晶閘管工作原理

1、晶閘管又叫可控硅。自從20世紀(jì)50年代問世以來已經(jīng)發(fā)展成了一個大的家族，它主要有單向晶閘管、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。從晶閘管的電路符號可以看到，它和二極管一樣是一種單方向?qū)щ姷钠骷?，關(guān)鍵是多了一個控制極G，這就使它具有與二極管完全不同的工作特性。晶閘管是可以處理耐高壓、大電流的大功率器件，隨著設(shè)計(jì)技術(shù)和制造技術(shù)的進(jìn)步，越來越大容量化 。 常見晶閘管外形基本結(jié)構(gòu)：晶閘管的外形如下圖所示，分為螺栓形和平板形兩種，螺栓形這種結(jié)構(gòu)更換元件很方便，用于100A以下的元件。平板形，這種結(jié)構(gòu)散熱效果比較好，用于200A以上的元件。 晶閘管是由四層半導(dǎo)體構(gòu)成的。圖右

2、所示為螺栓形晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它由單晶硅薄片P1、N1、P2、N2四層半導(dǎo)體材料疊成，形成三個PN結(jié)。圖 (b)和(c)所示分別為其示意圖和表示符號。 晶閘管的工作原理：在晶閘管的陽極與陰極之間加反向電壓時(shí)，有兩個PN結(jié)處于反向偏置，在陽極與陰極之間加正向電壓時(shí)，中間的那個PN結(jié)處于反向偏置，所以，晶閘管都不會到導(dǎo)通(稱為阻斷)。 A接電源正極K接電源負(fù)極(1)G不加電壓(UGK=0) 這時(shí)晶閘管相當(dāng)由三個PN結(jié)串接,其中一只反接, 因而不導(dǎo)通。(2) G加上適當(dāng)電壓(UGK>0)，則產(chǎn)生正反饋。晶閘管導(dǎo)通后，UAK(AK之間的壓降很小)。不管UGK存在與否,晶閘管仍將導(dǎo)通。外電路使晶閘

3、管的陽極電流IA小于某一數(shù)值時(shí)，就不能維持正反饋過程,晶閘管就會自行關(guān)斷。A接電源負(fù)極 K接電源正極這時(shí)電路J1,T2均承受反向電壓，無論控制極是否加正向觸發(fā)電壓，晶閘管均不導(dǎo)通，呈關(guān)斷狀態(tài)。綜上所述，在晶閘管的A-K之間加正向電壓，還需在G-K之間加適當(dāng)?shù)挠|發(fā)電壓，晶閘管就能導(dǎo)通。相似一個受控的二極管。伏安特性：晶閘管的陽極電壓與陽極電流的關(guān)系，稱為晶閘管的伏安特性，如圖所示。晶閘管的陽極與陰極間加上正向電壓時(shí)，在晶閘管控制極開路(Ig=0)情況下，開始元件中有很小的電流(稱為正向漏電流)流過，晶閘管陽極與陰極間表現(xiàn)出很大的電阻，處于截止?fàn)顟B(tài)(稱為正向阻斷狀態(tài))，簡稱斷態(tài)。當(dāng)陽極電壓上升到某

4、一數(shù)值時(shí)，晶閘管突然由阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)通狀態(tài)，簡稱通態(tài)。陽極這時(shí)的電壓稱為斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓(UDSM)，或稱正向轉(zhuǎn)折電壓(UBO)。 導(dǎo)通后，元件中流過較大的電流，其值主要由限流電阻(使用時(shí)由負(fù)載)決定。在減小陽極電源電壓或增加負(fù)載電阻時(shí)，陽極電流隨之減小，當(dāng)陽極電流小于維持電流IH時(shí)，晶閘管便從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)化為阻斷狀態(tài)。由圖可看出，當(dāng)晶閘管控制極流過正向電流Ig時(shí)，晶閘管的正向轉(zhuǎn)折電壓降低， Ig越大，轉(zhuǎn)折電壓越小，當(dāng)Ig足夠大時(shí)，晶閘管正向轉(zhuǎn)折電壓很小，一加上正向陽極電壓，晶閘管就導(dǎo)通。實(shí)際規(guī)定，當(dāng)晶閘管元件陽極與陰極之間加上6V直流電壓時(shí)，能使元件導(dǎo)通的控制極最小電流(電壓)稱為觸發(fā)電流

5、(電壓)。在晶閘管陽極與陰極間加上反向電壓時(shí)，開始晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)，只有很小的反向漏電流流過。當(dāng)反向電壓增大到某一數(shù)值時(shí)，反向漏電流急劇增大，這時(shí)，所對應(yīng)的電壓稱為反向不重復(fù)峰值電壓(URSM)，或稱反向轉(zhuǎn)折(擊穿)電壓(UBR)?？梢姡чl管的反向伏安特性與二極管反向特性類似。晶閘管的主要參數(shù)：為了正確選用晶閘管元件，必須要了解它的主要參數(shù)，一般在產(chǎn)品的目錄上都給出了參數(shù)的平均值或極限值，產(chǎn)品合格證上標(biāo)有元件的實(shí)測數(shù)據(jù)。(1)斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM在控制極斷路和晶閘管正向阻斷的條件下，可以重復(fù)加在晶閘管兩端的正向峰值電壓，其數(shù)值比正向轉(zhuǎn)折電壓小100V。(2)反向重復(fù)峰值電壓URRM

