晶闸管模块的应用

晶闸管智能模块发展史及后来的应用

摘要：富安时介绍晶闸管thyristor可控硅模块的接图，晶闸管功率控制器主要技术参数及其应用范围。电焊设备、激光电源、励磁电源、电镀电解电源、调功、调光、工业炉温控、固态动力开关、牵引、直流拖动、大吊车驱动、搅拌电源、电机软起动列出这种模块的控制方法及其电连接图。晶闸管调整器体积小，功能齐全，联线简单，控制方便，性能稳定可靠是这种模块的特点，而增大容量，扩大功能，降低成本，系列化晶闸管功率控制器模块今后发展趋势。

1概况

目前，富安时晶闸管的制造工艺和设计应用技术已相当成熟，正沿着大功率化和模块化二个方向前进：一是为高压真流输电（HVDC），静止无功补偿（SVC），超大功率高压变频调速以及几十万安培的直流电源领域用的125mm，8000V以上晶闸管的稳定生产而开

展研发工作；二是向着体积更小，重量更轻，结构更紧凑，可靠性更高，使用更方便，内部接线电路各异和功能不同的模块化开展技术改进工作。

晶闸管功率控制器模块和整流二极管模块自20世纪70年代初问世以来获得了蓬勃发展，目前已能大批量生产各种类型的电力半导体模块，并广泛应用于国民经济各部门，为工业发展，技术进步，节能、节电、节材发挥了极大作用。但是由于晶闸管是电流控制的电力半导体器件，所以需要较大的脉冲触发功率才能驱动晶闸管，而且它的触发系统电路复杂，体积大，安装调试较难，抗干扰和可靠性较差，制造成本也高，又因其触发系统易产生电磁干扰，难与微机接口，不易实现微机控制。多年来，世界各国围绕如何更加方便、可靠、高效地使用晶闸管取得二方面的进展：一是把分立器件芯片按一定电路联成后封装成一般模块，给用户带来一定的使用方便；二是将门极触发系统的部分分立元器件制成专用集成触发电路，简化了触发系统。但是所有这些并未摆脱将晶闸管主电路与门极触发系统分立制作的传统方式，也没有出现过把复杂庞大的触发系统、检测保护系统和大功率晶闸管主电路集成为一体，做成一个体积小，功能完整，并通过一个端口便能实现对三相电力进行调控的晶闸管智能模块（FUANSHI）。

究其原因，无非是解决不了庞大同步信号输入系统和数字化门极触发系统的微型化，使之符合集成化的要求，以及高低压隔离技术和高性能材料的使用问题。北京富安时科技有限公司，经多年的开发研究，在解决了同步元件微型化问题之后，继而解决了提高信号幅度，搞干扰，高低压隔离等问题，并试制出高密度的功率脉冲变压器，多路高速大电流数字化集成电路以及适合集成模块用的专用数字集成电路，采用了绝缘，导热性能良好的DBC板，焊接性能极好的钼铜板以及具有良好热传导作用和绝缘保护性能的弹性硅凝胶等特殊材料，开发出一套适合制造晶闸管智能模块的半自动惰性气体保护的二次焊接工艺，从而试制出四个系列32种型号，各种功能的通用ITPM和多种专用ITPM，如恒压控制模块，恒流控制模块，移相式恒压、恒流控制模块，双闭环直流电机调速模块，智能电机控制模块等等。该公司经

近三年的生产和1千多家用户在电焊设备、激光电源、励磁电源、电镀电解电源、调功、调光、工业炉温控、固态动力开关、牵引、直流拖动、大吊车驱动、搅拌电源、电机软起动以及自动控制等领域的使用，性能良好，使用、控制、调试简单方便，体积小，结构紧凑，可靠性高，便于安装和维修，有“傻瓜”晶闸管控制器模块之称。

2模块内部电联接图及其技术参数

2.1通用ITPM的内部电联接图及其技术参数

图中数字移相触发器由同步、整形、计数器、A/D、振荡器、脉冲分配器以及驱动等电路组成，它有5根引出脚：1脚内设10.5V/5mA稳压电源，为电位器手动调节方式提供直流电压；2脚为控制引脚，用来输入0-10V的控制信号，输入阻抗≥1MΩ；3、4脚为系统接地点；5脚为控制系统12V电源的正极，其工作电流在0.8A左右，它们为ITPM的控制提供了方便。图2示出了ITPM的各种控制方法。

图1富安时三相晶闸管交流控制器模块原理框图

富安时通用ITPM是由单相、三相晶闸管桥式整流电路或单相、三相晶闸管交流开关电路分别与移相触发系统和保护电路混合集成封装于同一PBT外壳内组成。图1示出了三相通用晶闸管智交流控制模块的内部电联接图。

这种通用ITPM，在工艺、性能、结构和材料使用上都有独特之处，由于采用了玻璃钝化硅芯片，弹性硅凝胶保护、钼铜板过渡、DBS基板使用，环氧树脂密封以及独特的焊接工艺，使模块热阻大大减小，性能稳定，工作安全；由于采用了数字控制电路，SMD和厚膜技术，使模块体积小，智能化程度高；又因模块具有过流，过热和缺相保护，使模块使用更安全，可靠性更高。

北京富安时生产的通用ITPM的交流输入电压为180V-450V；工作频率50或60Hz，三相交流输出电压不对称度<6%；输出电压温度系数<600PPM/?C，三相桥式整流电路的最大输出直流为2000A，三相交流开关电路的每相最大输出电流（RMS）为1600A。

2.2专用ITPM的内部电联接图

专用ITPM是由电力晶闸管主电路、全数字移相触发器，单片机以及电流、电压、温度传感器混合集成后共同封装在同一PBT外壳内组成，通过模块上的接插件可将各种控制线引到操作键盘，进行各种功能和电气参数设定，并有LED或LCD显示。由此可见，ITPM 已不是一般传统晶闸管装置所能比拟的，它具有相当高的适应性，例如，在交、直流电机调速方面，利用一块ITPM可以成为一台不可逆的双闭环直流调速器，二块ITPM可以组成可逆四象限运行的调速器，而利用六块ITPM可非常方便地组成交——交变频系统，由此将使控制的质量和性能大大改善，控制系统的体积大为减少，节能、节材，可用计算机集中控制，实现信息化管理，从而降低运行费用。图3示出了双闭环直流调速模块的内部电联接图。

可知，双闭环直流调速模块内含有晶闸管桥式整流电路，数字移相调控器，电流传感器和温度传感器，转速和电流双闭环调速电路，积分电路、电流反馈电路以及缺相和过流保护电路。模块采用转速，电流双闭环调节能获得很好的动态特性。其速度超调量<5%，电流超调量<5%，调整时间<0.55秒，振蓝次数≤2，转速稳定误差≤0.02，转速稳定度<0.5。目前，该公司生产的双闭环直流调速三相模块的最大输出直流2000A，最高输入电压450V。

此外，该公司还生产有各种专用智能模块如：

(a)智能电机控制模块，它由三相电力晶闸管交流开关电路，数字移相调控器，同步检测电路，电流、电压反馈电路以及单片机等混合集成在同一PBT外壳内组成，它通过一条15芯的并行线与由显示和按键组成的控制板相连，利用按键设置各种参数，模块即能完成全压起动，电压斜坡起动，电压阶跃起动，限流起动，软停车，自由停车，节能运行和过流、过热、缺相保护等功能。目前，该公司生产的智能电机控制模块的额定工作电压最高为600V，而工作最大线电流为1600A（RMS），且模块采用数码管显示，按键控制，整个起动过程全部由单片机控制自动完成，所以操作起来极其方便，图4为其结构图及外形照

