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晶闸管,简述晶闸管工作原理特点及其分类-重点分析

信息来源:本站 日期:2017-10-20 

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晶闸管

晶体闸流管简称为品闸管,也叫做可控硅,是一种具有三个PN结的功率型半导体器件。因为它可以像闸门一样控制电流,所以称之为“晶体闸流管”。晶体闸流管是最常用的功率型半导体控制器件之一,具有广泛的用途。如图4-42所尔为部分常见晶体闸流管。晶闸管

晶体闸流管种类和规格很多,适用于各种不同的场合。根据控制特性的不同,晶体闸流管可分为单向晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管、正向阻断晶闸管、反向阻断晶闸管、光控晶闸管等。

根据电流容量的不同,晶体闸流管可分为小功率管、中功率管和大功率管。根据关断速度的不同,晶体闸流管可分为普通晶闸管和高频晶闸管(工作频率>lOkHz)。根据封装和外观形式的不同,晶体闸流管可分为塑封式、陶瓷封装式、金属壳封装式、大功率螺栓式和平板式等。

双向晶闸管是在单向晶闸管的基础之上开发出来的,是一种交流型功率控制器件。双向品闸管不仅能够取代两个反向并联的单向晶闸管,而且只需要一个触发电路,使用很方便。

可关断晶闸管也称为门控晶闸管,是在普通晶闸管基础上发展起来的功率型控制器件。

怎样识别晶闸管

晶体闸流管的文字符号为“VS”,图形符号如图4-43所示。晶闸管

国产晶体闸流管的型号见表4-3。单向晶闸管主要有3CT系列和KP系列,双向晶闸管主要有3CTS系列和KS系列,高频晶闸管主要有KK系列。晶闸管

晶体闸流管具有3个引脚。单向晶闸管的3个引脚分别是阳极A、阴极K和控制极G,常见单向晶闸管的引脚如图4-44所示,使用中应注意识别,不要搞错。晶闸管

双向晶闸管的3个引脚分别是控制极G、主电极T1和主电极T2,如图4-45所示。由于双向品闸管的两个主电极T1和T2是对称的,因此使用中可以任意互换。晶闸管

晶闸管有什么特点

晶体闸流管的特点是具有可控制的单向导电性,即不但具有一般二极管单向导电的整流作用,而且可以对导通电流进行控制,就好像闸门一样,起到控制电流有无和大小的作用。晶体闸流管的这一特点是由其特殊的结构所决定的。

(1)单向晶闸管工作原理

单向晶闸管是PNPN闪层结构,形成三个PN结,具有阳极人、阴极K和控制极G三个外电极。单向品闸管可等效为PNP, NPN两个晶体管组成的复合管,如图4-46所示。

晶闸管

在阳极A之间加上正电压后,晶闸管并不导通。只有在控制极G加上触发电压时,VT1、VT2相继迅速导通,并且互相提供基极电流维持晶闸管导通。此时即使去掉控制极上的触发电压,晶闸管仍维持导通状态,直至所通过的电流小于晶闸管的维持电流时,晶闸管才关断。

(2)双向晶闸管工作原理

双向晶闸管可以等效为两个单向晶闸管反向并联,如图4-47所示。双向晶闸管可以控制双向导通,因此除控制极G外的另两个电极不再分阳极、阴极,而称之为主电极T1、T2。

晶闸管
当有触发电压加至控制极G时,双向晶闸管导通,井在触发电压消失后仍维持导通状态,电流既可从T1经过VS2流向T2,又可从T2经过VS1流向Tl。当电流小于晶闸管的维持电流时晶闸管关断。

(3)可关断晶闸管工作原理

普通单向或双向晶闸管导通后控制极即不起作用,要关断晶闸管必须切断电源,使流过晶闸管的正向电流小于维持电流IH可关断品闸管的特点是可以通过控制极关断,克服了上述缺陷。当可关断晶闸管控制极G加上正脉冲电压时晶闸管导通,当控制极G加上负脉冲电肤日寸晶闸管关断,如图4-48所示。

