晶閘管

晶閘管的寫法

晶閘管介紹

晶閘管（Thyristor）是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱，又可稱做可控硅整流器，以前被簡(jiǎn)稱為可控硅；1957年美國(guó)通用電器公司開發(fā)出世界上款晶閘管產(chǎn)品，并于1958年將其商業(yè)化；晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它有三個(gè)極：陽極，陰極和門極;晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點(diǎn)電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。

種類

晶閘管有多種分類方法。

（一）按關(guān)斷、導(dǎo)通及控制方式分類

晶閘管按其關(guān)斷、導(dǎo)通及控制方式可分為普通晶閘管、雙向晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、門極關(guān)斷晶閘管（GTO）、BTG晶閘管、溫控晶閘管和光控晶閘管等多種。

（二）按引腳和極性分類

晶閘管按其引腳和極性可分為二極晶閘管、三極晶閘管和四極晶閘管。

（三）按封裝形式分類

晶閘管按其封裝形式可分為金屬封裝晶閘管、塑封晶閘管和陶瓷封裝晶閘管三種類型。其中，金屬封裝晶閘管又分為螺栓形、平板形、圓殼形等多種；塑封晶閘管又分為帶散熱片型和不帶散熱片型兩種。

（四）按電流容量分類

晶閘管按電流容量可分為大功率晶閘管、中功率晶閘管和小功率晶閘管三種。通常，大功率晶閘管多采用金屬殼封裝，而中、小功率晶閘管則多采用塑封或陶瓷封裝。

（五）按關(guān)斷速度分類

晶閘管按其關(guān)斷速度可分為普通晶閘管和高頻（快速）晶閘管。

和可控硅的區(qū)別

晶閘管(THYRISTOR)又名可控硅,屬于功率器件領(lǐng)域,是一種功率半導(dǎo)體開關(guān)元件,可控硅是其簡(jiǎn)稱,按其工作特性,可控硅可分為單向可控硅(SCR)、雙向可控硅(TRIAC).

可控硅也稱作晶閘管,它是由PNPN四層半導(dǎo)體構(gòu)成的元件,有三個(gè)電極、陽極A、陰極K和控制極G.

可控硅在電路中能夠?qū)崿F(xiàn)交流電的無觸點(diǎn)控制,以小電流控制大電流,并且不象繼電器那樣控制時(shí)有火花產(chǎn)生,而且動(dòng)作快、壽命長(zhǎng)、可靠性好.在調(diào)速、調(diào)光、調(diào)壓、調(diào)溫以及其他各種控制電路中都有它的身影.

可控硅分為單向的和雙向的,符號(hào)也不同.單向可控硅有三個(gè)PN結(jié),由最外層的P極和N極引出兩個(gè)電極,分別稱為陽極和陰極,由中間的P極引出一個(gè)控制極.

單向可控硅有其獨(dú)特的特性:當(dāng)陽極接反向電壓,或者陽極接正向電壓但控制極不加電壓時(shí),它都不導(dǎo)通,而陽極和控制極同時(shí)接正向電壓時(shí),它就會(huì)變成導(dǎo)通狀態(tài).一旦導(dǎo)通,控制電壓便失去了對(duì)它的控制作用,不論有沒有控制電壓,也不論控制電壓的極性如何,將一直處于導(dǎo)通狀態(tài).要想關(guān)斷,只有把陽極電壓降低到某一臨界值或者反向.

雙向可控硅的引腳多數(shù)是按T1、T2、G的順序從左至右排列(電極引腳向下,面對(duì)有字符的一面時(shí)).加在控制極G上的觸發(fā)脈沖的大小或時(shí)間改變時(shí),就能改變其導(dǎo)通電流的大小.

與單向可控硅的區(qū)別是,雙向可控硅G極上觸發(fā)脈沖的極性改變時(shí),其導(dǎo)通方向就隨著極性的變化而改變,從而能夠控制交流電負(fù)載.而單向可控硅經(jīng)觸發(fā)后只能從陽極向陰極單方向?qū)?所以可控硅有單雙向之分.

