晶闸管综合知识

2022-02-01 11:07分类：电子元器件阅读：

　 可控硅综合应用能力　　
可控硅（Thyristor）是结晶闸流管的通称，又可称作可控硅整流器，之前被通称为晶闸管；1957年通用电气电气公司开发设计出全世界第一可控硅商品，并于1958年使其商业化的；可控硅是PNPN四层半导体材料构造，它有三个极：阳极氧化，负极和门极；可控硅工作中标准为：加顺向工作电压且门极有开启电流量；其继承元器件有：迅速可控硅，双向晶闸管，逆导可控硅，光控开关可控硅等。它是一种功率大的电源开关型半导体元器件，在控制电路选用字母符号为“V”、“VT”表明（旧规范选用英文字母“SCR”表明）。
　　可控硅具备硅整流器件的特点，能在高电压、大电流量情况下工作中，且其工作中全过程能够操纵、被普遍使用于控制整流器、沟通交流变压、无触点开关开关元件、逆变电源及变频式等电子线路中。
　　可控硅的类型
　　可控硅有多种多样分类方法。
　　（一）按关闭、通断及操纵方法归类
　　可控硅按其关闭、通断及操纵方法可分成一般可控硅、双向晶闸管、逆导可控硅、门极关闭可控硅（GTO）、BTG可控硅、温度控制可控硅和光控开关可控硅等多种多样。
　　（二）按脚位和旋光性归类
　　可控硅按其脚位和旋光性可分成二极可控硅、三极可控硅和四极可控硅。
　　（三）按封装类型归类
　　可控硅按其封装类型可分成金属封装可控硅、塑封膜可控硅和陶瓷封装可控硅三种种类。在其中，金属封装可控硅又分成地脚螺栓形、平板电脑形、圆壳形等多种多样；塑封膜可控硅又分成带散热器型和没有散热器型二种。
　　（四）按电流量容积归类
　　可控硅按电流量容积可分成功率大的可控硅、中输出功率可控硅和小输出功率可控硅三种。一般，功率大的可控硅多选用金属材料壳封裝，而中、小输出功率可控硅则多选用塑封膜或陶瓷封装。
　　（五）按关闭速率归类
　　可控硅按其关闭速率可分成一般可控硅和高频率（迅速）可控硅。
　　可控硅的原理
　　可控硅T在作业环节中，它的阳极氧化A和负极K与开关电源和负荷联接，构成可控硅的主电源电路，可控硅的门极G和负极K与操纵可控硅的设备联接，构成可控硅的控制回路。
　　可控硅的作业标准：
　　1. 可控硅承担反方向阳极氧化电流时，无论门极承担什么工作电压，可控硅都处在关闭情况。
　　2. 可控硅经受正方向阳极氧化电流时，仅在门极承担正方向电流的情形下可控硅才通断。
　　3. 可控硅在通断状况下，只需有一定的正方向阳极氧化工作电压，无论门极工作电压怎样，可控硅维持通断，即可控硅通断后，门极丧失功效。
　　4. 可控硅在通断状况下，当主控制回路工作电压（或电流量）减少到将近于零时，可控硅关闭。
　　从可控硅的内部结构研究运行全过程：
　　可控硅是四层三端元器件，它有J1、J2、J3三个PN结图1，能够把它里面的NP分为两一部分，组成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的钢丝网骨架图2
　　当可控硅经受正方向阳极氧化电流时，为使可控硅通断，务必使承担反方向工作电压的PN结J2丧失阻拦功效。图2中各个晶体三极管的发射极电流量与此同时便是另一个晶体三极管的基极电流量。因而，2个相互之间复合型的晶体三极管电源电路，当有充足的门吊电流量Ig注入时，便会产生明显的反馈调节，导致两晶体三极管饱和状态通断，晶体三极管饱和状态通断。
