中文名 | 可控硅 | 外文名 | Silicon Controlled Rectifier |
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別????名 | 晶閘管 | 簡(jiǎn)????寫 | SCR |
屬????性 | 化工術(shù)語 |
可控硅結(jié)構(gòu)
大家使用的是單向晶閘管,也就是人們常說的普通晶閘管,它是由四層半導(dǎo)體材料組成的,有三個(gè)PN結(jié),對(duì)外有三個(gè)電極〔圖2(a)〕:第一層P型半導(dǎo)體引出的電極叫陽極A,第三層P型半導(dǎo)體引出的電極叫控制極G,第四層N型半導(dǎo)體引出的電極叫陰極K。從晶閘管的電路符號(hào)〔圖2(b)〕可以看到,它和二極管一樣是一種單方向?qū)щ姷钠骷?,關(guān)鍵是多了一個(gè)控制極G,這就使它具有與二極管完全不同的工作特性。
以硅單晶為基本材料的P1N1P2N2四層三端器件,起始于1957年,因?yàn)樗奶匦灶愃朴谡婵臻l流管,所以國(guó)際上通稱為硅晶體閘流管,簡(jiǎn)稱晶閘管T,又因?yàn)榫чl管最初的在靜止整流方面,所以又被稱之為硅可控整流元件,簡(jiǎn)稱為可控硅SCR。
在性能上,可控硅不僅具有單向?qū)щ娦裕疫€具有比硅整流元件(俗稱"死硅")更為可貴的可控性。它只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種狀態(tài)。
可控硅能以毫安級(jí)電流控制大功率的機(jī)電設(shè)備,如果超過此功率,因元件開關(guān)損耗顯著增加,允許通過的平均電流相降低,此時(shí),標(biāo)稱電流應(yīng)降級(jí)使用。
可控硅的優(yōu)點(diǎn)很多,例如:以小功率控制大功率,功率放大倍數(shù)高達(dá)幾十萬倍;反應(yīng)極快,在微秒級(jí)內(nèi)開通、關(guān)斷;無觸點(diǎn)運(yùn)行,無火花、無噪音;效率高,成本低等等。
可控硅的弱點(diǎn):靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的過載能力較差;容易受干擾而誤導(dǎo)通。
可控硅從外形上分類主要有:螺栓形、平板形和平底形。
可控硅元件的結(jié)構(gòu)
不管可控硅的外形如何,它們的管芯都是由P型硅和N型硅組成的四層P1N1P2N2結(jié)構(gòu)。見圖1。它有三個(gè)PN結(jié)(J1、J2、J3),從J1結(jié)構(gòu)的P1層引出陽極A,從N2層引出陰級(jí)K,從P2層引出控制極G,所以它是一種四層三端的半導(dǎo)體器件。
可控硅工作原理
可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件,共有三個(gè)PN結(jié),分析原理時(shí),可以把它看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成,其等效圖解如右圖所示。雙向可控硅:雙向可控硅是一種硅可控整流器件,也稱作雙向晶閘管。這種器件在電路中能夠?qū)崿F(xiàn)交流電的無觸點(diǎn)控制,以小電流控制大電流,具有無火花、動(dòng)作快、壽命長(zhǎng)、可靠性高以及簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。從外表上看,雙向可控硅和普通可控硅很相似,也有三個(gè)電極。但是,它除了其中一個(gè)電極G仍叫做控制極外,另外兩個(gè)電極通常卻不再叫做陽極和陰極,而統(tǒng)稱為主電極Tl和T2。它的符號(hào)也和普通可控硅不同,是把兩個(gè)可控硅反接在一起畫成的,如圖2所示。它的型號(hào),在我國(guó)一般用“3CTS”或“KS”表示;國(guó)外的資料也有用“TRIAC”來表示的。雙向可控硅的規(guī)格、型號(hào)、外形以及電極引腳排列依生產(chǎn)廠家不同而有所不同,但其電極引腳多數(shù)是按T1、T2、G的顧序從左至右排列(觀察時(shí),電極引腳向下,面對(duì)標(biāo)有字符的一面)。市場(chǎng)上最常見的幾種塑封外形結(jié)構(gòu)雙向可控硅的外形及電極引腳排列如下圖1所示。
為了能夠直觀地認(rèn)識(shí)晶閘管的工作特性,大家先看這塊示教板(圖3)。晶閘管VS與小燈泡EL串聯(lián)起來,通過開關(guān)S接在直流電源上。注意陽極A是接電源的正極,陰極K接電源的負(fù)極,控制極G通過按鈕開關(guān)SB接在1.5V直流電源的正極(這里使用的是KP1型晶閘管,若采用KP5型,應(yīng)接在3V直流電源的正極)。晶閘管與電源的這種連接方式叫做正向連接,也就是說,給晶閘管陽極和控制極所加的都是正向電壓。合上電源開關(guān)S,小燈泡不亮,說明晶閘管沒有導(dǎo)通;再按一下按鈕開關(guān)SB,給控制極輸入一個(gè)觸發(fā)電壓,小燈泡亮了,說明晶閘管導(dǎo)通了。這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)給了我們什么啟發(fā)呢"para" label-module="para">