電子制作中常用可控硅,單向的有MCR-100等,雙向的有TLC336等

雙向可控硅

按象限來分,又分為四象三端雙向可控硅、三象限雙向可控硅;

按封裝分:分為一般半塑封裝,外絕緣式全塑封裝;

按觸發(fā)電流來分:分為微觸型、高靈敏度型、標(biāo)準(zhǔn)觸發(fā)型;

按電壓分:常規(guī)電壓品種、高壓品種.

可控硅產(chǎn)品由于它在電路應(yīng)用中的效率高、控制特性好、壽命長(zhǎng)、體積小、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),自上個(gè)世紀(jì)六十長(zhǎng)代以來,獲得了迅猛發(fā)展,并已形成了一門獨(dú)立的學(xué)科.“晶閘管交流技術(shù)”.

可控硅發(fā)展到今天,在工藝上已經(jīng)非常成熟,品質(zhì)更好,成品率大幅提高,并向高壓大電流發(fā)展.

可控硅在應(yīng)用電路中的作用體現(xiàn)在:

可控整流:如同二極管整流一樣,將交流整流為直流,并且在交流電壓不變的情況下,有效地控制直流輸出電壓的大小即可控整流,實(shí)現(xiàn)交流→可變直流之轉(zhuǎn)變;

無觸點(diǎn)功率靜態(tài)開關(guān)(固態(tài)開關(guān)):作為功率開關(guān)元件,可控硅可以代替接觸器、繼電器用于開關(guān)頻率很高的場(chǎng)合.

因此可控硅元件被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和電子產(chǎn)品的電路中,多作可控整流、逆變、變頻、調(diào)壓、無觸點(diǎn)開關(guān)等用途.家用電器中的調(diào)光燈、調(diào)速風(fēng)扇、冷暖空調(diào)器、熱水器、電視、冰箱、洗衣機(jī)、照相機(jī)、音響組合、聲控電路、定時(shí)控制器、感應(yīng)燈、圣誕燈控制器、自動(dòng)門電路、以及玩具裝置、電動(dòng)工具產(chǎn)品、無線電遙控電路、攝像機(jī)等工業(yè)控制領(lǐng)域等都大量使用了可控硅器件.

在這些應(yīng)用電路中,可控硅元件多用來作可控整流、逆變、變頻、調(diào)壓、無觸點(diǎn)開關(guān)

如何保護(hù)

晶閘管在工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，隨著行業(yè)的應(yīng)用范圍增大。晶閘管的功能也越來越全面。但是有時(shí)候，晶閘管在使用過程中會(huì)造成一些傷害。為了保證晶閘管的壽命，我們?cè)撊绾胃玫貐^(qū)保護(hù)晶閘管呢？

在使用過程中，晶閘管對(duì)過電壓是很敏感的。過電流同樣對(duì)晶閘管有極大的損壞作用。西安瑞新公司給大家介紹晶閘管的保護(hù)方法，具體如下：

1、過電壓保護(hù)

晶閘管對(duì)過電壓很敏感，當(dāng)正向電壓超過其斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM一定值時(shí)晶閘管就會(huì)誤導(dǎo)通，引發(fā)電路故障；當(dāng)外加反向電壓超過其反向重復(fù)峰值電壓URRM一定值時(shí)，晶閘管就會(huì)立即損壞。因此，必須研究過電壓的產(chǎn)生原因及抑制過電壓的方法。

過電壓產(chǎn)生的原因主要是供給的電功率或系統(tǒng)的儲(chǔ)能發(fā)生了激烈的變化，使得系統(tǒng)來不及轉(zhuǎn)換，或者系統(tǒng)中原來積聚的電磁能量來不及消散而造成的。主要發(fā)現(xiàn)為雷擊等外來沖擊引起的過電壓和開關(guān)的開閉引起的沖擊電壓兩種類型。由雷擊或高壓斷路器動(dòng)作等產(chǎn)生的過電壓是幾微秒至幾毫秒的電壓尖峰，對(duì)晶閘管是很危險(xiǎn)的。由開關(guān)的開閉引起的沖擊電壓又分為如下幾類：

