晶閘管的結(jié)構(gòu)、工作原理及主要參數(shù)

晶閘管(晶體閘流管VT)又叫可控硅。

晶閘管具有功率大，效率高，體積小，質(zhì)量輕和壽命長的優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于電機(jī)調(diào)速，電解，電鍍，電焊機(jī)，發(fā)電機(jī)勵磁等領(lǐng)域。

晶閘管的缺點(diǎn)：過載能力差，抗干擾能力差，控制線路較復(fù)雜，易使電網(wǎng)電壓波形畸變導(dǎo)致對其他電子設(shè)備干擾。

按電能轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)方式來劃分晶閘管，常用作可控整流器，交流調(diào)壓器，變頻器和無觸點(diǎn)開關(guān)。

晶閘管種類很多，本章介紹單向晶閘管和雙向晶閘管。

晶閘管結(jié)構(gòu)和工作原理

晶閘管由三個PN結(jié)的四層半導(dǎo)體組成，四層半導(dǎo)體的晶閘管可看作由PNP和NPN兩個晶體管連接而成，每個晶體管的基極與另外一個晶體管的集電極相連，陽極A相當(dāng)于PNP管的發(fā)射極，陰極相當(dāng)于NPN管的發(fā)射極，門極相當(dāng)于NPN管的基極。

陽極加負(fù)電壓，兩邊的兩個PN結(jié)反偏，稱為反向阻斷狀態(tài)。

陽極加正電壓，門極懸空或接零，中間的PN結(jié)反偏，稱正向阻斷狀態(tài)。

陽極加正電壓，門極給一短暫時間的正電壓，兩個三極管的放大倍數(shù)之積大于1時，晶閘管形成強(qiáng)烈的正反饋，正反饋使兩個三極管的集電極電流越來越大，當(dāng)三極管處于飽和時，放大倍數(shù)下降為1，電流就不會再增大下去，撤去門極電壓(由V1管集電極通過正反饋提供給V2管基極(門極)電流)晶閘管仍然可以維持導(dǎo)通，此時晶閘管處于完全飽和導(dǎo)通狀態(tài)，其正向壓降很小，約0.6~1.2v。

晶閘管導(dǎo)通條件

陽極加正電壓，門極加正電壓，兩者缺一不可。門極對晶閘管的導(dǎo)通只起觸發(fā)作用，導(dǎo)通之后失去控制作用。晶閘管不是一個放大元件，而是一個由小功率操縱控制的大功率開關(guān)元件。

注意：導(dǎo)通時的陽極電流最小值稱為維持電流IH，必須使陽極電流大于維持電流才可以使晶閘管有自保持導(dǎo)通的功能。

晶閘管截止關(guān)斷的條件

減小陽極電流，使兩個三極管放大倍數(shù)值小于1，常用陽極加零壓或反壓的方法。

晶閘管伏安特性

門極不加電壓，陽極加正電壓，當(dāng)達(dá)到電壓值為UFM時，晶閘管導(dǎo)通出現(xiàn)永久性破壞，此時UFM稱為正向不重復(fù)電壓(正向轉(zhuǎn)折電壓)。

晶閘管加入門極電流后，轉(zhuǎn)折電壓減小，且門極電流越大，轉(zhuǎn)折電壓減小越多，使用這種方式使晶閘管導(dǎo)通是可以恢復(fù)的。陽極工作電壓越低，需要的觸發(fā)電流越大。

晶閘管加負(fù)電壓超過某一數(shù)值URM時，管子反向擊穿，造成永久性破壞，稱為反向不重復(fù)電壓。

晶閘管主要參數(shù)

正向阻斷峰值電壓UFRM

正向阻斷峰值電壓UFRM:門極開路，晶閘管結(jié)溫100℃，晶閘管未導(dǎo)通前，允許重復(fù)加在晶閘管A、K極間的正向峰值電壓而又不能使晶閘管導(dǎo)通的電壓。

如果電壓超過正向阻斷峰值電壓，晶閘管不用觸發(fā)就可能導(dǎo)通，為避免瞬間過電壓誤導(dǎo)通，應(yīng)選用晶閘管正向阻斷峰值電壓為工作峰值電壓的1.5~2倍。

正向阻斷峰值電壓一般使正向不重復(fù)電壓的80%。

反向阻斷峰值電壓URRM

類似正向，不多重復(fù)了。

額定正向平均電流IF

室溫低于40℃，標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，晶閘管允許連續(xù)通過50赫茲正弦半波電流在一個周期的平均值

峰值為314A的工頻半波電流，其平均值為100A，選用一個額定導(dǎo)通狀態(tài)下平均電流為100A的晶閘管，允許通過有效值為157A的工頻半波電流。

實(shí)際工作中，晶閘管不是處于流過整個正版波電流的標(biāo)準(zhǔn)通態(tài)，而是工作于導(dǎo)通角小于180°的非標(biāo)準(zhǔn)通態(tài)(時間較短則平均電流較)，因此應(yīng)該先算出非標(biāo)準(zhǔn)通態(tài)的電流有效值，再除以1.57計(jì)算出平均值，并且留有1.5~2倍的裕量。

門極觸發(fā)電壓Ug和觸發(fā)電流Ig

室溫20℃，晶閘管陽極加+6V電壓，門極能可靠的觸發(fā)導(dǎo)通的最小電壓值和電流值

維持電流IH

室溫20℃，門極開路時，維持晶閘管導(dǎo)通所必須的最小陽極電流值，陽極電流小于維持電流，晶閘管自動關(guān)斷。

變壓器線圈同名端的鑒別電路

二次側(cè)3端如果是同名端，則由3端流出電流觸發(fā)晶閘管使之導(dǎo)通并自保持，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，如果不是則無觸發(fā)電流，發(fā)光二極管不亮。

應(yīng)急燈電路

交流電正半波通過VD1、R3向電池充電(正半波直流電)，電阻R3為充電限流電阻(R3=(根號2*12.6-12)/I，其中I為電池充電電流允許值)，晶閘管A、K反偏截止，燈不亮。

電容由VD2、R2充電到12V，上正下負(fù)使晶閘管控制極反偏。

負(fù)半波時，電容和變壓器、電池和R1串聯(lián)放電，但是由于R1值較大，整個負(fù)半波內(nèi)C放不完電，所以晶閘管控制極始終保持反偏。

停電時，電容通過VD1、R3、R1放電，然后蓄電池通過R1、變壓器二次側(cè)對電容反充電(上負(fù)下正)，正壓觸發(fā)晶閘管控制極，應(yīng)急燈由蓄電池通過晶閘管、變壓器二次側(cè)供電。

來電時，交流電正半波時，晶閘管反偏關(guān)斷.