电路第13章 晶闸管及其应用
晶闸管结构及其符号优秀课件
(1) 通态平均电流IT(AV)
通态平均电流IT(AV)简称正向电流，指在标准散热条件和 规定环境温度下(不超过40oC)，允许通过工频(50Hz)正 弦半波电流在一个周期内的最大平均值。
(2) 维持电流IH
维持电流IH，指在规定的环境温度和控制极断路的情况 下，维持晶闸管继续导通时需要的最小阳极电流。
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综上所述，可得如下结论：
① 晶闸管与硅整流二极管相似，都具有反向 阻断能力，但晶闸管还具有正向阻断能力，即 晶闸管正向导通必须具有一定的条件：阳极加 正向电压，控制作用。要使 晶闸管重新关断，必须做到以下两点之一：一是将阳 极电流减小到小于维持电流IH；二是将阳极电压减小 到零或使之反向。
反向阻断峰值电压UDRM ，指允许重复加在晶闸管上 的反向峰值电压。
(3) 额定电压UD
通常把UDRM 和URRM中较小的一个值称作晶闸管的额定电压。
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(4) 通态平均电压UT(AV)
习惯上称为导通时的管压降。这个电压当然越小越好， 一般为0.4V~1.2V。
2. 电流参数
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设在阳极和阴极之间接上电源UA，在控制极和 阴极之间接入电源UG，
图10.3 晶闸管工作原理
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(1) 晶闸管加阳极负电压-UA时，晶闸管处于反向阻断状态 。
(2) 晶闸管加阳极正电压UA，控制极不加电压时，晶闸管 处于正向阻断状态。
(3) 晶闸管加阳极正电压+UA，同时也加控制极正电压+UG， 晶闸管导通。 (4) 要使导通的晶闸管截止，必须将阳极电压降至零或为负， 使晶闸管阳极电流降至维持电流IH以下。
晶闸管的原理与应用pdf
晶闸管的原理与应用一、晶闸管的基本原理晶闸管是一种电子器件，具有可控硅的特点。
其基本原理如下：1.PN结–晶闸管由P型半导体、N型半导体和P型半导体三层特殊结构构成。
–P型半导体具有正电荷载流子，N型半导体具有负电荷载流子，形成PN结。
2.开关特性–当PN结两端没有电压时，晶闸管处于关断状态。
–当PN结两端有正向电压时，晶闸管依然处于关断状态。
–当PN结两端有反向电压时，当反向电压超过某一临界值时，晶闸管会被击穿，进入导通状态。
3.可控性–通过控制晶闸管的控制电极，可以改变晶闸管的导通时间和导通电流。
–当控制电极施加正脉冲信号时，晶闸管进入导通状态，电流流过。
–当控制电极施加负脉冲信号时，晶闸管恢复关断状态，电流停止流动。
二、晶闸管的应用晶闸管由于其独特的特性，在电力控制、电动机控制和功率供应等领域有着广泛的应用。
1.电力控制–晶闸管可以控制电流的大小和方向，广泛应用于电力变频调速系统中。
–通过调节晶闸管的导通时间和导通电流，可以实现对电力系统的精确控制。
2.电动机控制–晶闸管可以控制电动机的启动、停止和转速等参数。
–通过控制晶闸管的导通时间和导通电流，可以实现对电动机的精确控制。
3.功率供应–晶闸管具有高功率控制能力，适用于高功率负载。
–晶闸管广泛应用于电力系统的功率供应、工业控制和电压变换等领域。
4.电流调制–晶闸管可通过不同的控制方式，实现电流的调制。
–通过改变晶闸管的导通时间和导通电流，可以实现正弦波、脉冲及方波等各种电流波形的调制。
三、晶闸管的优势与发展晶闸管作为一种可控硅器件，具有以下优势：•高可靠性：晶闸管的寿命长，无机械动部件，可靠性高。
•调制能力强：晶闸管能够实现多种电流波形的调制。
•功率控制精度高：晶闸管能够实现对功率的精确控制。
•体积小：晶闸管体积小，便于集成和安装。
晶闸管在过去几十年里得到了快速发展，随着科技的进步，有望在以下领域实现更多突破：1.新能源–晶闸管在风能、太阳能等新能源的开发和利用中有着广阔的应用前景。
任务3晶闸管及其应用
应用领域：
整流（交流→直流） 逆变（直流 →交流） 变频（交流 →交流） 斩波（直流 →直流）
1.1 晶闸管结构
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。
(4) 变频器。 把某一频率的交流电变换成另一 频率的交流电的设备称为变频器。例如 , 晶闸管中 频电源、 停电电源（ UPS ）、异步电动机变频调 速中均含有变频器。
(5) 无触点功率开关。 用晶闸管可组成无触点功 率开关取代接触器、继电器，适用于操作频繁的场合。 例如，可用于控制电动机的正反转和防爆、 防火的 场合。
晶闸管(可控硅SCR)
晶闸管又称可控硅，是硅晶体闸流管的简称。 是一种大功率半导体器件，出现于 70年代。它的出 现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。利用 其整流可控特性可方便地对大功率电源进行控制和 变换。它具有体积小、重量轻、耐压高、容量大、 无噪声、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、 正向耐压达数千伏）。
4.交流调压电路
在电源电压正半 周，ωt=α 时，加控 制电压，晶闸管导 通；电源电压为零 时截止；在电源电 压负半周， ωt=π ＋α时，加控制电 压，晶闸管导 通……
A2 ～
uo
O
?
