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晶闸管
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可控硅和其它半导体器件一样,有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点。它的出现,使半导体技术从弱电领域进入了强电领域,成为工业、农业、交通运输、军事科研以至商业、民用电器等方面争相采用的元件。 目前可控硅在自动控制、机电应用、工业电气及家电等方面都有广泛的应用。<ref>[https://www.360kuai.com/pc/9f81f9f5b46ed07fb?cota=4&kuai_so=1&tj_url=so_rec&sign=360_57c3bbd1&refer_scene=so_1 可控硅的基本工作原理及在调光器中的使用],快资讯网,2019-05-24</ref>
=='''结构介绍'''==晶闸管是由四层半导体构成的。晶闸管的结构是由四层半导体材料叠成三个PN结,并在对应的半导体材料上引出了三个电极。这三个电极分别称为:A-阳极,G-控制极,K-阴极。<ref>[https://tech.hqew.com/circuit_1988307 晶闸管的结构和符号],华强电子网,2017-10-24</ref>
可控硅有三个极----阳极(A)、阴极(C)和控制极(G),管芯是P型导体和N型导体交迭组成的四层结构,共有三个PN 结,与只有一个PN结的硅整流二极管在结构上迥然不同。可控硅的四层结构和控制极的引入,为其发挥“以小控大”的优异控制特性奠定了基础。可控硅应用时,只要在控制极加上很小的电流或电压,就能控制很大的阳极电流或电压。目前已能制造出电流容量达几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。
=='''导通与关断的条件'''==
晶闸管T在工作过程中,它的阳极A和阴极K与电源和负载连接,组成晶闸管的主电路,晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接,组成晶闸管的控制电路。
晶闸管为半控型电力电子器件,它的工作条件如下:<ref>[http://www.elecfans.com/tags/%E6%99%B6%E9%97%B8%E7%AE%A1/ 晶闸管],电子发烧友网</ref>
1. 晶闸管承受反向阳极电压时,不管门极承受何种电压,晶闸管都处于反向阻断状态。
2. 晶闸管承受正向阳极电压时,仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。这时晶闸管处于正向导通状态,这就是晶闸管的闸流特性,即可控特性。
3. 晶闸管在导通情况下,只要有一定的正向阳极电压,不论门极电压如何,晶闸管保持导通,即晶闸管导通后,门极失去作用。门极只起触发作用。
4. 晶闸管在导通情况下,当主回路电压(或电流)减小到接近于零时,晶闸管关断。
=='''工作原理'''==
可控硅有三个极----阳极(A)、阴极(C)和控制极(G),管芯是P型导体和N型导体交迭组成的四层结构,共有三个PN 结,与只有一个PN结的硅整流二极管在结构上迥然不同。可控硅的四层结构和控制极的引入,为其发挥“以小控大”的优异控制特性奠定了基础。可控硅应用时,只要在控制极加上很小的电流或电压,就能控制很大的阳极电流或电压。 我们可以把从阴极向上数的第一、二、三层看面是一只NPN型号晶体管,而二、三、四层组成另一只PNP型晶体管。其中第二、第三层为两管交迭共用。
当在阳极和阴极之间加上一个正向电压E,又在控制极G和阴极C之间(相当BG2的基一射间)输入一个正的触发信号,BG2将产生基极电流Ib2,经放大,BG2将有一个放大了β2 倍的集电极电流IC2 。因为BG2集电极与BG1基极相连,IC2又是BG1 的基极电流Ib1 。BG1又把Ib1(Ib2)放大了β1的集电极电流IC1送回BG2的基极放大。如此循环放大,直到BG1、BG2完全导通。事实上这一过程是“一触即发”的,对可控硅来说,触发信号加到控制极,可控硅立即导通。导通的时间主要决定于可控硅的性能。
可控硅一经触发导通后,由于循环反馈的原因,流入BG2基极的电流已不只是初始的Ib2 ,而是经过BG1、BG2放大后的电流(β1*β2*Ib2),这一电流远大于Ib2,足以保持BG2的持续导通。此时触发信号即使消失,可控硅仍保持导通状态,只有断开电源E或降低E的输出电压,使BG1、BG2 的集电极电流小于维持导通的最小值时,可控硅方可关断。
当然,如果E极性反接,BG1、BG2受到反向电压作用将处于截止状态。这时,即使输入触发信号,可控硅也不能工作。反过来,E接成正向,而触动发信号是负的,可控硅也不能导通。另外,如果不加触发信号,而正向阳极电压大到超过一定值时,可控硅也会导通,但已属于非正常工作情况了。
可控硅这种通过触发信号(小触发电流)来控制导通(可控硅中通过大电流)的可控特性,正是它区别于普通硅整流二极管的重要特征。<ref>[http://www.elecfans.com/yuanqijian/kekonggui/20180126623948.html 可控硅工作原理及作用],电子发烧友网,2018年01月26日</ref>
=='''种类方式'''==
普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管(GTO)、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。
晶闸管按其引脚和极性可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。
晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管三种类型。其中,金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种;塑封晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种。
晶闸管按电流容量可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三种。通常,大功率晶闸管多采用金属壳封装,而中、小功率晶闸管则多采用塑封或陶瓷封装。
晶闸管按其关断速度可分为普通晶闸管和高频(快速)晶闸管。
==''' 工作原理主要参数'''== 为了正确选用晶闸管元件,必须要了解它的主要参数,一般在产品的目录上都给出了参数的平均值或极限值,产品合格证上标有元件的实测数据。 1、断态重复峰值电压UDRM 在控制极断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,其数值比正向转折电压小100V。 2、反向重复峰值电压URRM 在控制极断路时,可以重复加在晶闸管元件上的反向峰值电压,此电压数值规定比反向击穿电压小100V。 通常把UDRM与UDRM中较小的一个数值标作器件型号上的额定电压。由于瞬时过电压也会使晶闸管遭到破坏,因而在选用的时候,额定电压一个应该为正常工作峰值电压的2~3倍,作为安全系数。
在环境温度不大于40oC和标准散热即全导通的条件下, 晶闸管 为 元件可以连续通过的工频正弦 半 控型 波 电 力 流(在一个周期内)的平均值,称为额定通态平均 电 子器件 流IT , 它的工作条件如下:简称额定电流。
=='''选用'''==
2.选择晶闸管的主要参数:晶闸管的主要参数应根据应用电路的具体要求而定。
所选晶闸管应留有一定的功率裕量,其额定峰值电压和额定电流(通态平均电流)均应高于受控电路的最大工作电压和最大工作电流1.5~2倍。晶闸管的正向压降、门极触发电流及触发电压等参数应符合应用电路(指门极的控制电路)的各项要求,不能偏高或偏低,否则会影响晶闸管的正常工作。<ref>[https://tech.hqew.com/xinpin_831113 晶闸管的选用与代换及检测],华强电子网,2016-08-10</ref> =='''损坏原因'''== 1、过压击穿 可控硅不能承受电压而损坏,可控硅对过压的承受能力几乎没有时间的,即使在几毫秒的短时间内过压也会被击穿。过压击穿特征:芯片中有一个光洁的小孔。检查可控硅两端RC吸收回路是否有烧坏或失效的,即可避免干扰脉冲所引起的瞬间过压。 2、过流击穿 电流超过额定电流,并在可控硅芯片内部产生热效应,使芯片温度升高,失效且不能恢复。过流击穿特征:电子元器件表面有烧焦现象,痕迹特征是芯片出现坑洞。选择可控硅耐压2~3倍。 3、过热击穿