（1）交流電源接通、斷開產(chǎn)生的過電壓

例如，交流開關(guān)的開閉、交流側(cè)熔斷器的熔斷等引起的過電壓，這些過電壓由于變壓器繞組的分布電容、漏抗造成的諧振回路、電容分壓等使過電壓數(shù)值為正常值的2至10多倍。一般地，開閉速度越快過電壓越高，在空載情況下斷開回路將會(huì)有更高的過電壓。

（2）直流側(cè)產(chǎn)生的過電壓

如切斷回路的電感較大或者切斷時(shí)的電流值較大，都會(huì)產(chǎn)生比較大的過電壓。這種情況常出現(xiàn)于切除負(fù)載、正在導(dǎo)通的晶閘管開路或是快速熔斷器熔體燒斷等原因引起電流突變等場(chǎng)合。

（3）換相沖擊電壓

包括換相過電壓和換相振蕩過電壓。換相過電壓是由于晶閘管的電流降為0時(shí)器件內(nèi)部各結(jié)層殘存載流子復(fù)合所產(chǎn)生的，所以又叫載流子積蓄效應(yīng)引起的過電壓。換相過電壓之后，出現(xiàn)換相振蕩過電壓，它是由于電感、電容形成共振產(chǎn)生的振蕩電壓，其值與換相結(jié)束后的反向電壓有關(guān)。反向電壓越高，換相振蕩過電壓也越大。

針對(duì)形成過電壓的不同原因，可以采取不同的抑制方法，如減少過電壓源，并使過電壓幅值衰減；抑制過電壓能量上升的速率，延緩已產(chǎn)生能量的消散速度，增加其消散的途徑；采用電子線路進(jìn)行保護(hù)等。目前最常用的是在回路中接入吸收能量的元件，使能量得以消散，常稱之為吸收回路或緩沖電路。

（4）阻容吸收回路

通常過電壓均具有較高的頻率，因此常用電容作為吸收元件，為防止振蕩，常加阻尼電阻，構(gòu)成阻容吸收回路。阻容吸收回路可接在電路的交流側(cè)、直流側(cè)，或并接在晶閘管的陽極與陰極之間。吸收電路選用無感電容，接線應(yīng)盡量短。

（5）由硒堆及壓敏電阻等非線性元件組成吸收回路

上述阻容吸收回路的時(shí)間常數(shù)RC是固定的，有時(shí)對(duì)時(shí)間短、峰值高、能量大的過電壓來不及放電，抑制過電壓的效果較差。因此，一般在變流裝置的進(jìn)出線端還并有硒堆或壓敏電阻等非線性元件。硒堆的特點(diǎn)是其動(dòng)作電壓與溫度有關(guān)，溫度越低耐壓越高；另外是硒堆具有自恢復(fù)特性，能多次使用，當(dāng)過電壓動(dòng)作后硒基片上的灼傷孔被溶化的硒重新覆蓋，又重新恢復(fù)其工作特性。壓敏電阻是以氧化鋅為基體的金屬氧化物非線性電阻，其結(jié)構(gòu)為兩個(gè)電極，電極之間填充的粒徑為10~50μm的不規(guī)則的ZNO微結(jié)晶，結(jié)晶粒間是厚約1μm的氧化鉍粒界層。這個(gè)粒界層在正常電壓下呈高阻狀態(tài)，只有很小的漏電流，其值小于100μA。當(dāng)加上電壓時(shí)，引起了電子雪崩，粒界層迅速變成低阻抗，電流迅速增加，泄漏了能量，抑制了過電壓，從而使晶閘管得到保護(hù)。浪涌過后，粒界層又恢復(fù)為高阻態(tài)。壓敏電阻的特性主要由下面幾個(gè)參數(shù)來表示。

