晶闸管归纳常识

晶闸管归纳常识　　
晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，曾经被简称为可控硅；1957年美国通用电器公司开发出世界上榜首晶闸管产品，并于1958年使其商业化；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极；晶闸管作业条件为：加正向电压且门极有触发电流；其派生器材有：快速晶闸管，双向晶闸管，逆导晶闸管，光控晶闸管等。它是一种大功率开关型半导体器材，在电路顶用文字符号为“V”、“VT”标明（旧规范顶用字母“SCR”标明）。
　　晶闸管具有硅整流器材的特性，能在高电压、大电流条件下作业，且其作业进程能够操控、被广泛应用于可控整流、沟通调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
　　晶闸管的品种
　　晶闸管有多种分类办法。
　　（一）按关断、导通及操控办法分类
　　晶闸管按其关断、导通及操控办法可分为一般晶闸管、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。
　　（二）按引脚和极性分类
　　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。
　　（三）按封装办法分类
　　晶闸管按其封装办法可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管三品种型。其间，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。
　　（四）按电流容量分类
　　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。一般，大功率晶闸管多选用金属壳封装，而中、小功率晶闸管则多选用塑封或陶瓷封装。
　　（五）按关断速度分类
　　晶闸管按其关断速度可分为一般晶闸管和高频（快速）晶闸管。
　　晶闸管的作业原理
　　晶闸管T在作业进程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载衔接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与操控晶闸管的设备衔接，组成晶闸管的操控电路。
　　晶闸管的作业条件：
　　1. 晶闸管接受反向阳极电压时，不管门极接受何种电压，晶闸管都处于关断状况。
　　2. 晶闸管接受正向阳极电压时，仅在门极接受正向电压的状况下晶闸管才导通。
　　3. 晶闸管在导通状况下，只需有必定的正向阳极电压，不管门极电压怎么，晶闸管坚持导通，即晶闸管导通后，门极失掉效果。
　　4. 晶闸管在导通状况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。
　　从晶闸管的内部剖析作业进程：
　　晶闸管是四层三端器材，它有J1、J2、J3三个PN结图1，能够把它中心的NP分红两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管图2
　　当晶闸管接受正向阳极电压时，为使晶闸管导通，有必要使接受反向电压的PN结J2失掉阻挠效果。图2中每个晶体管的集电极电流一起便是另一个晶体管的基极电流。因而，两个相互复合的晶体管电路，当有满足的门机电流Ig流入时，就会构成激烈的正反馈，形成两晶体管饱满导通，晶体管饱满导通。
　　设PNP管和NPN管的集电极电流相应为Ic1和Ic2；发射极电流相应为Ia和Ik；电流放大系数相应为a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，设流过J2结的反相漏电电流为Ic0,
　　晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：
　　Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0
　　若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为Ik=Ia+Ig
　　然后能够得出晶闸管阳极电流为：I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2））（1—1）式
