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1、晶閘管及其應(yīng)用晶閘管可控整流電路應(yīng)用舉例晶閘管(SiliconControlledRectifier)晶閘管是在晶體管基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種大功率半導(dǎo)體器件。它的出現(xiàn)使半導(dǎo)體器件由弱電領(lǐng)域擴(kuò)展到強(qiáng)電領(lǐng)域。晶閘管也像半導(dǎo)體二極管那樣具有單向?qū)щ娦裕膶?dǎo)通時(shí)間是可控的,主要用于整流、逆變、調(diào)壓及開(kāi)關(guān)等方面。體積小、重量輕、效率高、動(dòng)作迅速、維修簡(jiǎn)單、操作方便、壽命長(zhǎng)、容量大(正向平均電流達(dá)千安、正向耐壓達(dá)數(shù)千伏)。優(yōu)點(diǎn):G控制極基本結(jié)構(gòu)K陰極G陽(yáng)極AP1P2N1N2四層半導(dǎo)體晶閘管是具有三個(gè)PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu),其外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)如圖。(c)結(jié)構(gòu)KGA(b)符號(hào)(a)
2、外形晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)三個(gè)PN結(jié)P1P2N1N2KGA晶閘管相當(dāng)于PNP和NPN型兩個(gè)晶體管的組合+KAT2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGKT1T2工作原理A在極短時(shí)間內(nèi)使兩個(gè)三極管均飽和導(dǎo)通,此過(guò)程稱(chēng)觸發(fā)導(dǎo)通。形成正反饋過(guò)程KGEA>0、EG>0EGEA+_R晶閘管導(dǎo)通后,去掉EG,依靠正反饋,仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。工作原理GEA>0、EG>0KEA+_RT1T2EGA形成正反饋過(guò)程晶閘管導(dǎo)通的條件:1.晶閘管陽(yáng)極電路(陽(yáng)極與陰極之間)施加正向電壓。2.晶閘管控制電路(控制極與陰極之間)加正向電壓或正向脈沖(正向觸發(fā)電壓)。晶閘
3、管導(dǎo)通后,控制極便失去作用。依靠正反饋,晶閘管仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管關(guān)斷的條件:1.必須使可控硅陽(yáng)極電流減小,直到正反饋效應(yīng)不能維持。2.將陽(yáng)極電源斷開(kāi)或者在晶閘管的陽(yáng)極和陰極間加反相電壓。正向特性反向特性URRMUFRMIG2>IG1>IG0UBRIFUBO正向轉(zhuǎn)折電壓IHoUIIG0IG1IG2+_+_反向轉(zhuǎn)折電壓正向平均電流維持電流?U伏安特性(1)電壓定額斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM——斷態(tài)重復(fù)峰值電壓是在門(mén)極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí),允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。國(guó)標(biāo)規(guī)定重復(fù)頻率為50Hz,每次持續(xù)時(shí)間不超過(guò)10ms。規(guī)定斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM為斷態(tài)不
4、重復(fù)峰值電壓(即斷態(tài)最大瞬時(shí)電壓)UDSM的90%。斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓應(yīng)低于正向轉(zhuǎn)折電壓Ub0,所留余量大小由生產(chǎn)廠家自行規(guī)定。反向重復(fù)峰值電壓URRM——是在門(mén)極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí),允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。規(guī)定反向重復(fù)峰值電壓URRM為反向不重復(fù)峰值電壓(即反向最大瞬態(tài)電壓)URSM的90%。反向不重復(fù)峰值電壓應(yīng)低于反向擊穿電壓,所留余量大小由生產(chǎn)廠家自行規(guī)定。主要參數(shù)通態(tài)(峰值)電壓UTM——這是晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的值作為該器件的額定電壓。選用時(shí),額定電壓要留有一定裕量
5、,一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓的2~3倍。額定電壓UTN=(2~3)UTM(2)電流定額通態(tài)平均電流IT(AV)——國(guó)標(biāo)規(guī)定通態(tài)平均電流為晶閘管在環(huán)境溫度為40?C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下,穩(wěn)定結(jié)溫不超過(guò)額定結(jié)溫時(shí)所允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值。標(biāo)稱(chēng)其額定電流的參數(shù)。同電力二極管一樣,這個(gè)參數(shù)是按照正向電流造成的器件本身的通態(tài)損耗的發(fā)熱效應(yīng)來(lái)定義的。因此在使用時(shí),同樣應(yīng)該按照實(shí)際波形的電流與通態(tài)平均電流所造成的發(fā)熱效應(yīng)相等,即有效值相等的原則來(lái)選取晶閘管的此項(xiàng)電流定額,并應(yīng)留一定裕量。一般取其通態(tài)平均電流為按此原則所得計(jì)算結(jié)果的1.5—2倍
6、。維持電流IH——使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流,一般為幾十到幾百毫安,與結(jié)溫有關(guān)。結(jié)溫越高,則IH越小。擎住電流IL——晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào)后,能維持導(dǎo)通所需的最小電流。對(duì)同一晶閘管來(lái)說(shuō),通常IL約為IH的2~4倍。(3)動(dòng)態(tài)參數(shù)除了開(kāi)通時(shí)間tg和關(guān)斷時(shí)間tq外,還有:斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt這是指在額定結(jié)溫和門(mén)極開(kāi)路的情況下,不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率。如果在斷態(tài)的晶閘管兩端所施加的電壓具有正向的上升率,則在逐段狀態(tài)下相當(dāng)于一個(gè)電容的J2結(jié)會(huì)有充電電流流過(guò),稱(chēng)之為位移電流。此電流流經(jīng)J3結(jié)時(shí),起到類(lèi)似門(mén)極觸發(fā)電流的
7、作用。如電壓上升率過(guò)大,就會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通。通態(tài)電流臨界上升率di/dt這是指在規(guī)定條件下,晶閘管能承受而不導(dǎo)致?lián)p壞的最大通態(tài)電流上升率。如果電流上升太快,則晶閘管剛一開(kāi)通,便會(huì)有很大的電流集中在門(mén)極附近的小區(qū)域內(nèi),從而造成局部過(guò)熱而使晶閘管損壞。主要參數(shù)UDRM:正向重復(fù)峰值電壓(晶閘管耐壓值)晶閘管控制極開(kāi)路且正向阻斷情況下,允許重復(fù)加在晶閘管兩端的正向峰值電壓。一般取UDRM=80%UB0。普通晶閘管UDRM為100V—3000V反向重復(fù)峰值電壓控制極開(kāi)路時(shí),允許重復(fù)作用在晶閘管元件上的反向峰值電壓。一般取URRM=80%UBR普通晶閘管URRM為100V
8、—3000VURRM:正