晶閘管及其基本電路第十章電力半導體器件弱電強電晶閘管（SiliconControlledRectifier簡稱SCR）是在60年代發展起來的一種新型電力半導體器件。優點：(1)用很小的功率(電流約幾十毫安～一百多毫安，電壓約2～4V)可以控制較大的功率(電流自幾十安～幾千安，電壓自幾百伏～幾千伏)，功率放大倍數可以達到幾十萬倍；(2)控制靈敏、反應快，晶閘管的導通和截止時間都在微秒級；(3)損耗小、效率高，晶閘管本身的壓降很小(僅1V左右)，總效率可達97.5%，而一般機組效率僅為85%左右；(4)體積小、重量輕。10.1晶閘管

晶閘管是在半導體二極管、三極管之后發現的一種新型的大功率半導體器件，它是一種可控制的硅整流元件，亦稱可控硅。一、晶閘管的結構和符號

晶閘管的外形和結構圖分別如圖所示：其中：A—陽極，K—陰極，G—控制極。結構示意圖表示符號4層半導體(P1、N1、P2、N2)，3個PN結二、晶閘管的工作原理實驗電路如圖（a）所示，主電路加上交流電壓~u2，控制極電路接入Eg，在t1瞬間合上開關S，在t4瞬間拉開開關S，則u2、ug和電阻上RL的電壓ud的波形關系如圖（b）所示。（1）在0~t1之間:開關S未合上，ug=0，盡管uAK>0，但ud=0，即晶閘管未導通；（2）在t1~t2之間:uAK>0，由于開關S合上，使ug>0，而，即晶閘管導通；（3）在t2~t3之間，uAK<0，盡管ug>0，但ud=0，即晶閘管關斷；（4）在t3~t4之間，uAK>0，這時ug>0,而，所以，晶閘管又導通；（5）當t=t4時，ug=0，但uAK>0，，即晶閘管仍處于導通狀態；（6）當t=t5時，uAK=0，ug=0，而ud=0，即晶閘管關斷，晶閘管處于阻斷狀態。

三、晶閘管的伏安特性

晶閘管陽極對陰極的電壓和流過晶閘管的電流之間的關系稱為晶閘管的伏安特性。

正向(uAK>0)正向阻斷狀態:當ug=0，uAK<UDSM，元件中有很小的電流（正向漏電流）流過，處于截止狀態（稱為正向阻斷狀態），簡稱斷態。正向擊穿：當ug=0，uAK=UDSM，晶閘管突然由阻斷狀態轉化為導通狀態。UDSM稱為斷態不重復峰值電壓，或用UBO表示稱正向轉折電壓。正向導通狀態：ug>0，uAK>0，晶閘管導通，其電流的大小由負載決定，陽極和陰極間的管壓降很小。反向(uAK<0)反向截止狀態:當uAK<URSM，元件中有很小的反向電流（反向漏電流）流過，處于截止狀態。反向擊穿：當uAK=URSM，晶閘管突然由反向截止狀態轉化為導通狀態。URSM稱為反向不重復峰值電壓，或用UBR表示稱反向擊穿電壓。四、晶閘管的主要參數

一般在產品目錄上給出了參數的平均值或極限值，產品合格證上標有元件的實測數據。

1.斷態重復峰值電壓UDRM

晶閘管正向阻斷狀態下，可以重復加在晶閘管陽極和陰極兩端的正向峰值電壓。UDRM=UDSM-100在選擇晶閘管時還要考慮留有足夠的余量，一般：晶閘管的UDRM應等于所承受的正向電壓的（2~3）倍。

2.反向重復峰值電壓URRM

晶閘管反向截止狀態下，可以重復加在晶閘管陽極和陰極兩端的反向峰值電壓。URRM=URSM-10010.2單相可控整流電路整流－將交流電變為直流電的過程；整流電路－將交流電變為直流電的電路；整流單相三相10.2.1單相半波可控整流電路

u2－輸入電壓；ud－輸出電壓；－控制角；晶閘管元件承受正向電壓起始點到觸發脈沖的作用點之間的電角度。－導通角；是晶閘管在一周期時間內導通的電角度。對單相半波可控整流電路：一、帶電阻性負載的可控整流電路輸入電壓：負載電壓：負載電流：晶閘管承受的最大正反向電壓：二、帶電感性負載的可控整流電路

單相半波可控整流電路用于大電感性負載時，如果不采取措施，負載上就得不到所需要的電壓和電流。三、續流二極管的作用為了提高大電感負載時的單相半波可控整流電路整流輸出平均電壓，可采取負載兩端并聯一只二極管措施，如圖所示。