這個(gè)實(shí)驗(yàn)告訴我們,要使晶閘管導(dǎo)通,一是在它的陽極A與陰極K之間外加正向電壓,二是在它的控制極G與陰極K之間輸入一個(gè)正向觸發(fā)電壓。晶閘管導(dǎo)通后,松開按鈕開關(guān),去掉觸發(fā)電壓,仍然維持導(dǎo)通狀態(tài)。
“一觸即發(fā)”。但是,如果陽極或控制極外加的是反向電壓,晶閘管就不能導(dǎo)通。控制極的作用是通過外加正向觸發(fā)脈沖使晶閘管導(dǎo)通,卻不能使它關(guān)斷。那么,用什么方法才能使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷呢"_blank" href="/item/電流/268192" data-lemmaid="268192">電流)。如果晶閘管陽極和陰極之間外加的是交流電壓或脈動(dòng)直流電壓,那么,在電壓過零時(shí),晶閘管會(huì)自行關(guān)斷。
圖4示出了雙向可控硅的特性曲線。
由圖可見,雙向可控硅的特性曲線是由一、三兩個(gè)象限內(nèi)的曲線組合成的。第一象限的曲線說明當(dāng)加到主電極上的電壓使Tc對(duì)T1的極性為正時(shí),我們稱為正向電壓,并用符號(hào)U21表示。當(dāng)這個(gè)電壓逐漸增加到等于轉(zhuǎn)折電壓UBO時(shí),圖3(b)左邊的可控硅就觸發(fā)導(dǎo)通,這時(shí)的通態(tài)電流為I21,方向是從T2流向Tl。從圖中可以看到,觸發(fā)電流越大,轉(zhuǎn)折電壓就越低,這種情形和普通可控硅的觸發(fā)導(dǎo)通規(guī)律是一致的, 當(dāng)加到主電極上的電壓使Tl對(duì)T2的極性為正時(shí),叫做反向電壓,并用符號(hào)U12表示。當(dāng)這個(gè)電壓達(dá)到轉(zhuǎn)折電壓值時(shí),圖3(b)右邊的可控硅便觸發(fā)導(dǎo)通,這時(shí)的電流為I12,其方向是從T1到T2。這時(shí)雙向可控硅的特性曲線,如圖4中第三象限所示。
四種觸發(fā)方式
由于在雙向可控硅的主電極上,無論加以正向電壓或是反向電壓,也不管觸發(fā)信號(hào)是正向還是反向,它都能被觸發(fā)導(dǎo)通,因此它有以下四種觸發(fā)方式:(1)當(dāng)主電極T2對(duì)Tl所加的電壓為正向電壓,控制極G對(duì)第一電極Tl所加的也是正向觸發(fā)信號(hào)(圖5a)。雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通后,電流I2l的方向從T2流向T1。由特性曲線可知,這時(shí)雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通規(guī)律是按第二象限的特性進(jìn)行的,又因?yàn)橛|發(fā)信號(hào)是正向的,所以把這種觸發(fā)叫做“第一象限的正向觸發(fā)”或稱為I 觸發(fā)方式。(2)如果主電極T2仍加正向電壓,而把觸發(fā)信號(hào)改為反向信號(hào)(圖5b),這時(shí)雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通后,通態(tài)電流的方向仍然是從T2到T1。我們把這種觸發(fā)叫做“第一象限的負(fù)觸發(fā)”或稱為I-觸發(fā)方式。(3)兩個(gè)主電極加上反向電壓U12(圖5c),輸入正向觸發(fā)信號(hào),雙向可控硅導(dǎo)通后,通態(tài)電流從T1流向T2。雙向可控硅按第三象限特性曲線工作,因此把這種觸發(fā)叫做Ⅲ 觸發(fā)方式。 (4)兩個(gè)主電極仍然加反向電壓U12,輸入的是反向觸發(fā)信號(hào)(圖5d),雙向可控硅導(dǎo)通后,通態(tài)電流仍從T1流向T2。這種觸發(fā)就叫做Ⅲ-觸發(fā)方式。 雙向可控硅雖然有以上四種觸發(fā)方式,但由于負(fù)信號(hào)觸發(fā)所需要的觸發(fā)電壓和電流都比較小。工作比較可靠,因此在實(shí)際使用時(shí),負(fù)觸發(fā)方式應(yīng)用較多。
可控硅特性
常用的有阻容移相橋觸發(fā)電路、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、晶體三極管觸發(fā)電路、利用小晶閘管觸發(fā)大晶閘管的觸發(fā)電路,等等。
可控硅的主要參數(shù)有:
