單向可控硅知識大全

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可控硅" target="_blank" href="http://www.mfqsvb.live/product/detail/10366696.html">單向可控硅 、概述:

單向可控硅為具有三個PN結的四層結構,由*外層的P層、N層引出兩個電極——陽極A和陰極K,由中間的P層引出控制極G。電路符號好像為一只二極管,但好多一個引出電極——控制極或觸發極G。英文縮寫名稱為SCR或MCR。

可控硅是可控的硅整流器,其整流輸出電壓是受控的,常與移相或過零觸發電路配合,應用于交、直流調壓電路。可控硅是在晶體管基礎上發展起來的一種集成式半導體器件。
單向可控硅的等效原理及測量電路如下:

單向可控硅 、原理:

可控硅是P1N1P2N2四層三端結構元件,共有三個PN結,分析原理時,可以把它看作由一個PNP管和一個NPN管所組成。

當陽極A加上正向電壓時,BG1和BG2管均處于放大狀態。此時,如果從控制極G輸入一個正向觸發信號,BG2便有基流ib2流過,經BG2放大,其集電極電流ic2=β2ib2。因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連,所以ib1=ic2。
此時,電流ic2再經BG1放大,于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個電流又流回到BG2的基極,表成正反饋,使ib2不斷增大,如此正向饋循環的結果,兩個管子的電流劇增,可控硅使飽和導通。

由于BG1和BG2所構成的正反饋作用,所以一旦可控硅導通后,即使控制極G的電流消失了,可控硅仍然能夠維持導通狀態,由于觸發信號只起觸發作用,沒有關斷功能,所以這種可控硅是不可關斷的。

由于可控硅只有導通和關斷兩種工作狀態,所以它具有開關特性,這種特性需要一定的條件才能轉化。

從控制原理上可等效為一只PNP三極管與一只NPN三極管的連接電路,兩管的基極電流和集電極電流互為通路,具有強烈的正反反饋作用。一旦從G、K回路輸入NPN管子的基極電流,由于正反饋作用,兩管將迅即進入飽合導通狀態。可控硅導通之后,它的導通狀態完全依靠管子本身的正反饋作用來維持,即使控制電流(電壓)消失,可控硅仍處于導通狀態。控制信號UGK的作用僅僅是觸發可控硅使其導通,導通之后,控制信號便失去控制作用。

 

單向可控硅 、導通條件:

單向可控硅的導通需要兩個條件:
1)、A、K之間加正向電壓;
2)、G、K之間輸入一個正向觸發電流信號,無論是直流或脈沖信號。
若欲使可控硅關斷,也有兩個關斷條件:
1)、使正向導通電流值小于其工作維持電流值;
2)、使A、K之間電壓反向。
可見,可控硅器件若用于直流電路,一旦為觸發信號開通,并保持一定幅度的流通電流的話,則可控硅會一直保持開通狀態。除非將電源開斷一次,才能使其關斷。若用于交流電路,則在其承受正向電壓期間,若接受一個觸發信號,則一直保持導通,直到電壓過零點到來,因無流通電流而自行關斷。在承受反向電壓期間,即使送入觸發信號,可控硅也因A、K間電壓反向,而保持于截止狀態。

單向可控硅 、調壓電路:

可控硅交流調壓器由可控整流電路和觸發電路兩部分組成,其電路原里圖如下圖所示。 從圖中可知,二極管D1—D4組成橋式整流電路,雙基極二極管T1構成張弛振蕩器作為可控硅的同步觸發電路。當調壓器接上市電后,220V交流電通過負載電阻RL經二極管D1—D4整流,在可控硅SCR的A、K兩端形成一個脈動直流電壓,該電壓由電阻R1降壓后作為觸發電路的直流電源。在交流電的正半周時,整流電壓通過R4、W1對電容C充電。當充電電壓Uc達到T1管的峰值電壓Up時,T1管由截止變為導通,于是電容C通過T1管的e、b1結和R2迅速放電,結果在R2上獲得一個尖脈沖。這個脈沖作為控制信號送到可控硅SCR的控制極, 使可控硅導通。可控硅導通后的管壓降很低,一般小于1V,所以張弛振蕩器停止工作。當交流電通過零點時,可控硅自關斷。當交流電在負半周時,電容C又從新充電……如此周而復始,便可調整負載RL上的功率了。

單向可控硅 、觸發電路設計原理:

1,可以用直流觸發可控硅裝置。
2,電壓有效值等于 U 等于開方{(電流有效值除以 2 派的值乘以 SIN 二倍電阻)加上(派減去電阻的差除 以派)}。
3,電流等于電壓除以(電壓波形的非正弦波幅值半波整流的兩倍值)。

 

單向可控硅 、詳細圖解:

可控硅是P1N1P2N2四層三端結構元件,共有三個PN結,分析原理時,可以把它看作由一個PNP管和一個NPN管所組成,其等效圖解如圖1所示.

