高效晶闸管整流电路设计

晶闸管的典型应用是构成晶闸管整流电路，常用的有单相桥式整流线路和三相桥式整流线路。

1.晶闸管单相桥式整流电路

电路简介

晶闸管单相桥式整流电路主要由单相桥式整流电路、单向晶闸管及负载R_d构成，如图5-25所示。它包括阻性负载和大电感负载两种应用情况。

晶闸管单相桥式整流电路在大电感负载时若不接续流二极管，可能会发生失控现象。消除失控现象的措施是并接续流二极管，如图5-25b所示。当接上续流二极管后，当u₂电压降到0时，负载电流经续流二极管续流，整流桥输出端只有不到1V的压降，迫使晶闸管与二极管串联电路中的电流降到晶闸管的维持电流以下，使晶闸管关断，这样就不会出现失控现象。

友情提示

单相桥式晶闸管整流电路多用于小型电动机的无级调速系统。由于电动机为感性负载，在电压过零时电流不为零，使得晶闸管难以关断，这可由在电动机绕组两端接一个续流二极管来解决，而直流输出端不可接滤波电容。

2.晶闸管三相桥式整流电路（带电阻负载）

电路简介

由于三相全波整流是不稳压的，因此采用晶闸管代替了二极管整流器。晶闸管整流器在其门极没有触发信号加上时，只要其阳极和阴极之间的正向电压不大到将管子击穿，那么它就不导通。

图5-25 晶闸管单相桥式整流电路

晶闸管三相桥式整流电路带电阻负载如图5-26所示，它有六个晶闸管，VT₁、VT₃、VT₅接成共阴极形式；VT₂、VT₄、VT₆接成共阳极形式。

图5-26 三相桥式整流电路带电阻负载

电路原理

（1）每个时刻均需两个不同组的晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中一个晶闸管是共阴组的，另一个是共阳极组的，且不能为同一相的晶闸管。

（2）由于共阴极的晶闸管是在正半周触发，共阳极组是在负半周触发，因此接在同一相的两个晶闸管的触发脉冲的相位应该相差180°。

三相桥式整流电路就是两组三相半波整流电路的串联，所以与三相半波整流电路一样，对于共阴极组触发脉冲的要求是保证晶闸管依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差应为120°。

对触发脉冲的要求：6个晶闸管的触发脉冲（相位依次差60°）分别触发晶闸管VT₁→VT₂→VT₃→VT₄→VT₅→VT₆；共阴极组VT₁、VT₃、VT₅的触发脉冲依次相差120°，共阳极组VT₂、VT₄、VT₆的触发脉冲也依次差120°，同一相的上下两个桥臂，即VT₁与VT₄，VT₃与VT₆，VT₅与VT₂脉冲相差180°。

（3）全控桥触发脉冲类型有以下两种：

宽脉冲触发——使脉冲宽度大于60°（一般取80°～100°）。

双脉冲触发——（常采用）用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60°，脉宽一般为20°～30°。

（4）带电阻负载时三相桥式全控整流电路α的移相范围是120°。(www.xing528.com)

（5）晶闸管承受的最大正、反向电压为U_TM=6U₂。

（6）由于是电阻性负载，负载电流波形与负载电压波形相同。

友情提示

三相桥式整流电路的整流电压在一个周期内脉动6次，脉动频率为6×50Hz=300Hz，比三相半波整流时大一倍。

3.晶闸管三相桥式整流电路（带大电感负载）

电路简介

带大电感负载的三相全控桥式整流电路如图5-27所示。图中，变压器一次侧为三角形联结，二次侧为星形联结。晶闸管按VT₁～VT₆的顺序导通，为电动机等电感负载提供持续的直流电压。

图5-27 晶闸管三相桥式整流电路带大电感负载

电路原理

（1）在0°≤α≤90°范围内负载，电流连续，负载上承受的是线电压；而线电压超前于相电压30°。

（2）在三相全控桥式整流电路中，晶闸管换流只在本组内进行，每隔120°换流一次，即在电流连续的情况下，每个晶闸管的导通角θ_T=120°。

（3）当整流变压器采用星形联结，带电感性负载时，变压器二次电流波形为正负半周各宽120°、前沿相差180°的矩形波。

（4）晶闸管承受的最大电压为。

知识窗

电力晶闸管的工作原理：

电力晶闸管是由四层半导体构成的，它由单晶硅薄片P₁、N₁、P₂、N₂四层半导体材料叠成，形成三个PN结。晶闸管是四层三结三端结构，其内部结构和等效电路如图5-28所示。

图5-28 晶闸管的内部结构和等效电路

电力晶闸管具有可控单向导电性，其导通条件为阳极正偏且门极加正向触发电流。

（1）导通。电力晶闸管阳极施加正向电压时，若给门极G也加正向电压U_g，门极电流I_g经晶体管V₂放大后成为集电极电流I_c2，I_c2又是晶体管V₁的基极电流，放大后的集电极电流I_c1进一步使I_g增大且又作为V₂的基极电流流入。重复上述正反馈过程，两个晶体管V₁、V₂都快速进入深度饱和状态，使晶闸管阳极A与阴极K之间导通。此时若撤除U_g，V₁、V₂内部电流仍维持原来的方向。因此只要满足阳极正偏的条件，晶闸管就一直导通。

（2）阻断。当晶闸管A、K间虽承受正向电压，而门极电流I_g=0时，上述V₁和V₂之间的正反馈不能建立起来，晶闸管A、K间只有很小的正向漏电流，它处于正向阻断状态。

由此可见，晶闸管导通条件是阳极正偏，同时门极也要正偏。晶闸管一旦导通后，门极失去了控制作用，因此门极所加的触发电压一般为脉冲电压。门极触发电流通常只有几十毫安到几百毫安，而晶闸管导通后，可以通过几百、几千安的电流。要使导通的晶闸管关断，只有设法使阳极电流I_A小于维持电流I_H，才能使晶闸管关断。如果给晶闸管阳极加反向电压，无论有无门极电压U_g，晶闸管都不能导通。