1、*第十章第十章 晶閘管及其應(yīng)用晶閘管及其應(yīng)用 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 晶閘管（thyristor）也稱可控硅（silicon controlled rectifier，簡(jiǎn)稱SCR）是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種理想的大功率元件。它除具有硅二極管的單向?qū)щ娦?、能把交流電變換成直流電外，還能可控整流，即能控制直流電的大小。 晶閘管具有體積小、重量輕、耐震動(dòng)、效率高、容量大、耐壓高、無(wú)火花、壽命長(zhǎng)、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于各種無(wú)觸點(diǎn)、大功率控制系統(tǒng)，在電力電子技術(shù)中占有重要地位。 第一節(jié)第一節(jié) 晶晶 閘閘 管管 一、晶閘管的外型和結(jié)構(gòu)一、晶閘管的外型和結(jié)構(gòu)晶閘管的外形圖晶閘管的外形圖

2、 晶閘管的結(jié)構(gòu)、符號(hào) 二、工作原理工作原理 晶閘管工作原理圖 晶閘管工作情況的實(shí)驗(yàn) 觸發(fā)電路 主電路關(guān)斷條件關(guān)斷條件 導(dǎo)通條件導(dǎo)通條件 三、伏安特性 四、主要特性參數(shù)四、主要特性參數(shù) K P 通態(tài)平均電壓組別（小于100A不標(biāo)），共9級(jí) 用AI表示0.41.2V范圍，每級(jí)差0.1V 額定電壓UD級(jí)數(shù)（用百位數(shù)或千位數(shù)表示） 額定通態(tài)平均電流 普通型（其他：K快速型、S雙向型、 G可關(guān)斷型等） K表示晶閘管例如：KP20012D表示額定通態(tài)平均電流為200安，重復(fù)峰值電壓為1200伏，通態(tài)平均電壓為0.7V的普通型晶閘管。主要特性參數(shù)主要特性參數(shù) 1.1.電流額定值電流額定值 （1）額定正向平均

3、電流I IF F：允許的最大通態(tài)平均電流。 （2）維持電流I IH H：維持器件處于通態(tài)所必需的最小通態(tài)電流。 （3）浪涌電流I IFSMFSM：器件能承受的最大過(guò)載電流。 2.2.電壓額定值電壓額定值 (1)正向轉(zhuǎn)折電壓U UBOBO：晶閘管由斷態(tài)發(fā)生正向轉(zhuǎn)折變成通態(tài)所 對(duì)應(yīng)的電壓峰值。 (2)斷態(tài)重復(fù)峰值電壓U UDRMDRM：允許重復(fù)加在晶閘管上的正向峰 值電壓，又稱正向阻斷峰值電壓。 (3)反向重復(fù)峰值電壓U URRMRRM：允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。 (4)通態(tài)平均電壓U UF F：晶閘管正向通以額定的通態(tài)平均電流時(shí)， 陽(yáng)極與陰極兩端壓降的平均值，又稱管壓降， 一般在0.41

4、.2伏范圍內(nèi)。 3.3.其他額定參數(shù)其他額定參數(shù) （1）控制極觸發(fā)電壓U UG G、觸發(fā)電流I IG G：使晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通所需要 的最小控制極直流電壓、電流。 （2）開(kāi)通時(shí)間t tonon、關(guān)斷時(shí)間t toffoff：五、其他晶閘管其他晶閘管 雙向晶閘管雙向晶閘管 可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管 光控晶閘管光控晶閘管 溫控晶閘管溫控晶閘管 第二節(jié)第二節(jié) 單相可控整流電路單相可控整流電路 一、阻性負(fù)載單相橋式半控整流電路、阻性負(fù)載單相橋式半控整流電路 單相橋式半控整流電路及波形圖輸出電壓和電流輸出電壓和電流 單相半控整流電路的輸入電壓為u，可控整流輸出電壓的平均值： 可控整流輸出電流的平均值： 晶閘管

5、的工作參數(shù)和選擇 O2cos19 . 0)cos1 (2)(sin21UUttdUU2cos19 . 0LLOORURUI二、感性負(fù)載單相橋式半控整流電路二、感性負(fù)載單相橋式半控整流電路 第三節(jié) 晶閘管觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)電路 一、對(duì)觸發(fā)電路的要求、對(duì)觸發(fā)電路的要求 1）向控制極提供的觸發(fā)電壓和電流應(yīng)符合晶閘管對(duì)觸發(fā)信號(hào)的要求； 2）觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的移相范圍。觸發(fā)脈沖與主電路交流電源電壓的相位應(yīng)具有一定對(duì)應(yīng)的相位關(guān)系（稱為同步），以保證晶閘管每個(gè)周期的導(dǎo)通角相等； 3）觸發(fā)脈沖上升沿要陡，使晶閘管觸發(fā)時(shí)刻準(zhǔn)確，一般應(yīng)小于10s； 4）觸發(fā)脈沖要有足夠的寬度； 5）防止誤觸發(fā)。 二、觸發(fā)電路二、

