晶闸管及其应用
《晶闸管及其应用》课件
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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
04第四章 晶闸管及其应用
第四章晶闸管及其应用第一节晶闸管的构造、工作原理、特性和参数晶闸管—可控硅，是一种受控硅二极管。
优点：体积小、重量轻、耐压高、容量大、响应速度快、控制灵活、寿命长、使用维护方便。
缺点：大多工作与断续的非线性周期工作状态，产生大量谐波干扰电网；过载能力和抗扰能力较差、控制电路复杂。
（由于技术进步，近年有改善）1.1晶闸管的基本结构：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。
1.2晶闸管的工作原理在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。
晶闸管导通后，去掉EG ，依靠正反馈，仍可维持导通状态。
晶闸管导通必须同时具备两个条件：1. 晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。
2. 晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。
晶闸管导通后，控制极便失去作用。
依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。
晶闸管关断的条件：1. 必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。
2. 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反向电压。
1.3晶闸管的伏安特性静态特性承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通；晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用；要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。
晶闸管的阳极伏安特性是指晶闸管阳极电流和阳极电压之间的关系曲线，如图3所示。
其中：第I象限的是正向特性；第III象限的是反向特性图3 晶闸管阳极伏安特性I G2>I G1>I GI G=0时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压U bo，则漏电流急剧增大，器件开通。
这种开通叫“硬开通”，一般不允许硬开通；随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低；导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿；晶闸管本身的压降很小，在1V左右；导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值I H以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。
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。
晶闸管的作用及其工作原理分析
变频调速
晶闸管可用于变频调速电路中，控制交流电动机 的转速。
保护电路
晶闸管可用于保护电路，如过流保护、过压保护。
晶闸管的工作原理
PN结
晶闸管由PN结组成，其中正向扫 描时，PN结将直接导通，产生一 个电流。
控制极
通过控制极控制PN结的电流，控 制晶闸管的导通和截止。
触发器
通过触发器向控制电极施加信号， 控制晶闸管的导通时间。
交通运输
发光二极管广泛应用于车灯、 交通信号灯等方面。
晶闸管的优缺点
优点
可控性强，导通电流大，占用空间小，有良好的 温度特性。
缺点
电磁干扰强，安全性能较差，半导体芯片易受静 电损伤。
发展趋势和展望
智能家居
晶闸管将在智能家居领域中继续 得到广泛应用。
可再生能源
随着可再生能源的广泛应用，晶 闸管在变频调速电路中将越来越 重要。
电动汽车
晶闸管在电动汽车控制电路中的 应用也将得到进一步扩展。
晶闸管的作用及其工作原 理分析
晶闸管是一种电子元器件，广泛应用于各种电子电路中。它具有特殊的开关 功能，可以控制电流的方向和大小。本次演讲将深入探讨晶闸管的工作原理 和应用场景。
晶闸管的作用
电流控制
晶闸管可以控制电流的方向和大小，常用于交流 电路的控制。
电压控制
晶闸管可用于电源电路控制，防止电压过高或过 低。
晶闸管符号
晶闸管的符号是两个箭头，表示 PN结是可控的，可通过控制电极 控制导通。
晶闸管的组成部分
1 PN结
由P型半导体和N型半导体组成，用于产生电 流。
2 控制电极
用于控制PN结的电流，控制晶闸管的导通和 截止。
3 触发器
三相半控晶闸管的计算公式
三相半控晶闸管的计算公式三相半控晶闸管是一种常见的功率电子器件，广泛应用于交流电动机控制、变频调速、电炉控制等领域。
在实际工程中，对于三相半控晶闸管的设计和应用，需要对其进行一定的计算和分析。
本文将介绍三相半控晶闸管的计算公式及其应用。
1. 三相半控晶闸管的基本结构。
三相半控晶闸管由三个晶闸管和三个二极管组成，通常连接成三相全波整流电路。
在正半周，晶闸管导通，负半周，二极管导通。
通过控制晶闸管的触发角，可以实现对交流电压的调节。
2. 三相半控晶闸管的工作原理。
在三相半控晶闸管的正半周，当晶闸管触发角大于零时，晶闸管导通，负载得到电源的供电；当晶闸管触发角小于零时，二极管导通，负载得到电源的供电。
在负半周，晶闸管不导通，负载得到电源的供电。
通过调节晶闸管的触发角，可以实现对负载电压的控制。
3. 三相半控晶闸管的计算公式。
在实际应用中，需要对三相半控晶闸管的参数进行计算，以保证其正常工作。
以下是三相半控晶闸管的常用计算公式：（1）触发角计算公式。
在三相半控整流电路中，晶闸管的触发角可以通过以下公式计算：α = arccos(Um/√2Ud)。
其中，α为触发角，Um为负载电压峰值，Ud为晶闸管的导通电压。
（2）负载电流计算公式。
负载电流可以通过以下公式计算：I = (2/π) Im。
其中，I为负载电流，Im为负载电流峰值。
（3）负载功率计算公式。
负载功率可以通过以下公式计算：P = √3 U I cosφ。
其中，P为负载功率，U为负载电压有效值，I为负载电流有效值，φ为电压和电流的相位差。
4. 三相半控晶闸管的应用。
三相半控晶闸管广泛应用于交流电动机控制、变频调速、电炉控制等领域。
在交流电动机控制中，通过控制晶闸管的触发角，可以实现对电动机的调速；在变频调速系统中，通过控制晶闸管的触发角和频率，可以实现对电机的精确控制；在电炉控制中，通过控制晶闸管的触发角和导通角，可以实现对电炉的温度调节。
总之，三相半控晶闸管是一种重要的功率电子器件，其计算公式和应用对于工程设计和实际应用具有重要意义。
第9章 晶闸管电路及其应用..