1、 額定通態(tài)平均電流IT 在一定條件下,陽極---陰極間可以連續(xù)通過的50赫茲正弦半波電流的平均值。
2、 正向阻斷峰值電壓VPF 在控制極開路未加觸發(fā)信號(hào),陽極正向電壓還未超過導(dǎo)能電壓時(shí),可以重復(fù)加在可控硅兩端的正向峰值電壓??煽毓璩惺艿恼螂妷悍逯担荒艹^手冊(cè)給出的這個(gè)參數(shù)值。
3、 反向阻斷峰值電壓VPR 當(dāng)可控硅加反向電壓,處于反向關(guān)斷狀態(tài)時(shí),可以重復(fù)加在可控硅兩端的反向峰值電壓。使用時(shí),不能超過手冊(cè)給出的這個(gè)參數(shù)值。
4、 觸發(fā)電壓VGT 在規(guī)定的環(huán)境溫度下,陽極---陰極間加有一定電壓時(shí),可控硅從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)所需要的最小控制極電流和電壓。
5、 維持電流IH 在規(guī)定溫度下,控制極斷路,維持可控硅導(dǎo)通所必需的最小陽極正向電流。許多新型可控硅元件相繼問世,如適于高頻應(yīng)用的快速可控硅,可以用正或負(fù)的觸發(fā)信號(hào)控制兩個(gè)方向?qū)ǖ碾p向可控硅,可以用正觸發(fā)信號(hào)使其導(dǎo)通,用負(fù)觸發(fā)信號(hào)使其關(guān)斷的可控硅等等。
可控硅,是可控硅整流元件的簡(jiǎn)稱,是一種具有三個(gè)PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件,亦稱為晶閘管。具有體積小、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)等特點(diǎn),是比較常用的半導(dǎo)體器件之一。該器件被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和電子...
用圖中電路控制100—300W的電阻絲,不需要做什么改動(dòng),而如果電阻絲的功率上限達(dá)到1000W,則應(yīng)將雙向可控硅SCR改為10A/600V,其觸發(fā)電路中的電阻和電位器的取值可經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定,一般R...
可控硅調(diào)壓器一般采用移相觸發(fā)方式和過零調(diào)功方式來觸發(fā)可控硅。北京賽德恒的NT系列可控硅調(diào)壓器就是這種產(chǎn)品。我以前用過,它就是采用可控硅專用控制電路板來觸發(fā)可控硅模塊的。工作很穩(wěn)定。
可控硅分類
可控硅有多種分類方法。
(一)按關(guān)斷、導(dǎo)通及控制方式分類:可控硅按其關(guān)斷、導(dǎo)通及控制方式可分為普通可控硅、雙向可控硅、逆導(dǎo)可控硅、門極關(guān)斷可控硅(GTO)、BTG可控硅、溫控可控硅和光控可控硅等多種。
(二)按引腳和極性分類:可控硅按其引腳和極性可分為二極可控硅、三極可控硅和四極可控硅。
(三)按封裝形式分類:可控硅按其封裝形式可分為金屬封裝可控硅、塑封可控硅和陶瓷封裝可控硅三種類型。其中,金屬封裝可控硅又分為螺栓形、平板形、圓殼形等多種;塑封可控硅又分為帶散熱片型和不帶散熱片型兩種。
(四)按電流容量分類:可控硅按電流容量可分為大功率可控硅、中功率可控硅和小功率可控硅三種。通常,大功率可控硅多采用金屬殼封裝,而中、小功率可控硅則多采用塑封或陶瓷封裝。
(五)按關(guān)斷速度分類:可控硅按其關(guān)斷速度可分為普通可控硅和高頻(快速)可控硅。
(六)過零觸發(fā)-一般是調(diào)功,即當(dāng)正弦交流電交流電電壓相位過零點(diǎn)觸發(fā),必須是過零點(diǎn)才觸發(fā),導(dǎo)通可控硅。
(七)非過零觸發(fā)-無論交流電電壓在什么相位的時(shí)候都可觸發(fā)導(dǎo)通可控硅,常見的是移相觸發(fā),即通過改變正弦交流電的導(dǎo)通角(角相位),來改變輸出百分比。
可控硅型號(hào)
按一機(jī)部IBI144一75的規(guī)定,普通型可控硅稱為KP型可控硅整流元件(又叫KP型硅閘流管》。普通可控硅的型號(hào)采用如下格式標(biāo)注:
額定速態(tài)平均屯成系列共分為14個(gè),如表1一5所示。正反向重復(fù)蜂值屯壓級(jí)別規(guī)定1000V以下的管子每100V為一級(jí),1000V以上的等子每200V為一級(jí)。取電壓教除以100做為級(jí)別標(biāo)志,如表1-6所示。
通態(tài)平均電壓組別依電壓大小分為9組,用宇毋表示,如表1一所示。
例如.KP500-12D表示的是通態(tài)平均電流為500A,額定(正反向重復(fù)峰值)電壓為1200V,管壓降(通態(tài)平均電壓)為0.6---0.7V的普通型可控硅.