當陽極A加上正向電壓時,BG1和BG2管均處于放大狀態。此時,如果從控制極G輸入一個正向觸發信號,BG2便有基流ib2流過,經BG2放大,其集電極電流ic2=β2ib2。因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連,所以ib1=ic2。此時,電流ic2再經BG1放大,于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個電流又流回到BG2的基極,表成正反饋,使ib2不斷增大,如此正向饋循環的結果,兩個管子的電流劇增,可控硅使飽和導通。

由于BG1和BG2所構成的正反饋作用,所以一旦可控硅導通后,即使控制極G的電流消失了,可控硅仍然能夠維持導通狀態,由于觸發信號只起觸發作用,沒有關斷功能,所以這種可控硅是不可關斷的。

可控硅的基本伏安特性見圖2.

(1)反向特性

當控制極開路,陽極加上反向電壓時(見圖3),J2結正偏,但J1、J2結反偏。此時只能流過很小的反向飽和電流,當電壓進一步提高到J1結的雪崩擊穿電壓后,接差J3結也擊穿,電流迅速增加,圖3的特性開始彎曲,如特性OR段所示,彎曲處的電壓URO叫“反向轉折電壓”。此時,可控硅會發生**性反向。

(2)正向特性

當控制極開路,陽極上加上正向電壓時(見圖4),J1、J3結正偏,但J2結反偏,這與普通PN結的反向特性相似,也只能流過很小電流,這叫正向阻斷狀態,當電壓增加,圖3的特性發生了彎曲,如特性OA段所示,彎曲處的是UBO叫:正向轉折電壓


由于電壓升高到J2結的雪崩擊穿電壓后,J2結發生雪崩倍增效應,在結區產生大量的電子和空穴,電子時入N1區,空穴時入P2區。進入N1區的電子與由P1區通過J1結注入N1區的空穴復合,同樣,進入P2區的空穴與由N2區通過J3結注入P2區的電子復合,雪崩擊穿,進入N1區的電子與進入P2區的空穴各自不能全部復合掉,這樣,在N1區就有電子積累,在P2區就有空穴積累,結果使P2區的電位升高,N1區的電位下降,J2結變成正偏,只要電流稍增加,電壓便迅速下降,出現所謂負阻特性,見圖3的虛線AB段。

這時J1、J2、J3三個結均處于正偏,可控硅便進入正向導電狀態---通態,此時,它的特性與普通的PN結正向特性相似,見圖2中的BC段

3、觸發導通

在控制極G上加入正向電壓時(見圖5)因J3正偏,P2區的空穴時入N2區,N2區的電子進入P2區,形成觸發電流IGT。在可控硅的內部正反饋作用(見圖2)的基礎上,加上IGT的作用,使可控硅提前導通,導致圖3的伏安特性OA段左移,IGT越大,特性左移越快。

由于電壓升高到J2結的雪崩擊穿電壓后,J2結發生雪崩倍增效應,在結區產生大量的電子和空穴,電子時入N1區,空穴時入P2區。進入N1區的電子與由P1區通過J1結注入N1區的空穴復合,同樣,進入P2區的空穴與由N2區通過J3結注入P2區的電子復合,雪崩擊穿,進入N1區的電子與進入P2區的空穴各自不能全部復合掉,這樣,在N1區就有電子積累,在P2區就有空穴積累,結果使P2區的電位升高,N1區的電位下降,J2結變成正偏,只要電流稍增加,電壓便迅速下降,出現所謂負阻特性,見圖3的虛線AB段。

這時J1、J2、J3三個結均處于正偏,可控硅便進入正向導電狀態---通態,此時,它的特性與普通的PN結正向特性相似,見圖2中的BC段

3、觸發導通

在控制極G上加入正向電壓時(見圖5)因J3正偏,P2區的空穴時入N2區,N2區的電子進入P2區,形成觸發電流IGT。在可控硅的內部正反饋作用(見圖2)的基礎上,加上IGT的作用,使可控硅提前導通,導致圖3的伏安特性OA段左移,IGT越大,特性左移越快。

 

單向可控硅 、器件的檢測:

  1)、用萬用表粗測可控硅的好壞。用電阻x1k檔,正、反向測量A、K之間的電阻值,均接近無窮大;用電阻x10Ω檔測量G、K之間的電阻,從十幾歐姆至百歐姆,功率越大歐姆值越小。正、反向電阻值相等或差異極小。說明可控硅的G、K并不像一般三極管的發射結,有明顯的正、反向電阻的差異。這種測量方式是有局限性的,當A、K之間已呈故障開路狀態時,則無法測出好壞。有的G、K間電阻值極小,也難以判別兩控制極是否已經短路。
    2)、較為準確的測量方法,是如圖1中的右圖,為可控硅連接上電源和負載,才能得出好壞的結論。方法是:將可控硅接入電路,可控硅因無觸發信號輸入,小燈泡HL1無電流通路不發光;將A、G短接一下再斷開,可控硅受觸發而導通,并能維持導通(燈泡的額定電流應大于100mA),燈泡一直發光,直到斷開電源。再接通電源時,燈泡不亮。可控硅器件基本上是好的。
    3)、可控硅有以下幾種損壞情況:
    a、A、K極間短路或斷路;b、G、A極間短路或斷路;c、三個電極之間的短路。
    還有一種損壞情況很讓人迷惑(這種狀態當然極為少見),用上述1、2種檢測方法檢測,可控硅是好的,但接到交流電路中,便失去可控整流作用。故障可控硅在未接受觸發信號前,呈開路狀態,是對的。觸發電流輸入后,可控硅開通了,交流輸入的正、負半波都一齊過去了,單向可控硅成了一只“交流開關”!變頻器整流電流中,若有這種情況發生,儲能電容非噴液了不可。可控硅的這種損壞情況,不能用短路或擊穿來說明了,只能說這只可控硅已經失效——失去整流作用了!

