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晶閘管,簡述晶閘管工作原理特點及其分類-重點分析

信息來源:本站 日期:2017-10-20 

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晶閘管

晶體閘流管簡稱為品閘管,也叫做可控硅,是一種具有三個PN結的功率型半導體器件。因為它可以像閘門一樣控制電流,所以稱之為“晶體閘流管”。晶體閘流管是最常用的功率型半導體控制器件之一,具有廣泛的用途。如圖4-42所爾為部分常見晶體閘流管。晶閘管

晶體閘流管種類和規格很多,適用于各種不同的場合。根據控制特性的不同,晶體閘流管可分為單向晶閘管、雙向晶閘管、可關斷晶閘管、正向阻斷晶閘管、反向阻斷晶閘管、光控晶閘管等。

根據電流容量的不同,晶體閘流管可分為小功率管、中功率管和大功率管。根據關斷速度的不同,晶體閘流管可分為普通晶閘管和高頻晶閘管(工作頻率>lOkHz)。根據封裝和外觀形式的不同,晶體閘流管可分為塑封式、陶瓷封裝式、金屬殼封裝式、大功率螺栓式和平板式等。

雙向晶閘管是在單向晶閘管的基礎之上開發出來的,是一種交流型功率控制器件。雙向品閘管不僅能夠取代兩個反向并聯的單向晶閘管,而且只需要一個觸發電路,使用很方便。

可關斷晶閘管也稱為門控晶閘管,是在普通晶閘管基礎上發展起來的功率型控制器件。

怎樣識別晶閘管

晶體閘流管的文字符號為“VS”,圖形符號如圖4-43所示。晶閘管

國產晶體閘流管的型號見表4-3。單向晶閘管主要有3CT系列和KP系列,雙向晶閘管主要有3CTS系列和KS系列,高頻晶閘管主要有KK系列。晶閘管

晶體閘流管具有3個引腳。單向晶閘管的3個引腳分別是陽極A、陰極K和控制極G,常見單向晶閘管的引腳如圖4-44所示,使用中應注意識別,不要搞錯。晶閘管

雙向晶閘管的3個引腳分別是控制極G、主電極T1和主電極T2,如圖4-45所示。由于雙向品閘管的兩個主電極T1和T2是對稱的,因此使用中可以任意互換。晶閘管

晶閘管有什么特點

晶體閘流管的特點是具有可控制的單向導電性,即不但具有一般二極管單向導電的整流作用,而且可以對導通電流進行控制,就好像閘門一樣,起到控制電流有無和大小的作用。晶體閘流管的這一特點是由其特殊的結構所決定的。

(1)單向晶閘管工作原理

單向晶閘管是PNPN閃層結構,形成三個PN結,具有陽極人、陰極K和控制極G三個外電極。單向品閘管可等效為PNP, NPN兩個晶體管組成的復合管,如圖4-46所示。

晶閘管

在陽極A之間加上正電壓后,晶閘管并不導通。只有在控制極G加上觸發電壓時,VT1、VT2相繼迅速導通,并且互相提供基極電流維持晶閘管導通。此時即使去掉控制極上的觸發電壓,晶閘管仍維持導通狀態,直至所通過的電流小于晶閘管的維持電流時,晶閘管才關斷。

(2)雙向晶閘管工作原理

雙向晶閘管可以等效為兩個單向晶閘管反向并聯,如圖4-47所示。雙向晶閘管可以控制雙向導通,因此除控制極G外的另兩個電極不再分陽極、陰極,而稱之為主電極T1、T2。

晶閘管
當有觸發電壓加至控制極G時,雙向晶閘管導通,井在觸發電壓消失后仍維持導通狀態,電流既可從T1經過VS2流向T2,又可從T2經過VS1流向Tl。當電流小于晶閘管的維持電流時晶閘管關斷。

(3)可關斷晶閘管工作原理

普通單向或雙向晶閘管導通后控制極即不起作用,要關斷晶閘管必須切斷電源,使流過晶閘管的正向電流小于維持電流IH可關斷品閘管的特點是可以通過控制極關斷,克服了上述缺陷。當可關斷晶閘管控制極G加上正脈沖電壓時晶閘管導通,當控制極G加上負脈沖電膚日寸晶閘管關斷,如圖4-48所示。