綜上所述,小結(jié)如下:
(1)可控硅一般做成螺栓形和平板形,有三個(gè)電極,用硅半導(dǎo)體材料制成的管芯由
PNPN四層組成
(2)可控硅由關(guān)斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通必須同時(shí)具備兩個(gè)條件:(1〕受正向陽極電壓;(2)受正向門極電壓。
(3)可控硅導(dǎo)通后,當(dāng)陽極電流小干維持電流In時(shí).可控硅關(guān)斷。
(4)可控硅的特性主要是:1.陽極伏安特性曲線,2.門極伏安特性區(qū)。
(5)應(yīng)在額定參數(shù)范圍內(nèi)使用可控硅。選擇可控硅主要確定兩個(gè)參致:
電流
⒈ 額定通態(tài)電流(IT)即最大穩(wěn)定工作電流,俗稱電流。常用可控硅的IT一般為一安到幾十安。
⒉反向重復(fù)峰值電壓(VRRM)或斷態(tài)重復(fù)峰值電壓(VDRM),俗稱耐壓。常用可控硅的VRRM/VDRM一般為幾百伏到一千伏。
⒊ 控制極觸發(fā)電流(IGT),俗稱觸發(fā)電流。常用可控硅的IGT一般為幾微安到幾十毫安。
4,在規(guī)定環(huán)境溫度和散熱條件下,允許通過陰極和陽極的電流平均值。
常用可控硅的封裝形式有TO-92、TO-126、TO-202AB、TO-220、TO-220ABC、TO-3P、SOT-89、TO-251、TO-252、SOT-23、SOT23-3L等
普通晶閘管最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬于不可控整流電路。如果把二極管換成晶閘管,就可以構(gòu)成可控整流電路。以最簡(jiǎn)單的單相半波可控整流電路為例,在正弦交流電壓U2的正半周期間,如果VS的控制極沒有輸入觸發(fā)脈沖Ug,VS仍然不能導(dǎo)通,只有在U2處于正半周,在控制極外加觸發(fā)脈沖Ug時(shí),晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通。畫出它的波形(c)及(d),只有在觸發(fā)脈沖Ug到來時(shí),負(fù)載RL上才有電壓UL輸出。Ug到來得早,晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間就早;Ug到來得晚,晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間就晚。通過改變控制極上觸發(fā)脈沖Ug到來的時(shí)間,就可以調(diào)節(jié)負(fù)載上輸出電壓的平均值UL。在電工技術(shù)中,常把交流電的半個(gè)周期定為180°,稱為電角度。這樣,在U2的每個(gè)正半周,從零值開始到觸發(fā)脈沖到來瞬間所經(jīng)歷的電角度稱為控制角α;在每個(gè)正半周內(nèi)晶閘管導(dǎo)通的電角度叫導(dǎo)通角θ。很明顯,α和θ都是用來表示晶閘管在承受正向電壓的半個(gè)周期的導(dǎo)通或阻斷范圍的。通過改變控制角α或?qū)ń铅?,改變?fù)載上脈沖直流電壓的平均值UL,實(shí)現(xiàn)了可控整流。
1:小功率塑封雙向可控硅通常用作聲光控?zé)艄庀到y(tǒng)。額定電流:IA小于2A。
2:大;中功率塑封和鐵封可控硅通常用作功率型可控調(diào)壓電路。像可調(diào)壓輸出直流電源等等。
3:大功率高頻可控硅通常用作工業(yè)中;高頻熔煉爐等。
可控硅從外形上分主要有螺旋式、平板式和平底式三種,螺旋式的應(yīng)用較多??煽毓栌腥齻€(gè)電極---陽極(A)陰極(C)和控制極(G)。它有管芯是P型導(dǎo)體和N型導(dǎo)體交迭組成的四層結(jié)構(gòu),共有三個(gè)PN結(jié)。可控硅和只有一個(gè)PN結(jié)的硅整流二極度管在結(jié)構(gòu)上迥然不同。可控硅的四層結(jié)構(gòu)和控制極的引用,為其發(fā)揮“以小控大”的優(yōu)異控制特性奠定了基礎(chǔ)。在應(yīng)用可控硅時(shí),只要在控制極加上很小的電流或電壓,就能控制很大的陽極電流或電壓。電流容量達(dá)幾百安培以至上千安培的可控硅元件。一般把5安培以下的可控硅叫小功率可控硅,50安培以上的可控硅叫大功率可控硅。
