1和D2承受正向 电压。 T1控制极加触 发电压, 则T1和D2导 通，电流的通路为
π
例1： R=4欧，U0 = 080伏 ；
求：U2= ？，选SCR，D。 解： 1）设= 0 ，U0 = 80伏，I0 = 20安， U2 = 80 / 0.9 = 88.9伏。 考虑电网压降，最小值限制，增加10%余量， U2 = 100伏。 2）UDM = U2 2 =141V , Im = (1/2) I0 = 10A； 取K=2，US =300V, IS =20A，
R U1 C U2 C C R RL
R
2、硒堆：保护过电压，可恢复。
(4) IH: 维持电流 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导 通状态所必须的最小电流。 一般IH为几十 ~ 一百多毫安。
(5) UG、IG：控制极触发电压和电流 室温下，阳极电压为直流6V时，使晶闸管完 全导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。 一般UG为1到5V，IG为几十到几百毫安。 (6) 型号 ：3CT100/800，KP200/600
快速熔断器接入方式有三种。
方法 3 方法1
~
方法2
2、快速继电器：可重复使用。 在输出端(直流侧)或输入端(交流侧)接入 过电流继电器，当电路发生过流故障时，继电 器动作，使电路自动切断。
二、过电压保护：
1. 阻容保护
利用电容吸收过压。抑制 du / dt,其实质就 是将造成过电压的能量变成电场能量储存到电 容中，然后释放到电阻中消耗掉。
D1
a
此时，T1和D2均承受反向电压而截止。
3. 工作波形
u
O
ug
O

2
t t t t
uO
uT1
O
uT2 uD1
uD2
4. 输出电压及电流的平均值
1 U O u d t πα
π
1 U ο 2U sin t d(t ) πα 1 cosα 0.9U 2 U U 1 cosα IO 0.9 Rο RL 2