　　设PNP管和NPN管的发射极电流量相对应为Ic1和Ic2；发射极电流量相对应为Ia和Ik；电流量放大系数相对为a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，设穿过J2结的正相反走电电流量为Ic0,
　　可控硅的阳极氧化电流量相当于两管的发射极电流量和泄露电流的总数：
　　Ia=Ic1 Ic2 Ic0 或Ia=a1Ia a2Ik Ic0
　　若门极电流量为Ig,则可控硅负极电流量为Ik=Ia Ig
　　进而能够算出可控硅阳极氧化电流量为：I=(Ic0 Iga2)/（1-（a1 a2））（1—1）式
　　硅PNP管和硅NPN管对应的电流量放大系数a1和a2精密零部件发射极电流量的变化而大幅度转变如图所示3所显示。
　　当可控硅经受正方向阳极氧化工作电压，而门极未受工作电压的情形下，式（1—1）中，Ig=0,(a1 a2)不大，故可控硅的阳极氧化电流量Ia≈Ic0 晶闸关处在正方向阻隔情况。当可控硅在正方向阳极氧化工作电压下，从门极G注入电流量Ig,因为充足大的Ig流过NPN管的发射结，进而提升起始点流放大系数a2,造成非常大的极电级电流量Ic2穿过PNP管的发射结，并提升了PNP管的电流量放大系数a1,造成很大的极电级电流量Ic1流过NPN管的发射结。那样明显的稳态全过程快速开展。从图3，当a1和a2随发射极电流量提升而（a1 a2）≈1时，式（1—1）中的分母1-（a1 a2）≈0,因而提升了可控硅的阳极氧化电流量Ia.这时候，穿过可控硅的电流量彻底由主控制回路的工作电压和回路电阻决策。可控硅已处在正指导通情况。
　　式（1—1）中，在可控硅通断后，1-（a1 a2）≈0,即便这时门极电流量Ig=0,可控硅仍能维持以前的阳极氧化电流量Ia而再次通断。可控硅在通断后，门极已丧失功效。
　　在可控硅通断后，假如不停的减少电源电压或扩大回路电阻，使阳极氧化电流量Ia减少到维系电流量IH下列时，因为a1和a1快速降低，当1-（a1 a2）≈0时，可控硅修复阻隔情况。
　　可关闭可控硅GTO（Gate Turn-Off Thyristor）亦称自动门可控硅。其主要特点为，应门极加负性开启数据信号时可控硅能自己关闭。
　　前已述及，一般可控硅（SCR）靠门极正数据信号开启以后，撤除数据信号亦能保持通态。欲使之关闭，务必断开开关电源，使正方向电流量小于保持电流量IH，或施加逆向工作电压强近关闭。这就必须提升换相电源电路，不但使设施的体积重量扩大，并且会减低高效率，造成波型失帧和噪音。可关闭可控硅摆脱了以上缺点，它既保存了一般可控硅抗压高、电流量大等优势，以具备自关闭工作能力，方便使用，是满意的髙压、大电流量电源开关元器件。GTO的容积及使用期限均超出超大晶体三极管（GTR），仅仅工作中频纺比GTR低。现阶段，GTO已做到3000A、4500V的容积。功率大的可关闭可控硅已普遍用以换流器变速、变频式变速、变频电源等行业，表明出强劲的活力。
　　可关闭可控硅也归属于PNPN四层三端元器件，其构造及闭合电路和一般可控硅同样，因而图1仅绘制GTO典型性设备的外型及标记。功率大的GTO大多数做成控制模块方式。
　　虽然GTO与SCR的开启通断基本原理同样，但二者的关闭基本原理及关闭方法迥然不同。这也是因为一般可控硅在通断以后即外于深层饱和，而GTO在通断后只有做到临界值饱和状态，因此 GTO门极上加负向开启数据信号就可以关闭。GTO的一个关键主要参数便是关闭增益值，βoff，它相当于阳极氧化较大可关闭电流量IATM跟门极较大负向电流量IGM比例，有公式计算