可控硅為什么其有“以小控大”的可控性呢?下面我們用圖表-27來簡(jiǎn)單分析可控硅的工作原理。
首先,可以把從陰極向上數(shù)的第一、二、三層看面是一只NPN型號(hào)晶體管,而二、三四層組成另一只PNP型晶體管。其中第二、第三層為兩管交迭共用。當(dāng)在陽極和陰極之間加上一個(gè)正向電壓Ea,又在控制極G和陰極C之間(相當(dāng)BG1的基一射間)輸入一個(gè)正的觸發(fā)信號(hào),BG1將產(chǎn)生基極電流Ib1,經(jīng)放大,BG1將有一個(gè)放大了β1倍的集電極電流IC1。因?yàn)锽G1集電極與BG2基極相連,IC1又是BG2的基極電流Ib2。BG2又把比Ib2(Ib1)放大了β2的集電極電流IC2送回BG1的基極放大。如此循環(huán)放大,直到BG1、BG2完全導(dǎo)通。實(shí)際這一過程是“一觸即發(fā)”的過程,對(duì)可控硅來說,觸發(fā)信號(hào)加入控制極,可控硅立即導(dǎo)通。導(dǎo)通的時(shí)間主要決定于可控硅的性能。
可控硅一經(jīng)觸發(fā)導(dǎo)通后,由于循環(huán)反饋的原因,流入BG1基極的電流已不只是初始的Ib1,而是經(jīng)過BG1、BG2放大后的電流(β1*β2*Ib1)這一電流遠(yuǎn)大于Ib1,足以保持BG1的持續(xù)導(dǎo)通。此時(shí)觸發(fā)信號(hào)即使消失,可控硅仍保持導(dǎo)通狀態(tài)只有斷開電源Ea或降低Ea,使BG1、BG2中的集電極電流小于維持導(dǎo)通的最小值時(shí),可控硅方可關(guān)斷。當(dāng)然,如果Ea極性反接,BG1、BG2由于受到反向電壓作用將處于截止?fàn)顟B(tài)。這時(shí),即使輸入觸發(fā)信號(hào),可控硅也不能工作。反過來,Ea接成正向,而觸動(dòng)發(fā)信號(hào)是負(fù)的,可控硅也不能導(dǎo)通。另外,如果不加觸發(fā)信號(hào),而正向陽極電壓大到超過一定值時(shí),可控硅也會(huì)導(dǎo)通,但已屬于非正常工作情況了。
可控硅這種通過觸發(fā)信號(hào)(小的觸發(fā)電流)來控制導(dǎo)通(可控硅中通過大電流)的可控特性,正是它區(qū)別于普通硅整流二極管的重要特征。
普通可控硅的三個(gè)電極可以用萬用表歐姆擋R×100擋位來測(cè)。大家知道,晶閘管G、K之間是一個(gè)PN結(jié)(a),相當(dāng)于一個(gè)二極管,G為正極、K為負(fù)極,所以,按照測(cè)試二極管的方法,找出三個(gè)極中的兩個(gè)極,測(cè)它的正、反向電阻,電阻小時(shí),萬用表黑表筆接的是控制極G,可以用剛才演示用的示教板電路。接通電源開關(guān)S,按一下按鈕開關(guān)SB,燈泡發(fā)光就是好的,不發(fā)光就是壞的。
鑒別可控硅三個(gè)極的方法很簡(jiǎn)單,根據(jù)P-N結(jié)的原理,只要用萬用表測(cè)量一下三個(gè)極之間的電阻值就可以。
陽極與陰極之間的正向和反向電阻在幾百千歐以上,陽極和控制極之間的正向和反向電阻在幾百千歐以上(它們之間有兩個(gè)P-N結(jié),而且方向相反,因此陽極和控制極正反向都不通) 。
控制極與陰極之間是一個(gè)P-N結(jié),因此它的正向電阻大約在幾歐-幾百歐的范圍,反向電阻比正向電阻要大??墒强刂茦O二極管特性是不太理想的,反向不是完全呈阻斷狀態(tài)的,可以有比較大的電流通過,因此,有時(shí)測(cè)得控制極反向電阻比較小,并不能說明控制極特性不好。另外,在測(cè)量控制極正反向電阻時(shí),萬用表應(yīng)放在R*10或R*1擋,防止電壓過高控制極反向擊穿。
若測(cè)得元件陰陽極正反向已短路,或陽極與控制極短路,或控制極與陰極反向短路,或控制極與陰極斷路,說明元件已損壞。