片。

图3双闭环直流调速模块原理框图

(b)富安时移相式恒压恒流控制模块：该模块由晶闸管桥式整流电路或交流开关电路分别与数字移相调控器，电流、电压反馈电踊跃和，过热、过流、缺相保护电路等混合集成在一个PBT塑料外壳内组成。该模块由于采用了高精度霍尔传感器和精密放大电路，又因模块化使控制电路与主电路和移相电路之间的信号传输距离大大缩短，从而使控制精度大大提高。恒压在100V-350V、恒流约在最大设定电流的35%-75%时，稳压精度<0.5%，稳流精度<1%；电网变化±20%，调整范围内的输出变化1%；具有高线性对应关系，0-10V设定与输出电流（电压）成较好的线性关系，非线性度<5%。目前，富安时公司生产的移相式恒压恒流控制模块三相桥式整流的最大输出直流为2000A，最高工作电压450V，而恒流恒压控制三相交流模块的每相最大输出电流1600A(RMS)，最高工作电压450V。

3模块的保护

ITPM本身已有过流、过热，缺相等保护功能，但尚需用快速熔断器进行过流保护，用RC吸收回路和压敏电阻进行过压保护，快速熔断器参数的计算和RC吸收回路参数的选择以及压敏电阻的选配在各种手册中都有详细的论述，这里就不再重复。图5为快熔（FS），RC吸收电路和压敏电阻（VR）在整流桥ITPM和交流开关ITPM中的接法。

晶闸管智能模块是把复杂庞大的移相触发系统，控制系统，保护电路以及大功率晶闸管主电路集成为一体，做成体积很小，功能完整的ITPM，通过一个端口便可实现对电力的控制，使晶闸管控制电力的手段

变得非常简单和方便，并大大缩小了变流装置的体积，提高了装置的可靠性，使装置的机械设计简化，维护方便，联线简单。目前，ITPM已广泛用于交直流电机调速，励磁、电镀、电解、稳压、调温、调光、电机软起动，工业电源、固态动力开关、自动控制、军工、通讯等领域，大大节约了能源和材料，是机电一体化的基础元器件，将满足国民经济日益发展的需要

一、前言

晶闸管自1957年问世以来,随看半导体技术和应用技术不断发展，它在电气控制领域中发挥越来越大的作用。过去，人们在使用晶闸管各种电气控制中只能用分立器件做成装置，由于电路复杂、体积大，安装调试麻烦，可靠性也较差，应用受到很大限制。淄博市临淄银河高技术开发有限公司开发生产的晶闸管智能模块ITPM(Intelligent Thyristor PowerModule)，根本上解决了上述困难，使晶闸管的应用得以迅速扩大。

所谓ITPM就是将晶闸管主电路与移相触发电路以及具有控制功能的电路封装在同一外壳内的新型模块。最新ITPM的移相触发电路为全数字电路，功能电路由单片机完成，并且内置有多路电流、电压、温度传感器，通过模块上的接插件可将各种控制线引到键盘，进行各种功能和电气参数设定，开可进行LED或LCD显示。模块的每支芯片的电流已达1000A/电压1600V～2200V，该模块实际上已是一个准电力电子装置，不论在体积、容量、功能、

智能化程度以及可靠性等方面与传统装置却有很大优势，安装、使用特别方便。毫无疑问，有了这种装置模块化的技术和产品，今后将会使配电系统内的各种电气控制发生重大变化。

二、PA400X的应用范围

较为完整的ITPM一般由电力晶闸管、移相触发器、软件控制的单片机、电流、电压、温度传感器以及操作键盘、LED或LCD显示等部分组成。

可以看出，除去因受电力晶闸管容量的限制外，这样的ITPM已不是一般传统晶闸管装置所能比拟的。它有相当高的智能水平和适应性。因此，它在配电系统内的电气控制中有着广泛应用。

柔性交流输电FaCTS(F1esible ac Transmission System)在配电系统用ITPM取代分立半导体输电开关、半导体限流器、半导体断路器、静止无功补偿器、动态电压复位器、静止补偿器以及有源滤波器，更能方便和满足用户规定等级的电力。

在交、直流电机调速方面，单块ITPM可以成为一台不可逆双闭环直流调速器，两个ITPM 可以组成可逆四相限运行的调速器。如图2所示：

由单个ITPM组成的传速、电流双闭环调速系统

ITPM用在交流异步串级调速、降压调速。用六个ITPM非常方便地组成的交流变频系统，固态接触器、继电器、工业电热控温、各种半各体专用设备精密控温、中、高频热处理电源、电焊设备（整流焊机、二次整流焊机、逆变焊机）激光电源、励磁电源、电镀、电解电源、机械电子设备电源、城市无轨、电动牵引、港口轮船起货机、风机、水泵、轨机、龙门刨、大吊车驱动、超低频钢水、搅拌电源、造纸、纺织。城市供水、污水处理等，可以说在配电系统内的电气控制ITPM都有作为。

三、ITPM的应用意义

ITPM是电力电子产品数字化、智能化、模块化的集中体现，高度展示了现代电力电子技术在电气控制中的作用。ITPM不仅可以用在较为复杂的控制场合，更多的用在一般开关控制场合是它的一大优势，由于其高开关速度和无弧关断等优良特点，这将会使控制的质量和性能大为改善。广泛和大量的应用ITPM令节省很多的金属材料，并使其控制系统的体积大大减少，还可使非常复杂的多个电气控制系统变的非常简单。用计算机集中控制，实现信息化管理，且运行维护费用很低。ITPM节能效果非常明显，这对环保很有意义。

四、结束语

北京富安时科技有限公司开发生产的系列ITPM，以其优越的性能故大量采用，已且示出明显的社会效果和经济效益，是传统晶闸装置的替代产品。有着广泛的应用和广阔的市场，是十分理想的新一代电气控制产品。随着ITPM低成本和大规模进入市场，将会使传统的电气控制产品和技术发生巨大变化，进入新的电力电子的电气控制时代。

?新一代智能晶闸管模块的研制过程

?智能晶闸管模块的研制开发工作自2004年下半年已经开始,最初的研制工作主要在各种负载条件下进行大量参数测试,摸清国内外产品的实际水平,为设计和改进作出参照标准.初期的研、试制工作主要放对在感性负载空载时震动的解决方面.我们只有能够适应各种负载条件,才可能在自动化控制行业获得更广阔的应用前景.在进行这方面工作时主要围绕移相电路的特点,设计出最初的移相电路控制原理图,优化了数字移相电路的工作方案.根据测试结果对原方案进一步修改,为产品的正式设计提供依据.然后,针对集成模块仍然存在的开通瞬间不受控现象进行移相电路的第二次修正,并于次年三月完成移相数字集成电路TMD687的设计工作.自2005年3月底开始试验同步信号取样及处理,于5月份正式完成试验,并完成TMD691的原理图.6月初开始对驱动电路TMD990进行设计并于7月中旬完成设计任务.2005年7月底开始投入外壳、上盖、电极、引极、导热基板等结构件的模具设计,DBC零件图及排样图的制作,并开始安排加工制造.在10月初开始对外协加工的集成电路进行控制特性试验,完成控制特性图,并对TMD687移相电路进行校正,同时开始加工热板炉等必要设备.11月份,验证结构件样品的性能,修改外壳模具结构,使其与基板的配合更加合理化.在11月底再次对加工的三套集成电路进行测试与修改,并加入两组触发脉冲,大大拓展了控制方式,初步制定整套生产工艺.从2006年1月份开始对修改完成的模具及集成电路进行二次测试,完成第一块线路板.2月底,开始焊接第一块智能模块,并于3月初完成测试,经初步验证,该模块性能优越,负载适应性强,调试非常,适合大批量生产.验证合格后,立即安排加工结构件50套,并于3月底开始投入小批量试生产,在生产过程中重点摸索焊接工艺(时间、温度及操作程序等).5月份,开始安排在陶瓷氩气保护炉及电机励磁等场合进行试用,并获得成功,这表示其主要技术指标达到了设计要求.与此同时,应中国科技集团