　　硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a1和a2随其发射极电流的改动而急剧改变如图3所示。
　　当晶闸管接受正向阳极电压，而门极未受电压的状况下，式（1—1）中，Ig=0,(a1+a2)很小，故晶闸管的阳极电流Ia≈Ic0 晶闸关处于正向阻断状况。当晶闸管在正向阳极电压下，从门极G流入电流Ig,由于满足大的Ig流经NPN管的发射结，然后进步起点流放大系数a2,发作满足大的极电极电流Ic2流过PNP管的发射结，并进步了PNP管的电流放大系数a1,发作更大的极电极电流Ic1流经NPN管的发射结。这样激烈的正反馈进程敏捷进行。从图3，当a1和a2随发射极电流添加而（a1+a2）≈1时，式（1—1）中的分母1-（a1+a2）≈0,因而进步了晶闸管的阳极电流Ia.这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决议。晶闸管已处于正导游通状况。
　　式（1—1）中，在晶闸管导通后，1-（a1+a2）≈0,即便此刻门极电流Ig=0,晶闸管仍能坚持本来的阳极电流Ia而持续导通。晶闸管在导通后，门极已失掉效果。
　　在晶闸管导通后，假如不断的减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流Ia减小到坚持电流IH以下时，由于a1和a1敏捷下降，当1-（a1+a2）≈0时，晶闸管康复阻断状况。
　　可关断晶闸管GTO（Gate Turn-Off Thyristor）亦称门控晶闸管。其首要特色为，当门极加负向触发信号时晶闸管能自行关断。
　　前已述及，一般晶闸管（SCR）靠门极正信号触发之后，撤掉信号亦能坚持通态。欲使之关断，有必要堵截电源，使正向电流低于坚持电流IH，或施以反向电压强近关断。这就需求添加换向电路，不只使设备的体积分量增大，而且会下降功率，发作波形失真和噪声。可关断晶闸管克服了上述缺点，它既保留了一般晶闸管耐压高、电流大等长处，以具有自关断才能，运用方便，是抱负的高压、大电流开关器材。GTO的容量及运用寿命均逾越巨型晶体管（GTR），仅仅作业频纺比GTR低。现在，GTO已到达3000A、4500V的容量。大功率可关断晶闸管已广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等范畴，显示出强壮的生命力。
　　可关断晶闸管也归于PNPN四层三端器材，其结构及等效电路和一般晶闸管相同，因而图1仅绘出GTO典型产品的外形及符号。大功率GTO大都制成模块办法。
　　虽然GTO与SCR的触发导通原理相同，但二者的关断原理及关断办法天壤之别。这是由于一般晶闸管在导通之后即外于深度饱满状况，而GTO在导通后只能到达临界饱满，所以GTO门极上加负向触发信号即可关断。GTO的一个重要参数便是关断增益，βoff，它等于阳极最大可关断电流IATM与门极最大负向电流IGM之比，有公式
　　βoff =IATM/IGM
　　βoff一般为几倍至几十倍。βoff值愈大，阐明门极电流对阳极电流的操控才能愈强。很显然，βoff与兴盛 的hFE参数颇有相似之处。
　　下面别离介绍运用万用表断定GTO电极、查看GTO的触发才能和关断才能、估测关断增益βoff的办法。
　　1．断定GTO的电极
　　将万用表拨至R×1档，丈量恣意两脚间的电阻，仅当黑表笔接G极，红表笔接K极时，电阻呈低阻值，对其它状况电阻值均为无穷大。由此可敏捷断定G、K极，剩余的便是A极。
　　2．查看触发才能
　　如图2(a)所示，首先将表Ⅰ的黑表笔接A极，红表笔接K极，电阻为无穷大；然后用黑表笔尖也一起触摸G极，加上正向触发信号，表针向右偏转到低阻值即标明GTO现已导通；最终脱开G极，只需GTO坚持通态，就阐明被测管具有触发才能。
　　3．查看关断才能
　　现选用双表法查看GTO的关断才能，如图2(b)所示，表Ⅰ的档位及接法坚持不变。将表Ⅱ拨于R×10档，红表笔接G极，黑表笔接K极，施以负向触发信号，假如表Ⅰ的指针向左摆到无穷大方位，证明GTO具有关断才能。
　　4．估测关断增益βoff
　　进行到第3步时，先不接入表Ⅱ，记下在GTO导通时表Ⅰ的正向偏转格数n1；再接上表Ⅱ逼迫GTO关断，记下表Ⅱ的正向偏转格数n2。最终根据读取电流法按下式预算关断增益：
　　βoff=IATM/IGM≈IAT/IG＝K1n1/ K2n2
　　式中K1—表Ⅰ在R×1档的电流份额系数；
　　K2—表Ⅱ在R×10档的电流份额系数。
　　βoff≈10×n1/ n2