可控硅是可控硅整流元件的簡(jiǎn)稱,是一種具有三個(gè)PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件。實(shí)際上,可控硅的功用不僅是整流,它還可以用作無觸點(diǎn)開關(guān)以快速接通或切斷電路,實(shí)現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變,將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電,等等??煽毓韬推渌雽?dǎo)體器件一樣,其有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。它的出現(xiàn),使半導(dǎo)體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進(jìn)入了強(qiáng)電領(lǐng)域,成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭(zhēng)相采用的元件。
按一機(jī)部IBI144一75的規(guī)定,普通型可控硅稱為KP型可控硅整流元件(又叫KP型硅閘流管》。普通可控硅的型號(hào)采用如下格式標(biāo)注:
額定速態(tài)平均屯成系列共分為14個(gè),如表1一5所示。正反向重復(fù)蜂值屯壓級(jí)別規(guī)定1000V以下的管子每100V為一級(jí),1000V以上的管子每200V為一級(jí)。取電壓教除以100做為級(jí)別標(biāo)志,如表1-6所示。
通態(tài)平均電壓組別依電壓大小分為9組,用宇毋表示,如表1一所示。
例如.KP500-12D表示的是通態(tài)平均電流為500A,額定(正反向重復(fù)峰值)電壓為1200V,管壓降(通態(tài)平均電壓)為0.6---0.7V的普通型可控硅。
綜上所述,小結(jié)如下:
(1)可控硅一般做成螺栓形和平板形,有三個(gè)電極,用硅半導(dǎo)體材料制成的管芯由
PNPN四層組成
(2)可控硅由關(guān)斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通必須同時(shí)具備兩個(gè)條件:(1〕受正向陽極電壓;(2)受正向門極電壓。
(3)可控硅導(dǎo)通后,當(dāng)陽極電流小干維持電流In時(shí).可控硅關(guān)斷。
(4)可控硅的特性主要是:1.陽極伏安特性曲線,2.門極伏安特性區(qū)。
(5)應(yīng)在額定參數(shù)范圍內(nèi)使用可控硅。選擇可控硅主要確定兩個(gè)參致:
IT(AV)--通態(tài)平均電流
VRRM--反向重復(fù)峰值電壓IDRM--斷態(tài)重復(fù)峰值電流
ITSM--通態(tài)一個(gè)周波不重復(fù)浪涌電流
VTM--通態(tài)峰值電壓
IGT--門極觸發(fā)電流
VGT--門極觸發(fā)電壓
IH--維持電流
dv/dt--斷態(tài)電壓臨界上升率
di/dt--通態(tài)電流臨界上升率
Rthjc--結(jié)殼熱阻
ⅥSO--模塊絕緣電壓
Tjm--額定結(jié)溫
VDRM--斷態(tài)重復(fù)峰值電壓
IRRM--反向重復(fù)峰值電流
IF(AV)--正向平均電流
PGM--門極峰值功率
PG----門極平均功率
主要廠家品牌:ST,NXP/PHILIPS,NEC,ON/MOTOROLA,RENESAS/MITSUBISHI,LITTELFUSE/TECCOR,TOSHIBA,JX ,SANREX,SANKEN ,SEMIKRON ,EUPEC,IR,JBL等。
1、柵極上的噪聲電平
在有電噪聲的環(huán)境中,如果柵極上的噪聲電壓超過VGT,并有足夠的柵電流激發(fā)可控硅(晶閘管)內(nèi)部的正反饋,則也會(huì)被觸發(fā)導(dǎo)通。
應(yīng)用安裝時(shí),首先要使柵極外的連線盡可能短。當(dāng)連線不能很短時(shí),可用絞線或屏蔽線來減小干擾的侵入。在然后G與MT1之間加一個(gè)1KΩ的電阻來降低其靈敏度,也可以再并聯(lián)一個(gè)100nf的電容,來濾掉高頻噪聲。
2、關(guān)于轉(zhuǎn)換電壓變化率