二、晶闸管的主要参数
1. 晶闸管的电压参数
（1）正向转折电压UBO（Forward break over voltage）
在额定结温（100A以上为115℃，50A以下为100℃）和门 极开路的条件下，阳极和阴极间加正弦半波正向电压使器件由 阻断状态发生正向转折变成导通状态所对应的电压峰值。
（2）断态重复峰值电压UDRM（Blocking recurrence peak voltage） 指门极开路，晶闸管结温为额定值，允许重复施加在晶 闸管上的正向峰值电压。重复频率为每秒50次，每次持续时 间不大于10ms，其值为 UDRM = UBO—100V
（3）反向转折电压UBR 就是反向击穿电压。 （4）反向重复峰值电压URRM 指门极开路，晶闸管结温为额定值，允许重复施加在晶 闸管上的反向峰值电压。
U M和URRM中较小者，再取相应于标准电压等级 中偏小的电压值作为晶闸管的标称额定电压。在1000V以下， 每100V一个等级；在1000~3000V，则是每200V一个等级。为 了防止工作中的晶闸管遭受瞬态过电压的损害，通常取电压安 全系数为2~3，例如器件在工作电路中可能承受到的最大瞬时 值电压为UTM，则取额定电压UT=（2~3）UTM。 （6）通态正向平均电压UF
流），在不同的门极触发电流IG作用下经不同的转折电压UBO
和负阻区（电流增加，电压减小），到达正向导通状态（低 电压，大电流）。
正向导通特性和一般二要管的正向导通特性一样，门极
触发电流IG越大，转折电压UBO越低。
当IG=0时，晶闸管正向电压UAK增大到转折电压UBO前，器 件处于正向阻断状态，其正向漏电流随UAK电压增高而逐渐增 大，当UAK达到UBO时管子将突然从阻断状态转为导通状态， 导通后器件的特性与整流二极管正向伏安特性相似。 当通入门极电流IG且足够大时，正向转折电压降至极小， 使晶闸管像整流二极管一样，一加上正向阳极电压就导通，这
晶闸管及其应用电路
U RM = 2 3U 2 = 2.45U 2
（3）电路特点 ）
优点：较单相整流输出电压大小增大，脉动性减小， 优点：较单相整流输出电压大小增大，脉动性减小，电源平衡性较好 缺点：如直接接电网，会造成电网损耗；如由变压器供电， 缺点：如直接接电网，会造成电网损耗；如由变压器供电，铁芯易发 生直流磁化，使变压器效率降低。 生直流磁化，使变压器效率降低。
G
K阴极 阴极
K
晶闸管的结构
晶闸管的符号
二、晶闸管的工作特性
晶闸管的导电特点： 晶闸管的导电特点：
（1）晶闸管具有单向导电特性 ） （2）晶闸管的导通是通过门极控制的 ）
晶闸管导通的条件： 晶闸管导通的条件：
（1）阳极与阴极间加正向电压 ） （2）门极与阴极间加正向电压，这个电压称为触发电压。 ）门极与阴极间加正向电压，这个电压称为触发电压。
（2）晶阐管具有“可控”的单向导电特性，所以晶闸管又称单 ）晶阐管具有“可控”的单向导电特性， 向可控硅。 向可控硅。 由于门极所需的电压、电流比较低（电路只有几十至几百毫安）， 由于门极所需的电压、电流比较低（电路只有几十至几百毫安）， 而阳极A与阴极 可承受很大的电压，通过很大的电流（ 与阴极K可承受很大的电压 而阳极 与阴极 可承受很大的电压，通过很大的电流（电流可大 到几百安培以上），因此，晶阐管可实现弱电对强电的控制 ），因此 弱电对强电的控制。 到几百安培以上），因此，晶阐管可实现弱电对强电的控制。
t1 t2
α+θ=π
改变α的大小，即可改变输出电压uL的 改变 的大小，即可改变输出电压 的大小 波形。 越大， 越小 越小。 波形。 α 越大，θ越小。
ug 0 t1 t2
θ
α
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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)。