可控硅的用途及結(jié)構(gòu)

可控硅又稱為晶閘管，晶閘管是硅晶體閘流管的簡(jiǎn)稱?？煽毓枋谴蠊β首兞髌骷闷湔骺煽靥匦钥煞奖愕貙?duì)大功率電源進(jìn)行控制和變換。它具有體積小、重量輕、耐壓高、容量大，使用維護(hù)簡(jiǎn)單、控制靈敏等優(yōu)點(diǎn)，所以在生產(chǎn)上得到了廣泛應(yīng)用。

一、可控硅的用途

1、可控整流

把交流電變換為大小可調(diào)的直流電稱為可控整流。例如，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓、調(diào)速，電解、電鍍電源均可采用可控整流供電。

2、有源逆變

有源逆變是指把直流電變換成與電網(wǎng)同頻率的交流電，并將電能返送給交流電源。例如，高壓輸電工程將三相交流電先變換成高壓直流電，再進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送，到達(dá)目的地后，再利用有源逆變技術(shù)把直流電變換成與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)同頻率的交流電供給用戶。

3、交流調(diào)壓

交流調(diào)壓是指把不變的交流電壓變換成大小可調(diào)的交流電壓。例如，用于燈光控制、溫度控制及交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓、調(diào)速。

4、變頻器

把某一頻率的交流電變換成另一頻率交流電的設(shè)備稱為變頻器。例如，可控硅中頻電源、不間斷電源(UPS)、異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速中均含有變頻器。

5、無(wú)觸點(diǎn)功率開(kāi)關(guān)

用可控硅可組成無(wú)觸點(diǎn)功率開(kāi)關(guān)，取代接觸器、繼電器，用于操作頻繁的場(chǎng)合。例如，可用于控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)和防爆、防火的場(chǎng)合。

二、可控硅的結(jié)構(gòu)

可控硅是用硅材料制成的半導(dǎo)體器件，它有3種結(jié)構(gòu)形式：螺栓式、平板式和塑料封裝式。

1、可控硅的結(jié)構(gòu)及符號(hào)如上圖所示，它有陽(yáng)極A、陰極K和門極G三個(gè)電極。螺栓式可控硅的陽(yáng)極緊拴在鋁制散熱器上，平板式可控硅則用兩個(gè)彼此絕緣、形狀相同的散熱器把陽(yáng)極與陰極緊緊夾住。

2、可控硅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如上圖所示，它的管芯由四層(P 1 、N 1 、P 2 、N2)、三端(A、K、G)半導(dǎo)體器件構(gòu)成，具有3個(gè)PN結(jié)，即J 1 、J 2 、J 3 ，由此可見(jiàn)，可控硅是一個(gè)四層三端三結(jié)大功率半導(dǎo)體器件。

三、可控硅的工作原理

為了搞清可控硅的導(dǎo)通和關(guān)斷條件，可用上圖所示的電路做實(shí)驗(yàn)說(shuō)明?？煽毓枧c燈泡串聯(lián)經(jīng)開(kāi)關(guān)S1接到電源Ea上，門極與陰極經(jīng)開(kāi)關(guān)S2接到電源Eg上。開(kāi)關(guān)S 1 、S2皆為雙擲開(kāi)關(guān)，可有正、零、反3種位置。

1、電源Ea的正極接陽(yáng)極A、負(fù)極接陰極K，稱可控硅承受正向陽(yáng)極電壓。

2、電源Ea的負(fù)極接陽(yáng)極A、正極接陰極K，稱可控硅承受反向陽(yáng)極電壓。

3、電源Eg的正極接門極G、負(fù)極接陰極K，稱可控硅承受正向門極電壓。

4、電源Eg的負(fù)極接門極G、正極接陰極K，稱可控硅承受反向門極電壓。

四、可控硅的主要參數(shù)

1、正向重復(fù)峰值電壓(斷態(tài)重復(fù)峰值電壓)UDRM

可控硅陽(yáng)、陰極間加上正向電壓而控制極不加電壓時(shí)，可控硅處于正向阻斷狀態(tài)。

在門極斷開(kāi)或可控硅處于正向阻斷的情況下，結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加到可控硅陽(yáng)極與陰極之間的正向峰值電壓，稱為正向重復(fù)峰值電壓，用符號(hào)UDRM表示。

2、反向重復(fù)峰值電壓URRM

在門極斷開(kāi)的情況下，結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加到可控硅陽(yáng)極與陰極之間的反向峰值電壓，稱為反向重復(fù)峰值電壓，用符號(hào)URRM表示。

3、額定電壓UT

通常取UDRM與URRM中的較小者作為可控硅的額定電壓。在實(shí)際應(yīng)用中，由于可控硅的過(guò)電壓、過(guò)電流能力差，所以在選擇可控硅額定電壓值時(shí)，一般取實(shí)際工作時(shí)最大電壓的2~3倍。例如，單相交流電路中的有效值為220V，最大值為311V，則可控硅的額定電壓應(yīng)選用600V、700V或者800V。

4、通態(tài)平均電壓UT(AV)

在規(guī)定的環(huán)境溫度和標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，元件通以正弦半波額定電流時(shí)，陽(yáng)極與陰極之間的電壓降平均值稱為通態(tài)平均電壓,用符號(hào)U~T(AV)表示。UT(AV)~是有級(jí)別的，即從A級(jí)到I級(jí)，A級(jí)為0.4V，,I級(jí)為1.2V。

5、額定電流(額定通態(tài)平均電流)IT(AV)

在環(huán)境溫度為40℃和規(guī)定的冷卻條件下，當(dāng)結(jié)溫穩(wěn)定且不超過(guò)額定結(jié)溫時(shí)，可控硅陽(yáng)極與陰極之間允許通過(guò)的正弦半波電流平均值，稱為可控硅的額定電流，用符號(hào)I~T(AV)表示。實(shí)際中由于可控硅的過(guò)電流能力較差，選擇額定電流時(shí)應(yīng)考慮1.52倍的安全裕量。

6、維持電流IH

在規(guī)定的環(huán)境溫度和門極斷開(kāi)的情況下，維持可控硅繼續(xù)導(dǎo)通所需的最小陽(yáng)極電流稱為維持電流，用符號(hào)IH表示。當(dāng)可控硅的陽(yáng)極電流小于維持電流時(shí)，可控硅關(guān)斷。