當(dāng)驅(qū)動(dòng)一個(gè)大的電感性負(fù)載時(shí),在負(fù)載電壓和電流間有一個(gè)很大的相移。當(dāng)負(fù)載電流過零時(shí),雙向可控硅(晶閘管)開始換向,但由于相移的關(guān)系,電壓將不會(huì)是零。所以要求可控硅(晶閘管)要迅速關(guān)斷這個(gè)電壓。如果這時(shí)換向電壓的變化超過允許值時(shí),就沒有足夠的時(shí)間使結(jié)間的電荷釋放掉,而被迫使雙向可控硅(晶閘管)回到導(dǎo)通狀態(tài)。
為了克服上述問題,可以在端子MT1和MT2之間加一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)來限制電壓的變化,以防止誤觸發(fā)。一般,電阻取100R,電容取100nF。值得注意的是此電阻不能省掉。
3、關(guān)于轉(zhuǎn)換電流變化率
當(dāng)負(fù)載電流增大,電源頻率的增高或電源為非正弦波時(shí),會(huì)使轉(zhuǎn)換電流變化率變高,這種情況最易在感性負(fù)載的情況下發(fā)生,很容易導(dǎo)致器件的損壞。此時(shí)可以在負(fù)載回路中串聯(lián)一只幾毫亨的空氣電感。
4、關(guān)于可控硅(晶閘管)開路電壓變化率DVD/DT
在處于截止?fàn)顟B(tài)的雙向可控硅(晶閘管)兩端加一個(gè)小于它的VDFM的高速變化的電壓時(shí),內(nèi)部電容的電流會(huì)產(chǎn)生足夠的柵電流來使可控硅(晶閘管)導(dǎo)通。這在高溫下尤為嚴(yán)重,在這種情況下可以在MT1和MT2間加一個(gè)RC緩沖電路來限制VD/DT,或可采用高速可控硅(晶閘管)。
5、關(guān)于連續(xù)峰值開路電壓VDRM
在電源不正常的情況下,可控硅(晶閘管)兩端的電壓會(huì)超過連續(xù)峰值開路電壓VDRM的最大值,此時(shí)可控硅(晶閘管)的漏電流增大并擊穿導(dǎo)通。如果負(fù)載能允許很大的浪涌電流,那么硅片上局部的電流密度就很高,使這一小部分先導(dǎo)通。導(dǎo)致芯片燒毀或損壞。另外白熾燈,容性負(fù)載或短路保護(hù)電路會(huì)產(chǎn)生較高的浪涌電流,這時(shí)可外加濾波器和鉗位電路來防止尖峰(毛刺)電壓加到雙向可控硅(晶閘管)上 。
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按關(guān)斷、導(dǎo)通及控制方式分類
可控硅按其關(guān)斷、導(dǎo)通及控制方式可分為普通可控硅、雙向可控硅、逆 導(dǎo)可控硅、門極關(guān)斷可控硅(GTO)、BTG可控硅、溫控可控硅和光控可控硅等多種。
按引腳和極性分類
可控硅按其引腳和極性可分為二極可控硅、三極可控硅和四極可控硅。
按封裝形式分類
可控硅按其封裝形式可分為金屬封裝可控硅、塑封可控硅和陶瓷封裝可控硅三種類型。其中,金屬封裝可控硅又分為螺栓形、平板形、圓殼形等多種;塑封可控硅又分為帶散熱片型和不帶散熱片型兩種。
按電流容量分類
可控硅按電流容量可分為大功率可控硅、中功率可控硅和小功率可控硅三種。通常,大功率可控硅多采用金屬殼封裝,而中、小功率可控硅則多采用塑封或陶瓷封裝。
按關(guān)斷速度分類
可控硅按其關(guān)斷速度可分為普通可控硅和高頻(快速)可控硅。
單向可控硅簡(jiǎn)介
雙向可控硅具有兩個(gè)方向輪流導(dǎo)通、關(guān)斷的特性。雙向可控硅實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)反并聯(lián)的單向可控硅,是由NPNPN五層半導(dǎo)體形成四個(gè)PN結(jié)構(gòu)成、有三個(gè)電極的半導(dǎo)體器件。由于主電極的構(gòu)造是對(duì)稱的(都從N層引出),所以它的電極不像單向可控硅那樣分別叫陽極和陰極,而是把與控制極相近的叫做第一電極T1,另一個(gè)叫做第二電極T2。雙向可控硅的主要缺點(diǎn)是承受電壓上升率的能力較低。這是因?yàn)殡p向可控硅在一個(gè)方向 導(dǎo)通結(jié)束時(shí),硅片在各層中的載流子還沒有回到截止?fàn)顟B(tài)的位置,必須采取相應(yīng)的保護(hù)措施。雙向可控硅元件主要用于交流控制電路,如溫度控制、燈光控制、防爆交流開關(guān)以及直流電機(jī)調(diào)速和換向等電路。