　　βoff =IATM/IGM
　　βoff一般为好几倍至几十倍。βoff值愈大，表明门极电流量对阳极氧化电流量的控制力愈强。很显而易见，βoff与兴盛的hFE主要参数颇有共同之处。
　　下边分別详细介绍使用数字万用表判断GTO电级、查验GTO的开启工作能力和关闭工作能力、估算关闭增益值βoff的方式。
　　1．判断GTO的电级
　　将数字万用表拨至R×1档，精确测量任何两出脚间的电阻器，仅当黑电笔接G极，红直流电流表接K极时，电阻器呈低电阻值，对其他状况阻值均为无穷。从而可快速判断G、K极，剩余的便是A极。
　　2．查验开启工作能力
　　如图2(a)所显示，最先将表Ⅰ的黑电笔接A极，红直流电流表接K极，电阻器为无穷；随后用黑表笔头也与此同时触碰G极，再加上顺向开启数据信号，表杆往右边偏移到低电阻值即说明GTO早已通断；最终松掉G极，只需GTO保持通态，就表明被测管具备开启工作能力。
　　3．查验关闭工作能力
　　现选用双表法查验GTO的关闭工作能力，如图2(b)所显示，表Ⅰ的挡位及接线方法始终保持不会改变。将表Ⅱ拨于R×10档，红直流电流表接G极，黑电笔接K极，施加负向开启数据信号，假如表Ⅰ的表针往左边摆到无穷部位，证实GTO具备关闭工作能力。
　　4．估算关闭增益值βoff
　　开展到第三步时，先不连接表Ⅱ，记录下来在GTO通断时表Ⅰ的正面偏移格数n1；再接好表Ⅱ逼迫GTO关闭，记录下来表Ⅱ的正面偏移格数n2。最终依据载入电流量法按住式估计关闭增益值：
　　βoff=IATM/IGM≈IAT/IG＝K1n1/ K2n2
　　式中K1—表Ⅰ在R×1档的电流量比例系数；
　　K2—表Ⅱ在R×10档的电流量比例系数。
　　βoff≈10×n1/ n2
　　此式的特点是，不用详细测算IAT、IG之值，只需读取二者所相对应的表杆正方向偏移格数，就可以快速估算关闭增益值。
　　常见问题：
　　（1）在查验功率大的GTO元器件时，提议在R×1档外面串连一节1.5V充电电池E′，以增强检测工作电压和检测电流量，使GTO靠谱地导通。
　　（2）要精确精确测量GTO的关闭增益值βoff，务必有专用型检测设备。但在业余组情况下可以用以上办法开展估算。因为检测标准不一样，精确测量結果仅作参考，或做为相对来说较为的根据。
　　逆导可控硅RCT(Reverse-ConducTIng ThyrisTIr)亦称反指导通可控硅。其特性是在可控硅的正极与负极中间反方向串联一只二极管，使阳极氧化与负极的发射结均呈短路故障情况。因为这个独特电源电路构造，使之具备耐髙压、耐热、关闭时间较短、通态工作电压劣等优质特性。比如，逆导可控硅的关闭時间仅几微秒，输出功率达几十Hz，好于迅速可控硅（FSCR）。该元件主要用于开关电源电路、UPSups电源中，一只RCT就可以替代可控硅和续流二极管各一只，不但方便使用，并且能简单化电路原理。
　　逆导可控硅的标记、闭合电路如图所示1(a)、(b)所显示。其光电流特点见图2。由图显见，逆导可控硅的光电流特点具备不可逆性，正方向特点与一般可控硅SCR同样，而反方向特点与硅稳压管的正面特点同样（仅座标部位不一样）。
　　逆导可控硅的常见设备有英国无线通信企业（RCA）生产制造的S3900MF，其外观见图1(c)。它选用TO-220封裝，三个引出来端分别是门极G、阳极氧化A、负极K。S3900MF的技术参数以下：