標(biāo)稱電壓：指壓敏電阻流過1mA直流電流時(shí)，其兩端的電壓值。

通流容量：是用前沿8微秒、波寬20微秒的波形沖擊電流，每隔5分鐘沖擊1次，共沖擊10次，標(biāo)稱電壓變化在-10[%]以內(nèi)的沖擊電流值來表示。

因?yàn)檎５膲好綦娮枇＝鐚又挥幸欢ù笮〉姆烹娙萘亢头烹姶螖?shù)，標(biāo)稱電壓值不僅會(huì)隨著放電次數(shù)增多而下降，而且也隨著放電電流幅值的增大而下降，當(dāng)大到某一電流時(shí)，標(biāo)稱電壓下降到0，壓敏電阻出現(xiàn)穿孔，甚至炸裂；因此必須限定通流容量。

漏電流：指加一半標(biāo)稱直流電壓時(shí)測(cè)得的流過壓敏電阻的電流。

由于壓敏電阻的通流容量大，殘壓低，抑制過電壓能力強(qiáng)；平時(shí)漏電流小，放電后不會(huì)有續(xù)流，元件的標(biāo)稱電壓等級(jí)多，便于用戶選擇；伏安特性是對(duì)稱的，可用于交、直流或正負(fù)浪涌；因此用途較廣。

2、過電流保護(hù)

由于半導(dǎo)體器件體積小、熱容量小，特別像晶閘管這類高電壓大電流的功率器件，結(jié)溫必須受到嚴(yán)格的控制，否則將遭至徹底損壞。當(dāng)晶閘管中流過大于額定值的電流時(shí)，熱量來不及散發(fā)，使得結(jié)溫迅速升高，最終將導(dǎo)致結(jié)層被燒壞。

產(chǎn)生過電流的原因是多種多樣的，例如，變流裝置本身晶閘管損壞，觸發(fā)電路發(fā)生故障，控制系統(tǒng)發(fā)生故障等，以及交流電源電壓過高、過低或缺相，負(fù)載過載或短路，相鄰設(shè)備故障影響等。

晶閘管過電流保護(hù)方法最常用的是快速熔斷器。由于普通熔斷器的熔斷特性動(dòng)作太慢，在熔斷器尚未熔斷之前晶閘管已被燒壞；所以不能用來保護(hù)晶閘管?？焖偃蹟嗥饔摄y制熔絲埋于石英沙內(nèi)，熔斷時(shí)間極短，可以用來保護(hù)晶閘管。快速熔斷器的性能主要有以下幾項(xiàng)表征。

代換

晶閘管損壞后，若無同型號(hào)的晶閘管更換，可以選用與其性能參數(shù)相近的其他型號(hào)晶閘管來代換。

應(yīng)用電路在設(shè)計(jì)時(shí)，一般均留有較大的裕量。在更換晶閘管時(shí)，只要留意其額定峰值電壓(重復(fù)峰值電壓)、額定電流(通態(tài)均勻電流)、門極觸發(fā)電壓和門極觸發(fā)電流即可，尤其是額定峰值電壓與額定電流這兩個(gè)指標(biāo)。

代換晶閘管應(yīng)與損壞晶閘管的開關(guān)速度…致。例如：在脈沖電路、高速逆變電路中使用的高速晶閘管損壞后，只能選用同類型的快速晶閘管，而不能用普通晶閘管來代換。

選取代用晶閘管時(shí)，不管什么參數(shù)，都不必留有過大的裕量，應(yīng)盡可能與被代換晶閘管的參數(shù)相近，由于過大的裕量不僅是一種浪費(fèi)，而且有時(shí)還會(huì)起副作用，出現(xiàn)不觸發(fā)或觸發(fā)不靈敏等現(xiàn)象。

另外，還要留意兩個(gè)晶閘管的外形要相同，否則會(huì)給安裝工作帶來不利。

工作原理

晶閘管T在工作過程中，它的陽極A和陰極K與電源和負(fù)載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。

晶閘管的工作條件：

1.晶閘管承受反向陽極電壓時(shí)，不管門極承受何種電壓，晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)。

2.晶閘管承受正向陽極電壓時(shí)，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導(dǎo)通。

3.晶閘管在導(dǎo)通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管保持導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通后，門極失去作用。

4.晶閘管在導(dǎo)通情況下，當(dāng)主回路電壓（或電流）減小到接近于零時(shí)，晶閘管關(guān)斷。