高壓可控硅知識大全

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  高壓可控硅*概 述

  高壓可控硅是一種具有三個PN 結的四層結構的大功率半導體器件。具有體積小、結構相對簡單、功能強等特點,是比較常用的半導體器件之一。該器件被廣泛應用于各種電子設備和電子產品中,例如開關電源、復合開關、自動化電氣設備、路燈控制電路、直流電源、 機電控制電路以及三象交流輸入的高壓電路變頻電路,還有變頻電路,調光、調溫、調速電路,電扇、洗衣機、飲水機、 微波爐、空調等家用電器的控制電路,多用來作可控整流、逆變、變頻、調壓、無觸點開關等。

  高壓可控硅*工作原理

  高壓可控硅是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。

  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,此條件見表1

  高壓可控硅的基本伏安特性見圖2

  圖2 可控硅基本伏安特性

  (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

  圖4 陽極加正向電壓

  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

  2、 觸發導通

  圖5 陽極和控制極均加正向電壓

  圖1、可控硅結構示意圖和符號圖

  高壓可控硅*技術指標

  芯片一致性好,參數穩定

  封裝車間達到國際無塵標準

  電流 - 維持(Ih):50mA

  電壓 - 斷路:1600V

  電流 - 柵極觸發電流 (Igt)(*大):25mA

  電流 - 非重復電涌:50、60Hz (Itsm)450A, 520A

  電流 - 導通狀態 (It):45A

  電壓 - 柵極觸發器 (Vgt)(*大):1.3V

  封裝/外殼:TO-247-3(直引線)非絕緣型

  電流/IT(RMS):45(A)

  電壓/VDRM:(1650V)

  觸發電流/IGT:25mA

  觸發電壓/VGT:

  VD=12V;IT=0.1A; 0.6~1.5V

  VD=VDRM(max);IT=0.1A;Tj=125℃ 0.25~0.4V

  工作溫度:125℃(儲存溫度:-40~+150℃)

  門極散耗功率:0.5W

  高壓可控硅*用 途

  一般家用電器中的調光燈、調速風扇、空調機、電視機、電冰箱、洗衣機、照相機、組合音響、聲光電路、定時控制器、玩具裝置、無線電遙控、攝像機及工業控制等都大量使用了可控硅器件,具體用途如下:

  可控整流:

  普通晶閘管*基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬于不可控整流電路。如果把二極管換成晶閘管,就可以構成可控整流電路、逆變、電機調速、電機勵磁、無觸點開關及自動控制等方面。在電工技術中,常把交流電的半個周期定為180°,稱為電角度。這樣,在U2的每個正半周,從零值開始到觸發脈沖到來瞬間所經歷的電角度稱為控制角α;在每個正半周內晶閘管導通的電角度叫導通角θ。很明顯,α和θ都是用來表示晶閘管在承受正向電壓的半個周期的導通或阻斷范圍的。通過改變控制角α或導通角θ,改變負載上脈沖直流電壓的平均值UL,實現了可控整流。

  無觸點開關:

  可控硅的功用不僅是整流,它還可以用作無觸點開關以快速接通或切斷電路,實現將直流電變成交流電的逆變,將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電,等等。

  高壓可控硅*調試方法

  1、若R1用100KΩ,V1不能飽和,可用兩只9012管復合代替V1;

  2、調整R2阻值,以使SCR能被可靠觸發導通。

  據說老鼠對電磁場較為敏感,這是一般的高壓電網滅鼠效果較差的原因。

  本文介紹的電子滅鼠器,平時電網上無高壓,它不會引起老鼠的警覺,但只要鼠體一觸及電網,電網便立即通上高壓,瞬間將其擊斃,其滅鼠效果較好。

  B是一只隔離、升壓式變壓器。由于電網利用大地作為一個電極,為防止殺鼠時市電觸電保安器誤動作,用變壓器將電路與市電隔離。

  次級6V左右的低壓經VD1整流、C1濾波后得到7V左右的直流電壓作控制用。

  高壓交流電由VD2整流后得到的脈動電壓作觸殺電源。

  單向可控硅SCR用于高壓的開/關控制,SCR陰極直接接在電網上。

  靜態時,三極管V1因基極電路懸浮而截止,SCR亦截止,電網對地間只有很低的直流電壓,因而產生的電場很弱,不會使老鼠引起警覺。

  當有老鼠碰到電網時,V1立即導通,將SCR觸發,脈動高壓電立即加在電網上,將老鼠擊斃。

  與此同時,V2也飽和導通,繼電器J通電吸合,電鈴DL接通電源而打響,通知人員將死鼠及時移走,以免SCR及變壓器長時間通過大電流而燒毀。

  元件選擇與制作:B選用300VA左右的控制變壓器改制,將低壓繞組拆除,另用∮0.25mm的漆包線繞1200匝左右,在13匝處抽頭作低壓繞組。J用6V小型繼電器。

  制作時,所有元件裝在一個電路板上。

  電網可用鐵絲在離地2cm高的瓷絕緣支撐物上纏繞數道形成,電路的公共端用鐵釘釘入地下。為了加強效果,可在地面潑些水。

  高壓可控硅*使用保護指南

  晶閘管元件的主要弱點是承受過電流和國電壓的能力很差,即使短時間的過流和過電壓,也可能導致晶閘管的損壞,所以必須對它采用適當的保護措施。

  1. 過電流保護

  晶閘管出現過電流的主要原因是過載、短路和誤觸發。過電流保護有以下幾種:

  快速容斷器 快速容斷器中的溶絲是銀質的,只要選用適當,在同樣的過電流倍數下,它可以在晶閘管損壞前先溶斷,從而保護了晶閘管。

  過電流繼電器 當電流超過過電流繼電器的整定值時,過電流繼電器就會動作,切斷保護電路。但由于繼電器動作到切斷電路需要一定時間,所以只能用作晶閘管的過載保護。

  過載截止保護 利用過電流的信號將晶閘管的觸發信號后移,或使晶閘管得導通角減小,或干脆停止觸發保護晶閘管。

  2. 過電壓保護

  過電壓可能導致晶閘管的擊穿,其主要原因是由于電路中電感元件的通斷、熔斷器熔斷或晶閘管在導通與截止間的轉換。對過壓保護可采用兩種措施

  阻容保護 阻容保護是電阻和電容串聯后,接在晶閘管電路中的一種過電壓保護方式,其實質是利用電容器兩端電壓不能突變和電容器的電場儲能以及電阻使耗能元件的特性,把過電壓的能量變成電場能量儲存在電場中,并利用電阻把這部分能量消耗掉。

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