晶閘管是一種開關(guān)元件,顧名思義他的名字里面有一個(gè)閘字也就是門,開關(guān)的意思,他廣泛的應(yīng)用在各種電路,以及電子設(shè)備中。晶閘管是典型的小電流控制大電流的設(shè)備,他通過一個(gè)電流很小的脈沖觸發(fā)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)此時(shí)他的電阻變得很小相當(dāng)于一跟導(dǎo)線。
晶閘管(Thyristor)是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱,又被稱做可控硅整流器,以前被簡(jiǎn)稱為可控硅,晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),它有三個(gè)極:陽(yáng)極,陰極和控制極,晶閘管(Thyristor)是一種開關(guān)元件,能在高電壓、大電流條件下工作,并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,是典型的小電流控制大電流的設(shè)備。1957年,美國(guó)通用電器公司開發(fā)出世界上第一個(gè)晶閘管產(chǎn)品,并于1958年使其商業(yè)化。
晶閘管的分類:
晶閘管按其關(guān)斷、導(dǎo)通及控制方式可分為普通晶閘管(SCR)、雙向晶閘管(TRIAC)、逆導(dǎo)晶閘管(RCT)、門極關(guān)斷晶閘管(GTO)、BTG晶閘管、溫控晶閘管(TT國(guó)外,TTS國(guó)內(nèi))和光控晶閘管(LTT)等多種。
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。
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。
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陶瓷封裝,而中、小功率晶閘管則多采用塑封或金屬封裝。
晶閘管按其關(guān)斷速度可分為普通晶閘管和快速晶閘管,快速晶閘管包括所有專為快速應(yīng)用而設(shè)計(jì)的晶閘管,有常規(guī)的快速晶閘管和工作在更高頻率的高頻晶閘管,可分別應(yīng)用于400HZ和10KHZ以上的斬波或逆變電路中。(備注:高頻不能等同于快速晶閘管)
晶閘管的作用與工作原理:
我們分析晶閘管的作用與原理的時(shí)候可以把它看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成,其等效圖解如上圖所當(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,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?,所以一旦可控硅?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,沒有關(guān)斷功能,所以這種可控硅是不可關(guān)斷的。由于他只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài),所以晶閘管具有開關(guān)特性,這也就是晶閘管的作用。
晶閘管在工作過程中,它的陽(yáng)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。
晶閘管為半控型電力電子器件,它的工作條件如下:
1. 晶閘管承受反向陽(yáng)極電壓時(shí),不管門極承受何種電壓,晶閘管都處于反向阻斷狀態(tài)。
2. 晶閘管承受正向陽(yáng)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。這時(shí)晶閘管處于正向?qū)顟B(tài),這就是晶閘管的閘流特性,即可控特性。
3. 晶閘管在導(dǎo)通情況下,只要有一定的正向陽(yáng)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。門極只起觸發(fā)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。
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全控型晶閘管的工作條件:
1. 晶閘管承受反向陽(yáng)極電壓時(shí),不管門極承受何種電壓,晶閘管都處于反向阻斷狀態(tài)。
2. 晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓時(shí),僅在門極承受正向電壓(或電流)的情況下晶閘管才導(dǎo)通。這時(shí)晶閘管處于正向?qū)顟B(tài)。
3. 一旦晶閘管開始導(dǎo)通,它就被鉗住在導(dǎo)通狀態(tài),而此時(shí)門極電流可以取消。晶閘管不能被門極關(guān)斷,像一個(gè)二極管一樣導(dǎo)通,直到電流降至零和有反向偏置電壓作用在晶閘管上時(shí),它才會(huì)截止。當(dāng)晶閘管再次進(jìn)入正向阻斷狀態(tài)后,允許門極在某個(gè)可控的時(shí)刻將晶閘管再次觸發(fā)導(dǎo)通。
晶閘管可用兩個(gè)不同極性(P-N-P和N-P-N)晶體管來模擬,如圖G1所示。當(dāng)晶閘管的柵極懸空時(shí),BG1和BG2都處于截止?fàn)顟B(tài),此時(shí)電路基本上沒有電流流過負(fù)載電阻RL,當(dāng)柵極輸入一個(gè)正脈沖電壓時(shí)BG2道通,使BG1的基極電位下降,BG1因此開始道通,BG1的道通使得BG2的基極電位進(jìn)一步升高,BG1的基極電位進(jìn)一步下降,經(jīng)過這一個(gè)正反饋過程使BG1和BG2進(jìn)入飽和道通狀態(tài)。電路很快從截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入道通狀態(tài),這時(shí)柵極就算沒有觸發(fā)脈沖電路由于正反饋的作用將保持道通狀態(tài)不變。如果此時(shí)在陽(yáng)極和陰極加上反向電壓,由于BG1和BG2均處于反向偏置狀態(tài)所以電路很快截止,另外如果加大負(fù)載電阻RL的阻值使電路電流減少BG1和BG2的基電流也將減少,當(dāng)減少到某一個(gè)值時(shí)由于電路的正反饋?zhàn)饔茫娐穼⒑芸鞆牡劳顟B(tài)翻轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài),我們稱這個(gè)電流為維持電流。在實(shí)際應(yīng)用中,我們可通過一個(gè)開關(guān)來短路晶閘管的陽(yáng)極和陰極從而達(dá)到晶閘管的關(guān)斷。
晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷條件: