电路及电子技术(电子部分)下：第19章电力电子技术

1、第19章 电力电子技术19.1 晶闸管19.2 可控整流电路19.3 晶闸管的保护19.4 单结晶体管触发电路第19章 目录晶闸管又称可控硅（SCR），是一种大功率的半导体器件。分类：有普通型、双向型和可关断型。它的出现，使半导体器件进入强电领域。优点：体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维护 简单、操作方便，寿命长等；缺点：过载能力差，抗干扰能力差、控制比较复杂。概述用途: 整流、逆变、调压、开关19.1 晶闸管AGKJ1J2J3AKGPNPN阳极阴极控制极符号19.1.1 晶闸管的结构和符号结构晶闸管是一种大功率的半导体器件。其内部结构为：四层半导体，三个 PN结。文字符号为 TT第19章

2、19.119.1.2 晶闸管的工作原理第19章 19.11、晶闸管的导通关断条件导通条件：晶闸管阳极与阴极间加正向电压、控制极电路加正向电压。二个条件必须同时具备。关断条件：将阳极电流减小到维持电流以下，或者在阳极与阴极间加反向电压。二个条件具备一个即可。注意：晶闸管一但导通，控制极便失去作用。PNPNKGAA(PNP)(NPN)K GT2T1APNPNP NKG第19章 19.1 为了说明晶闸管的导通原理, 将晶闸管等效为由T1 (NPN型) 和T2 (PNP型) 两个三极管联接而成 , 每个三极管的基极与另一个三极管的集电极相联。2、晶闸管的导通原理 IG+IC2 流入T1的基极作再次放大

3、,如此循环形成强正反馈 , 很快使T1和T2达到饱和导通。 当加入电源EA和EG后, 使晶闸管的阳极和控制极均加正向电压,因而T1正偏导通,IG= IB1, 而IC1=1IB1即是 IB2, EGKGT2T1AREAIG1IB112IB1A(PNP)(NPN)KGT2T1第19章 19.1 此时, 若去掉触发电压, 晶闸管仍可依靠正反馈维持晶闸管导通, 控制极失去作用。经PNP管T2 作进一步放大, 形成集电极电流 IC2 =12IB1,IB119.1.3 晶闸管的伏安特性CBA0IHIU导通IG=0IG1IG2阻断UBRIRIG增加UBO反向特性正向特性UBO 正向转折电压UBR 反向转折电

4、压IG 触发电流IH 维持电流 晶闸管的导通条件：阳极和阴极间加正向电压；控制极和阴极间加正向触 发电压。 两个条件必须同时满足第19章 19.1规定：晶闸管阳极与阴极间加6V直流电压，能使元件导通的控制极最小电流（电压）称为触发电流（电压)。PNPNKGA0IUT2T1 双向晶闸管的结构、符号和伏安特性GT1T2结构双向晶闸管可等效为两个反向并联的晶闸管,可实现双向导通。伏安特性T1T2G符号第19章 19.1IT2T1_G19.1.4 主要参数第19章 19.11、正向重复峰值电压控制极断路，晶闸管正向阻断条件下，可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。用符号UFRM表示。UFRM此电压为正

5、向转折电压的80%2、反向重复峰值电压URRM控制极断路，可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压。用符号URRM表示。此电压为反向转折电压的80%3、正向平均电流IF第19章 19.1在环境温度不大于40C和标准散热及全导通的条件下，晶闸管可以连续通过的工频正弦半波电流（在一个周期内）的平均值，称为正向平均电流IF。4、维持电流IH在规定环境温度和控制极断路时，维持元件继续导通的最小电流称为维持电流。当小于这个电流时，晶闸管自动关断。晶闸管的型号及含义K P 导通时平均电压组别（小于100A不标），共九级，用A-I字母表示0.2-1.2V。额定电压，用其百分数或千位数表示，它即为UFRM和URR

6、M中较小的一个。晶闸管普通型额定正向平均电流例如KP5-7表示额定正向平均电流为5A，额定电压为700V的晶闸管。第19章 19.119.2 可控整流电路第19章 19.219.2.1 单相半波可控整流电路1、电阻性负载正半周 T导通负半周 T截止RLTu2u1uGuOuG 触发电压uO 输出电压 导通角iOtt 触发角t0uG iO002U2第19章 19.2RLTu2u1uGuO 导通角iOtt 触发角t0uG iO002U2单相半波可控整流电路的计算IO = UO /RL输出电压、电流平均值UO = 0.45U221+cos 晶闸管的电流平均值和最大反向电压IT = IO ,UTRM =