α
α
A1
＋
G
uo
－
2?
?t
α
2.3可关断晶闸管及其直流调压
1.特点：
可关断晶闸管的触发导通与普通晶闸管相同。
不同之处在于：普通晶闸管在导通后，控制极不再
cosα 2
0.9U 2
《晶闸管及其应用》课件
《晶闸管及其应用》PPT课件
目 录
• 晶闸管简介 • 晶闸管类型与参数 • 晶闸管应用 • 晶闸管电路设计 • 晶闸管使用注意事项
01
晶闸管简介
晶闸管定义
总结词
晶闸管是一种大功率半导体器件，具有单向导电性。
详细描述
晶闸管是一种由半导体材料制成的电子器件，其工作原理基于半导体的PN结。 它具有单向导电性，即只允许电流在一个方向上流动，而在另一个方向上则截 止。
详细描述
晶闸管作为电力电子器件，在电力系统、工业自动化、新能源等领域发挥着重要作用。通过整流技术，可以将交 流电转换为直流电，满足各种电子设备和电器的需求。逆变技术则将直流电转换为交流电，用于驱动电机、照明 等设备。此外，晶闸管还可以用于开关电路，实现电源的通断控制。
电机控制应用
总结词
晶闸管在电机控制领域应用广泛，可以实现电机的调速和正反转控制。
斩波电路设计
总结词
斩波电路是利用晶闸管快速导通和关断特性 ，将直流电转换为脉冲信号的电路。
详细描述
斩波电路设计主要考虑晶闸管的触发角、关 断角和脉冲宽度等因素，以实现斩波效果。 斩波电路常用于调节电源的输出电压或电流 ，以达到节能或调节系统性能的目的。
05
晶闸管使用注意事项
安全操作注意事项
01 操作前应穿戴好防护用具，确保工作区域 安全。
晶闸管工作原理
总结词
晶闸管由P1、N1、P2、N2四个层构成，利用内部电荷的移 动实现电流的控制。
详细描述
晶闸管由P型半导体和N型半导体交错排列形成P1、N1、P2 、N2四个层。当晶闸管两端加上正向电压时，空穴和电子分 别在P1层和N1层中形成，并形成电流。当晶闸管两端加上反 向电压时，空穴和电子在P2层和N2层中形成，但由于内部电 荷的移动被阻止，电流无法通过。
晶闸管整流电路
T u u
VT u id
VT
a)
1
2
u
d
R
u b) u
2
0
g
wt
1
p
2p
wt
wt
0 u VT
q
wt
如改变触发时刻：
在一个周期内，输出直流 电压脉动1次。
e)
0
wt
单相半波可控整流电路及波形
2.3.1 单相半波可控整流电路
基本数量关系
首先，引入两个重要的基本概念： 触发延迟角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉 冲止的电角度,用表示,也称触发角或控制角。 导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用θ表示 。
引言
整流电路：
出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。
整流电路的分类：
按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。 按电路结构可分为桥式电路和零式电路。 按交流输入相数分为单相电路和多相电路。
按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为
单拍电路和双拍电路。
2.1
不可控器件—电力二极管· 引言
Power Diode结构和原理简单，工作可靠，自 20世纪50年代初期就获得应用。
2) 带阻感负载的工作情况
阻感负载的特点： VT处于断态时： 触发后VT开通：
c) u2 b) 0
wt 1
p
2p
wt
ug
id=0，VT关断承受反压
0 ud + d) 0 id e) 0 +
wt
负载直流平均电压下降
讨论负载阻抗角j、触发 角 a 、晶闸管导通角 θ 的 关系。
wt
q
晶闸管及其应用《模拟电子技术基础》课件(全集)
利用逆变技术将直流电转换为交流 电，为电子设备提供电源。