晶閘管

怎樣理解晶閘管的參數

品體閘流管的主要參數是額定通態平均電流、阻斷峰值電壓、觸發電壓和電流、維持電流等,下面我們逐一解釋。

(1)額定通態平均電流

額定通態平均電流IT是指晶閘管導通時所允許通過的最大交流正弦電流的有效值。使用中電路的工作電流應小于晶閘管的額定通態平均電流IT。

(2)阻斷峰值電壓

阻斷峰值電壓包括正向阻斷峰值電壓U DRM和反向峰值電壓URRM。

正向阻斷峰值電壓UDRM是指晶閘管正向阻斷時所允許重復施加的正向的峰值,反向峰值電壓URRM是指允許重復加在晶閘管兩端的反向電壓的峰值。使用中電路施加在品閘管上的電壓必須小于UDRM與URRM并留有一定余量,以免造成擊穿損壞。

(3)觸發電壓和電流

控制極觸發電壓UG和控制極觸發電流I(G,是指使晶閘管從阻斷狀態轉變為導通狀態時,所需要的最小控制極直流電壓和直流電流。使用中應使實際觸發電壓和電流大于UG和IG,以保證可靠觸發。

(4)維持電流

維持電流IH是指保持晶閘管肆通所需要的最小正向電流。當通過晶閘管的電流小于IH時,品閘管將退出導通狀態而關斷。

晶閘管有哪些用途

晶體閘流管具有以小電流控制大電流、以低電壓控制高電壓的作用,具有體積小、重量輕、功耗低、效率高、開關速度快等優點,在無觸點開關,可控整流、直流逆變、凋壓、調光和調速等方面得到廣泛的應用。

(1)直流無觸點開關

晶體閘流管最主要的用途是作無觸點開關。如圖4-49所示為報警器控制電路,單向晶閘管VS就是一個直流無觸點井關。平時VS阻斷,報警器不報警。當探頭檢測到異常情況時,輸出一正脈沖至VS的控制極G,晶閘管VS導通使報警器報警,直至有關人員到場并切斷開關s才停止報警。

(2)交流無觸點開關

雙向晶閘管可以用作交流無觸點開關。如圖4-50所示為照明燈延時控制電路,雙向晶閘管VS就是一個交流無觸點開關。延時電路被觸發后照明燈隨即點亮,但觸發信號消失后照明燈并不立即熄滅。延時電路輸出到VS控制極的U電壓會延續一段時間,保持vs導通,直全延時結束后照明燈才熄滅。這里有一點需要特別強調,就是在交流回路中,交流電壓在每一周期內都會有兩次過零點,這時品閘管會關斷。

晶閘管

晶閘管

交流同態繼電器電路巾也用到雙向晶閘管,如圖4-51所示。當交流固態繼電器輸入端加上控制電壓時,雙向晶閘管VS導通,接通輸出端交流電路。

晶閘管

(3)可控整流

晶體閘流管可以用作可控整流,即不但能夠完成整流功能,面且還可以控制輸出直流電壓的大小??煽卣麟娐啡鐖D4-52所示,晶閘管VS1、VS2為可控整流器件。只有當控制極有觸發脈沖UG時晶閘管才導通進行整流.而每當交流電壓過零時晶閘管關斷。改變觸發脈沖在交流電每半周內出現的遲早,即可改變晶閘管的導通角.從葡改變了輸出到負載的直流電壓的大小。

晶閘管

(4)直流逆變

可關斷晶閘管可以很方便地構成直流逆變電路,將直流電逆變為交流電。如圖4-53所示為直流逆變電路,兩個可關斷品閘管VS1、VS2的控制極觸發電壓UG1、UG2,為頻率相同,極性相反的正、負脈沖,使得VSI與VS2輪流導通,在變壓器次級即可得到頻率與UG相同的交流電壓。

(5)交流調壓


雙向晶閘管可以用作交流調壓器。如圖4-54所示為交流凋壓電路,雙向晶閘管VS為交流調壓器件。RP、R和C組成充放電回路,C上電壓作為雙向品閘管Vs的觸發電壓。接通電源后,電源通過RP和R向c充電,當C上電壓達到雙向二極管VD觸發電壓時,VS導通,直至電源電壓過零時關斷。調節電位器RP即可改變C的充電時間,也就改變了VS的導通角,達到交流調壓的目的。

晶閘管

晶閘管

(6)調光電路

晶體閘流管可以構成調光電路。如圖4-55所示為采用單向晶閘管的臺燈調光電路,二極管VD1-VD4組成橋式整流器,將交流220V電壓整流為直流脈動電壓,以滿足單向晶閘管VS的工作要求。RP是燈光調節電位器,改變RP即可改變C的充電時間,從而改變晶閘管VS的導通角,使通過照明燈泡EL的電壓與電流發生變化,從而實現對臺燈亮度的調節。

晶閘管

晶閘管

如圖4-56所示為采用雙向晶閘管的臺燈調光電路,雙向品閘管VS的觸發電壓取自電容器c。調節電位器RP改變C的充電時間,即可改變VS的導通角,實現對臺燈亮度的控制。采用雙向晶閘管可以簡化電路。

