第五讲第五讲 晶闸管晶闸管（Thyristor）别名：别名：可控硅可控硅（SCR) （Silicon Controlled Rectifier） 它是它是一种一种大功率半导体器件，出现于大功率半导体器件，出现于70年代。年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域领域 。 特点特点体积小、重量轻、无噪声、寿命长、体积小、重量轻、无噪声、寿命长、 容容量大（正向平均电流达千安、正向耐压量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。达数千伏）。 应用领域：应用领域： 整流整流 （交流（交流直流）直流）逆变逆变 （直流直流交流）交流）变频变频 （交流交流交流）交流）斩波斩波 （直流直流直流）直流）此外还可作无触点开关等此外还可作无触点开关等一、一、 工作原理工作原理1、 结构结构A（阳极）阳极）P1四四 层层 半半 导导 体体N1P2N2K（阴极）阴极）三三 个个 PN结结G（控制极）控制极）2、 工作原理工作原理AGKGKP1P2N1N2APPNNNPAGK示意图示意图符号符号工作原理分析工作原理分析APPNNNPGKKAGT1T2工作原理说明工作原理说明UAK 0 、UGK0时时T1导通导通ib1 = i giC1 = ig = ib2ic2 =ib2 = ig = ib1T2导通导通形成正反馈形成正反馈T1进一步导通进一步导通晶闸管迅速导通；晶闸管迅速导通；晶闸管开始工作时晶闸管开始工作时 ，UGK加反向电压，加反向电压，或不加触发信号（即或不加触发信号（即UGK = 0 ）；）；晶闸管导通后，晶闸管导通后， UGK，去掉去掉晶闸管仍维持导通状态；晶闸管仍维持导通状态；晶闸管截止的条件：晶闸管截止的条件：（1）（2）晶闸管正向导通后，令其截止，必须晶闸管正向导通后，令其截止，必须减小减小UAK，或加大回路电阻，使晶闸管或加大回路电阻，使晶闸管中电流的正反馈效应不能维持。中电流的正反馈效应不能维持。结论结论晶闸管具有单向导电性晶闸管具有单向导电性（正（正晶闸管一旦导通，控制极失去作用晶闸管一旦导通，控制极失去作用。若使其关断，必须降低若使其关断，必须降低UAK或加大回路电阻，把阳极或加大回路电阻，把阳极电流减小到维持电流以下。电流减小到维持电流以下。 向导通条件：向导通条件：A、K间加正向间加正向 电压，电压，G、K间加触发信号）；间加触发信号）；正向特性：正向特性： 控制极开路时，随控制极开路时，随UAK的加大，阳极电的加大，阳极电流逐渐增加。当流逐渐增加。当U = UDSM时，晶闸管自动导通。正时，晶闸管自动导通。正常工作时，常工作时， UAK应小于应小于 UDSM 。UDSM：断态不重复峰值电压断态不重复峰值电压，又称正向转折电压。，又称正向转折电压。特性说明特性说明U - 阳极、阴极间的电压阳极、阴极间的电压I - 阳极电流阳极电流反向特性反向特性：随反向电压的增加，反向漏电流：随反向电压的增加，反向漏电流稍有增加，当稍有增加，当U = URSM 时，反向极击穿。正常时，反向极击穿。正常工作时，反向电压必须小于工作时，反向电压必须小于URSM。URSM ：反向不重复峰值电压反向不重复峰值电压。UDRM：断态重复峰值电压断态重复峰值电压。（晶闸管耐压值。（晶闸管耐压值。一一般取般取 UDRM = 80% UDSM 。普通晶闸管普通晶闸管UDRM 为为 100V-3000V）URRM：反向重复峰值电压反向重复峰值电压。（控制极断路时，。（控制极断路时， 可以重复作用在晶闸管上的反向重复电可以重复作用在晶闸管上的反向重复电 压。一般取压。一般取URRM = 80% URSM。普通晶普通晶 闸管闸管URRM为为100V-3000V） ITAV：通态平均电流通态平均电流。（环境温度为。（环境温度为40OC时时,在在 电阻性负载、单相工频电阻性负载、单相工频 正弦半波、正弦半波、导电导电角不小于角不小于170o的电路中，晶闸管允许的的电路中，晶闸管允许的最大通态平均电流。普通晶闸管最大通态平均电流。