晶闸管

怎样理解晶闸管的参数

品体闸流管的主要参数是额定通态平均电流、阻断峰值电压、触发电压和电流、维持电流等,下面我们逐一解释。

(1)额定通态平均电流

额定通态平均电流IT是指晶闸管导通时所允许通过的最大交流正弦电流的有效值。使用中电路的工作电流应小于晶闸管的额定通态平均电流IT。

(2)阻断峰值电压

阻断峰值电压包括正向阻断峰值电压U DRM和反向峰值电压URRM。

正向阻断峰值电压UDRM是指晶闸管正向阻断时所允许重复施加的正向的峰值,反向峰值电压URRM是指允许重复加在晶闸管两端的反向电压的峰值。使用中电路施加在品闸管上的电压必须小于UDRM与URRM并留有一定余量,以免造成击穿损坏。

(3)触发电压和电流

控制极触发电压UG和控制极触发电流I(G,是指使晶闸管从阻断状态转变为导通状态时,所需要的最小控制极直流电压和直流电流。使用中应使实际触发电压和电流大于UG和IG,以保证可靠触发。

(4)维持电流

维持电流IH是指保持晶闸管肆通所需要的最小正向电流。当通过晶闸管的电流小于IH时,品闸管将退出导通状态而关断。

晶闸管有哪些用途

晶体闸流管具有以小电流控制大电流、以低电压控制高电压的作用,具有体积小、重量轻、功耗低、效率高、开关速度快等优点,在无触点开关,可控整流、直流逆变、凋压、调光和调速等方面得到广泛的应用。

(1)直流无触点开关

晶体闸流管最主要的用途是作无触点开关。如图4-49所示为报警器控制电路,单向晶闸管VS就是一个直流无触点井关。平时VS阻断,报警器不报警。当探头检测到异常情况时,输出一正脉冲至VS的控制极G,晶闸管VS导通使报警器报警,直至有关人员到场并切断开关s才停止报警。

(2)交流无触点开关

双向晶闸管可以用作交流无触点开关。如图4-50所示为照明灯延时控制电路,双向晶闸管VS就是一个交流无触点开关。延时电路被触发后照明灯随即点亮,但触发信号消失后照明灯并不立即熄灭。延时电路输出到VS控制极的U电压会延续一段时间,保持vs导通,直全延时结束后照明灯才熄灭。这里有一点需要特别强调,就是在交流回路中,交流电压在每一周期内都会有两次过零点,这时品闸管会关断。

晶闸管

晶闸管

交流同态继电器电路巾也用到双向晶闸管,如图4-51所示。当交流固态继电器输入端加上控制电压时,双向晶闸管VS导通,接通输出端交流电路。

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(3)可控整流

晶体闸流管可以用作可控整流,即不但能够完成整流功能,面且还可以控制输出直流电压的大小。可控整流电路如图4-52所示,晶闸管VS1、VS2为可控整流器件。只有当控制极有触发脉冲UG时晶闸管才导通进行整流.而每当交流电压过零时晶闸管关断。改变触发脉冲在交流电每半周内出现的迟早,即可改变晶闸管的导通角.从葡改变了输出到负载的直流电压的大小。

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(4)直流逆变

可关断晶闸管可以很方便地构成直流逆变电路,将直流电逆变为交流电。如图4-53所示为直流逆变电路,两个可关断品闸管VS1、VS2的控制极触发电压UG1、UG2,为频率相同,极性相反的正、负脉冲,使得VSI与VS2轮流导通,在变压器次级即可得到频率与UG相同的交流电压。

(5)交流调压


双向晶闸管可以用作交流调压器。如图4-54所示为交流凋压电路,双向晶闸管VS为交流调压器件。RP、R和C组成充放电回路,C上电压作为双向品闸管Vs的触发电压。接通电源后,电源通过RP和R向c充电,当C上电压达到双向二极管VD触发电压时,VS导通,直至电源电压过零时关断。调节电位器RP即可改变C的充电时间,也就改变了VS的导通角,达到交流调压的目的。

晶闸管

晶闸管

(6)调光电路

晶体闸流管可以构成调光电路。如图4-55所示为采用单向晶闸管的台灯调光电路,二极管VD1-VD4组成桥式整流器,将交流220V电压整流为直流脉动电压,以满足单向晶闸管VS的工作要求。RP是灯光调节电位器,改变RP即可改变C的充电时间,从而改变晶闸管VS的导通角,使通过照明灯泡EL的电压与电流发生变化,从而实现对台灯亮度的调节。

晶闸管

晶闸管

如图4-56所示为采用双向晶闸管的台灯调光电路,双向品闸管VS的触发电压取自电容器c。调节电位器RP改变C的充电时间,即可改变VS的导通角,实现对台灯亮度的控制。采用双向晶闸管可以简化电路。