要求,开始设计有环流逆变调速模块.从2006年下半年开始,公司开始大力购置生产设备,设计并充实了热板炉、功能测试台及高压老化台等设备,并对生产工艺进行重点部分的纠正和细节方面的充实,同时完成生产图纸的整理工作,为投入正式生产作准备,9月份,公司迎来中国科技集团对有环流可逆调速模块的第一次现场验证工作,并根据其要求对模块性能进行修改.11月份,生产线的布置已基本到位,开始投入100个产品进行试生产,同时对生产线进行验证.技术部门开始设计稳流稳压控制板与电机软启动控制板.当月,中国科技集团开始对有环流可逆调速模块的第二次现场验证工作,并对控制信号的超调与模块反应速度方面作出要求,并于同年12月底开始第三次现场认证工作,对模块的各种保护作出进一步要求.2007年1月,生产线基本完善,稳流稳压控制板及电机软启动控制板基本完成,并投入试验.中国科技集团对环流可逆调速模块进行第四次现场认证,并对该模块性能表示满意.2月份,经过试验与改进,各种多功能控制板开始投入生产,应客户要求制造了第一台电机软启动柜(一拖二).3月,公司正式通过中国科技集团对有环流可逆调速模块的认证工作,并首批订购32块有环流可逆调速模块.这标志着淄博其特电子已经具备了高精电力电子产品的研发与生产能力.本月底,应54研究所要求,对模块的控制部分再次进行功能完善,加入使能端,有环流可逆调速模块最终定型.

富安时晶闸管智能控制模块应用

产品介绍:

本节介绍的产品是晶闸管主电路和移相触发控制电路集成于一体的基础型模块.按输入形式

分为三相和单相;按输出形式分为交流和直流.

产品用途:

广泛应用于不同行业各类用途,如:调温,调光,励磁,电镀,电解,电焊,等离子拉弧,充放电,稳压的电源装置,还可用于交流电机软起动和直流电机的一般性调速.

典型应用:

一,直流电机拖动

电路说明:直流拖动系统由软起动部分,电流,转速PI调节器部分,功率调节部分(晶闸管智能控制模块),电动机部分构成.

应用领域:该系统可广泛用于吹塑,挤塑,印染(转速调定),造纸,化工,冶金(拔丝,罗纹钢拉丝),矿山,机床(龙门刨床,龙门铣头),纺织,制糖等行业.

二,交流电机软起动

电路说明:整个装置由机箱,软起动控制电路,功率调节,互感器,快熔等组成,软起动控制电路可由模拟电路,单片机,PLC,微机等形式完成.功率部分由晶闸管智能交流模块组成.软起动控制电路根据互感器采集信号发出控制信号,控制智能模块完成电机起动过程和运行中的各项要求.

应用领域:交流电机软起动装置可广泛应用于整个工业领域,具有很多优良特点.

三,调温,调光

电路说明:此装置一般由晶闸管智能控制模块,温度控制器(仪表,PLC,微机)及温度检测部分组成.

应用领域:

1.各种热工窑炉(如:辊道窑,隧道窑,梭式窑,网带窑,电阻炉等)用于耐火材料生产,陶瓷加工,供暖设备等.

2.舞台调光,路灯节能控制.

3.各种扩散炉,高中频加热炉,如晶炉.

4.化工生产,加热设备,汽车尾气净化器加工设备

四,电镀,电解

电路说明:通过晶闸管智能控制模块控制变压器初级电压,变压器次级接双反星形(二极管)整流电路,变压器次级两个星点之间接一平衡电抗器L.通过稳压或稳流控制板形成闭环控制,达到电压或电流的稳定输出.

应用领域:

1.各种零部件的生产,首饰加工,工艺品加工.

2.化工,机械生产.

3.纯净水生产制造设备.

4.铝加工厂,钢厂,钢管厂等企业.

五,各类电源

电路说明:用晶闸管智能控制模块作功率调节部分,外加闭环控制,根据实际情况可做成具有各种功能适应不同需求的各类电源.

应用领域:广泛用于直流电动机,发电机励磁,直流屏(蓄电池充电),激光电源,充磁设备,ups电源等.

以上是我公司晶闸管智能模块主要的几个应用方向,仅供参考.我公司产品在其它领域仍有较广泛的应用前景,如无功补偿设备,超声波仪器等.

1智能模块简介

晶闸管智能模块简称ITPM（Intelligent thyristor power module），它是把晶闸管主电路与移相触发系统以及过电流、过电压保护传感器共同封闭在一个塑料外壳内制成的。

晶闸管是电流控制型电力半导体器件，要驱动晶闸管，需要较大的脉冲触发功率；另外一些辅助电路的元器件，如同步变压器、触发变压器等体积比较大，因此，如果要把移相触发系统与晶闸管主电路以及传感器等封装在同一外壳内，制成晶闸管智能模块，具有很大难度。所以，国内外一直采用晶闸管器件与移相触发系统分立制作的传统形式。

我们公司经多年的开发研究，首先解决了同步变压器、脉冲触发变压器微型化的问题，使移相触发系统的体积大幅度减小，能够集成在体积很小的塑料外壳内。然后又在提高信号幅度、抗干扰、高压隔离、同步信号输入等方面进行了大量研究实验，开发出了一系列专用

移相触发系统集成电路，多路高速大功率集成电路。

散热条件的好坏对晶闸管的应用有着很重要的影响，为了使智能模块具有比较高的散热性能、绝缘性能，采用了DBC（陶瓷覆铜板）材料。DBC作为一种电力电子器件的基础材料，具有其他材料无可比拟的导热性能和绝缘性能。同时，在模块内部，采用了其他一些特殊材料，比如，具有良好电绝缘和保护性能以及良好热传导作用的弹性硅凝胶等，这些材料对提高模块的整体性能，起到了非常重要的作用。

（a），（b）为晶闸管智能三相桥模块的内部接线图和其外形照片。

几年来，公司不断对智能模块进行技术改进。目前，已经用数字技术取代了模拟技术，使移相触发系统更为准确可靠；不断扩大智能模块的输出容量，现已研制出输出最大工作线电流1600A，额定工作电压为380V和660V的智能模块，在各种应用场合得到了广泛应用。

2智能模块工作原理

（1）主工作电路

1（a）是整流型智能模块的主电路。它是一个由六只晶闸管构成的三相全控整流桥，通过移相控制电路，控制六只晶闸管导通角，可直接从模块输出端获得0-510V的直流电压。在移相控制电路中，使用公司自主开发的数字化专用集成电路JP-SSY01，具有很高的移相精度和工作稳定性。

（2）闭环控制系统工作原理图。

智能模块在控制上可分为开环控制与闭环控制，在晶闸管组成的电源系统中，大部分是采用电流闭环控制和电压闭环控制。图2是闭环控制系统工作原理图，该原理图可大体分为三部分：移相调控部分，电压反馈部分，电流反馈部分。工作原理如下：首先，由用户根据实际情况，选择模块工作在恒流状态还是恒压状态，通过“恒流恒压转换电路”，确定电压反馈部分工作或电流反馈部分工作。然后，用户调整“0-10V设定电压”，该电压通过“移相调控电路”，控制主电路晶闸管开通一定的角度，从而输出用户希望的电压或电流。

该输出电压或电流经“霍尔传感器采样”、“整形放大”后，与“0-10V设定电压”进行比较，形成误差电压，该误差电压经处理后，控制“移相调控电路”，根据输出电压或电流的大小，随时快速调整晶闸管的导通角，达到稳定输出电压或电流的目的。

（3）控制系统特点

1.采用线性霍尔传感器，实现电气隔离，提高了整机性能。霍尔效应式传感器是一种新型电流、电压采样器件，它的工作原理是利用霍尔元件在磁场中产生感应电压的霍尔效应，将电流、电压转换为电压信号。霍尔传感器的优点为转换系数高，有良好的电气隔离作用，响应速度快，线性度较好，对提高整机性能有很大好处。

2.反馈系统的应用，使“0-10V设定电压”与输出电压与电流成较好的线性对应关系，克服了晶闸管移相角度与输出电压非线性的缺点。

3.在电压反馈与电流反馈电路中，采用高精度的霍尔传感器和精密放大电路；同时，模块化的产品缩短了控制电路与移相电路、主电路的信号传输距离，从而使模块的控制精度较高，比其他同功能产品有更大的优越性。

