第四讲：晶闸管可控硅整流电路..

晶闸管

一、可控硅的概念和结构？

一种以硅单晶为基本材料的P1N1P2N2四层三端器件，创制于1957年，由于它特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称可控硅T。又由于可控硅最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅SCR。

在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件（俗称“死硅”）更为可贵的可控性。它只有导通和关断两种状态。

可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备，如果超过此频率，因元件开关损耗显著增加，允许通过的平均电流相降低，此时，标称电流应降级使用。

可控硅的优点很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪音；效率高，成本低等等。

可控硅的弱点：静态及动态的过载能力较差；容易受干扰而误导通。

可控硅从外形上分类主要有：螺栓形、平板形和平底形。

1、可控硅元件的结构：不管可控硅的外形如何，它们的管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2结构。见图1。它有三个PN结（J1、J2、J3），从J1结构的P1层引出阳极A，从N2层引出阴级K，从P2层引出控制极G，所以它是一种四层三端的半导体器件。

2、 工作原理

可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图1所示

当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。

晶闸管单相桥式可控整流电路

说明书

学院：电信学院

专业班级：09级电气二班

姓名：张永来

学号：09230217

指导老师：杨巧玲

摘要

本设计是以matlab编程软件下进行的，首先安装matlab软件，在根据设计任务说明说上要求的设计出单相桥式可控整流电路，用晶闸管的可控性能组成，设计具有高效，精度高等，而在这之前必须要学会使用MATLAB软件。电阻电感性负载单相桥式可控整流电路的各个波形要有一定的了解和熟悉.并且参考个资料进行设计。

目录

第一章 设计要求

第二章 制度设计方案

第三章 主电路的设计

第四章 元件和电路参数的计算

第五章 系统仿真

第六章 波形分析

第七章 设计总结

附录 参考文献

第一章 设计要求

1.1设计任务及技术要求

计算机仿真具有效率高，精度高，可控性高和成本低等特点，已经广泛应用与电力电子电路的分析和设计中。计算机仿真不仅可以取代系统的许多繁琐的人工分析，减轻劳动强度，提高分析和设计能力，避免因为解释法在近似处理中带来的较大误差，还可以与实物调制和调试相互补充，最大限度地降低设计成本，缩短系统研制周期。可以说，电路的计算机仿真技术大大加速了电路的设计和试验过程。通过本次仿真，学生可以初步认识电力电子计算机仿真的优势，并掌握电力电子计算机仿真的基本方法。

1，晶闸管单相全控桥式整流电路，参数要求：

电网频率 f=50Hz

电网额定电压 U1=380V

电网电压波动 正负10%

阻感性负载电压 0——190V可调。

2设计内容

（1）制定设计方案 （2）主电路设计及主电路元件选择

（3）驱动电路和保护电路设计及参数计算，器件选择

（4）绘制电路原理图

可控硅整流器原理及结构

可控硅整流器的原理是基于晶闸管这一器件的特性，即只有在控制电压作用下，晶闸管才能导通。当控制电压大于晶闸管的触发电压时，晶闸管导通，电流从阳极流向阴极；当控制电压小于晶闸管的触发电压时，晶闸管开关关闭，电流无法通过。通过控制电压的大小和相位，可以调整导通角度和导通时间，从而控制整流器的输出电流。

1.晶闸管：晶闸管是整流器的核心部件，它由N型和P型硅晶体构成。晶闸管有一个控制电极、阳极和一个阴极。当控制电极施加正电压时，晶闸管导通；当控制电极施加负电压或零电压时，晶闸管关闭。

2.触发电路：触发电路用于控制晶闸管的导通和关闭，通常由一个触发器和一个触发脉冲发生器组成。触发电路通过产生触发脉冲，改变控制电压的大小和相位，从而控制晶闸管的导通时间和角度。

3.控制电路：控制电路用于生成控制电压，控制晶闸管的导通和关闭。控制电路通常由一个变压器、整流器和滤波器组成，用于将交流电源转换成直流电，同时对输出电压进行稳定和滤波。

整个可控硅整流器的工作过程如下：

首先，控制电路将交流电源转换成直流电，并通过触发电路生成控制信号。当控制信号大于晶闸管的触发电压时，晶闸管导通，电流从阳极流向阴极，形成导通通道。当控制信号小于晶闸管的触发电压时，晶闸管关闭，导通通道断开。

通过调整控制信号的大小和相位，可以控制晶闸管的导通角度和导通时间，从而控制整流器的输出电流。当控制信号的相位延迟时，晶闸管的导通时间减少，输出电流变小；当控制信号的相位提前时，晶闸管的导通时间增加，输出电流变大。

电子技术 20 后工作在BC段，电流很大而管压降只有1V左右，此时的伏安特性和普通二极管的正向特

性相似。

晶闸管导通后，如果减小阳极电流I

A，则当I

A小于维持电流I

H时，突然由导通状态变为阻断，

特性曲线由B点跳到A点。应该指出，晶闸管的这种导通是正向击穿现象，很容易造成晶闸管的

永久性损坏，在实际工作中应避免这种现象发生。另外，当外加电压超过正向转折电压时，不论

控制极是否加正向电压，晶闸管均会导通，而控制极失去控制作用，这种现象也是不希望出现的，

因为在可控整流电路中，应该由控制极电压来决定晶闸管何时导通，使之成为一个可控开关，所

以，晶闸管的正常导通应在控制极两端施加正向触发电压。从图1-52中可以发现，晶闸管的触发

电流I

G越大，就越容易导通，正向转折电压就越低。不同规格的晶闸管所需的触发电流是不同的，

一般情况下，晶闸管的正向平均电流越大，所需的触发电流也越大。

（2）反向特性

晶闸管承受反向电压时，晶闸管只有很小的反向漏电流，此段特性与二极管反向特性很相似，

晶闸管处于反向阻断状态。当反向电压超过反向击穿电压U

BR时，反向电流剧增，晶闸管反向击

穿，如图1-52所示。

2．单向晶闸管的主要参数

单向晶闸管的参数反映了它的性能，是正确选择和使用单向晶闸管的重要依据。单向晶闸管

的主要参数见表1-5。

表1-5 单向晶闸管的主要参数 参 数 名 称 说 明

UDRM 正向重复峰值电压 在控制极开路和正向阻断的条件下，重复加在单向晶闸管两端的正向峰

值电压

URRM 反向重复峰值电压 在控制极开路时，允许重复加在单向晶闸管两端的反向峰值电压

IF 正向平均电流 环境温度为40℃及标准散热条件下，单向晶闸管处于全导通时可以连

续通过的工频正弦半波电流的平均值

IH 维持电流 在室温下和控制极断路时，单向晶闸管维持导通状态所必需的最小电流

UG、IG 控制极触发电压、触发

电流 在室温下，阳极加正向电压为直流6V时，使单向晶闸管由阻断变为导