晶闸管及其应用电路

第四章晶闸管及其应用第一节晶闸管的构造、工作原理、特性和参数晶闸管—可控硅，是一种受控硅二极管。

优点：体积小、重量轻、耐压高、容量大、响应速度快、控制灵活、寿命长、使用维护方便。

缺点：大多工作与断续的非线性周期工作状态，产生大量谐波干扰电网；过载能力和抗扰能力较差、控制电路复杂。

（由于技术进步，近年有改善）1.1晶闸管的基本结构：晶闸管是具有三个PN结的四层结构,其外形、结构及符号如图。

1.2晶闸管的工作原理在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。

晶闸管导通后，去掉EG ，依靠正反馈，仍可维持导通状态。

晶闸管导通必须同时具备两个条件：1. 晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。

2. 晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。

晶闸管导通后，控制极便失去作用。

依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。

晶闸管关断的条件：1. 必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。

2. 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反向电压。

1.3晶闸管的伏安特性静态特性承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通；晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用；要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。

晶闸管的阳极伏安特性是指晶闸管阳极电流和阳极电压之间的关系曲线，如图3所示。

其中：第I象限的是正向特性；第III象限的是反向特性图3 晶闸管阳极伏安特性I G2>I G1>I GI G=0时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压U bo，则漏电流急剧增大，器件开通。

这种开通叫“硬开通”，一般不允许硬开通；随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低；导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿；晶闸管本身的压降很小，在1V左右；导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值I H以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。

第六节晶闸管及其整流电路晶闸管又称可控硅，是目前半导体器件从弱电进入强电领域，制造技术最成熟、应用最广泛的器件之一。

晶闸管分普通晶闸管和特种晶闸管，特种晶闸管有快速晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管等，人们所说的晶闸管是指普通型晶闸管。

一、晶闸管的外形、结构和符号晶闸管由三个PN结和四层半导体材料组成。

晶闸管的三个电极分别为阳极（A）、阴极（K）、控制极（G）。

三个PN结分别为J1、J2和J3。

晶闸管的符号与二极管相似，只是在其阴极处增加一个控制极，表明其导通的条件除了和二极管一样需要正向偏置的电压外，还需另外增加一个条件，那就是要有控制信号。

二、晶闸管的工作原理晶闸管可以理解为一个受控制的二极管，它也具有单向导电性，不同之处是除了应具有阳极与阴极之间的正向偏置电压外，还必须给控制极加一个足够大的控制电压，在这个控制电压作用下，晶闸管就会像二极管一样导通了，一旦晶闸管导通，控制电压即使取消，也不会影响其正向导通的工作状态。

晶闸管工作原理可用如图所示的实验电路验证。

图（a）所示为晶闸管反向偏置情况，无论是否给控制极加电压，都无法使晶闸管导通，灯泡不发光。

图（b ）所示为晶闸管加正向偏置电压，阳极A 接高电位，阴极K 接低电位，但控制极G 没有接任何电压，晶闸管仍然处于关断状态，串联的灯泡不发光。

图（c ）所示为晶闸管加正向偏置电压的基础上，给控制极G 加一个幅度和一个宽度都足够大的正电压，此时晶闸管导通，串联的灯泡发光。

图（d ）所示为晶闸管导通后，若去掉控制极的电压，晶闸管仍然能保持导通状态，灯泡仍然发光。

综上所述，要使晶闸管由阻断状态变为导通状态，必须在晶闸管上加正向电压的同时，在控制极上加适当的正向触发电压，这样才能使晶闸管导通，一旦晶闸管导通，控制极就失去了控制作用。