4.多种保护功能，使用更加安全方便。

5.“移相调控电路”采用专用数字电路，使触发更为准确可靠。

（4）能模块的主要技术参数和功能

基于晶闸管的PSM模块CROWBAR控制研究

基于晶闸管的PSM模块CROWBAR控制研究 周君, 陈滋健等 摘要：本文根据EAST装置中NBI加速极高压电源特点，设计了基于晶闸管的PSM模块CROWBAR控制方法，在系统打火等严重故障情况下及时撤除高压以保护系统设备和人员安全。和传统引燃管CROWBAR保护相比，NBI加速极电源系统在每个PSM模块上并联晶闸管作为快速旁路开关，在CROWBAR动作后通过串联快速直流熔断器迅速切断电网和负载的连接。测试实验表明CROWBAR运行可靠稳定，具备抗干扰和快速动作能力，能够满足EAST对NBI系统的运行要求。 关键词：晶闸管；PSM模块；CROWBAR保护 The Research on CROWBAR Control of PSM based on Thyristor ZHOU-jun,CHEN-zijian,QIAN-lixiu,JIANG-lei (ECU Electronics CO.LTD.of CETC 38,hefei 230088,China) Abstract:Discussions focus on the design considerations of CROWBAR,which make sure safe operation of NBI system and personnel by removing high voltage when serious faults happen such as arc inside the NBI https://www.wendangku.net/doc/734274203.html,pared with the CROWBAR protection of being composed of traditional high power ignitrons,NBI accelerator supply adopt parallel thyristor structure with each PSM modular act as rapid bypass switch,by means of series connection of fast fuse to cut the link between grid and load after the CROWBAR is triggered.The test experiment show that CROWBAR system can not only meet the standard of safe steady operation,with anti-jamming and rapid triggle capacity, but also be able to meet the requirement of EAST,an advanced full super-conducted TOKAMAK device. Key words: thyristor; PSM Modular; CROWBAR protection 1 引言 大型全超导托卡马克核聚变实验装置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak:EAST)是国家“九五”重大科学工程之一,中性束注入NBI (Neutral Beam Injectors:)是托卡马克装置中电流驱动和芯部辅助加热的重要手段.为了满足实验要求,NBI电源系统由一组大功率直流脉冲电源组成,而加速极高压电源是整个供电系统中最关键的部分[1] [2] [4] . EAST实验需要将等离子体的离子温度达到8KeV，这就要求NBI系统的功率达到 6-8MW,NBI加速极高压电源输出电压达到100kV，输出额定电流100A。为实现该目标，采用PSM(Pulse Step Modulator)技术，由100个PSM电源模块串联得到100kV高压。 NBI在束源打火时，高压电源封锁输出，如故障保护系统监测到高压未切断（拒动）时间>4us，须启动CROWBAR，确保高压电源的能量输入NBI系统时间<15us的极限[1]。CROWBAR保护是NBI系统的“生命线”，一旦保护失败，就将损坏价值昂贵的设备，甚至危及到托卡马克的安全运行[3]，故CROWBAR 保护动作的可靠性是整个装置的最关键的 设计之一。 鉴于NBI加速极高压电源系统具有高压大功率和快速关断的要求，结合PSM模块串联方案，本文提出每一个PSM模块均设置由晶闸管、快速直流熔断器和控制驱动电路组成的 CROWBAR保护系统。该方法具有分布式、低成本、高可靠的特点。 2 系统方案

晶闸管及其应用讲解

晶闸管及其应用 课程目标 1 了解晶闸管结构，掌握晶闸管导通、关断条件 2 掌握可控整流电路的工作原理及分析 3 理解晶闸管的过压、过流保护 4 掌握晶闸管的测量、可控整流电路的调试和测量 课程内容 1 晶闸管的结构及特性 2 单相半波可控整流电路 3 单相半控桥式整流电路 4 晶闸管的保护 5 晶闸管的应用实例 6 晶闸管的测量、可控整流电路的调试和测量 学习方法 从了解晶闸管的结构、特性出发，掌握晶闸管的可控整流应用，掌握晶闸管的过压和过流保护方式，结合实物和实训掌握晶闸管管脚及好坏的判断，通过应用实例，了解晶闸管的典型应用。 课后思考 1晶闸管导通的条件是什么？导通时，其中电流的大小由什么决定？晶闸管阻断时，承受电压的大小由什么决定？ 2为什么接电感性负载的可控整流电路的负载上会出现负电压？而接续流二极管后负载上就不出现负电压了，又是为什么？ 3 如何用万用表判断晶闸管的好坏、管脚？ 4 如何选用晶闸管？

晶闸管的结构及特性 一、晶闸管外形与符号： 图5.1.1 符号 图5.1.2 晶闸管导通实验电路图 为了说明晶闸管的导电原理，可按图5.1.2所示的电路做一个简单的实验。 （1）晶闸管阳极接直流电源的正端，阴极经灯泡接电源的负端，此时晶闸管承受正向电压。控制极电路中开关S断开(不加电压)，如图5.1.2(a)所示，这时灯不亮，说明晶闸管不导通。 （2）晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，控制极相对于阴极也加正向电压，如图5.1.2(b)所示.这时灯亮，说明晶闸管导通。 （3）晶闸管导通后，如果去掉控制极上的电压，即将图5.1.2(b)中的开关S断开，灯仍然亮，这表明晶闸管继续导通，即晶闸管一旦导通后，控制极就失去了控制作用。 （4）晶闸管的阳极和阴极间加反向电压如图5.1.2(C)，无论控制极加不加电压，灯都不亮，晶闸管截止。 （5）如果控制极加反向电压，晶闸管阳极回路无论加正向电压还是反向电压，晶闸管都不导通。 从上述实验可以看出，晶闸管导通必须同时具备两个条件： (1) 晶闸管阳极电路加正向电压； (2) 控制极电路加适当的正向电压(实际工作中,控制极加正触发脉冲信号)。

可控硅模块原理

西玛华晶科技（深圳）有限公司 西玛华晶科技（深圳）有限公司的产品是引用德国国际半导体公司的产品技术和台湾半导体公司的封装工艺；由西玛科技集团联合上海华晶集团在深圳打造的亚洲区最大的功率模块供应平台，为亚洲区提供“品种齐全”“品质第一”“交付最快”“价格最低”的优质产品。公司销售的功率模块产品在制造過程中完全符合國際品質標准及國家工業標准，公司秉持“诚信经营”“客户至上”为宗旨；“品质第一”“交付最快”为目標。我們的專業研发設計人員爲達成最高目標、最高品質,不斷奉献智慧與心力,为您提供最佳品质的功率模块产品。 本公司专业研发制造：可控硅模块、二极管模块、快恢复二极管模块、IGBT 模块，在线智能调功模块等各類型功率模块；为客戶提供完整的電力节能解決方案。公司已能生产30多个系列、约400多种型号规格和60多种内部接线方式的可控硅模块、整流模块和超快恢复二极管模块等各种桥臂模；单三相整流桥模块，单三相交流开关模块，绝缘型降压硅堆模块以及三相整流桥，可控硅集成模块和电焊机及充电机专用硅整流组件等。并已广泛用于调光器，控温器，电解电镀和励磁电源，电池充放电，静止无功补偿装置，交直流电机控制，直流斩波调速，高频逆变焊机和工频电焊机，不停电UPS电源，开关电源，感应加热，交流电机软起动，变频装置以及各种自动化装置。产品在多项国家重点工程中得到应用，部分产品已出口全球（如：欧美，东南亚，俄罗斯，新加坡，马来西亚，印度等）。稳定可靠的产品质量满足了用户的设计制造及使用要求，深受广大用户的好评! 可控硅模块 可控硅模块的定义 可控硅模块又叫晶闸管(Silicon Controlled Rectifier, SCR)。自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管，等等。今天大家使用的是单向晶闸管，也就是人们常说的普通晶闸管，它是由四层半导体材料组成的，有三个PN结，对外有三个电极：第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。从晶闸管的电路符号可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。 用万用表可以区分晶闸管的三个电极 普通晶闸管的三个电极可以用万用表欧姆挡R×100挡位来测。大家知道，晶闸管G、K之间是一个PN结〔图2(a)〕，相当于一个二极管，G为正极、K为负极，所以，按照测试二极管的方法，找出三个极中的两个极，测它的正、反向电阻，电阻小时，万用表黑表笔接的是控制极G，红表笔接

