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19.1 电力电子器件 电力电子器件的符号 电力电子器件的主要性能指标 19.1.2 晶闸管 1. 基本结构 2. 工作原理 双向晶闸管 可关断晶闸管 19.1.3 功率晶体管、功率场效应晶体管 和绝缘栅双极晶体管 1. 功率晶体管 19.2 可控整流电路 19.2.1 可控整流电路 工作原理 19.2.2 晶闸管的保护 1. 晶闸管的过流保护 (1) 快速熔断器保护 (2) 过流继电器保护 2. 晶闸管的过压保护 (1) 阻容保护 19.2.3 单结晶体管触发电路 1. 单结晶体管 (2) 工作原理 2. 单结晶体管触发电路 (1) 振荡电路 (2) 振荡过程分析 3. 应用举例 (1) 电瓶充电机电路 工作原理 晶闸管承受过电压、过电流的能力很差，这是它的主要缺点。 晶闸管的热容量很小，一旦发生过电流时，温度急剧上升，可能将PN结烧坏，造成元件内部断路或开路。例如一只100A的晶闸管过电流为400A时，仅允许持续0.02秒，否则将因过热而损坏； 晶闸管耐受过电压的能力极差，电压超过其反向击穿电压时，即使时间极短，也容易损坏。若正向电压超过转折电压时，则晶闸管误导通，导通后的电流较大，使器件受损。 电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时，它能在晶闸管过热损坏之前熔断，切断电流通路，以保证晶闸管的安全。 与晶闸 管串联 接在输入端 接在输出端 快速熔断器接入方式有三种，如下图所示。 ~ (3) 过流截止保护 在输出端(直流输)或输入端(交流侧)接入过电流继电器，当电路发生过流故障时，继电器动作，使电路自动切断。 在交流侧设置电流检测电路，利用过电流信号控制触发电路。当电路发生过流故障时，检测电路控制触发脉冲迅速后移或停止产生触发脉冲，从而使晶闸管导通角减小或立即关断。 ~ R L C R (2) 硒碓保护 利用电容吸收过压。其实质就是将造成过电压的能量变成电场能量储存到电容中，然后释放到电阻中消耗掉。 硒碓保护 (硒整流片) C R R C R C 晶闸管元件 的阻容保护 B2 第二基极 B1 N 欧姆接触 电阻 P 发射极E 第一基极 PN结 N型硅片 (a) 示意图 单结晶体管结构示意图及其表示符号 (b) 符号 (1)结构 B2 E B1 ? UE ? UBB+UD = UP 时 PN结反偏，IE很小； PN结正向导通, IE迅速增加。 UE ? UP时 ? ? – 分压比(0.5~ 0.9) UP – 峰点电压 UD – PN结正向导通压降 B2 B1 UBB E UE + _ + _ RP + _ + _ 等效电路 测量单结晶体管的实验电路 由图可求得 RE RB1 RB2 A UBB E UE + _ RP + _ + _ B2 B1 RE (3) 单结晶体管的伏安特性 UV、IV(谷点电压、电流): 维持单结管导通的最小 电压、电流。 UP(峰点电压)： 单结管由截止变导通 所需发射极电压。 Ip IV o IE UE UP 峰点电压 UV 谷点电压 V 负阻区 截止区 饱和区 UEUP后，大量空穴注入基区，致使IE增加、UE反而下降，出现负阻-负阻区。 P (1) UE UP时单结管截止； UE UP时单结管导通， UE UV时恢复截止。 单结晶体管的特点 (2) 晶体管的峰点电压UP与外 加固定电压UBB及分压比? 有关，峰点电压UP或分压比?不同，则峰值电 压UP不同。 (3) 不同单结晶体管的谷点电压UV和谷点电流IV都 比一样。谷点电压大约在2 ~ 5V之间。常选用 ?稍大一些， UV稍小的单结晶体管，以增大输 出脉冲幅度和移相范围。 B2 E B1 单结晶体管弛张振荡电路 单结晶体管弛张 振荡电路利用单结管 的负阻特性及RC电路 的充放电特性组成频 率可调的振荡电路。 ug R2 R1 R U uC E + C + _ _ + _ 50? 100k? 300? 0. 47?F 设通电前uC =0。 接通电源U, 电容C经电阻R充电。电容电压uC逐渐升高。 当uC ? UP时,单结管导通,电 容C放电,R1上得到一脉冲电压。 Up UV Up-UD uC ?t ug ?t 电容放电至 uC ? Uv时，单结管重新关断，使uO?0。 ug R2 R1 R U uC E + C + _ _ + _ 50? 100k? 300? 0. 47?F 注意：R值不能选的太小，否则单结管不能关断，电路亦不能振荡。 uC ?t ?t uO uP uV (b) 电压波形