第五章晶闸管合理使用电路及其应用
《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
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
晶闸管调光电路
晶闸管调光电路晶闸管调光电路一、概述晶闸管调光电路是一种常用的家庭照明调光方式，其原理是通过改变晶闸管的导通角度来控制电流大小，从而达到调节灯光亮度的效果。
本文将详细介绍晶闸管调光电路的工作原理、电路结构、设计方法和应用场景。
二、工作原理1. 晶闸管基本原理晶闸管是一种半导体器件，具有单向导通性和双向控制性。
当晶闸管的控制极（G极）接收到一个正脉冲信号时，会使得晶闸管中的PN 结发生反向击穿，形成一个低阻态通道，使得电流能够流过。
当控制极上没有信号时，PN结处于正向偏置状态，此时晶闸管处于高阻态。
2. 晶闸管调光原理在晶闸管调光电路中，将交流电源接入到负载（如灯泡）上，并通过一个变压器将交流电源降压。
然后将一个触发器产生的正脉冲信号输入到晶闸管控制极上。
由于触发器输出的脉冲宽度和频率可以控制，因此可以通过改变脉冲信号的宽度和频率来控制晶闸管的导通角度，从而调节负载电流大小，实现灯光亮度的调节。
三、电路结构晶闸管调光电路主要由以下几部分组成：1. 降压变压器降压变压器是将交流电源降压到适合负载使用的电压水平。
在晶闸管调光电路中，通常采用单相降压变压器或双相中心点降压变压器。
2. 晶闸管控制电路晶闸管控制电路包括触发器、计时器、比较器等模块。
触发器产生正脉冲信号，计时器控制脉冲宽度和频率，比较器将计时器输出的信号与一个参考信号进行比较，并将结果反馈给触发器。
3. 晶闸管驱动电路晶闸管驱动电路是将控制信号转换为适合晶闸管导通的信号。
通常采用放大、隔离、整形等技术来实现。
4. 负载负载是晶闸管调光电路中需要调节的对象，通常为灯泡、荧光灯等。
四、设计方法1. 计算变压器参数在设计晶闸管调光电路时，首先需要计算变压器的参数。
变压器的输入电压为220V，输出电压根据负载需求进行选择。
例如，如果负载为50W的灯泡，输出电压可以选择为12V。
此时变比为220:12=18.3:1。
2. 选择晶闸管型号在选择晶闸管型号时，需要考虑其额定电流和额定电压。
晶闸管整流电路应用设计
晶闸管是一种具有双向导电特性的半导体器件，常用于电力电子领域中的整流电路。
下面是一个基本的晶闸管整流电路应用设计：
单相半波整流电路：
电路图：将负载（如电阻或电感）与一个晶闸管和一个二极管连接，晶闸管的控制端与触发电路相连，形成单相半波整流电路。
原理：晶闸管作为开关元件，通过控制其触发角来控制电路的导通和截止。
当晶闸管触发时，电流从正向流入负载，当电流减小到零时，晶闸管将自动截止，负载电压为零，从而实现了半波整流。
单相全波整流电路：
电路图：将负载与两个晶闸管和两个二极管组成一个桥式整流电路，晶闸管的控制端与触发电路相连。
原理：通过控制晶闸管的触发角来实现桥式整流。
当一个晶闸管导通时，电流从正向流入负载，另一个晶闸管被截止。
当触发角变化时，另一个晶闸管导通，电流方向改变，从而实现了全波整流。
三相桥式整流电路：
电路图：将负载与六个晶闸管和六个二极管组成一个三相桥式整流电路，晶闸管的控制端与触发电路相连。
原理：通过适时触发晶闸管，实现三相交流电源的整流。
通过控制各个晶闸管的导通和截止，实现对负载的电流方向和大小的控制。
需要注意的是，在实际设计中，还需考虑电路的保护、电压、电流的变化范围、触发电路的设计等因素，以确保电路的正常工作和安全性。
此外，还可根据具体需求添加滤波。
晶闸管整流电路在实际中的应用
晶闸管整流电路在实际中的应用作者：阳根民来源：《现代职业教育·中职中专》2015年第01期[摘 ; ; ; ; ;要] ;随着我国科学技术的发展，电子电力技术也得到了一定程度的发展。
晶闸管作为电子电力技术中的一项重要的部分，其性能以及功能方面也逐渐地被人们所重视。
近年来，电力电子中的晶闸管整流技术在各方面都突飞猛进，取得了骄人的成绩。
本文就针对晶闸管整流电路在实际中应用的问题进行一次深入的探讨。
[关 ; 键 ; ;词] ;晶闸管;整流电路;应用;电力电子[中图分类号] ;TN710 ; ; ; ; ; ;[文献标志码] ;A [文章编号] ;2096-0603（2015）02-0018-02近年来，随着我国科学技术行业的迅猛发展，晶闸管整流电路作为电力电子技术重要的组成部分，被广泛应用于工业等各个行业中，同时，可控硅整流的发展更是促进了电力电子技术的发展和应用。
