电子技术基础与技能 第6章,第6章 电力电子器件及应用,知识目标 1. 了解晶闸管的结构、工作原理及伏安特性，会用万用表对晶闸管进行测试和判别。 2. 掌握晶闸管的导通条件和关断条件。 3. 了解双向晶闸管的结构和工作原理，会用万用表对双向晶闸管进行测试和判别。 4. 了解常见可控整流电路的形式及工作原理，会安装调试简单可控整流电路。 5. 了解其他常用电力电子器件应用。,电子技术基础与技能 第6章,技能目标 1. 会识别晶闸管、单结晶体管； 2. 会用万用表测试晶闸管、单结晶体管； 3. 会安装、调试调光台灯电路。,电子技术基础与技能 第6章,6.1 晶闸管,6.1.1 晶闸管的结构与外形 1.晶闸管的外形,电子技术基础与技能 第6章,2. 晶闸管的结构,a) 结构 b) 等效电路 图63 晶闸管的结构与等效电路,电子技术基础与技能 第6章,6.1.2 晶闸管的导通与关断条件,在晶闸管A、K两端加正向电压，同时G、K两端也加有适当正向触发电压，晶闸管才能导通。晶闸管一旦导通后，门极就失去了控制作用，维持导通。,电子技术基础与技能 第6章,图64 晶闸管反向阻断 图65 晶闸管正向阻断 图66 晶闸管导通 图67 晶闸管维持导通,电子技术基础与技能 第6章,6.1.3 晶闸管的主要参数,额定正向平均电流IT（AV） 额定电压Un 正向阻断峰值电压UFRM 反向重复峰值电压URRM 正向平均电压UF（AV） 维持电流IH,电子技术基础与技能 第6章,6.1.4 给晶闸管做体检,【极性的判断】 将万用表置于“R1k”或“R100”挡，如果测得其中两个电极的正向电阻较小，而交换表笔后测得反向电阻很大，那么以阻值较小的一次为准，黑表笔所接的就是门极G，而红表笔所接的就是阴极K，剩下的电极便是阳极A。 【质量的判断】 将万用表置于“R10”挡，黑表笔接阳极，红表笔接阴极，指针应接近，短接阳极和门极，表针应指向很小的阻值，约为60200，表明单向晶闸管能触发导通；断开S，表针回不到，表明晶闸管是正常的,电子技术基础与技能 第6章,6.1.5 晶闸管的触发电路,【晶闸管对触发电路的要求】 1触发电路输出的脉冲必须具有足够的功率。 2触发脉冲必须与晶闸管的主电压保持同步。 3触发脉冲能满足主电路移相范围的要求。 4触发脉冲要具有一定的宽度，前沿要陡。 【触发电路的分类】 触发电路通常以组成的主要元件名称分类，可分为单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成电路触发器、计算机控制数字触发电路等。,电子技术基础与技能 第6章,单结晶体管触发电路特点,单结晶体管触发电路结构简单，输出脉冲前沿陡，抗干扰能力强，运行可靠，调试方便，广泛应用于对中小容量晶闸管的触发控制。 单结晶体管外形及结构如图69所示。 图69 单结晶体管的结构及其符号,电子技术基础与技能 第6章,单结晶体管自激振荡电路,利用单结晶体管的负阻特性和RC电路的充放电特性，可以组成单结晶体管自激振荡电路。如图611所示。 图611 自激振荡电路及其波形,电子技术基础与技能 第6章,6.2 可控整流电路,6.2.1 单相半波可控整流电路 图6-12a 是单相半波电阻性负载可控整流电路，其触发电路是加了同步环节的单结晶体管振荡电路。 图6-12 具有同步环节的单结晶体管触发电路,电子技术基础与技能 第6章,相关电量计算,1）负载上直流平均电压Ud与平均电流Id 2）晶闸管两端可能承受的最大正反向电压UTM UTM=,电子技术基础与技能 第6章,6.2.2 单相全控桥整流电路,图6-13为单相全控桥整流电路。 图6-13 单相全控桥整流电路及波形,电子技术基础与技能 第6章,在交流电源电压u2的正负半周里，VT1、VT3和VT2、VT4两组晶闸管轮流被触发导通，将交流电转变成脉动的直流电。改变 角的大小，负载电压ud、电流id的波形及整流输出直流电压平均值均相应改变。,电子技术基础与技能 第6章,相关电量计算,1) 输出直流电压平均值Ud 2)输出直流电流平均值Id 3)晶闸管电流平均值IdT 4）晶闸管两端可能承受的最大正反向电压UTM UTM=,电子技术基础与技能 第6章,6.3 双向晶闸管及交流调压,6.3.1 双向晶闸管 双向晶闸管的结构和符号如图6-17所示。 