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可控硅整流器的工作原理、結(jié)構(gòu)

發(fā)布時(shí)間:2017-05-22

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發(fā)布人:未知

  襄陽(yáng)源創(chuàng)電氣有限公司小王告訴我們:可控硅整流器,是一種以晶閘管(電力電子功率器件)為基礎(chǔ),以智能數(shù)字控制電路為核心的電源功率控制電器。具有效率高、無(wú)機(jī)械噪聲和磨損、響應(yīng)速度快、體積小、重量輕等諸多優(yōu)點(diǎn)。
 
  晶閘管(Thyristor)是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱(chēng),又稱(chēng)作可控硅整流器(Silicon Controlled Rectifier——SCR),以前被簡(jiǎn)稱(chēng)為可控硅。由于其能承受的電壓和電流容量仍然是目前電力電子器件中高的,而且工作可靠,因此在大容量的應(yīng)用場(chǎng)合仍然具有比較重要的地位。
 
  自從20世紀(jì)50年代問(wèn)世以來(lái)已經(jīng)發(fā)展成了一個(gè)大的家族,它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、快速晶閘管,等等。今天大家使用的是單向晶閘管,也就是人們常說(shuō)的普通晶閘管,它是由四層半導(dǎo)體材料組成的,有三個(gè)PN結(jié),對(duì)外有三個(gè)電極〔圖2(a)〕:優(yōu)秀層P型半導(dǎo)體引出的電極叫陽(yáng)極A,第三層P型半導(dǎo)體引出的電極叫控制極G,第四層N型半導(dǎo)體引出的電極叫陰極K。從晶閘管的電路符號(hào)〔圖2(b)〕可以看到,它和二極管一樣是一種單方向?qū)щ姷钠骷P(guān)鍵是多了一個(gè)控制極G,這就使它具有與二極管完全不同的工作特性。
 
  可控硅整流器的工作原理
 
  可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件,共有三個(gè)PN結(jié),分析原理時(shí),可以把它看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成,其等效圖解如圖所示
 
  當(dāng)陽(yáng)極A加上正向電壓時(shí),BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)。此時(shí),如果從控制極G輸入一個(gè)正向觸發(fā)信號(hào),BG2便有基流ib2流過(guò),經(jīng)BG2放大,其集電極電流ic2=β2ib2。因?yàn)锽G2的集電極直接與BG1的基極相連,所以ib1=ic2。此時(shí),電流ic2再經(jīng)BG1放大,于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個(gè)電流又流回到BG2的基極,表成正反饋,使ib2不斷增大,如此正向饋循環(huán)的結(jié)果,兩個(gè)管子的電流劇增,可控硅使飽和導(dǎo)通。
 
  由于BG1和BG2所構(gòu)成的正反饋?zhàn)饔茫砸坏┛煽毓鑼?dǎo)通后,即使控制極G的電流消失了,可控硅仍然能夠維持導(dǎo)通狀態(tài),由于觸發(fā)信號(hào)只起觸發(fā)作用,沒(méi)有關(guān)斷功能,所以這種可控硅是不可關(guān)斷的。
 
  可控硅整流器的結(jié)構(gòu)
 
  ◆從外形上來(lái)看,可控硅整流器也主要有螺栓型和平板型兩種封裝結(jié)構(gòu) 。
 
  ◆引出陽(yáng)極A、陰極K和門(mén)極(控制端)G三個(gè)聯(lián)接端。
 
  ◆內(nèi)部是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
 
  可控硅整流器的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)
 
  a) 外形 b) 結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號(hào)
 
  可控硅整流器VS與小燈泡EL串聯(lián)起來(lái),通過(guò)開(kāi)關(guān)S接在直流電源上。注意陽(yáng)極A是接電源的正極,陰極K接電源的負(fù)極,控制極G通過(guò)按鈕開(kāi)關(guān)SB接在3V直流電源的正極(這里使用的是KP5型晶閘管,若采用KP1型,應(yīng)接在1.5V直流電源的正極)。晶閘管與電源的這種連接方式叫做正向連接,也就是說(shuō),給晶閘管陽(yáng)極和控制極所加的都是正向電壓。現(xiàn)在我們合上電源開(kāi)關(guān)S,小燈泡不亮,說(shuō)明晶閘管沒(méi)有導(dǎo)通;再按一下按鈕開(kāi)關(guān)SB,給控制極輸入一個(gè)觸發(fā)電壓,小燈泡亮了,說(shuō)明晶閘管導(dǎo)通了。這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)給了我們什么啟發(fā)呢?
 
  這個(gè)實(shí)驗(yàn)告訴我們,要使可控硅整流器導(dǎo)通,一是在它的陽(yáng)極A與陰極K之間外加正向電壓,二是在它的控制極G與陰極K之間輸入一個(gè)正向觸發(fā)電壓。晶閘管導(dǎo)通后,松開(kāi)按鈕開(kāi)關(guān),去掉觸發(fā)電壓,仍然維持導(dǎo)通狀態(tài)。
 
  可控硅整流器的特點(diǎn):是“一觸即發(fā)”。但是,如果陽(yáng)極或控制極外加的是反向電壓,晶閘管就不能導(dǎo)通。控制極的作用是通過(guò)外加正向觸發(fā)脈沖使晶閘管導(dǎo)通,卻不能使它關(guān)斷。那么,用什么方法才能使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷呢?使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷,可以斷開(kāi)陽(yáng)極電源(圖3中的開(kāi)關(guān)S)或使陽(yáng)極電流小于維持導(dǎo)通的小值(稱(chēng)為維持電流)。如果晶閘管陽(yáng)極和陰極之間外加的是交流電壓或脈動(dòng)直流電壓,那么,在電壓過(guò)零時(shí),晶閘管會(huì)自行關(guān)斷。
 
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