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    晶閘管是晶體閘流管的簡稱,又可稱做可控硅整流器,以前被簡稱為可控硅;1957年美國通用電器公司開發(fā)出世界上晶閘管產(chǎn)品,并于1958年使其商業(yè)化;晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),它有三個:陽,陰和門;晶閘管工作條件為:加正向電壓且門有觸發(fā)電流;其派生器件有:快速晶閘管,雙向晶閘管,逆導(dǎo)晶閘管,光控晶閘管等。它是一種大功率開關(guān)型半導(dǎo)體器件,在電路中用文字符號為“V”、“VT”表示(舊標(biāo)準(zhǔn)中用字母“SCR”表示)。晶閘管具有硅整流器件的特性,能在高電壓、大電流條件下工作,且其工作過程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中
    晶閘管的伏安特性
    晶閘管陽極A與陰極K之間的電壓與晶閘管陽極電流之間關(guān)系稱為晶閘管伏安特性,如圖2所所示。正向特性位于象限,反向特性位于第三象限。
    (1) 反向特性
    當(dāng)門極G開路,陽極加上反向電壓時(見圖3),J2結(jié)正偏,但J1、J2結(jié)反偏。此時只能流過很小的反向飽和電流,當(dāng)電壓進一步提高到J1結(jié)的雪崩擊穿電壓后,同時J3結(jié)也擊穿,電流迅速增加,如圖2的特性曲線OR段開始彎曲,彎曲處的電壓URO稱為“反向轉(zhuǎn)折電壓”。此后,晶閘管會發(fā)生性反向擊穿。
    (2) 正向特性
    當(dāng)門極G開路,陽極A加上正向電壓時(見圖4),J1、J3結(jié)正偏,但J2結(jié)反偏,這與普通PN結(jié)的反向特性相似,也只能流過很小電流,這叫正向阻斷狀態(tài),當(dāng)電壓增加,如圖2的特性曲線OA段開始彎曲,彎曲處的電壓UBO稱為“正向轉(zhuǎn)折電壓”。
    由于電壓升高到J2結(jié)的雪崩擊穿電壓后,J2結(jié)發(fā)生雪崩倍增效應(yīng),在結(jié)區(qū)產(chǎn)生大量的電子和空穴,電子進入N1區(qū),空穴進入P2區(qū)。進入N1區(qū)的電子與由P1區(qū)通過J1結(jié)注入N1區(qū)的空穴復(fù)合。同樣,進入P2區(qū)的空穴與由N2區(qū)通過J3結(jié)注入P2區(qū)的電子復(fù)合,雪崩擊穿后,進入N1區(qū)的電子與進入P2區(qū)的空穴各自不能全部復(fù)合掉。這樣,在N1區(qū)就有電子積累,在P2區(qū)就有空穴積累,結(jié)果使P2區(qū)的電位升高,N1區(qū)的電位下降,J2結(jié)變成正偏,只要電流稍有增加,電壓便迅速下降,出現(xiàn)所謂負(fù)阻特性,見圖2中的虛線AB段。這時J1、J2、J3三個結(jié)均處于正偏,晶閘管便進入正向?qū)щ姞顟B(tài)——通態(tài),此時,它的特性與普通的PN結(jié)正向特性相似,如圖2的BC段。
    (3) 觸發(fā)導(dǎo)通
    在門極G上加入正向電壓時(如圖5所示),因J3正偏,P2區(qū)的空穴進入N2區(qū),N2區(qū)的電子進入P2區(qū),形成觸發(fā)電流IGT。在晶閘管的內(nèi)部正反饋作用(如圖2)的基礎(chǔ)上,加上IGT的作用,使晶閘管提前導(dǎo)通,導(dǎo)致圖2中的伏安特性O(shè)A段左移,IGT越大,特性左移越快。
    天津晶閘管
    晶閘管的主要參數(shù)
    (1)斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM
    門極開路,重復(fù)率為每秒50次,每次持續(xù)時間不大于10ms的斷態(tài)脈沖電壓,UDRM=90%UDSM,UDSM為斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓。UDSM應(yīng)比UBO小,所留的裕量由生產(chǎn)廠家決定。
    (2)反向重復(fù)峰值電壓URRM
    其定義同UDRM相似,URRM=90%URSM,URSM為反向不重復(fù)峰值電壓。
    (3)額定電壓
    選UDRM和URRM中較小的值作為額定電壓,選用時額定電壓應(yīng)為正常工作峰值電壓的2~3倍,應(yīng)能承受經(jīng)常出現(xiàn)的過電壓。
    天津晶閘管
    晶閘管的種類?