晶閘管電流平均值：

續流二極管的電流平均值：2.電感性負載

半控橋式整流電路在電感性負載時采用加接續流二極管的措施。有了續流二極管，當電源電壓降到零時，負載電流流經續流二極管，晶閘管因電流為零而關斷，不會出現失控現象。

流過每只晶閘管平均電流：流過續流二極管的平均電流：

2.電感性負載

半控橋式整流電路在電感性負載時，可以不加續流二極管。這是因為在電源電壓過零時，電感中的電流通過V1和V2形成續流，確保VS1或VS2可靠關斷，這樣也就不會出現失控現象。

流過每只晶閘管平均電流：流過續流二極管的平均電流：為了節省晶閘管元件，還可采用下圖的接線，它由四只整流二極管組成單相橋式電路，將交流電整流成脈動的直流電，然后用一只晶閘管進行控制，改變晶閘管的控制角，即可改變其輸出電壓。

3.反電勢負載

當整流電路輸出接有電勢負載時,只有當電源電源的瞬時值大于反電勢，同時又有觸發脈沖時，晶閘管才能導通，整流電路才有電流輸出，在晶閘管關斷的時間內，負載上保留原有的反電勢。10.2.3單相全控橋式整流電路單相全控橋式整流電路如圖所示。把半控橋中的兩只二極管用兩只晶閘管代替即構成全控橋。

10.3三相可控整流電路10.3.1三相半波可控整流電路

三相半波可控整流電路圖如圖所示。自然換相點：觸發相序：ABC觸發脈沖的相位：1200設輸入電壓為：可能承受的最大反向電壓為：當晶閘管沒有觸發信號時，晶閘管承受的最大正向電壓為:10.4逆變器

利用晶閘管電路把直流電變成交流電，這種對應于整流的逆向過程，稱之為逆變，把直流電變成交流電的裝置，叫做逆變器。變流器交流側接到負載，把直流電逆變為某一頻率或可變頻率的交流電供給負載，則稱為。有源逆變逆變無源逆變變流器的交流側接到交流電源上，把直流電逆變為同頻率的交流電反饋到電網去

一、無源逆變電路的工作原理無源逆變器的工作原理，可以用如圖所示的開關電路來說明。1.無源逆變器的簡單工作原理2.單相晶閘管橋式逆變器二、單相無源逆變器的電壓控制

1.控制逆變器的輸入直流電壓2.在逆變器內部的電壓控制（1）脈寬控制不改變逆變器輸入直流電壓的大小，而是通過改變逆變器中晶閘管（或晶體管）的導通時間以控制輸出脈沖的寬度來改變逆變器輸出電壓，此方法稱脈寬控制。逆變器輸出電壓的幅值是通過改變脈沖總的導通時間與總的關斷時間的比率來控制的，這有兩種基本的方法：第一種方法是維持恒定的脈沖寬度而改變每一半周期內的脈沖數；第二種方法是改變脈寬，而維持每一半周期內的脈沖數不變。三、無源逆變器的換相（換流）兩組晶閘管交替地導通和關斷的過程，就是電流轉換的過程，簡稱換流。但由于電流是直流電，沒有像交流電那樣電壓有過零變負的時候，所以，如不采取措施，則晶閘管一旦觸發導通后就關斷不了。負載是由電感L和補償電容C組成的并聯諧振回路，Ld為限流電抗器。10.5晶閘管的觸發電路

向晶閘管供給觸發脈沖的電路，叫觸發電路。（1）單結晶體管觸發電路（2）小容量晶閘管觸發電路（3）晶體管觸發電路10.5.1晶閘管對觸發電路的要求

實質：晶閘管的可靠觸發（1）觸發電路應能供給足夠大的觸發電壓和觸發電流，一般要求觸發電壓應該在4V以上，10V以下，如圖所示；（2）觸發脈沖的寬度必須在10微秒以上，如果負載是大電感，電流上升比較慢，那么，觸發脈沖的寬度還應該增大。（3）不觸發時，觸發電路的輸出電壓應該小于0.15V～0.20V，為了提高抗干擾能力，避免誤觸發，必要時可在控制極上加上一個1V～2V的負偏壓；（4）觸發脈沖的前沿要陡，保證晶閘管的觸發時間前后一致。（5）在晶閘管整流等移相控制的觸發電路中，觸發脈沖應該和主電路同步，脈沖發出的時間應該能夠平穩地前后移動（移相），移相的范圍要足夠寬。10.5.2單結晶體管觸發電路一、單結晶體管單結晶體管是一種特殊的半導體器件，它有三個電極，一個發射極和兩個基極，故又叫雙基極二極管。

1.工作