又因为晶闸管整流电路其特有的性质，能承受较高容量的电压和电流，并且整流电路可以根据其本质的不同来划分为单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电、单相半波可控整流电路以及单相全波可控整流电路。
晶闸管整流电路在实际中起着重要的作用，因此对其研究具有重大的意义。
下面就针对晶闸管整流电路在实际中的应用极其相关方面进行详细的分析研究。
一、晶闸管的发展和原理晶闸管是一种大功率的整流原件，是一种半导体器件，在整流过程中，整流电压是可以控制的，也就是说当输入给整流电路的交流电压值一定时，那么其输出的电压就可以均匀地被调节控制。
近年来，随着我国科学技术行业的迅猛发展，晶闸管作为电力电子技术重要的组成部分，被广泛地应用于工业等行业中，而可控硅整流的发展更是促进了电力电子技术的发展和应用。
如我们所知，晶闸管整流电路在实际中起着重要的作用，在晶闸管的发展下，伴随着电子电力技术也得到了一定程度的发展;晶闸管作为电子电力技术中的一项重要的部分，其性能以及功能方面也逐渐地被人们所重视。
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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第二节 单向桥式半控整流电路
电阻性负载桥式可控整流电路 电感性负载桥式可控整流电路
返回
一、电阻性负载桥式可控整流电路
1. 电路分析
u负正半半周周((π０～～２ππ) )
u
a －+VH1－+
VH2
b
RL
uo aa((－＋)) b(＋b)(－) 触发脉冲uG引入控制极
VD1 VD2
VH12导通、VD21导通
晶闸管具有体积小、重量轻、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）等特点。
返回
螺旋式结构
平板式结构
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一、层
半
导
G体
A
A（阳极）
三
P1
个
PN
N1
结
P2
G（控制极）
N2
K（阴极）
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二、工作原理
A
阳极A和阴极KA加反正向电压
P1
N1 N1
G
P2 P2 N2
在输出端设置过流继电器及快速开关
整流触发脉冲相移保护
利用过电流的信号，把触发脉冲移后，从 而减小晶闸管的 导通角或停止触发。
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2. 晶闸管的过电压保护 晶闸管承受过电压的能力极差，电压超
过其反向击穿电压时，即使时间极短，也容 易损坏。
产生过电压的原因：电路中积聚的电磁 能量消散不掉。
通常采用 阻容保护装置，利用电容吸收过 压。即将过电压的能量变成电场能量储存到电 容中，然后由电阻消耗掉。
控制极电压UG的作K用仅
仅是触发晶闸管的导通
制极I此C与2时阴即极2使I之G去间掉的控
电压IC，1 由于1本2 IB身2 的
正反馈作用晶闸管
仍能维持 1导 2通I G。
UA 两个晶体管进 入饱和导通状态。
晶闸管导通后， UAK≈0.6～1.2V
返回
晶闸管的导通条件为：
①阳极和阴极间加正向电压。
uE<UV 时单结管截止 UP 、IP -- 峰点电压、电流 单结管由截止变导通所需发射极电压。
uE>UP 时单结管导通
返回
2. 单结晶体管的弛张振荡电路
uC
R e
b2
E
UP UV
t
C
b1
O
uC R1
uR1
uR1
t
O
返回
3. 同步振荡电路
RW
R
Rfx
R2
u1
u2
uZ
uW
C uC R1
整流 削波 弛张振 触发 荡电路 脉冲
返回
正向断态重复峰值电压UFRM：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。一般情况下UFRM ＝UBQ×80%。
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最大反向电 压。一般情况下URRM ＝UBQ×80%。
额定电压UD：取UFRM和URRM 中较小的一 个数值标为器件的额定电压。
对静态、动态均流都 起作用。
晶闸管不宜直接并联， 因特性不同容易造成分流 不均，从而烧坏器件。
VH1 VH2
返回
2. 晶闸管的串联应用 晶闸管串联可以分压。 通常在晶闸管 两端并联电阻和阻 容器件。