6、在控制極斷路時(shí)，可以重復(fù)加在晶閘管元件上的反向峰值電壓，此電壓數(shù)值規(guī)定比反向擊穿電壓小100V。通常把UDRM與UDRM中較小的一個數(shù)值標(biāo)作器件型號上的額定電壓。由于瞬時(shí)過電壓也會使晶閘管遭到破壞，因而在選用的時(shí)候，額定電壓一個應(yīng)該為正常工作峰值電壓的23輩，作為安全系數(shù)。(3)額定通態(tài)平均電流(額定正向平均電流)IT在環(huán)境溫度不大于40oC和標(biāo)準(zhǔn)散熱即全導(dǎo)通的條件下，晶閘管元件可以連續(xù)通過的工頻正弦半波電流(在一個周期內(nèi))的平均值，稱為額定通態(tài)平均電流IT，簡稱額定電流。額定通態(tài)平均電流(額定正向平均電流)IT 在環(huán)境溫度不大于40oC和標(biāo)準(zhǔn)散熱即全導(dǎo)通的條件下，晶閘管元件可以連續(xù)通過的工頻

7、正弦半波電流(在一個周期內(nèi))的平均值，稱為額定通態(tài)平均電流IT，簡稱額定電流。 其中，Ie為有效值(4)維持電流IH在規(guī)定的環(huán)境溫度和控制極斷路的條件下，維持元件繼續(xù)導(dǎo)通的最小電流稱為維持電流IH 。一般為幾十毫安一百多毫安，其數(shù)值與元件的溫度成反比，在120攝氏度時(shí)維持電流約為25攝氏度時(shí)的一般。當(dāng)晶閘管的正向電流小于這個電流時(shí)，晶閘管將自動關(guān)斷。晶閘管的型號及含義國產(chǎn)晶閘管的型號一般表示為元件的斷態(tài)重復(fù)峰值電壓元件的額定通態(tài)平均電流可控整流元件N型硅材料三個電極例如：3CT50/500表示額定通態(tài)平均電流為50A ，斷態(tài)重復(fù)峰值電壓為500V的晶閘管元件。有些部門頒布了晶閘管其他的命名方法

8、(如KP系列的晶閘管)。選用時(shí)一定要注意清楚了。(6)判別晶閘管的好壞制造廠通常已提供了許多有關(guān)晶閘管特性的各種資料數(shù)據(jù)或圖表，供使用者參考，但是，有時(shí)候仍然有自行測試的必要。下面僅介紹一種利用萬用表的歐姆檔來識別管腳和判別管子好壞的辦法。其測試方法可按表示進(jìn)行。一只良好的晶閘管，其陽極A與陰極K之間應(yīng)為高阻值，所以，當(dāng)萬用表試A -K間的電阻時(shí)，亦不論電表如何接都應(yīng)為高阻值。而G-K間的逆向電阻比順向電阻越大，表示晶閘管性能良好。1)單向可控硅的檢測。萬用表選電阻R*1擋，用紅、黑兩表筆分別測任意兩引腳間正反向電阻直至找出讀數(shù)為數(shù)十歐姆的一對引腳，此時(shí)黑表筆的引腳為控制極G，紅表筆的引腳為陰

9、極K，另一空腳為陽極A。此時(shí)將黑表筆接已判斷了的陽極A，紅表筆仍接陰極K。此時(shí)萬用表指針應(yīng)不動。用短線瞬間短接陽極A和控制極G，此時(shí)萬用表電阻擋指針應(yīng)向右偏轉(zhuǎn)，阻值讀數(shù)為10歐姆左右。如陽極A接黑表筆，陰極K接紅表筆時(shí)，萬用表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明該單向可控硅已擊穿損壞。2) 雙向可控硅的檢測。用萬用表電阻R*1擋，用紅、黑兩表筆分別測任意兩引腳間正反向電阻，結(jié)果其中兩組讀數(shù)為無窮大。若一組為數(shù)十歐姆時(shí)，該組紅、黑表所接的兩引腳為第一陽極A1和控制極G，另一空腳即為第二陽極A2。確定A1、G極后，再仔細(xì)測量A1、G極間正、反向電阻，讀數(shù)相對較小的那次測量的黑表筆所接的引腳為第一陽極A1，紅表筆所接

10、引腳為控制極G。將黑表筆接已確定的第二陽極A2，紅表筆接第一陽極A1，此時(shí)萬用表指針不應(yīng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，阻值為無窮大。再用短接線將A2、G極瞬間短接，給G極加上正向觸發(fā)電壓，A2、A1間阻值約10歐姆左右。隨后斷開A2、G間短接線，萬用表讀數(shù)應(yīng)保持10歐姆左右?；Q紅、黑表筆接線，紅表筆接第二陽極A2，黑表筆接第一陽極A1。同樣萬用表指針應(yīng)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，阻值為無窮大。用短接線將A2、G極間再次瞬間短接，給G極加上負(fù)的觸發(fā)電壓，A1、A2間的阻值也是10歐姆左右。隨后斷開A2、G極間短接線，萬用表讀數(shù)應(yīng)不變，保持在10歐姆左右。符合以上規(guī)律，說明被測雙向可控硅未損壞且三個引腳極性判斷正確。檢測較大功率可控硅時(shí)，需要在萬用表黑筆中串接一節(jié)1.5V干電池，以提高觸發(fā)電壓。(7)晶閘管(可控硅)的管腳判別晶閘管管腳的判別可用下述方法： 先用萬用表R*1K擋測量三腳之間的阻值，阻值小的兩腳分別為控制極和陰極，所剩的一腳為陽極。再將萬用表置于R*10K擋，用手指捏住陽極和另一腳，且不讓兩腳接觸，黑表筆接陽極，紅表筆接剩下的一腳，如表針向右擺動，說明紅表筆所接為陰極，不擺動則為控制極。