    1, 可關(guān)斷型晶閘管 KG
    普通型晶閘管,在控制極G加上正向觸發(fā)信號普通型晶閘管導(dǎo)通后,控制極G就失去作用,要使普通型晶閘管關(guān)斷,必須陽極A與陰極K的正向電壓為零或加上負(fù)電壓。而可關(guān)斷型晶閘管只要在控制極G加上足夠大且較寬的負(fù)向觸發(fā)電流,就可以使晶閘管有效關(guān)斷。
    用途:一般使用在斬波調(diào)速、變頻調(diào)速、逆變電源及直流控制電路中,如直流負(fù)載(繼電器線圈、電磁閥、電磁離合器、直流電機)的電源通斷、汽車點火器等。
    2, 雙向晶閘管 KS
    普通型晶閘管,如果在陽極A與陰極K的加上負(fù)向電壓,即使在控制極G加上正向觸發(fā)信號,普通型晶閘管也不會導(dǎo)通。而雙向晶閘管卻能夠?qū)āR闺p向晶閘管關(guān)斷,必須陽極A與陰極K的之間的電壓為零。
    用途:一般使用在交/直流控制電路中,如調(diào)壓器;逆變器;交/直流負(fù)載開關(guān)等。
    3, 逆導(dǎo)晶閘管KN(亦稱反向?qū)ňчl管)
    在某些應(yīng)用場合(如逆變器、斬波器等)要求晶閘管陽極A與陰極K端并接反向二極管,而逆導(dǎo)晶閘管正是基于這個要求,在一個硅片材料上,將晶閘管與反向二極管集成在了一起。因而逆導(dǎo)晶閘管具有正向?qū)煽亍⒎聪蜃匀粚?dǎo)通且可通過大電流的不可控;具有耐高壓、耐高溫;關(guān)斷時間短、通態(tài)電壓低等優(yōu)良性能等特點。
    用途:一般用于開關(guān)電源;UPS不間斷電源;高壓、大功率負(fù)載上。如軌道交通的電源。
    4, 快速晶閘管KK
    由于在某些應(yīng)用領(lǐng)域,要求晶閘管能夠快速響應(yīng)及通斷功能,而快速晶閘管是在普通晶閘管制作基礎(chǔ)上,改變了制作工藝,使得晶閘管在開通與關(guān)斷時間上大幅縮短,開通時間為8μs左右;關(guān)斷時間為50μs左右。主電路換向時間小于60ms,同時工作頻率也提升至幾千HZ。
    用途:常用于UPS不間斷電源;三相變頻電源;中頻電源;超聲波電源;逆變器、斬波器;快速開關(guān),脈寬調(diào)制器,多諧振蕩器等
    5,光控晶閘管
    光控晶閘管是既可利用光源激發(fā)導(dǎo)通;也可象普通晶閘管由控制極G觸發(fā)信號來導(dǎo)通的晶閘管,在結(jié)構(gòu)上有兩端(無控制極G)和三端之分。光控制是,其主電路與控制電路在電氣上完全絕緣。
    天津晶閘管
    晶閘管的工作過程
    晶閘管是四層三端器件,它有J1、J2、J3三個PN結(jié),可以把它中間的NP分成兩部分,構(gòu)成一個PNP型三極管和一個NPN型三極管的復(fù)合管。
    當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓時,為使晶閘管導(dǎo)通,必須使承受反向電壓的PN結(jié)J2失去阻擋作用。每個晶體管的集電極電流同時就是另一個晶體管的基極電流。因此是兩個互相復(fù)合的晶體管電路,當(dāng)有足夠的門極電流Ig流入時,就會形成強烈的正反饋,造成兩晶體管飽和導(dǎo)通。
    設(shè)PNP管和NPN管的集電極電流分別為IC1和IC2,發(fā)射極電流相應(yīng)為Ia和Ik,電流放大系數(shù)相應(yīng)為α1=IC1/Ia和α2=IC2/Ik,設(shè)流過J2結(jié)的反相漏電流為ICO,晶閘管的陽極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和:
    Ia=IC1+IC2+ICO
    =α1Ia+α2Ik+ICO (1)
    若門極電流為Ig,則晶閘管陰極電流為:Ik=Ia+Ig。
    硅PNP管和硅NPN管相應(yīng)的電流放大系數(shù)α1和α2隨其發(fā)射極電流的改變而急劇變化。當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓,而門極未接受電壓的情況下,式(1)中Ig=0,(α1+α2)很小,故晶閘管的陽極電流Ia≈ICO,晶閘管處于正向阻斷狀態(tài);當(dāng)晶閘管在正向門極電壓下,從門極G流入電流Ig,由于足夠大的Ig流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié),從而提高放大系數(shù)α2,產(chǎn)生足夠大的集電極電流IC2流過PNP管的發(fā)射結(jié),并提高了PNP管的電流放大系數(shù)α1,產(chǎn)生更大的集電極電流IC1流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié),這樣強烈的正反饋過程迅速進行。
    當(dāng)α1和α2隨發(fā)射極電流增加而使得(α1+α2)≈1時,式(1)中的分母1-(α1+α2)≈0,因此提高了晶閘管的陽極電流Ia。這時,流過晶閘管的電流完全由主回路的電壓和回路電阻決定,晶閘管已處于正向?qū)顟B(tài)。晶閘管導(dǎo)通后,式(1)中1-(α1+α2)≈0,即使此時門極電流Ig=0,晶閘管仍能保持原來的陽極電流Ia而繼續(xù)導(dǎo)通,門極已失去作用。在晶閘管導(dǎo)通后,如果不斷地減小電源電壓或回路電阻,使陽極電流Ia減小到維持電流IH以下時,由于α1和α2迅速下降,晶閘管恢復(fù)到阻斷狀態(tài)。
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