怎样选用晶闸管

常用晶体闸流管主要有单向晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管等,应根据电路需要合理选用。

(1)单向晶闸管

单向晶闸管的特点是电流只能从阳极A流向阴极k,主要应用于直流电源或鱼流脉动电压的控制、交流电源整流、直流电源逆变等场合。

单向晶闸管可分为普通晶闸管和高频晶闸管(上作频率在l10kHz以上)。常用单向品闸管主要有3CT系列、3DT系列、KP系列和KK系列(高频品闸管),以及进门的MCR系列、SF系列、BST系列等。

(2)双向晶闸管

双向晶闸管是在单向晶闸管的基础之上开发出来的,是一种交流型功率控制器件。双向晶闸管不仅能够取代两个反向并联的单向晶闸管,而且只需要一个触发电路,使用更方便。

双向晶闸管的特点是可以通过交流电流,主要应用于交流电源的控制、交流电压的调整等场合。常用双向晶闸管主要有3CTS系列和KS系列,以及进口的MAC系列、SM系列、BCR系列等。

(3)可关断晶闸管

可关断品闸管的特点是可以通过控制极关断,主要应用于可关断无触点开关、直流逆变、凋乐、调光、调速等场合。

可关断晶闸管也称为门控晶闸管,是在普通品闸管基础上发展起来的功率型控制器件。普通晶闸管触发导通后其控制极即不起作用,要关断品闸管必须切断电源,或使流过晶闸管的正向电流小于维持电流。可关断晶闸管克服了上述缺陷,当控制极G加上正脉冲电压时晶闸管导通,当控制极G加上负脉冲电压时晶闸管关断。

可关断晶闸管是理想的高电压、大电流开关器件。例如,DG系列大功率叮关断晶闸管最高电压可达4500v、最大电流可达3000A。

怎样检测晶闸管

晶闸管可用万用表电阻挡进行检测,下面分别介绍不同类型晶闸管的检测方法。

(1)检测单向晶闸管

首先将万用表置于“RX10Ω”挡,黑表笔(表内电池正极,接控制极G,红表笔接阴极K,如图4-57所示,这时测量的是PN结的正向电阻,应有较小的阻值。对调两表笔后测其反向电阻,应比正向电阻明显大一些。

黑表笔仍接控制极G,红表笔改接至阳极A,阻值应为无穷大,如图4-58所示。对凋两表笔后冉测,阻值仍应为无穷大。这是因为G、A间为两个PN结反向串联,正常情况下正、反向电阻均为无穷大。

晶闸管

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接着检测导通特性,将万用表置于“RX1Ω”挡,黑表笔接阳极A,红表笔接阴极K,表针指示应为无穷大。用螺钉旋具等金属物将控制极G与阳极A短接一下(短接后即断开),表针应向右偏转并保持在十几欧姆处,如图4-59所示。否则说明该品闸管已损坏。

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(2)检测双向晶闸管

检测时,万用表置于“RX1Ω”挡,用两表笔测量控制极G与主电极T1间的正、反向电阻,均应为较小阻值,如图4-60所示。用两表笔测量控制极G与主电极T2间的正、反向电阻,均应为无穷大,如图4-61所示。

晶闸管

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检测双向晶闸管导通特性时,万用表仍置于“RX1Ω”挡,黑表笔接主电极T1,红表笔接主电极T2,表针指示应为无穷大。将控制极G与主电极T2短接一下,表针应向右偏转并保持在十几欧姆处,如图4-62所示。含则说明该双向晶闸管已损坏。

(3)检测可关断晶闸管

检测时,将万用表置于“RXlΩ”挡,黑表笔接阳极A,红表笔接阴极K,表针指示应为阻值无穷大。

用一节1.5v电池作为控制电压,电池负极串联一只100Ω左右的限流电阻接在可关断晶闸管的阴极K上。当用电池正极触碰一下控制极G后,万用表表针应右偏指示品闸管导通,如图4-63所示。

晶闸管

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然后调换电池极行,改为电池正极串联一只100Ω左右的限流电阻接在可关断晶闸管的限极K上,用电池负极触碰一下控制极G后,用万用表表针应向左返回至阻值无穷大,指示晶闸管已关断。否则说明可关断晶闸管已损坏。如图4-64所示。

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