晶闸管不宜直接串联，因特性不同容易 造成分压不均，从而击穿器件。
返回
设置快速熔断器
FU
FU
~
R
FU
导通电压 1V左右
UB UAK
正O向折 转电压
返回
四、主要参数
通态平均电流IF：允许通过晶闸管阳极的 工频频率正弦波半波电流的平均值。
维持电流IH：在控制极开路的情况下，晶 闸管维持导通时的最小阳极电流。正向电流 小于IH时，管子自动阻断。
触发电压UG和触发电流IG：晶闸管从阻断 到完全导通所需要的最小的控制极直流电压 和电流。
第五章 晶闸管电路及其应用
第一节 晶闸管 第二节 单相桥式半控整流电路 第三节 触发电路 第四节 晶闸管的串并联及其保护
目录
第一节 晶闸管
基本结构 工作原理 伏安特性 主要参数
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晶闸管又称可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier）是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。
返回
1. 单结晶体管的结构和特性
结构
符号
b2
（第二基极）
b2
N
eP
(发射极)
e
b1
（第一基极）
b1
PN结
返回
单结晶体管的伏安特性
ue UP
ue e ie
b2
Ubb b1
UV
O IP
IV
b1接正、b2接负 e与b1间呈高阻态
当ue>ηUbb时 e与b1间呈低阻态
ie
返回
UV、IV -- 谷点电压、电流 维持单结管导通的最小电压、电流。
K
• 控制无极论G和控阴制极KG之与间阴不极加K 正 向电之压间是否加有V电T1压，晶闸
反 正偏 偏管均晶不闸G能管导不通导。通 反•电偏压控制极G和阴极K之间加VT正2 向
反 正偏正向电压足够大时，三个PN
结都正偏，晶闸管导通。K
返回
A β1 β2IG RL 正反馈
VT1 G UG IG
β2IG VT2
返回
返回
u2
O
uuWCZ UZ
O
uR1
OT
t 改变电容C
的充放电速度, 可以改触发变 脉冲周期T。 t
t
返回
二、集成触发电路
1. KJ004型集成电路 KJ004外部引线图
正电负源相输113出、124脉比冲较宽列
9
10
11
12
13
14
15
16
8
7
6
5
4
3
2
1
KJ004 正相锯输齿出锯波齿斜波率负输调电出节源 同步地输入
返回
工作电路
U9>0.7V时
锯齿波 电压
同步 电压
返回
第四节 晶闸管的串并联及其保护
晶闸管的串并联 晶闸管的过载保护电路
返回
一、晶闸管的串、并联
1. 晶闸管的并联应用
晶闸管并联可以分流。
串电阻均流 电路简单，但电阻消耗 功率，对动态均流不起作 用，只适用于小功率。
VH1 VH2
RR
返回
串电抗均流
②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。 晶闸管的截止条件为： ①阳极A加反向电压，或不加触发信号。 ②晶闸管正向导通后，若令其关断，必须减小
UA（或使UA反向），使晶闸管中电流小于维 持电流。
返回
三、伏安特性
IA
IN
导通
反向击
穿电压
URO
IH
IG增加 IG2 IG1
IG=0
O △U
电流方向 ab VH12 RLL VD12 ab
uuo＝o＝－uu
返回
2. 工作波形
u
π 2π
3π
O
uG
O
uo
O
uVT1
O
ωt
ωt ωt ωt
返回
3. 参数计算
整流输出电压平均值
1 π
Uo = π α
2U sintd(t)
0.9U 1 cos
2
输出电流平均值
Io
Uo RL
＝ 0.9 U 1 cos
RL 2
二极管和晶闸管承受的最高反相电压为 2U
返回
二、电感性负载桥式可控整流电路
加续流二极
u
VH1 VH2
RL
管VD3后电路工
uo 作情况以及负载
VD3 L
上电压和电阻性
VD1 VD2
负载类似。
整流器件不导通时，由于电感储能，经续流 二极管，负载上的电流仍然存在。
感性负载上的电流接近水平的直线。
返回
第三节 触发电路
单结晶体管触发电路 集成触发电路
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一、单结晶体管触发电路
晶闸管由阻断变为导通的条件： 在阳极和阴极间加上正向电压 在控制极和阴极间加上触发信号
触发信号的要求： 触发脉冲要有足够的功率 触发脉冲要有一定的宽度 触发脉冲必须与主电路同步 触发脉冲要有一定的相移范围