04
04 晶闸管与其他电子元件的 比较
与二极管的比较
总结词
二极管与晶闸管在结构和工作原理上存在显著差异。
详细描述
二极管是由一个PN结组成的半导体器件，具有单向导电性，主要用于整流、检波和保护等电路中。而 晶闸管则是由三个PN结组成的半导体器件，具有可控的单向导电性，主要用于可控整流、开关和调压 等电路中。
晶闸管工作原理
总结词
晶闸管通过控制门极电压实现对其通断的控制。
详细描述
当在晶闸管的门极施加适当的正向电压时，晶闸管内部的空穴和电子在强电场的作用下分别向阴极和阳极运动， 形成正向电流。这个电流使晶闸管内部的PN结处于导通状态，允许电流通过。当门极施加反向电压时，晶闸管 内部的PN结处于截止状态，电流无法通过。
未来展望与研究方向
新材料与新工艺
研究新型半导体材料和制程技术，提高 晶闸管的性能和可靠性，以满足不断发
展的应用需求。
集成化与模块化
推动晶闸管的集成化和模块化发展， 简化电路设计和系统搭建，降低成本
并提高可靠性。
高频率、大容量
研究实现更高工作频率和更大容量的 晶闸管，提升电力电子系统的转换效 率和应用范围。
1970-1980年代
随着电力电子技术的快速发展，晶闸管在变频器、 电机控制等领域得到广泛应用。
ABCD
1950-1960年代
晶闸管技术逐渐成熟，开始应用于工业控制和电 力电子领域。
1990年代至今
晶闸管技术不断创新，新型材料和工艺的应用提 高了其性能和可靠性，拓宽了应用领域。
晶闸管的应用前景
新能源领域
02 晶闸管特性
晶闸管及其整流电路(精)
第六节晶闸管及其整流电路晶闸管又称可控硅，是目前半导体器件从弱电进入强电领域，制造技术最成熟、应用最广泛的器件之一。
晶闸管分普通晶闸管和特种晶闸管，特种晶闸管有快速晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管等，人们所说的晶闸管是指普通型晶闸管。
一、晶闸管的外形、结构和符号晶闸管由三个PN结和四层半导体材料组成。
晶闸管的三个电极分别为阳极（A）、阴极（K）、控制极（G）。
三个PN结分别为J1、J2和J3。
晶闸管的符号与二极管相似，只是在其阴极处增加一个控制极，表明其导通的条件除了和二极管一样需要正向偏置的电压外，还需另外增加一个条件，那就是要有控制信号。
二、晶闸管的工作原理晶闸管可以理解为一个受控制的二极管，它也具有单向导电性，不同之处是除了应具有阳极与阴极之间的正向偏置电压外，还必须给控制极加一个足够大的控制电压，在这个控制电压作用下，晶闸管就会像二极管一样导通了，一旦晶闸管导通，控制电压即使取消，也不会影响其正向导通的工作状态。
晶闸管工作原理可用如图所示的实验电路验证。
图（a）所示为晶闸管反向偏置情况，无论是否给控制极加电压，都无法使晶闸管导通，灯泡不发光。
图（b ）所示为晶闸管加正向偏置电压，阳极A 接高电位，阴极K 接低电位，但控制极G 没有接任何电压，晶闸管仍然处于关断状态，串联的灯泡不发光。
图（c ）所示为晶闸管加正向偏置电压的基础上，给控制极G 加一个幅度和一个宽度都足够大的正电压，此时晶闸管导通，串联的灯泡发光。
图（d ）所示为晶闸管导通后，若去掉控制极的电压，晶闸管仍然能保持导通状态，灯泡仍然发光。
综上所述，要使晶闸管由阻断状态变为导通状态，必须在晶闸管上加正向电压的同时，在控制极上加适当的正向触发电压，这样才能使晶闸管导通，一旦晶闸管导通，控制极就失去了控制作用。
要注意的是，晶闸管导通后若阳极电流小于某一个很小的电流I H (称为维持电流)时，晶闸管也会由导通变为截止，一旦晶闸管截止，必须重新触发才能再次导通。
晶闸管的发展及其应用