晶闸管模块

一、产品介绍 1、用途 广泛应用于不同行业各类用途如调温、调光、励磁、电镀、电解、电焊、等离子拉弧、充放电、稳压的电源装置，还可用于交流电机软起动和直流电机调速。 2、特点 （1）本说明书所覆盖的晶闸管智能控制模块，最大特点是采用本公司独立开发的全数字移相触发集成电路。控制电路与晶闸管主电路集成于一体后，使模块具备了强大的电力调控功能。模块输出对称性高，无直流分量。大规格模块具有过热、过流、缺相保护功能。 （2）采用进口方形芯片、高级芯片支撑板，模块压降小、功耗低，效率高，节电效果好。 （3）采用进口贴片元件，保证了触发控制电路的可靠性。 （4）采用（DCB）陶瓷覆铜板，经独特处理方法和特殊焊结工艺，保证焊接层无空洞，导热性能好。热循环负载次数超过国家标准近10倍。（6）采用高级导热绝缘封装材料，绝缘、防潮性能优良。 （5）触发控制电路、主电路与导热底板相互隔离，导热底板不带电，介电强度≥2500V（RMS），保证人身安全。 （6）输入0～10V直流控制信号，可对主电路输出电压进行平滑调节。（7）可手动、仪表或微机控制。 （8）适用于阻性和感性负载。 3、型号、规格 本说明书所介绍的三相模块，由于控制电路不同，而分为半控和全控两种形式，单相模块没有半控、全控之分。 （1）半控型（详见表1）：

表 1 （2）全控型（详见表2）： 表２

注： 1、规格栏中的电流为模块最大输出直流电流平均值和交流电流有效值。电压为模块最高输入交流线电压有效值。 2、备注栏内带“※”的型号，可具备过热、过流、缺相等保护功能（分别用h1、h2、h3表示）。当需要模块具有哪种保护功能时，应由用户订货时在模块型号后面加注所需保护种类代号，即h1、h2、h3。三种保护功能可同时具备，也可分别具备。若不需要模块具有保护功能，则不用填写保护代号。

Simulink电力电子仿真模块详细介绍

Simulink电力电子仿真模块详细介绍 1、二极管 1.1、电路符号和静态伏安特性： 1.2、模块图标： 1.3、外部接口： 二极管模块有2个电气接口和1个输出接口。2个电气接口（a,k）分别位于二极管的阳极和阴极。输出接口（m）输出二极管的电流和电压测量值（Iak、Vak），其中电流单位A，电压单位V。 1.4参数设置：

（1）Resistance Ron：导通电阻，单位Ω，当电感为0时，电阻不能为0； （2）Inductance Lon：电感，单位H，当电阻为0时，电感不能为0； （3）Forward voltage Vf：正向电压，当二极管正向电压大于Vf后，二极管导通； （4）Initial current Ic：初始电流，通常为0； （5）Snubber resistance Rs：并联缓冲电路的电阻值，设置inf时取消缓冲电阻； （6）Snubber capacitance Cs：缓冲电路电容值，单位F，当电容为0时，取消缓冲电容；设置inf时，缓冲电路为纯电阻性电路； （7）Show measurement port:选中复选框，出现测量输出接线口m，可观测二极管的电流和电压值。 2、晶闸管模块 2.1、原理 当晶闸管承受正向电压（Vak＞0）且门极有正的触发脉冲（g＞0）时，晶闸管导通。触发脉冲必须足够宽，才能使阳极电流Iak大于设定的晶闸管擎住电流I1，否则晶闸管任要转向关断。导通晶闸管阳极电流下降到0，或者承受反向电压时关断。 2.2、电路负荷和静态伏安特性 2.3、模块图例 详细模块简化模块 2.4、外部接口

晶闸管模块有2个电气接口，1个输入接口和1个输出接口。2个电气接口（a，k）分别对应晶闸管的阳极和阴极。输入接口（g）为门极逻辑信号。输出接口（m）输出晶闸管的电流和电压测量值（Iak、Vak），其中电流单位为A，电压单位为V。 2.5、参数设置： （1）Resistance Ron：导通电阻，单位Ω，当电感为0时，电阻不能为0； （2）Inductance Lon：电感，单位H，当电阻为0时，电感不能为0； （3）Forward voltage Vf：正向电压，晶闸管的门槛电压Vf； （4）Latching current Il：擎住电流，（简单模块无该选项）； （5）Turn-off time Tq：单位s，它包括阳极电流下降到0的时间和晶闸管正向阻断的时间，（简单模块无该项）； （6）Initial current Ic：初始电流，单位A，当电感值大于0时，可以设置仿真开始晶闸管的初始电流值，通常为0； （7）Snubber resistance Rs：并联缓冲电路的电阻值，设置inf时取消缓冲电阻； （8）Snubber capacitance Cs：缓冲电路电容值，单位F，当电容为0时，取消缓冲电容；设置inf时，缓冲电路为纯电阻性电路； （9）Show measurement port:选中复选框，出现测量输出接线口m，可观测晶闸管的电流和电压值。 3、可开断晶闸管模块 3.1、原理

晶闸管及其应用教案

课题 任务九晶闸管及其应用 9.1 单、双向晶闸管和单结晶闸管的认识和检测 课型 新课授课班级授课时数 2 教学目标 了解单向、双向晶闸管和单结晶体管的结构、引脚、主 要参数、基本特性 教学重点 万用表的正确使用方法 教学难点 单、双向晶闸管和单结晶闸管的认识和检测 学情分析 教学效果 教后记

Ａ、导入新课 实物展示：向学生展示单向、双向晶闸管和单结晶体管，提出本次课任务。 B、新授课 基础知识 一、单向晶闸管 ㈠外形 单向晶闸管的外形如图9-1所示。 图9-1 单向晶闸管外形 ㈡结构与符号 单向晶闸管是由三个PN结及其划分为四个区组成，如图9-2所示。由外层的P型和N型半导体分别引出阳极A和阴极K，由中间的P型半导体引出控制极G。文字符号用“V”表示。 (a)结构(b)符号 图9-2 单向晶闸管的结构与符号展示法 （结合演示讲解） 实物展示

㈢工作特性 ⒈单向晶闸管的导通必须具备两个条件： ①在阳极（A）与阴极（K）之间必须为正向电压（或正向偏压）；即： U AK＞0； ②在控制极（G）与阴极（K）之间也应有正向触发电压；即：U GK ＞0。 ⒉晶闸管导通后，控制极（G）将失去作用，即：当U GK＝0，晶闸管仍然导通。 ⒊单向晶闸管要关断时必须满足： 使其导通（工作）电流小于晶闸管的维持电流值或在阳极（A）与阴极（K）之间加上反向电压（反向偏压）；即：I V＜I H或U AK＜0。 二、双向晶闸管 ㈠外形 双向晶闸管的外形如图9-3所示。 图 9-3 双向晶闸管外形 ㈡结构与符号 双向晶闸管的结构与符号如图9-4所示，它是一个NPNPN五层结构的半导体器件，其功能相当于一对反向并联的单向晶闸管，电流可以从两个方向通过。所引出的三个电极分别为第一阳极T1、第二阳极T2和控制极G。结合演示讲解 实物展示

教案-晶闸管及其应用

课题：8.1 晶闸管 8.2 晶闸管触发电路 授课时数：2 教学目标：1．掌握晶闸管的结构和工作原理。 2．了解晶闸管触发电路。 教学重点：1．晶闸管的分类、结构、型号、参数和工作特性。 2．单结晶体管的特性及晶闸管触发电路的工作原理。 教学难点：1．晶闸管的工作特性。 2．单结晶体管触发电路的工作原理。 A．引入 晶闸管俗称可控硅。具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、使用方便等优点。它广泛应用于无触点开关电路及可控整流设备中。 B．复习 三端集成稳压器的分类。 C．新授课 8.1 晶闸管 8.1.1 单向晶闸管 1．单向晶闸管的结构和符号 （1）外形 平面型、螺栓型和小型塑封型等几种。 （2）符号及内部结构 三个电极：阳极A、阴极K、控制极G 4层半导体： P—1N—2P—2N 1 P—引出线为控制极；1P—引出线为阳极；2N—引出线为阴极 2

3个PN结（ J，2J，3J） 1 文字符号：一般用SCR、KG、CT、VT表示。 2．单向晶闸管的工作原理： （1）实验演示： ①正向阻断：A－K加正向电压，G无电压－不导通。 ②反向阻断：A－K加反向电压，G无论是否加控制电压－不导通。 ③触发导通：A—K加正向电压，G，K加正向电压—导通。 ④导通后控制极失去控制作用：晶闸管一旦导通，降低或去掉控制极电压仍导通。 （2）工作特点： ①单向晶闸管导通必须具备两个条件：一是晶闸管阳极与阴极间接正向电压；二是控制极与阴极之间也要接正向电压。 ②晶闸管一旦接通后，去掉控制极电压时，晶闸管仍然导通。 ③导通后的晶闸管若要关断时，必须将阳极电压降低到一定程度。 ④晶闸管具有控制强电的作用，即利用弱电信号对控制极的作用，就可使晶闸管导通去控制强电系统。 3．单向晶闸管主要参数 （1）额定正向平均电流 在规定环境温度和散热条件下，允许通过阳极和阴极之间的电流平均值。 （2）维持电流 在规定环境温度、控制极断开的条件下，保持晶闸管处于导通状态所需要的最小正向电流。 （3）控制极触发电压和电流 在规定环境温度及一定正向电压条件下，使晶闸管从关断到导通，控制极所需的最小电压和电流。 （4）正向阻断峰值电压 在控制极开路和晶闸管正向阻断的条件下，可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。 （5）反向阻断峰值电压 在控制极断开时，可以重复加在晶闸管上的反向峰值电压。 4．晶闸管的型号及含义 （1）型号 3 表示额定电压为500 V 表示额定正向平均电流为5 A 表示晶闸管元件 表示N型硅材料

晶闸管相关级应用

引言 晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极；晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。 1、晶闸管相关介绍 晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极；晶闸管工作条件为：加正向电压且门极有触发电流；其派生器件有：快速晶闸管，双向晶闸管，逆导晶闸管，光控晶闸管等。它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。晶闸管,也称为可控硅整流元件(SCR),是由三个PN结构成的一种大功率半导体器件。在性能上,晶闸管不仅具有单向导电性,而且还具有比硅整流元件更为可贵的可控性,它只有导通和关断两种状态。 1.1晶闸管的优点 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、无噪声;效率高,成本低等。因此,特别是在大功率UPS供电系统中,晶闸管在整流电路、静态旁路开关、无触点输出开关等电路中得到广泛的应用。 1.2晶闸管的弱点 静态及动态的过载能力较差,容易受干扰而误导通。 晶闸管从外形上分类主要有:螺栓形、平板形和平底形。

晶闸管的应用

晶闸管的实际应用 摘要：晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。这些特点使得晶闸管在实际产品的电路中应用的非常广泛，各式电子产品中都能够找到它的身影，对晶闸管做更为深入的研究有助于进一步打开电子市场！ 关键词：晶闸管可控调光整流电路 晶闸管又名反向阻断型可控硅SRC。它的问世，开创了传统的电力电子技术阶段，一方面由于其功率变换能力的突破，另一方面实现了弱点对以晶闸管为核心的强电变换电路的控制，使电子技术步入了功率领域，在工业界引起了一场技术革命！晶闸管的问世使得它在工业、商业、影剧院以及家用电器中已得到广泛应用，主要应用有调光和调温装置、跑马彩灯控制等，下面我们分析一下它的具体应用。 一、晶闸管导通原理分析： 图一、晶闸管导通电路图 （1）晶闸管阳极接直流电源的正端，阴极经灯泡接电源的负端，此时晶闸管承受正向电压。控制极电路中开关S断开(不加电压)，如图一(a)所示，这时灯不亮，说明晶闸管不导通。 （2）晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，控制极相对于阴极也加正向电压，如图一(b)所示.这时灯亮，说明晶闸管导通。 （3）晶闸管导通后，如果去掉控制极上的电压，即将图一(b)中的开关S断开，灯仍然亮，这表明晶闸管继续导通，即晶闸管一旦导通后，控制极就失去了控制作用。 （4）晶闸管的阳极和阴极间加反向电压如图一(c)，无论控制极加不加电压，灯都不亮，晶闸管截止。

（5）如果控制极加反向电压，晶闸管阳极回路无论加正向电压还是反向电压，晶闸管都不导通。 二、晶闸管的伏安特性图： 图二、晶闸管的伏安特性曲线 三、晶闸管的控制角和导通角： 图三、晶闸管的工作波形图

晶闸管模块的应用

晶闸管智能模块发展史及后来的应用 摘要：富安时介绍晶闸管thyristor可控硅模块的接图，晶闸管功率控制器主要技术参数及其应用范围。电焊设备、激光电源、励磁电源、电镀电解电源、调功、调光、工业炉温控、固态动力开关、牵引、直流拖动、大吊车驱动、搅拌电源、电机软起动列出这种模块的控制方法及其电连接图。晶闸管调整器体积小，功能齐全，联线简单，控制方便，性能稳定可靠是这种模块的特点，而增大容量，扩大功能，降低成本，系列化晶闸管功率控制器模块今后发展趋势。 1概况 目前，富安时晶闸管的制造工艺和设计应用技术已相当成熟，正沿着大功率化和模块化二个方向前进：一是为高压真流输电（HVDC），静止无功补偿（SVC），超大功率高压变频调速以及几十万安培的直流电源领域用的125mm，8000V以上晶闸管的稳定生产而开

展研发工作；二是向着体积更小，重量更轻，结构更紧凑，可靠性更高，使用更方便，内部接线电路各异和功能不同的模块化开展技术改进工作。 晶闸管功率控制器模块和整流二极管模块自20世纪70年代初问世以来获得了蓬勃发展，目前已能大批量生产各种类型的电力半导体模块，并广泛应用于国民经济各部门，为工业发展，技术进步，节能、节电、节材发挥了极大作用。但是由于晶闸管是电流控制的电力半导体器件，所以需要较大的脉冲触发功率才能驱动晶闸管，而且它的触发系统电路复杂，体积大，安装调试较难，抗干扰和可靠性较差，制造成本也高，又因其触发系统易产生电磁干扰，难与微机接口，不易实现微机控制。多年来，世界各国围绕如何更加方便、可靠、高效地使用晶闸管取得二方面的进展：一是把分立器件芯片按一定电路联成后封装成一般模块，给用户带来一定的使用方便；二是将门极触发系统的部分分立元器件制成专用集成触发电路，简化了触发系统。但是所有这些并未摆脱将晶闸管主电路与门极触发系统分立制作的传统方式，也没有出现过把复杂庞大的触发系统、检测保护系统和大功率晶闸管主电路集成为一体，做成一个体积小，功能完整，并通过一个端口便能实现对三相电力进行调控的晶闸管智能模块（FUANSHI）。

晶闸管及其应用

晶闸管及其应用

晶闸管及其应用 课程目标 1 了解晶闸管结构，掌握晶闸管导通、关断条件 2 掌握可控整流电路的工作原理及分析 3 理解晶闸管的过压、过流保护 4 掌握晶闸管的测量、可控整流电路的调试和测量 课程内容 1 晶闸管的结构及特性 2 单相半波可控整流电路 3 单相半控桥式整流电路 4 晶闸管的保护 5 晶闸管的应用实例 6 晶闸管的测量、可控整流电路的调试和测量 学习方法 从了解晶闸管的结构、特性出发，掌握晶闸管的可控整流应用，掌握晶闸管的过压和过流保护方式，结合实物和实训掌握晶闸管管脚及好坏的判断，通过应用实例，了解晶闸管的典型应用。

课后思考 1晶闸管导通的条件是什么？导通时，其中电流的大小由什么决定？晶闸管阻断时，承受电压的大小由什么决定？ 2为什么接电感性负载的可控整流电路的负载上会出现负电压？而接续流二极管后负载上就不出现负电压了，又是为什么？ 3 如何用万用表判断晶闸管的好坏、管脚？ 4 如何选用晶闸管？

晶闸管的结构及特性 一、晶闸管外形与符号： 图 5.1.1 符号 图5.1.2 晶闸管导通实验电路图 为了说明晶闸管的导电原理，可按图5.1.2所示的电路做一个简单的实验。 （1）晶闸管阳极接直流电源的正端，阴极经灯泡接电源的负端，此时晶闸管承受正向电压。控制极电路中开关S断开(不加电压)，如图

5.1.2(a)所示，这时灯不亮，说明晶闸管不导通。 （2）晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，控制极相对于阴极也加正向电压，如图5.1.2(b)所示.这时灯亮，说明晶闸管导通。 （3）晶闸管导通后，如果去掉控制极上的电压，即将图5.1.2(b)中的开关S断开，灯仍然亮，这表明晶闸管继续导通，即晶闸管一旦导通后，控制极就失去了控制作用。 （4）晶闸管的阳极和阴极间加反向电压如图5.1.2(C)，无论控制极加不加电压，灯都不亮，晶闸管截止。 （5）如果控制极加反向电压，晶闸管阳极回路无论加正向电压还是反向电压，晶闸管都不导通。 从上述实验可以看出，晶闸管导通必须同时具备两个条件： (1) 晶闸管阳极电路加正向电压； (2) 控制极电路加适当的正向电压(实际工作 中,控制极加正触发脉冲信号)。 二、伏安特性

晶闸管及其应用.(DOC)

课题 9.1晶闸管简介 课型 新课授课班级授课时数1教学目标 1．认识晶闸管的结构和符号 2．能理解晶闸管工作原理 3．熟记晶闸管导通与关断的条件 教学重点 晶闸管的结构和工作原理 教学难点 工作原理 学情分析 教学效果 教后记

新课 A．复习 1．三端集成稳压器的分类。 2．画出实现输出 10 V的稳压电源图。 B．引入 二极管整流，当V i固定，V o是固定值，许多场合，所需的直流电源电压应能改变，具有可控性。 C．新授课 一、晶闸管的结构符号 1．结构：实物演示。 阳极a 阴极c4层半导体 控制极g 2．符号： 3．3个PN结（g与c之间为一个PN结）。 二、工作原理： 1．实验演示： （1）a≠c加反向电压，无论是否加控制电压——不导通； 控制极加反向电压，a≠c加正向电压——不导通。 （2）a，c加正向电压，g，c加正向电压，导通。 2．工作特点： （1）导通条件：晶闸管阳极与阴极间必须加正向电压， 控制极与阴极间也要接正向电压。 （2）晶闸管一旦导通，降低或去掉控制极电压仍导通。 （3）关断条件：减小阳极电流< I H 维持电流。 方法：断开阳极电源、阳-阴间加反向电压。

讨论： ①V1，V2如何连接？ V2的b极与V1的c极连接，V2的c极与V1的b极连接。 ②a，c加正向电压，V1，V2是否导通？ 不加g极，中间取反偏，V1无基极电流，不导通。 ③控制极与阴极间加正向电压，V1工作状态如何？ V1有基极电流而导通。 ④V1，V2工作状态：饱和，总压降1 V。 ⑤V1，V2导通后，g极去掉，V1，V2状态如何：V1，V2仍维持导通，反馈电流代替V1基本电流。 ⑥要使V1，V2截止，应采取什么措施？ a．去掉U gK。 b．I A＜I H（调电位器）。 三、简易检测： 1．检测阳、阴极：正常时R E1，R E2都很大（指针基本不动）。 2．检测控制极是否短路或断开： （1）一个PN结。 （2）方法：同判别普通二极管一样。 四、主要参数： 1．额定正向平均电流：允许通过阳极与阴极之间的电流平均值。 2．维持电流：保持晶闸管导通的最小正电流。 3．晶闸管导通的最小正触发电压和电流；晶闸管从关断到导通，晶闸管所需的最小电压和电流。 4．正向阻断峰值电压：正向电压最大值。 5．反向阻断峰值电压：反向电压最大值。 练习 习题九91 小结1．晶闸管结构及符号2．工作原理 3．主要参数 布置作业 习题九92补充画波形

晶闸管的发展及其应用

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。 电力电子技术的发展取决于电力电子器件的研制与应用。它既是电力电子技术的基础，也是电力电子技术发展的动力。早在20世纪三四十年代，人们就开始应用电机组、汞弧整流器、闸流管、电抗器、接触器等进行了对电能的变换和控制。到20世纪50年代第一个晶闸管诞生后，在其后近50年里，电力电子器件如雨后春笋发展起来。以器件为核心的电力电子技术的发展可分为两个阶段：1957—1980年称为传统电力电子技术阶段；1980年至今称为现代电力电子技术阶段。所以晶闸管的诞生与应用在电力电子技术发展史可谓起到承前启后的作用，本论文将主要介绍晶闸管的诞生、发展与应用。 20世纪50年代初，普通的整流器SR开始使用，实际上已经开始取代汞弧整流器。但电力电子技术真正的开始是在由于1957~1958年第一个反向阻断型可控硅SCR的诞生，也就是现在的晶闸管。一方面由于其功率变换能力的突破，另一方面实现了弱电对以晶闸管为核心的强点变换电路的控制，是电子技术步入了功率领域，在工业上引起了一场技术革命。在随后的20年内，随着晶闸管特性不断的改进及功率等级的提高，晶闸管已经形成了从低压小电流到高压大电流的系列产品。同时研制出了一系列晶闸管的派生器件，如不对称晶闸管ASCR、逆导晶闸管RCT、双向晶闸管TRIAC、门极辅助关断晶闸管GATT、光控晶闸管LASCR 等器件，大大地推进了各种电力变换器在冶金、运输、化工、机车牵引、矿山、电力等行业的应用，促进了工业的技术进步，开始了传统的“晶闸管及其应用”的电力电子技术发展的第一阶段，即传统电力电子技术阶段。 20世纪70年代后期，尤其是20世纪80年代以后，各种高速、全控型的器件先后问世，并获得迅速的发展。下表是目前几种晶闸管在国内外的研究水平：

IGBT与晶闸管电气专业 IGBT和可控硅的区别

IGBT与晶闸管电气专业IGBT和可控硅的区别 两者都是开关元件，IGBT驱动功率小而饱和压降低。 前者可高频率开关后者就差劲。 前者价格高。 有待完善.... IGBT的栅极G和发射极E\发射极E ` IGBTIGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET，输出极为PNP晶体管，它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。` IGBT的等效电路如图1所示。由图1可知，若在IGBT的栅极G 和发射极E之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极C与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOS 截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。IGBT与MOSFET一样也是电压控制型器件，在它的栅极G—发射极E间施加十几V的直流电压，只有在uA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。 - 可控硅;阳极A--`控制极G---k

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。由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。 IGBT 可控硅是硅可控整流元件的简称，亦称为晶闸管。具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。该器件被广泛应用于各种电子设备和电子产品中，多用来作可控整流、逆变、变频、调压、无触点开关等。家用电器中的调光灯、调速风扇、空调机、电视机、电冰箱、洗衣机、照相机、组合音响、声光电路、定时控制器、玩具装置、无线电遥控、摄像机及工业控制等都大

MTC90A1600V可控硅晶闸管模块

杭州国晶电子科技有限公司https://www.wendangku.net/doc/734274203.html,

杭州国晶电子科技有限公司https://www.wendangku.net/doc/734274203.html,

杭州国晶电子科技有限公司 https://www.wendangku.net/doc/734274203.html, 模块典型电路 电联结形式 （右图）

模块外型图、安装图 M220M225 使用说明： 一、使用条件及注意事项： 1、使用环境应无剧烈振动和冲击，环境介质中应无腐蚀金属和破坏绝缘的杂质和气氛。 2、模块管芯工作结温：可控硅为-40℃∽125℃；环境温度不得高于40℃；环境湿度小于86%。 3、模块在使用前一定要加装散热器，散热器的选配见下节。散热可采用自然冷却、强迫风冷或水冷。强迫风冷时，风速应大于６米∕秒。 二、安装注意事项： 1、由于MTC可控硅模块是绝缘型（即模块接线柱对铜底板之间的绝缘耐压大于2.5KV有效值），因此可以把多个模块安装在同一散热器上，或装置的接地外壳上。 2、散热器安装表面应平整、光滑，不能有划痕、磕碰和杂物。散热器表面光洁度应小于10μm。模块安装到散热器上时，在它们的接触面之间应涂一层很薄的导热硅脂。涂脂前，用细砂纸把散热器接触面的氧化层去掉，然后用无水乙醇把表面擦干净，使接触良好，以减少热阻。 杭州国晶电子科技有限公司https://www.wendangku.net/doc/734274203.html,

模块紧固到散热器表面时，采用M5或M6螺钉和弹簧垫圈，并以4NM力矩紧固螺钉 与模块主电极的连线应采用铜排，并有光滑平整的接触面，使接触良好。模块工作３小时后，各个螺钉须再次紧固一遍。 模块散热器选择 用户选配散热器时，必须考虑以下因素： ①模块工作电流大小，以决定所需散热面积； ②使用环境，据此可以确定采取什么冷却方式——自然冷却、强迫风冷、还是水冷； ③装置的外形、体积、给散热器预留空间的大小，据此可以确定采用什么形状的散热器。一般而论，大多数用户会选择铝型材散热器。为方便用户，对我公司生产的各类模块，在特性参数表中都给出了所需散热面积。此面积是在模块满负荷工作且在强迫风冷时的参考值。下面给出散热器长度的计算公式： 模块所需散热面积＝（散热器周长）×（散热器长度）＋（截面积）×２ 其中，模块所需散热面积为模块特性参数表中给出的参考值，散热器周长、截面积可以在散热器厂家样本中查到，散热器长度为待求量。 郑重声明：目前市场上充斥着各种劣质散热器，请在购买是注意鉴别，如因使用劣质散热器造成模块损坏或其他严重后果，我公司概不负责。 杭州国晶电子科技有限公司https://www.wendangku.net/doc/734274203.html,

常见晶闸管的原理与运用

(一）普通晶闸管 普通晶闸管（SCR）是由PNPN四层半导体材料构成的三端半导体器件，三个引出端分另为阳极A、阴极K和门极G、图8-4是其电路图形符号。 普通晶闸管的阳极与阴极之间具有单向导电的性能，其内部可以等效为由一只PNP晶闸管和一只NPN晶闸管组成的组合管，如图8-5所示。 当晶闸管反向连接（即A极接电源负端，K极接电源正端）时，无论门极G 所加电压是什么极性，晶闸管均处于阻断状态。当晶闸管正向连接（即A极接电源正端，K极接电源负端）时，若门极G所加触发电压为负时，则晶闸管也不导通，只有其门极G加上适当的正向触发电压时，晶闸管才能由阻断状态变为导通状态。此时，晶闸管阳极A极与阴极K极之间呈低阻导通状态，A、K 极之间压降约为1V。 普通晶闸管受触发导通后，其门极G即使失去触发电压，只要阳极A和阴极K 之间仍保持正向电压，晶闸管将维持低阻导通状态。只有把阳极A电压撤除或阳极A、阴极K之间电压极性发生改变（如交流过零）时，普通晶闸管才由低阻导通状态转换为高阻阻断状态。普通晶闸管一旦阻断，即使其阳极A与阴极K

之间又重新加上正向电压，仍需在门极G和阴极K之间重新加上正向触发电压后方可导通。 普通晶闸管的导通与阻断状态相当于开关的闭合和断开状态，用它可以制成无触点电子开关，去控制直流电源电路。 （二）双向晶闸管 双向晶闸管（TRIAC）是由NPNPN五层半导体材料构成的，相当于两只普通晶闸管反相并联，它也有三个电极，分别是主电极T1、主电极T2和门极G。图8-6是双向晶闸管的结构和等效电路，图8-7是其电路图形符号。 双向晶闸管可以双向导通，即门极加上正或负的触发电压，均能触发双向晶闸管正、反两个方向导通。图8-8是其触发状态。

MTC55A1600V可控硅晶闸管模块

中国·杭州国晶电子科技有限公司https://www.wendangku.net/doc/734274203.html,

中国·杭州国晶电子科技有限公司https://www.wendangku.net/doc/734274203.html,

中国·杭州国晶电子科技有限公司 https://www.wendangku.net/doc/734274203.html, 模块典型电路 电联结形式 （右图）

模块外型图、安装图 M220M225 使用说明： 一、使用条件及注意事项： 1、使用环境应无剧烈振动和冲击，环境介质中应无腐蚀金属和破坏绝缘的杂质和气氛。 2、模块管芯工作结温：可控硅为-40℃∽125℃；环境温度不得高于40℃；环境湿度小于86%。 3、模块在使用前一定要加装散热器，散热器的选配见下节。散热可采用自然冷却、强迫风冷或水冷。强迫风冷时，风速应大于６米∕秒。 二、安装注意事项： 1、由于MTC可控硅模块是绝缘型（即模块接线柱对铜底板之间的绝缘耐压大于2.5KV有效值），因此可以把多个模块安装在同一散热器上，或装置的接地外壳上。 2、散热器安装表面应平整、光滑，不能有划痕、磕碰和杂物。散热器表面光洁度应小于10μm。模块安装到散热器上时，在它们的接触面之间应涂一层很薄的导热硅脂。涂脂前，用细砂纸把散热器接触面的氧化层去掉，然后用无水乙醇把表面擦干净，使接触良好，以减少热阻。模块紧固到散热器表面时，采用M5或M6螺钉和弹簧垫圈，并以4NM力矩紧固螺钉 中国·杭州国晶电子科技有限公司https://www.wendangku.net/doc/734274203.html,

与模块主电极的连线应采用铜排，并有光滑平整的接触面，使接触良好。模块工作３小时后，各个螺钉须再次紧固一遍。 模块散热器选择 用户选配散热器时，必须考虑以下因素： ①模块工作电流大小，以决定所需散热面积； ②使用环境，据此可以确定采取什么冷却方式——自然冷却、强迫风冷、还是水冷； ③装置的外形、体积、给散热器预留空间的大小，据此可以确定采用什么形状的散热器。一般而论，大多数用户会选择铝型材散热器。为方便用户，对我公司生产的各类模块，在特性参数表中都给出了所需散热面积。此面积是在模块满负荷工作且在强迫风冷时的参考值。下面给出散热器长度的计算公式： 模块所需散热面积＝（散热器周长）×（散热器长度）＋（截面积）×２ 其中，模块所需散热面积为模块特性参数表中给出的参考值，散热器周长、截面积可以在散热器厂家样本中查到，散热器长度为待求量。 郑重声明：目前市场上充斥着各种劣质散热器，请在购买是注意鉴别，如因使用劣质散热器造成模块损坏或其他严重后果，我公司概不负责。 中国·杭州国晶电子科技有限公司https://www.wendangku.net/doc/734274203.html,