要注意的是，晶闸管导通后若阳极电流小于某一个很小的电流I H (称为维持电流)时，晶闸管也会由导通变为截止，一旦晶闸管截止，必须重新触发才能再次导通。

晶闸管串联的单相半控桥电路晶闸管是一种常见的半导体器件，具有控制电流的能力，被广泛应用于电力电子领域。

而单相半控桥电路是一种常见的电力电子调节电路，可以实现对电流的控制。

本文将介绍晶闸管串联的单相半控桥电路的工作原理、特点及其在实际应用中的重要性。

一、晶闸管串联的单相半控桥电路的工作原理晶闸管串联的单相半控桥电路由四个晶闸管和四个反并联的二极管组成。

其中，两个晶闸管连接在电源的正向，另外两个晶闸管连接在电源的负向。

在电源两端，通过一个电感和负载串联连接。

晶闸管的控制端通过一个触发器来控制。

当触发器的控制信号作用于晶闸管时，晶闸管将导通，电流从正向流入电路。

此时，与导通的晶闸管反并联的二极管将截止，不导电。

而与截止的晶闸管反并联的二极管将导通，起到反向切换的作用。

当晶闸管导通时，负载电流从正向流入，实现对电流的正向调节。

当触发器的控制信号停止作用时，晶闸管将截止，不导电。

此时，与截止的晶闸管反并联的二极管将导通，电流从负向流入电路。

而与导通的晶闸管反并联的二极管将截止，起到反向切换的作用。

当晶闸管截止时，负载电流从负向流入，实现对电流的反向调节。

二、晶闸管串联的单相半控桥电路的特点1. 电流可控性强：晶闸管具有控制电流的能力，可以通过调节触发器的控制信号来控制电流的大小，实现对负载电流的精确控制。

2. 效率高：晶闸管具有低导通压降和低开关损耗的特点，使得单相半控桥电路具有较高的电能转换效率。

3. 可靠性高：晶闸管具有较高的可靠性和耐压能力，可以在较大电流和较高温度下正常工作，适用于各种恶劣工作环境。

4. 体积小：晶闸管体积小巧，适合在空间有限的场合应用。

5. 调节范围广：晶闸管串联的单相半控桥电路可以实现对负载电流的正向和反向调节，适用于多种调节需求。

三、晶闸管串联的单相半控桥电路的应用晶闸管串联的单相半控桥电路被广泛应用于各种电力电子设备中，如变频器、直流调速器、电炉控制器等。

在变频器中，晶闸管串联的单相半控桥电路可以实现对交流电压的调节，将输入的固定频率、固定电压的交流电转变为可调频率、可调电压的交流电输出。

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。

单向晶闸管等效电路-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容：单向晶闸管（SCR），又称为可控硅，是一种广泛应用于电力电子领域的器件。

它具有可控性强、可靠性好、耐高压等特点，被广泛应用于电压和电流控制、能量转换以及电力传输等领域。

单向晶闸管的出现，使得电力系统的控制和调节更加灵活方便。

本文旨在深入研究和探讨单向晶闸管的等效电路模型，以了解其在电路中的作用和工作原理。

通过对单向晶闸管的原理、等效电路模型以及其特点的总结，我们可以进一步探讨其在电力电子技术领域的应用前景和发展趋势。

在接下来的正文部分，我们将首先介绍单向晶闸管的原理，包括其基本结构和工作原理。

然后，我们会重点讨论单向晶闸管的等效电路模型，以便更加清楚地描述其在电路中的行为和特性。

通过深入了解单向晶闸管的等效电路模型，我们可以更好地理解其在电力电子系统中的应用和控制方法。

最后，文章将总结单向晶闸管的特点和优势，并展望其在电力电子技术领域的应用前景。

随着科技的不断发展，单向晶闸管在能量转换、电力传输和电路控制等领域将发挥越来越重要的作用。

对于电力系统的稳定运行和能源的高效利用，单向晶闸管的进一步研究和应用具有重要的意义。

本文的目的是通过对单向晶闸管的原理和等效电路模型的介绍，帮助读者了解和掌握单向晶闸管在电力电子领域的应用。

希望读者能够通过本文的学习，对单向晶闸管有更深入的认识，并进一步探索其在电力电子技术领域中的创新应用。

文章结构部分的内容主要是介绍整篇文章的组织结构，以帮助读者理清思路和掌握文章的脉络。

下面是文章结构部分的内容：1.2 文章结构本文共分为三个部分：引言、正文和结论。

下面将对每个部分的内容进行简要介绍。

引言部分（第1节）主要对单向晶闸管等效电路的研究背景和意义进行概述。

首先介绍晶闸管在电力电子领域中的重要性，以及单向晶闸管作为一种重要的电子元器件在各个领域中的广泛应用。

然后引出本文的研究目的，并简要阐述文章的结构和各个部分的主要内容。

晶闸管开关电路原理
晶闸管开关电路的原理是利用晶闸管的特性实现开关功能。

晶闸管是一种具有双向导电性的电子器件，通常由四个层状结构组成。

在正常工作状态下，晶闸管处于关断状态，两个 PN 结之间的
耗尽层阻止电流流动。

当接入一个适当的阳极电压时，晶闸管的 PN 结会极化，进入导通状态。

要使晶闸管导通，需要满足以下条件：
1. 阳极电压（Vak）达到导通电压（Vgt）：晶闸管的导通电
压是指当晶闸管处于关断状态时，需要施加在阳极和阴极之间的电压，使其开始导通。

2. 电压施加在晶闸管的正向极性：当阳极电压施加在阴极上时，使得结 J2-J3 处于正向偏置状态，从而形成导电通道。

3. 施加一个触发脉冲：晶闸管的触发是通过施加一个电压脉冲在门极（G）和阴极（K）之间实现的。

触发脉冲可以是一个
正脉冲或者是从阴极向门极施加一个负脉冲。

当晶闸管导通后，只要阳极电流处于正常工作区间，晶闸管将一直保持导通状态。

要使晶闸管停止导通，需通过强制断开电路或者降低阳极电流到零来实现。

晶闸管开关电路可以用于控制高功率负载的开关，如大功率马达、发电机等。

其主要优点是控制简单、可靠性高，缺点则是开关速度较慢，导通电压较高，仅适用于交流电源。