图6-17 双向晶闸管的结构和符号 双向晶闸管的主电极T1和T2无论加正向电压还是反向电压，其门极G的触发信号无论是正向还是反向，它都能被“触发”导通。,电子技术基础与技能 第6章,双向晶闸管的主要参数,只有额定电流与普通晶闸管有所不同，其他参数定义与普通晶闸管相似。由于双向晶闸管工作在交流电路中，正反向电流都可以流过，所以它的额定电流不是用平均值，而是用有效值(方均根值)来表示，定义为：在标准散热条件下，当器件的单向导通角大于170时，允许流过器件的最大交流正弦电流的有效值，用IT(RMS)表示。,电子技术基础与技能 第6章,6.3.2 交流调压,如图6-18所示，交流电源经由一只双向晶闸管连接电阻负载构成主电路。 图6-18 单相交流调压电路及波形,电子技术基础与技能 第6章,双向晶闸管实用调压电路,图6-19所示为双向晶闸管实用调压电路，改变RP即可调整双向晶闸管的控制角，达到负载电阻RL两端电压可调。 图6-19 双向晶闸管调压电路,电子技术基础与技能 第6章,相关电量计算,输出交流电压有效值UR和电流有效值I计算公式为,电子技术基础与技能 第6章,6.4 其他电力电子器件简介,6.4.1 可关断晶闸管（GTO） GTO的导通机理与普通晶闸管完全一样，GTO一旦导通之后，门极信号是可以撤除的，但在制作时采用特殊的工艺使管子导通后处于临界饱和状态，而不象普通晶闸管那样处于深饱和状态，这样就可以用门极负脉冲电流破坏临界饱和状态使其关断，因此，在关断机理上与晶闸管是不同的。门极加负脉冲即从门极抽出电流（即抽取饱和导通时储存的大量载流子），强烈的正反馈使器件退出饱和而关断。 作为一种全控型电力电子器件，GTO主要用于直流变换和逆变等需要元件强迫关断的地方，电压、电流容量较大，与普通晶闸管相近，达到兆瓦数量级。,电子技术基础与技能 第6章,6.4.2 电力晶体管（GTR）,GTR的结构与普通晶体管基本一样，也是由三层半导体、两个PN结构成，引出的三个电极分别为基极B、集电极C和发射极E，分为NPN型和PNP型两种。 GTR具有自关断能力，并有开关时间短、饱和压降低和安全工作区宽等特点。近几年来，由于GTR实现了高频化、模块化、廉价化，因此，被广泛用于交流电机调速、不停电电源和中频电源等电力变流装置中。,电子技术基础与技能 第6章,6.4.3 电力MOS场效应晶体管（P-MOSFET） 电力MOS场效应晶体管的导电沟道也分为沟道和沟道，栅偏压为零时漏源之间就存在导电沟道的称为耗尽型，栅偏压大于零（沟道）才存在导电沟道的称为增强型。 目前电力MOS场效应晶体管的耐压可达1000V，电流为200A，开关时间为13ns，因此，它在小容量机器人传动装置、荧光灯镇流器及各类开关电路中应用极为广泛。,电子技术基础与技能 第6章,6.4.4 绝缘栅双极型晶体管（IGBT） 绝缘栅双极型晶体管简称为IGBT,是80年代中期发展起来的一种新型复合器件。IGBT综合了PMOSFET和GTR的优点，具有输入阻抗高、工作速度快、通态电压低、阻断电压高、承受电流大的优点。 IGBT的开通和关断是由栅极电压来控制的。栅极施以正电压时，MOSFET内形成沟道，从而使IGBT导通。在栅极上施以负电压时，MOSFET内的沟道消失，IGBT即为关断。 目前IGBT产品已系列化，最大电流容量达1800A，最高电压等级达4500V，工作频率达50kHz，在电机控制、中频电源、各种开关电源以及其他高速低损耗的中小功率领域，IGBT有取代GTR和P-MOSFIT的趋势。,电子技术基础与技能 第6章,小 结 晶闸管是一种常用的电力电子器件。利用单结晶体管和RC电路组成的振荡电路可以为晶闸管提供触发信号，这种电路比较简单实用，但触发功率较小。 利用晶闸管的单向可控导电性可以实现可控整流，提供大容量的可调直流电源，广泛用于直流电机的调速。常用的电路有：单相桥式可控整流电路和三相桥式可控整流电路。 双向晶闸管是一种交流开关，常用于交流调压和交流开关电路中。,电子技术基础与技能 第6章,谢谢！,