6、觸發(fā)電路（一）單結(jié)晶體管觸發(fā)電路單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)和工作特性分壓比分壓比 b2b1b1RRR單結(jié)晶體管的特性 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路 振蕩周期 采用脈沖變壓器耦合輸出的觸發(fā)電路 單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路 雙向觸發(fā)二極管 用雙向觸發(fā)二極管為觸發(fā)電路的單相交流調(diào)壓電路 第四節(jié)第四節(jié) 固態(tài)繼電器原理及其應(yīng)用固態(tài)繼電器原理及其應(yīng)用 一、固態(tài)繼電器分類一、固態(tài)繼電器分類 按負(fù)載電源類型劃分可分為兩類：直流型固態(tài)繼電器（DC-SSR）和交流型固態(tài)繼電器（AC-SSR）。 按觸發(fā)方式分類 交流型SSR可分為過(guò)零型和非過(guò)零型兩種。右圖是它們的工作波形。圖中，uAA是交流電源的波形，ui是控制信號(hào)的波形，uRL是負(fù)載的

7、電壓波形。 按外型結(jié)構(gòu)分類，可分為針孔焊接式、裝置式、雙列直插式和片式等各種SSR。 按輸入輸出之間隔離形式分類，可分為變壓器隔離型、光電耦合等形式。 SSR的輸入輸出之間隔離形式 按輸入端有源和無(wú)源來(lái)分類可分為有源和無(wú)源兩類。 有源SSR必須在其輸入端施加一定大小的直流電壓，其輸出端才呈導(dǎo)通狀態(tài)。 無(wú)源SSR是在有源SSR基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。無(wú)源SSR的輸入端可接無(wú)源敏感元件（如可變電阻、光敏、熱敏、濕敏等傳感器），它們的電阻變化到一定程度便可實(shí)現(xiàn)輸出交流大功率負(fù)載的通斷，切換電阻一般為1k8k。 按輸出端的工作狀態(tài)不同，又可分為常開(kāi)型和常閉型。 二、固態(tài)繼電器的主要特點(diǎn)二、固態(tài)繼電器的主要特

8、點(diǎn) 1. 高可靠性 由于SSR沒(méi)有可動(dòng)的機(jī)械接觸部件，并在結(jié)構(gòu)上采用全密閉式封裝，所以SSR觸發(fā)無(wú)回跳和抖動(dòng)現(xiàn)象，無(wú)火花、具有耐震、耐潮、耐腐蝕、壽命長(zhǎng)、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。 2. 控制功率小 3. 對(duì)電源電壓適應(yīng)能力強(qiáng) 4. 絕緣耐壓高 固態(tài)繼電器與常規(guī)機(jī)電式繼電器相比有以下缺點(diǎn)：斷態(tài)漏電流大、輸出壓降大、觸點(diǎn)數(shù)較少、過(guò)載能力差、在負(fù)載短路時(shí)易損壞等不足之處。 三、固態(tài)繼電器使用注意事項(xiàng)三、固態(tài)繼電器使用注意事項(xiàng) 1. 當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，SSR的負(fù)載能力要隨之下降，因此在實(shí)際使用時(shí)，若環(huán)境溫度較高，選用SSR的各個(gè)參數(shù)必須留有余量。帶電阻性負(fù)載時(shí)，電流參數(shù)應(yīng)留有一倍的余量，帶電感性負(fù)載時(shí)，應(yīng)按額

9、定電流的48倍來(lái)考慮。 2. 當(dāng)SSR接通或斷開(kāi)電感性、電容性負(fù)載時(shí)，工作電壓參數(shù)要提高50。 3. SSR使用時(shí)切忌負(fù)載兩端短路，一般小容量的可與快速熔斷器串聯(lián)，熔斷器的熔斷電流按額定電流的1.2倍來(lái)選擇。第五節(jié)第五節(jié) 晶閘管應(yīng)用電路舉例晶閘管應(yīng)用電路舉例一、晶閘管調(diào)光電路一、晶閘管調(diào)光電路二、溫度控制器二、溫度控制器本本 章章 小小 結(jié)結(jié) 1. 單向晶閘管的導(dǎo)通條件是：陽(yáng)極與陰極之間加正向電壓，控制極和陰極之間加正向電壓。當(dāng)晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后，控制極就失去了控制作用。當(dāng)陽(yáng)極電流小于晶閘管的維持電流或使陽(yáng)極與陰極之間的電壓反向時(shí)，晶閘管重新阻斷。 2. 晶閘管可以通過(guò)小信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通來(lái)控制大電流，用晶閘管組成的可控整流電路可以把輸入的交流電變成電壓平均值可調(diào)的直流電。它通過(guò)改變導(dǎo)通角來(lái)達(dá)到改變直流輸出電壓的目的。 3. 雙向晶閘管可看作