圖2  變頻器主電路的可控三相整流電路
變頻器的主電路的整流電路中,往往采用上三臂單向可控硅和下三臂整流二極管組成的三相可控整流電路,以代替充電接觸器實現上電瞬間對直流回路儲能電容的“軟充電”控制。三相可控整流電路的形式如圖2所示。
**率機型的變頻器,整流電路是由三只半控橋模塊構成,每只模塊內部,含一只整流二極管和一只單向可控硅器件,每只模塊有三個主端子:1,交流輸入端;2,可控硅整流正電壓輸出端;3、整流負輸出端。還有兩個觸發端子,4,控制柵極引出端;5,陰極控制線引出端。
三相整流電路中對可控硅模塊的測量方法:
如果是整機停電狀態下,對可控硅模塊進行測量,可采用圖1中右圖的測試電路。

圖3  變頻器主電路的可控硅測試電路1
    做一個測試器:由小型6V電池1塊、6V小電珠1只、萬用表的表筆(觸碰針)一支和鱷魚夾2只,可以組裝于肥皂塑料盒或其它適宜的殼體中,那么一只高效準確和使用方便的“可控硅測試儀”就制作成功了!
停掉變頻器的整機電源,不需將模塊從電路中拆下,整機正常連接狀態下,即可對可控硅模塊進行測試了。測試步驟如下:
1)、用鱷魚夾連接任一只可控硅模塊的陽極和陰極(注意電池負端的鱷魚夾連接陰極),觸碰針不去觸碰可控硅的柵極,小電珠不亮。(這時若小電珠亮,說明可控硅已經短路或漏電壞掉了。);
2)、用觸碰針觸碰一下可控硅陰極后,小電珠點亮(正常亮度很亮啊)。拿掉觸碰針后,小電珠一直亮。(此時有兩種情況,觸碰針與柵極接觸時,小電珠亮,拿掉觸碰針,小電珠不亮,可控硅內部陰極、陰極間斷路損壞;觸碰針接觸柵極時,小電珠也不亮,可控硅的柵極、陰極出現斷路性損壞。)
3)將一只鱷魚夾脫開連接,小電珠熄滅;再連接鱷魚夾,小電珠仍不亮。直到觸碰針觸碰一下柵極后,小電珠點亮。
測試結束。可控硅是好的,測試過程中,通過小電珠異常的亮/滅狀態,已將可控硅的損壞狀態,明白無誤地檢測出來了。
分別用鱷魚夾連接連接另兩只可控硅模塊的陽級和陰極,對其進行測試,三只可控硅的好壞情況便一目了然了。
這種檢測方法*為安全可靠,操作簡便。測試的準確度也較高。

變頻器可控硅整流電路的上電檢測,檢測電路見下圖:

圖4  變頻器主電路的可控硅測試電路2
為變頻器供入380V維修電源(隔離變壓器提供),為了測試電壓值的方便,可將P、P1端子短接線拆除(也可以不拆),在整流輸出的正、負端連接兩只燈泡,燈泡的功率值越大越好,用1000W的更好,測試準確度會高一些。
用二極管和電阻串接構成簡單的觸發電路,串二極管的目的,使可控硅柵極不承受反向電壓。當用“觸發電路”短接可控被測試可控硅的陽極和柵極時,會出現以下兩種情況:
1)、燈泡亮度正常,此時測量燈泡兩端的直流電壓值,為380×0.45=170V(半波整流值)。觸發電路一直連接也沒有問題,1k10W電阻無溫升。連接觸發電路,燈泡即顯示正常亮度,斷開觸發電路,燈泡即滅。說明可控硅模塊是好的;
2)連接觸發電路,亮度微弱,說明燈泡電流是通過1k10W電阻供給的,電阻有溫升,不要長時間連接,以免燒毀。如果測試燈泡兩端的電壓,僅為幾十伏。說明模塊壞掉,不能被正常觸發。
這種測試方法,通過燈泡的亮度來判斷可控硅的好壞,準確度還是可以的,但測試上不如**種方法簡便和安全,是帶電操作的,一定要注意安全!三只模塊也可以一只一只地測量。同時測量不準的。      
        

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