7、2U22、电感性负载第19章 19.2TLRuouttt0uG iO002U2晶闸管刚导通时,电感元件中产生阻碍电流变化的感应电动势,电路中电流不能跃变,由零逐渐上升。当电流达到最大值并开始减小时，eL为下正上负，当交流电压u达到零值之前，eL和u极性相同，晶闸管导通。在单相半波可控整流电路接电感性负载时，晶闸管导通角将变大，负载电感越大，导通角越大，在一个周期中，负载上负电压所占的比重就越大，整流输出电压的平均值就越小。为了使晶闸管在电源电压为零时能及时关断，使负载上不出现负电压，必须采取相应措施，一般可在电感性负载两端并联一个二极管D。第19章 19.2当电压经过零值变负以后，只要eL大于

8、u，晶闸管继续承受正向电压，电流仍将继续流通，当电流下降到维持电流以下时，晶闸管关断，并立即承受反向电压。iO19.2.2 单相半控桥式整流电路uOuGttuOuGuG 触发电压uO 输出电压 单相半控桥式整流电路由两个晶闸管和两个二极管组成。 触发角 导通角iO正半周 T1和D2导通负半周 T2和D1导通D1T1T2D2t0u2u2RL00第19章 19.2u12U21. 工作原理iO2. 单相半控桥式整流电路的计算uOuGttRL 触发角 导通角tu2IO = UO /RLIT = ID= IO/2 ,输出电压、电流平均值UO = 0.9U221+cos UTRM=UDRM =2U2晶闸管

9、、二极管的电流平均值和最大反向电压uOuGD1T1T2D2u2iO000第19章 19.2u12U219.3. 晶闸管的保护晶闸管的主要缺点：过载能力差！ 使用时必须加入过压和过流保护电路。将 RC电路 并联在晶闸管两端及负载端即是 一种常用的简单有效的过压保护措施。RLLDRCRCRCRC第19章 19.3发射极19.4.1单结晶体管EPN 结N型硅片B1B2结构符号EB1 B2EB1B2DRB2RB1A等效电路19.4 单结晶体管触发电路第二基极第一基极第19章 19.4RBB= RB1+ RB2RB2 为常数2-15KRB1 当PN结未导通为数千PN结导通后则下降为几十单结晶体管的实验电

10、路及伏安特性曲线指UBB为常数时，IE与UE之间的关系IE = f ( UE )UBB = 常数(1)截止区，当UE VA+UD EB1B2DRB2RB1AREUEUBBEEIEVA=RB1UBBRB1RB2+= UBBPN结反偏， IE很小当UE增加到PN结导通的峰点电压 UP ，单结晶体管将进入导通状态。实验电路:UVUEUpVIEIV截止区负阻区饱和区PIP第19章 19.4EB1B2DRB2RB1AREUEUBBEEIEVA=RB1UBBRB1RB2+= UBB(2)负阻区，当UE UP PN结导通， IE显著增加，同时UE下降。 由于RB1随着PN结导通急剧下降，故分压比也下降，又引

11、起维持PN结导通的UE进一步下降。形成正反馈，一直达到谷点V。这段曲线表现出负阻特性。实验电路:UEUpUVVIEIV截止区负阻区饱和区PIP第19章 19.4EB1B2DRB2RB1AREUEUBBEEIEVA=RB1UBBRB1RB2+= UBB(3)饱合区，当IE IV 后RB1 不再下降，随IE增加UE缓慢上升 。动态电阻为正值。实验电路:第19章 19.4UEUpUVVIEIV截止区负阻区饱和区PIPEDRB2RB1AREUEUBBEEUEUpUVVIEIV截止区负阻区饱和区PIPIE2. 当发射结电压UEUP时, 单结晶体管导通； 若管子导通后UEUV时, 单结晶体管截止。1. 在

12、点P、V之间, 单结晶体管呈现负阻特性。结论B1B2第19章 19.419.4.2. 单结晶体管触发电路充电RR2R1C放 电 uGuGUBBuGuCUPUV0tt当电容放电至ucUV时单结晶体管截止,电容重新充电。振荡原理当电容充电到ucUp时,单结晶体管导通,经R1放电;循环往复,在电阻R1上形成触发脉冲uG 。0第19章 19.4单结晶体管同步触发整流电路和工作波形uOucuGuZRLLu1u21u22RpRD3D4D5D6D2DD1T1T2R2R1同步触发：单结晶体管触发电路与晶闸管半控桥式整流电路由同一变压器供电 ,可保证uZ与uO 同时过零。调整电位器Rp, 可改变电容 C 的充电时间常数即调整了主电路的控制角 。(1) 电路组成第19章 1