普通晶闸管ITAV 为为1A-1000A。）。）2、 主要参数主要参数ITAV含义说明含义说明it2ITAV主要参数（续）主要参数（续）IH：维持电流。维持电流。(在室温下，控制极开路、晶闸管在室温下，控制极开路、晶闸管 被触发导通后，维持导通状态所必须的最被触发导通后，维持导通状态所必须的最 小电流。一般为几十到一百多毫安。）小电流。一般为几十到一百多毫安。）UG、IG：控制极触发电压和电流。控制极触发电压和电流。（在室温下，（在室温下， 阳极电压为直流阳极电压为直流6V时，使晶闸管完全导通时，使晶闸管完全导通 所必须的最小控制极直流电压、电流所必须的最小控制极直流电压、电流 。一。一 般般UG为为1到到5V，IG为几十到几百毫安。）为几十到几百毫安。）UTAV ：通态平均电压通态平均电压。（管压降。在规定的条件。（管压降。在规定的条件 下，通过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、下，通过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、 阴两极间的电压平均值。一般为阴两极间的电压平均值。一般为1V左右。）左右。）晶闸管型号晶闸管型号通态平均电压（通态平均电压（UTAV）额定通态平均电流额定通态平均电流（ITAV）晶闸管类型晶闸管类型P-普通晶闸管普通晶闸管K-快速晶闸管快速晶闸管S -双向晶闸管双向晶闸管晶闸管晶闸管K晶闸管电压、电流级别晶闸管电压、电流级别额定通态电流（额定通态电流（ITAV）通用系列为通用系列为1、5、10、20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A 等等14种规格。种规格。额定电压（额定电压（UDRM）通用系列为：通用系列为：1000V以下的每以下的每100V为为一一级级，1000V到到3000V的的每每200V 为为一一级。级。通态平均电压（通态平均电压（UTAV）等级等级一一般用般用A I字母表字母表示，示，由由 0.4 1. 2V每每 0.1V 为为一一级。级。三、三、 可控整流电路可控整流电路（一）一） 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路1、电阻性负载电阻性负载电路及工作原理电路及工作原理设设u1为为正弦波正弦波 u2 0 时，时，加上触发电压加上触发电压 uG ，晶闸管导通晶闸管导通 。且。且 uL 的大小随的大小随 uG 加入的早晚而变化；加入的早晚而变化； u2 R时时， ILAV在整个周期中可近似在整个周期中可近似看做直流看做直流。LR Uo= =（3）电压与电流的计算（加入续流二极管后的）电压与电流的计算（加入续流二极管后的 情况）情况）（二）（二） 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路1、电阻性负载桥式可控整流电路电阻性负载桥式可控整流电路（1）电路及工作原理电路及工作原理u2 0的导通路径：的导通路径：u2 (A)T1RLD2u2 (B)T1、T2 -晶闸管晶闸管D1、D2 -晶体管晶体管T1T2D1D2RLuLu2AB+-T2RLD1u2 (A)u2 (B)u2 0的导通路径：的导通路径：T1、T2 -晶闸管晶闸管D1、D2 -晶体管晶体管T1T2D1D2RLuLu2AB+-（2）工作波形工作波形tu2tuGtuLt uT1输出电压及电流的平均值输出电压及电流的平均值Uo = Io =（3）LoRU2、电感性负载桥式可控整流电路电感性负载桥式可控整流电路u2T1T2D1D2DuLRL 该电路加续流二极管后电路工作情况该电路加续流二极管后电路工作情况以及负载上的电流、电压和电阻性负载以及负载上的电流、电压和电阻性负载类似，请自行分析。类似，请自行分析。两种常用可控整流电路的特点两种常用可控整流电路的特点（1）电路电路特点特点u2TD2D1D4uLRLD3该电路只用一只晶闸管，且其该电路只用一只晶闸管，且其上无反向电压。上无反向电压。