目 录第一章 电力电子技术简介及其器件发展 (1)第二章 晶闸管 (2)2.1 晶闸管的产生及符号 (2)2.2晶闸管的导通与关断条件 (3)2.3 晶闸管的工作原理 (4)2.4 晶闸管的阳极伏安特性 (5)2.5 晶闸管的主要参数 (6)2.5.1 晶闸管的重复峰值电压 (7)2.5.2晶闸管的额定通态平均电流额定电流T I （AV ） (7)2.6 通态平均电压T U （AV ） (8)2.7 门极触发电压GT U 和门极触发电流GT I (8)2.8 维持电流H T (9)2.8 掣住电流L I (9)2.9 断态电压临界上升率du ／dt (9)2.10 通态电流临界上升率di ／dt (10)第三章 双向晶闸管及其派生晶闸管 (11)3.1 双向晶闸管 (11)3.2 快速晶闸管 (12)3.4 光控晶闸管 (13)第四章 晶闸管的保护与串并联使用 (14)4.1 过电压保护 (14)4.1.1操作过电压 (14)4.1.2雷击过电压 (15)4.1.3换相过电压 (15)4.1.4关断过电压 (15)4.2 过电压保护措施 (15)4.2.1操作过电压的保护 (15)4.2.2浪涌（雷击）过电压的保护 (15)4.2.3 过电流保护 (17)4.4 晶闸管的串、并联 (18)第五章 晶闸管应用实例 (19)5.1 单相全控桥式整流电路 (19)5.2 三相全控桥式整流电路 (20)总结 (22)参考文献 (23)第一章电力电子技术简介及其器件发展第一章电力电子技术简介及其器件发展电力电子技术，即由国际电工委员会命名的，一门将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路进而实现电能的变换和控制的完整学科。
突出对“电力”的变换，变换的功率可以大到数百甚至数千兆瓦，也可以小到几瓦或更小。
电力电子技术包括电力电子器件、变流电路和控制技术3个部分，其中电力电子器件是基础，变流电路是电力电子技术的核心。
晶闸管及其触发电路简介
第一节
b2 Rb2 A Rb1 b1
单结晶体管触发电路
Ue
e
VD
UD
R U b 2 bb U U A bb R R b 1 b 2
P
B
V
ie U
e
b2 b1
Ubb
截止区 负阻区 饱和区
Ue
ie
饱 和 区
Ue达到UV 之后，单结晶体管处于饱和导通状态。
第一节
单结晶体管触发电路
二、单结晶体管自激振荡电路
7
8 7 6 5 4 3 2 1
5
J 0 4 K 0
J 0 4 K 0
C
1
R 10 C
8
8 7 6 5 4 3 2 1
R 11 C
9
8 7 6 5 4 3 2 1
J04 K 0
R
12
( 1~ 6 脚 为 6路 单 脉 冲 输 入 )
1
2
3
4
5
6
7 10
K J041
16 15 14 13 12 11
8
集电极
C集 电 极 a )
栅极
c )
发射极
绝缘栅双极晶体管（IGBT）
导通关断条件
C
驱动原理与电力MOSFET基 本相同，属于场控器件，通 断由栅射极电压uGE决定。
G
E
绝缘栅双极晶体管（IGBT）
导通关断条件
C
导通条件：在栅射极间加正 电压UGE。 UGE大于开启电压UGE(th) 时，MOSFET内形成沟道， G 为晶体管提供基极电流， IGBT导通。
V1 4 R2 1 V1 3 V1 5
V1 6 15
5 +15V R2 3
《电工与电子技术》考试【 晶闸管及其应用】题目类型【问答题】难度【易】
可控整流电路的负载若是感性，通常在负载两端并联一个续流二极管，试问这个续流二极管起什么作用？
答案：
因为感性负载中电流的变化落后于电压的变化，当输入电压为上正下负的半周内，晶闸管被触发导通，当输入电压（由正到负）过零时，回路中的电流还未降到零，电感在电流变化时（变小），感应出一个上负下正的电压，只要这个电压大于当时的输入电压，晶闸管仍承受正向电压而继续导通（称失控现象），使晶闸管不能关断。这时负载电压仍与输入电压相等且为负值，这样输出电压的平均值减小了。所以通常在负载两端并联一个二极管，当输入电压过零变负后，负载上的电流经二极管形成回路。这时负载两端电压即二极管的管压降近似为零，由于输入电压变负，晶闸管两端的电压也随着反向而自行关断。