　　断态反复最高值工作电压VDRM：＞750V
　　通态均匀电流量IT（AV）：5A
　　较大通态工作电压VT：3V（IT=30A）
　　较大反指导通工作电压VTR：＜0.8V
　　较大门极开启工作电压VGT:4V
　　较大门极开启电流量IGT:40mA
　　关闭時间toff:2.4μs
　　通态工作电压临界值上升幅度du/dt:120V/μs
　　通态浪涌电压ITSM:80A
　　运用数字万用表和兆欧表能够查验逆导可控硅的优劣。检测內容具体分三项：
　　1．查验逆导性
　　挑选数字万用表R×1档，黑电笔接K极，红直流电流表接A极（参照图3(a)），阻值应是5～10Ω。若电阻值为零，证实內部二极管短路故障；电阻器为无穷，表明二极管引路。
　　2．精确测量正方向直流电转折点工作电压V（BO）
　　依照（b）图接上电源电路，再按额定值转速比摇兆欧表，使RCT正方向穿透，由交流电压表中读取V（BO）值。
　　3．查验开启工作能力
　　案例：应用500型数字万用表和ZC25-3型兆欧表精确测量一只S3900MF型逆导可控硅。先后挑选R×1k、R×100、R×10和R×1档精确测量A-K极间反方向电阻器，与此同时用载入工作电压法求出得內部二极管的反指导通工作电压VTR（具体是二极管正方向工作电压VF）。再用兆欧表和数字万用表500VDC档测出V（BO）值。所有数据统计分析成表1。由此证明被测RCT品质优良。
　　常见问题：
　　（1）S3900MF的VTR＜0.8V，宜选R×1档精确测量。
　　（2）若再用获取电流量法求出ITR值，还能够制作反方向光电流特点。
　　①一般小输出功率可控硅不要加散热器，但应避开发烫元器件，如大功率电阻、功率大的三极管及其环形变压器等。针对功率大的可控硅，务必按指南申的规定改装热管散热及制冷标准，以保障管道工作中时的溫度不超过结温。
　　②可控硅在应用中出现超过和断路情况时，会引起过电流量将管道损坏。针对过电流量，一般可在直流电源中改装迅速熔断丝多方面维护。迅速熔断丝的融断時间非常短，一般熔断丝的额定电压用晶闸管额定值均值电流量的1.5倍来挑选。
　　③交流电在接入与断掉时，有可能在可控硅的通断或阻隔对发生过电压状况，将管道穿透。针对过压，可采取串联RC消化吸收电源电路的方式。由于电容器两边的电流无法基因突变，因此如果在可控硅的负极及阳极氧化间并取RC电路，就可以消弱开关电源一瞬间发生的过压，具有维护可控硅的功效。自然还可以选用氧化锌压敏电阻过电压保护元器件开展过电压保护。
　　晶闸管的运用常见问题
　　
　　采用晶闸管的额定电流时，应参照具体运行情况下的最高值电流的尺寸，并空出一定的容量。
　　1、采用晶闸管的额定电压时，除开考虑到根据部件的大概电流量外，还应留意一切正常运行时导通角的大小、排热自然通风标准等要素。在工作上还应留意列管式溫度不超过相对应电流量下的规定值。
　　2、应用晶闸管以前，应当用万能表检测晶闸管是不是优良。发觉有断路或短路情况时，应该马上拆换。
　　3、禁止用兆欧表（即接地摇表）查验部件的绝缘电阻状况。
　　4、电流量为5A之上的晶闸管得装热管散热器，而且保障所规范的制冷标准。为确保热管散热器与晶闸管管心触碰优良，他们中间该涂上一层析有机化学甲基硅油或散热膏，以帮于优良的排热。
　　5、按照规定对主线路中的晶闸管选用过电压及过载保护设备。
　　6、要避免晶闸管操纵极的正方向负载和反方向穿透。