晶闸管和负载上的电流相同。晶闸管和负载上的电流相同。（2）T1T2D1D2u2uLRL电路电路特点特点 该电路接入电感性负载时，该电路接入电感性负载时，D1、D2 便便起续流二极管作用。起续流二极管作用。由于由于T1的阳极和的阳极和T2的阴极相连，两的阴极相连，两管控制极必须加独立的触发信号。管控制极必须加独立的触发信号。四、四、 触发电路触发电路1、 单结晶体管工作原理单结晶体管工作原理结构结构等效电路等效电路B2（第二基极）第二基极）B1（第一基极）第一基极）NPEB2B1RB2RB1管内基极管内基极 体电阻体电阻PN结结工作原理工作原理UAuE UP后，后，大量空穴注入基区，大量空穴注入基区，致使致使IE增加、增加、UE反反而下降，出现负阻。而下降，出现负阻。UP- 峰点电压峰点电压（单结管由截止变导通（单结管由截止变导通 所需发射极电压。）所需发射极电压。）UV、IV -谷点电压、电流谷点电压、电流（维持单结管导通的最小（维持单结管导通的最小 电压、电流。）电压、电流。）单结管符号单结管符号EB2B1单结管重单结管重要特点要特点小结小结UEUP时单结管导通。时单结管导通。UEUV时单结管截止时单结管截止；3、 单结晶体管振荡电路单结晶体管振荡电路RR2R1CUucuOEB1ucttuouvup振荡波形振荡波形uE = uC UP 时时，单结管不导通，单结管不导通，uo 0。此时此时R1上的电流很小，其值为：上的电流很小，其值为：振荡过程分析振荡过程分析IR1R1、R2是外加的，不同于内是外加的，不同于内部的部的RB1、RB2。前者一般取前者一般取几十欧几十欧几百欧；几百欧； RB1+RB2一般为一般为215千欧。千欧。uOR2R1RCUucE 随电容的随电容的 充电，充电，uc逐渐升高。当逐渐升高。当 uC UP 时时，单结管导通。然后电容放电，单结管导通。然后电容放电，R1上便得上便得到一个脉冲电压到一个脉冲电压。R2R1RCUucEuOR2起温度补偿作用起温度补偿作用ucUpUvuoUp-UDUP、UV- 峰点、谷点电压峰点、谷点电压UD -PN结正向导通压降结正向导通压降注意：注意：R值不能选的太小，否则单结管不能值不能选的太小，否则单结管不能 关断，电路亦不能振荡。关断，电路亦不能振荡。脉冲宽度的计算：脉冲宽度的计算：Tuoucupuvtw振荡周期的计算：振荡周期的计算： 电容放电至电容放电至 uc uv时时，单结管重新关断，使，单结管重新关断，使 uo 0。4、 具有放大环节的可控整流电路具有放大环节的可控整流电路调节过程：调节过程：US（给定电压）给定电压）T1管的管的uc1T2管的管的ic2电容充电速度电容充电速度加快加快 触发脉冲触发脉冲前移前移uL脉冲脉冲变压器变压器Ru2RE2R1RST1T2RE1RC1US放大环节放大环节五、五、 晶闸管的保护晶闸管的保护 晶闸管的过流、过压能力很差，是它的晶闸管的过流、过压能力很差，是它的主要缺点。主要缺点。晶闸管的热容量很小晶闸管的热容量很小，一旦过，一旦过流，温度急剧上升，器件被烧坏。例如一流，温度急剧上升，器件被烧坏。例如一只只100A的晶闸管过电流为的晶闸管过电流为400A时，仅允许时，仅允许持续持续0.02秒，否则将被烧坏；秒，否则将被烧坏；晶闸管承受晶闸管承受过电压的能力极差过电压的能力极差，电压超过其反向击穿，电压超过其反向击穿电压时，即使时间极短，也容易损坏。正电压时，即使时间极短，也容易损坏。正向电压超过转折电压时，会产生误导通，向电压超过转折电压时，会产生误导通，导通后的电流较大，使器件受损。导通后的电流较大，使器件受损。过过流流保保护护快速熔断器：快速熔断器：电路中加快速熔断器电路中加快速熔断器;加入加入方法如下图：方法如下图：过流继电器：过流继电器：在输出端装直流过电流继在输出端装直流过电流继电器电器;过流截止电路：过流截止电路：利用电流反馈减小晶闸利用电流反馈减小晶闸管的管的 导通角或停止触发，从而切断过流导通角或停止触发，从而切断过流电路。电路。保护措施保护措施 接在接在输出端输出端 接在接在输入端输入端和晶闸和晶闸管串联管串联