可控硅元件知识.docVIP

一、可控硅概述 可控硅（SCR）国际通用名称为Thyristor，中文称为硅晶体闸流管，简称晶闸管。由于晶闸管最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅（SCR）。在电路中用文字符号“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。 晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。 可控硅的优点很多，例如：能在高电压、大电流条件下工作，体积小；以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪音；效率高，成本低等等。 可控硅的缺点：静态及动态的过载能力较差；容易受干扰而误导通。 ? 二、晶闸管（thyristor）的分类 晶闸管（thyristor）有多种分类方法。 （一）按关断、导通及控制方式分类 晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管（SCR）即单向可控硅、双向晶闸管（TRIAC）、逆导晶闸管、门极关断晶闸管（GTO）、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。 （二）按引脚和极性分类 晶闸管按其引脚和极性可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。 （三）按封装形式分类 晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管三种类型。其中，金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种；塑封晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种。 （四）按电流容量分类 晶闸管按电流容量可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三种。通常，大功率晶闸管多采用金属壳封装，而中、小功率晶闸管则多采用塑封或陶瓷封装。 （五）按关断速度分类 晶闸管按其关断速度可分为普通晶闸管和高频（快速）晶闸管 三、单向可控硅（SCR） （一）单向晶闸管的特性 普通晶闸管（SCR）是由PNPN四层半导体材料构成的三端半导体器件，三个引出端分别为阳极A、阴极K和门极G。电路符号如下图： 当单向晶闸管反向连接（即A极接电源负端，K极接电源正端）时，无论门极G所加电压是什么极性，晶闸管均处于阻断状态。当晶闸管正向连接（即A极接电源正端，K极接电源负端）时，若门极G所加触发电压为负时，则晶闸管也不导通，只有其门极G加上适当的正向触发电压时，晶闸管才能由阻断状态变为导通状态。此时，晶闸管阳极A极与阴极K极之间呈低阻导通状态，A、K极之间压降约为1V。 普通晶闸管受触发导通后，其门极G即使失去触发电压，只要阳极A和阴极K之间仍保持正向电压，晶闸管将维持低阻导通状态。只有把阳极A电压撤除或阳极A、阴极K之间电压极性发生改变（如交流过零）时，普通晶闸管才由低阻导通状态转换为高阻阻断状态。普通晶闸管一旦阻断，即使其阳极A与阴极K之间又重新加上正向电压，仍需在门极G和阴极K之间重新加上正向触发电压后方可导通。 普通晶闸管的导通与阻断状态相当于开关的闭合和断开状态，用它可以制成无触点电子开关，去控制直流电源电路。 （二）单向可控硅的原理分析 单向可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图1所示 图1 可控硅等效图解图 当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极，形成正反馈，使ib2不断增大，如此正向反馈循环使两个管子的电流剧增，可控硅饱和导通。 由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦单向可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，单向可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种单向可控硅是不可关断的。 由于单向可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表1 表1 可控硅导通和关断条件 状态 条件 说明 从关断到导通 1、阳极电位高于阴极电位 2、控制极有足够的正向电压和电流 两者缺一不可 维持导通 1、阳极电位高于阴极电位 2、阳极电流大于维持电流 ?两者缺一不可 从导通到关断 1、阳极电位低于阴极电位 2、阳极电流小于维持电流 任一条件即可? 四、双向可控硅（TRIAC） 双向晶闸管属于NPNPN五层器件，三个电极分别是T1、T2、G。T1、T2统称为主电极或第一电极（T1）、第二电极（T2），不再划分成阳极或阴极。其结构如图2所示，双向可控硅等效于两只单向可控硅反向并联而成：即其中一只单向硅阳