怎樣選用晶閘管

常用晶體閘流管主要有單向晶閘管、雙向晶閘管、可關斷晶閘管等,應根據電路需要合理選用。

(1)單向晶閘管

單向晶閘管的特點是電流只能從陽極A流向陰極k,主要應用于直流電源或魚流脈動電壓的控制、交流電源整流、直流電源逆變等場合。

單向晶閘管可分為普通晶閘管和高頻晶閘管(上作頻率在l10kHz以上)。常用單向品閘管主要有3CT系列、3DT系列、KP系列和KK系列(高頻品閘管),以及進門的MCR系列、SF系列、BST系列等。

(2)雙向晶閘管

雙向晶閘管是在單向晶閘管的基礎之上開發出來的,是一種交流型功率控制器件。雙向晶閘管不僅能夠取代兩個反向并聯的單向晶閘管,而且只需要一個觸發電路,使用更方便。

雙向晶閘管的特點是可以通過交流電流,主要應用于交流電源的控制、交流電壓的調整等場合。常用雙向晶閘管主要有3CTS系列和KS系列,以及進口的MAC系列、SM系列、BCR系列等。

(3)可關斷晶閘管

可關斷品閘管的特點是可以通過控制極關斷,主要應用于可關斷無觸點開關、直流逆變、凋樂、調光、調速等場合。

可關斷晶閘管也稱為門控晶閘管,是在普通品閘管基礎上發展起來的功率型控制器件。普通晶閘管觸發導通后其控制極即不起作用,要關斷品閘管必須切斷電源,或使流過晶閘管的正向電流小于維持電流??申P斷晶閘管克服了上述缺陷,當控制極G加上正脈沖電壓時晶閘管導通,當控制極G加上負脈沖電壓時晶閘管關斷。

可關斷晶閘管是理想的高電壓、大電流開關器件。例如,DG系列大功率叮關斷晶閘管最高電壓可達4500v、最大電流可達3000A。

怎樣檢測晶閘管

晶閘管可用萬用表電阻擋進行檢測,下面分別介紹不同類型晶閘管的檢測方法。

(1)檢測單向晶閘管

首先將萬用表置于“RX10Ω”擋,黑表筆(表內電池正極,接控制極G,紅表筆接陰極K,如圖4-57所示,這時測量的是PN結的正向電阻,應有較小的阻值。對調兩表筆后測其反向電阻,應比正向電阻明顯大一些。

黑表筆仍接控制極G,紅表筆改接至陽極A,阻值應為無窮大,如圖4-58所示。對凋兩表筆后冉測,阻值仍應為無窮大。這是因為G、A間為兩個PN結反向串聯,正常情況下正、反向電阻均為無窮大。

晶閘管

晶閘管

接著檢測導通特性,將萬用表置于“RX1Ω”擋,黑表筆接陽極A,紅表筆接陰極K,表針指示應為無窮大。用螺釘旋具等金屬物將控制極G與陽極A短接一下(短接后即斷開),表針應向右偏轉并保持在十幾歐姆處,如圖4-59所示。否則說明該品閘管已損壞。

晶閘管

(2)檢測雙向晶閘管

檢測時,萬用表置于“RX1Ω”擋,用兩表筆測量控制極G與主電極T1間的正、反向電阻,均應為較小阻值,如圖4-60所示。用兩表筆測量控制極G與主電極T2間的正、反向電阻,均應為無窮大,如圖4-61所示。

晶閘管

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檢測雙向晶閘管導通特性時,萬用表仍置于“RX1Ω”擋,黑表筆接主電極T1,紅表筆接主電極T2,表針指示應為無窮大。將控制極G與主電極T2短接一下,表針應向右偏轉并保持在十幾歐姆處,如圖4-62所示。含則說明該雙向晶閘管已損壞。

(3)檢測可關斷晶閘管

檢測時,將萬用表置于“RXlΩ”擋,黑表筆接陽極A,紅表筆接陰極K,表針指示應為阻值無窮大。

用一節1.5v電池作為控制電壓,電池負極串聯一只100Ω左右的限流電阻接在可關斷晶閘管的陰極K上。當用電池正極觸碰一下控制極G后,萬用表表針應右偏指示品閘管導通,如圖4-63所示。

晶閘管

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然后調換電池極行,改為電池正極串聯一只100Ω左右的限流電阻接在可關斷晶閘管的限極K上,用電池負極觸碰一下控制極G后,用萬用表表針應向左返回至阻值無窮大,指示晶閘管已關斷。否則說明可關斷晶閘管已損壞。如圖4-64所示。

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