问题【10】删除修改
单结管的峰点电压是不是个常数？
答案：
问题【11】删除修改
为什么触发电路要与主电路同步？在本书中是如何实现同步的？
答案：
要求触发电路与主电路同步是为了使每半个周期产生的第一个脉冲的时间保持不变，从而使晶闸管的导通角和输出电压平均值保持不变。在本书中是采用通过变压器将触发电路与主电路接在同一电源上，来达到同步的。
问题【6】删除修改
晶闸管参数中的“控制极触发电压”和“控制极触发电流”这两项表示什么意义？
答案：
晶闸管控制极上所加触发电压和电流愈大,导通时的阳极转折电压愈低。通常规定阳极电压为6V时，要使晶闸管导通所需加的最小触发电压和触发电流为控制极触发电压和控制极触发电流。显然,当阳极电压高于6V时,所需的触发电压和触发电流将小于此值。按照此二值设计的触发电路一般都能对晶闸管可靠地进行触发。
问题【12】删除修改
如何实现触发脉冲的移相？
答案：
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K G
A c)
二、晶闸管的工作原理
A
P1
N1
N1
G
P2
P2
N2
K
A
IA P NP
V1 G IG Ic1
Ic2
NP N V2
S
EG
IK
K
分析!
R
结论：触而导通，通 EA 而不断，须同时具备两个条件： ➢ 1.晶闸管阳极与阴极间接正向电压； ➢ 2.控制极与阴极之间也接正向电压。
➢ 关断晶闸管的方法有： ➢ 1.将阳极电压降低到足够小或加瞬间反向阳极电压； ➢ 2.将阳极瞬间开路。
三、 晶闸管的型号
国产晶闸管的型号有两种表示方法， 即KP系列和 3CT系列。
图1-4 KP系列参数表示方式 图1-5 3CT系列参数表示方式
四、 晶闸管简单测试
1. 判别电极
万用表置于R×1 k挡，测量晶闸管任意两引脚间的 电阻，当万用表指示低阻值时，黑表笔所接的是控制极 g，红表笔所接的是阴极k，余下的一个引脚为阳极a， 其他情况下电阻值均为无穷大。
四、 晶闸管简单测试
2. 质量好坏 对于晶闸管的三个电极，依据PN结单向导电性原理， 用万用表电阻档测试元件三个电极之间的阻值，可以初 步判断其性能好坏。万用表置于R×10挡，测量阴极k和 阳极a之间的正、反向电阻都很大，在几百千欧以上， 且正反向电阻相差很小；用R×10或R×100挡测量控制 极和阴极之间的电阻，其正向电阻很小，这样的晶闸管 是好的。如果阴极与阳极或阳极与控制极间有短路，阴 极与控制极间为短路或短路，则晶闸管是坏的。
四、 晶闸管简单测试
3. 损坏原因判断 当晶闸管损坏后需要检查分析其原因时，可把管芯 从冷却套中取出，打开芯盒再取出芯片，观察其损坏后 的痕迹，以判断是何原因。下面介绍几种常见现象分析。 a．电压击穿。晶闸管因不能承受电压而损坏，其 芯片中有一个光洁的小孔，有时需用扩大镜才能看见。 其原因可能是管子本身耐压下降或被电路断开时产生的 高电压击穿。 b．电流损坏。电流损坏的痕迹特征是芯片被烧成 一个凹坑，且粗糙，其位置在远离控制极上。
第十三章 晶闸管及其应用
❖ 学习目的： ❖ 1、了解晶闸管的特性和主要参数； ❖ 2、了解晶闸管单相可控整流电路和交流调压
电路的工作原理； ❖ 3、了解晶闸管的触发电路。
一、晶闸管的结构
A
G
KK
A A G
a) a)
G
P1 N1 P2 N2
J1 J2 J3
K b)
晶闸管的外形、结构和电气图形符号 a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
四、 晶闸管简单测试
3. 损坏原因判断
c．电流上升率损坏。其痕迹与电流损坏相同，而其 位置在控制极附近或就在控制极上。
d．边缘损坏。他发生在芯片外圆倒角处，有细小光 洁小孔。用放大镜可看到倒角面上有细细金属物划痕。 这是制造厂家安装不慎所造成的。它导致电压击穿。