單向可控硅和雙向可控硅,都是三個(gè)電極。單向可控硅有陰極(K)、陽極(A)、控制極(G)。雙向可控硅等效于兩只單項(xiàng)可控硅反向并聯(lián)而成。即其中一只單向硅陽極與另一只陰極相關(guān)連,其引出端稱T1極,其中一只單向硅陰極與另一只陽極相連,其引出端稱T2極,剩下則為控制極(G)。
先任測(cè)兩個(gè)極,若正、反測(cè)指針均不動(dòng)(R×1擋),可能是A、K或G、A極(對(duì)單向可控硅)也可能是T2、T1或T2、G極(對(duì)雙向可控硅)。若其中有一次測(cè)量指示為幾十至幾百歐,則必為單向可控硅。且紅筆所接為K極,黑筆接的為G極,剩下即為A極。若正、反向測(cè)批示均為幾十至幾百歐,則必為雙向可控硅。再將旋鈕撥至R×1或R×10擋復(fù)測(cè),其中必有一次阻值稍大,則稍大的一次紅筆接的為G極,黑筆所接為T1極,余下是T2極。
將旋鈕撥至R×1擋,對(duì)于1~6A單向可控硅,紅筆接K極,黑筆同時(shí)接通G、A極,在保持黑筆不脫離A極狀態(tài)下斷開G極,指針應(yīng)指示幾十歐至一百歐,此時(shí)可控硅已被觸發(fā),且觸發(fā)電壓低(或觸發(fā)電流小)。然后瞬時(shí)斷開A極再接通,指針應(yīng)退回∞位置,則表明可控硅良好。
對(duì)于1~6A雙向可控硅,紅筆接T1極,黑筆同時(shí)接G、T2極,在保證黑筆不脫離T2極的前提下斷開G極,指針應(yīng)指示為幾十至一百多歐(視可控硅電流大小、廠家不同而異)。然后將兩筆對(duì)調(diào),重復(fù)上述步驟測(cè)一次,指針指示還要比上一次稍大十幾至幾十歐,則表明可控硅良好,且觸發(fā)電壓(或電流)小。
若保持接通A極或T2極時(shí)斷開G極,指針立即退回∞位置,則說明可控硅觸發(fā)電流太大或損壞。可按圖2方法進(jìn)一步測(cè)量,對(duì)于單向可控硅,閉合開關(guān)K,燈應(yīng)發(fā)亮,斷開K燈仍不息滅,否則說明可控硅損壞。
對(duì)于雙向可控硅,閉合開關(guān)K,燈應(yīng)發(fā)亮,斷開K,燈應(yīng)不息滅。然后將電池反接,重復(fù)上述步驟,均應(yīng)是同一結(jié)果,才說明是好的。否則說明該器件已損壞。
可控硅參數(shù)符號(hào)
參數(shù)符號(hào)說明:
IT(AV)--通態(tài)平均電流
VRRM--反向重復(fù)峰值電壓
IDRM--斷態(tài)重復(fù)峰值電流
ITSM--通態(tài)一個(gè)周波不重復(fù)浪涌電流
VTM--通態(tài)峰值電壓
IGT--門極觸發(fā)電流
VGT--門極觸發(fā)電壓
IH--維持電流
dv/dt--斷態(tài)電壓臨界上升率
di/dt--通態(tài)電流臨界上升率
Rthjc--結(jié)殼熱阻
VISO--模塊絕緣電壓
Tjm--額定結(jié)溫
VDRM--通態(tài)重復(fù)峰值電壓
IRRM--反向重復(fù)峰值電流
IF(AV)--正向平均電流
可控硅控制器簡(jiǎn)介
js3000@可控硅控制器是一種以可控硅(又名:晶閘管)(電力電子功率器件)為基礎(chǔ),以智能數(shù)字控制電路為核心的電源功率控制電器,又稱可控硅調(diào)功器,可控硅調(diào)整器,可控硅調(diào)壓器,晶閘管調(diào)整器,晶閘管調(diào)壓器,電力調(diào)整器,電力調(diào)壓器,功率控制器。具有效率高、無機(jī)械噪聲和磨損、響應(yīng)速度快、體積小、重量輕等諸多優(yōu)點(diǎn)。
js3000@
js3000@可控硅控制器由觸發(fā)板、專用散熱器、風(fēng)機(jī)、外殼等組成。
核心部分使用控制板與原裝進(jìn)口可控硅模塊;散熱系統(tǒng)采用插片式高效散熱器、低噪音風(fēng)機(jī)。整機(jī)帶有控制板所有的功能。整機(jī)電流容量從20A到3000A。