可控硅模塊

普通晶閘管的三個電極可以用萬用表歐姆擋R×100擋位來測。大家知道，晶閘管G、K之間是一個PN結(jié)〔圖2(a)〕，相當于一個二極管，G為正極、K為負極，所以，按照測試二極管的方法，找出三個極中的兩個極，測它的正、反向電阻，電阻小時，萬用表黑表筆接的是控制極G，紅表筆接的是陰極K，剩下的一個就是陽極A了。測試晶閘管的好壞，可以用剛才演示用的示教板電路(圖3)。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。

鑒別可控硅三個極的方法很簡單，根據(jù)P-N結(jié)的原理，只要用萬用表測量一下三個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，有時測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，在測量控制極正反向電阻時，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稱，是一種具有三個PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件。實際上，可控硅的功用不僅是整流，它還可以用作無觸點開關(guān)以快速接通或切斷電路，實現(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。它的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進入了強電領(lǐng)域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭相采用的元件。

一、可控硅的結(jié)構(gòu)和特性

■可控硅從外形上分主要有螺旋式、平板式和平底式三種（見圖表-25）。螺旋式的應(yīng)用較多。

■可控硅有三個電極----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PN結(jié)。其結(jié)構(gòu)示意圖和符號見圖表-26。

■從圖表-26中可以看到，可控硅和只有一個PN結(jié)的硅整流二極度管在結(jié)構(gòu)上迥然不同?？煽毓璧乃膶咏Y(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，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。目前已能制造出電流容量達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來簡單分析可控硅的工作原理。

■首先，我們可以把從陰極向上數(shù)的第一、二、三層看面是一只NPN型號晶體管，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。這樣就可畫出圖表-27（C）的等效電路圖來分析。當在陽極和陰極之間加上一個正向電壓Ea，又在控制極G和陰極C之間（相當BG1的基一射間）輸入一個正的觸發(fā)信號，BG1將產(chǎn)生基極電流Ib1，經(jīng)放大，BG1將有一個放大了β1倍的集電極電流IC1。因為BG1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。實際這一過程是“一觸即發(fā)”的過程，對可控硅來說，觸發(fā)信號加入控制極，可控硅立即導(dǎo)通。導(dǎo)通的時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）這一電流遠大于Ib1，足以保持BG1的持續(xù)導(dǎo)通。此時觸發(fā)信號即使消失，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，可控硅方可關(guān)斷。當然，如果Ea極性反接，BG1、BG2由于受到反向電壓作用將處于截止狀態(tài)。這時，即使輸入觸發(fā)信號，可控硅也不能工作。反過來，Ea接成正向，而觸動發(fā)信號是負的，可控硅也不能導(dǎo)通。另外，如果不加觸發(fā)信號，而正向陽極電壓大到超過一定值時，可控硅也會導(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（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。

可控硅模塊又叫晶閘管(SiliconControlledRectifier,SCR)。自從20世紀50年代問世以來已經(jīng)發(fā)展成了一個大的家族，它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、快速晶閘管，等等。今天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PN結(jié)，對外有三個電極：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)鍵是多了一個控制極G，這就使它具有與二極管完全不同的工作特性。

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、逆變、電機調(diào)速、電機勵磁、無觸點開關(guān)及自動控制等方面?，F(xiàn)在我畫一個最簡單的單相半波可控整流電路〔圖4(a)〕。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，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通?，F(xiàn)在，畫出它的波形圖〔圖4(c)及(d)〕，可以看到，只有在觸發(fā)脈沖Ug到來時，負載RL上才有電壓UL輸出(波形圖上陰影部分)。Ug到來得早，晶閘管導(dǎo)通的時間就早；Ug到來得晚，晶閘管導(dǎo)通的時間就晚。通過改變控制極上觸發(fā)脈沖Ug到來的時間，就可以調(diào)節(jié)負載上輸出電壓的平均值UL(陰影部分的面積大小)。在電工技術(shù)中，常把交流電的半個周期定為180°，稱為電角度。這樣，在U2的每個正半周，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?，改變負載上脈沖直流電壓的平均值UL，實現(xiàn)了可控整流。

復(fù)合接觸器由控制單元、可控硅單元和機電式雙斷點接觸器單元三部分組成。從外形結(jié)構(gòu)看三極復(fù)合接觸器由左右兩個可控硅模塊和中間的接觸器模塊構(gòu)成，單極復(fù)合接觸器是由左邊的可控硅模塊和右邊的接觸器模塊構(gòu)成。

復(fù)合接觸器由12V開關(guān)電源提供工作電源?補償控制器提供控制信號。在控制器發(fā)出投入信號后，復(fù)合接觸器的可控硅模塊運用智能過零投切技術(shù)在50ms時間內(nèi)將電容器迅速接入，隨后接觸器吸合控制器發(fā)出切除信號后?接觸器分斷、可控硅模塊再過零分斷?最短循環(huán)周期≯30s。整個過程的接通、分斷都是由可控硅在過零點完成?所以可實現(xiàn)電容投入無浪涌電流、分斷無電弧?這種過零投切方案可延長電容使用壽命減小系統(tǒng)電流沖擊和過電壓?相比全可控硅調(diào)節(jié)器有低功耗、低發(fā)熱等優(yōu)點。三相復(fù)合接觸器有缺相保護和指示功能?在復(fù)合接觸器欲進行投入時?如檢測到進線端斷相故障?則會拒投并通過發(fā)光管給出閃爍的故障指示?避免三相補償不平衡。