　　此式的长处是，不需求详细核算IAT、IG之值，只需读出二者所对应的表针正向偏转格数，即可敏捷估测关断增益值。
　　留意事项：
　　（1）在查看大功率GTO器材时，主张在R×1档外边串联一节1.5V电池E′，以进步测验电压和测验电流，使GTO可靠地导通。
　　（2）要精确丈量GTO的关断增益βoff，有必要有专用测验设备。但在业余条件下可用上述办法进行估测。由于测验条件不同，丈量成果仅供参阅，或作为相对比较的根据。
　　逆导晶闸管RCT(Reverse-ConducTIng ThyrisTIr)亦称反导游通晶闸管。其特色是在晶闸管的阳极与阴极之间反向并联一只二极管，使阳极与阴极的发射结均呈短路状况。由于这种特别电路结构，使之具有耐高压、耐高温、关断时刻短、通态电压低一级优秀功能。例如，逆导晶闸管的关断时刻仅几微秒，作业频率达几十千赫，优于快速晶闸管（FSCR）。该器材适用于开关电源、UPS不间断电源中，一只RCT即可替代晶闸管和续流二极管各一只，不只运用方便，而且能简化电路设计。
　　逆导晶闸管的符号、等效电路如图1(a)、(b)所示。其伏安特性见图2。由图显见，逆导晶闸管的伏安特性具有不对称性，正向特性与一般晶闸管SCR相同，而反向特性与硅整流管的正向特性相同（仅坐标方位不同）。
　　逆导晶闸管的典型产品有美国无线电公司（RCA）出产的S3900MF，其外形见图1(c)。它选用TO-220封装，三个引出端别离是门极G、阳极A、阴极K。S3900MF的首要参数如下：
　　断态重复峰值电压VDRM：＞750V
　　通态均匀电流IT（AV）：5A
　　最大通态电压VT：3V（IT=30A）
　　最大反导游通电压VTR：＜0.8V
　　最大门极触发电压VGT:4V
　　最大门极触发电流IGT:40mA
　　关断时刻toff:2.4μs
　　通态电压临界上升率du/dt:120V/μs
　　通态浪涌电流ITSM:80A
　　运用万用表和兆欧表能够查看逆导晶闸管的好坏。测验内容首要分三项：
　　1．查看逆导性
　　挑选万用表R×1档，黑表笔接K极，红表笔接A极（参见图3(a)），电阻值应为5～10Ω。若阻值为零，证明内部二极管短路；电阻为无穷大，阐明二极管开路。
　　2．丈量正向直流转机电压V（BO）
　　依照（b）图接好电路，再按额外转速摇兆欧表，使RCT正向击穿，由直流电压表上读出V（BO）值。
　　3．查看触发才能
　　实例：运用500型万用表和ZC25-3型兆欧表丈量一只S3900MF型逆导晶闸管。顺次挑选R×1k、R×100、R×10和R×1档丈量A-K极间反向电阻，一起用读取电压法求出出内部二极管的反导游通电压VTR（实践是二极管正向电压VF）。再用兆欧表和万用表500VDC档测得V（BO）值。悉数数据整理成表1。由此证明被测RCT质量杰出。
　　留意事项：
　　（1）S3900MF的VTR＜0.8V，宜选R×1档丈量。
　　（2）若再用读取电流法求出ITR值，还能够制作反向伏安特性。
　　①一般小功率晶闸管不需加散热片，但应远离发热元件，如大功率电阻、大功率三极管以及电源变压器等。关于大功率晶闸管，有必要按手册申的要求加装散热设备及冷却条件，以确保管子作业时的温度不逾越结温。
　　②晶闸管在运用中发作逾越和短路现象时，会引发过电流将管子焚毁。关于过电流，一般可在沟通电源中加装快速保险丝加以维护。快速保险丝的熔断时刻极短，一般保险丝的额外电流用晶闸管额外均匀电流的1.5倍来挑选。
　　③沟通电源在接通与断开时，有可能在晶闸管的导通或阻断对呈现过压现象，将管子击穿。关于过电压，可选用并联RC吸收电路的办法。由于电容两头的电压不能骤变，所以只需在晶闸管的阴极及阳极间并取RC电路，就能够削弱电源瞬间呈现的过电压，起到维护晶闸管的效果。当然也能够选用压敏电阻过压维护元件进行过压维护。
　　可控硅的运用留意事项
　　
　　选用可控硅的额外电压时，应参阅实践作业条件下的峰值电压的巨细，并留出必定的余量。
　　1、选用可控硅的额外电流时，除了考虑经过元件的均匀电流外，还应留意正常作业时导通角的巨细、散热通风条件等要素。在作业中还应留意管壳温度不逾越相应电流下的答应值。
　　2、运用可控硅之前，应该用万用表查看可控硅是否杰出。发现有短路或断路现象时，应立即替换。
　　3、严禁用兆欧表（即摇表）查看元件的绝缘状况。
　　4、电流为5A以上的可控硅要装散热器，而且确保所规则的冷却条件。为确保散热器与可控硅管心触摸杰出，它们之间应涂上一薄层有机硅油或硅脂，以帮于杰出的散热。
　　5、按规则对主电路中的可控硅选用过压及过流维护设备。
　　6、要避免可控硅操控极的正向过载和反向击穿。