单向可控硅知识大全

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可控硅" target="_blank" href="http://www.dz-z.com/product/detail/10366696.html">单向可控硅 、概述:

单向可控硅为具有三个PN结的四层结构,由最外层的P层、N层引出两个电极——阳极A和阴极K,由中间的P层引出控制极G。电路符号好像为一只二极管,但好多一个引出电极——控制极或触发极G。英文缩写名称为SCR或MCR。

可控硅是可控的硅整流器,其整流输出电压是受控的,常与移相或过零触发电路配合,应用于交、直流调压电路。可控硅是在晶体管基础上发展起来的一种集成式半导体器件。
单向可控硅的等效原理及测量电路如下:

单向可控硅 、原理:

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。

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,表成正反馈,使ib2不断增大,如此正向馈循环的结果,两个管子的电流剧增,可控硅使饱和导通。

由于BG1和BG2所构成的正反馈作用,所以一旦可控硅导通后,即使控制极G的电流消失了,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,所以这种可控硅是不可关断的。

由于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。

从控制原理上可等效为一只PNP三极管与一只NPN三极管的连接电路,两管的基极电流和集电极电流互为通路,具有强烈的正反反馈作用。一旦从G、K回路输入NPN管子的基极电流,由于正反馈作用,两管将迅即进入饱合导通状态。可控硅导通之后,它的导通状态完全依靠管子本身的正反馈作用来维持,即使控制电流(电压)消失,可控硅仍处于导通状态。控制信号UGK的作用仅仅是触发可控硅使其导通,导通之后,控制信号便失去控制作用。

 

单向可控硅 、导通条件:

单向可控硅的导通需要两个条件:
1)、A、K之间加正向电压;
2)、G、K之间输入一个正向触发电流信号,无论是直流或脉冲信号。
若欲使可控硅关断,也有两个关断条件:
1)、使正向导通电流值小于其工作维持电流值;
2)、使A、K之间电压反向。
可见,可控硅器件若用于直流电路,一旦为触发信号开通,并保持一定幅度的流通电流的话,则可控硅会一直保持开通状态。除非将电源开断一次,才能使其关断。若用于交流电路,则在其承受正向电压期间,若接受一个触发信号,则一直保持导通,直到电压过零点到来,因无流通电流而自行关断。在承受反向电压期间,即使送入触发信号,可控硅也因A、K间电压反向,而保持于截止状态。

单向可控硅 、调压电路:

可控硅交流调压器由可控整流电路和触发电路两部分组成,其电路原里图如下图所示。 从图中可知,二极管D1—D4组成桥式整流电路,双基极二极管T1构成张弛振荡器作为可控硅的同步触发电路。当调压器接上市电后,220V交流电通过负载电阻RL经二极管D1—D4整流,在可控硅SCR的A、K两端形成一个脉动直流电压,该电压由电阻R1降压后作为触发电路的直流电源。在交流电的正半周时,整流电压通过R4、W1对电容C充电。当充电电压Uc达到T1管的峰值电压Up时,T1管由截止变为导通,于是电容C通过T1管的e、b1结和R2迅速放电,结果在R2上获得一个尖脉冲。这个脉冲作为控制信号送到可控硅SCR的控制极, 使可控硅导通。可控硅导通后的管压降很低,一般小于1V,所以张弛振荡器停止工作。当交流电通过零点时,可控硅自关断。当交流电在负半周时,电容C又从新充电……如此周而复始,便可调整负载RL上的功率了。

单向可控硅 、触发电路设计原理:

1,可以用直流触发可控硅装置。
2,电压有效值等于 U 等于开方{(电流有效值除以 2 派的值乘以 SIN 二倍电阻)加上(派减去电阻的差除 以派)}。
3,电流等于电压除以(电压波形的非正弦波幅值半波整流的两倍值)。

 

单向可控硅 、详细图解:

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.

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,表成正反馈,使ib2不断增大,如此正向馈循环的结果,两个管子的电流剧增,可控硅使饱和导通。

由于BG1和BG2所构成的正反馈作用,所以一旦可控硅导通后,即使控制极G的电流消失了,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,所以这种可控硅是不可关断的。

可控硅的基本伏安特性见图2.

(1)反向特性

当控制极开路,阳极加上反向电压时(见图3),J2结正偏,但J1、J2结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流,当电压进一步提高到J1结的雪崩击穿电压后,接差J3结也击穿,电流迅速增加,图3的特性开始弯曲,如特性OR段所示,弯曲处的电压URO叫“反向转折电压”。此时,可控硅会发生永久性反向。

(2)正向特性

当控制极开路,阳极上加上正向电压时(见图4),J1、J3结正偏,但J2结反偏,这与普通PN结的反向特性相似,也只能流过很小电流,这叫正向阻断状态,当电压增加,图3的特性发生了弯曲,如特性OA段所示,弯曲处的是UBO叫:正向转折电压


由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压后,J2结发生雪崩倍增效应,在结区产生大量的电子和空穴,电子时入N1区,空穴时入P2区。进入N1区的电子与由P1区通过J1结注入N1区的空穴复合,同样,进入P2区的空穴与由N2区通过J3结注入P2区的电子复合,雪崩击穿,进入N1区的电子与进入P2区的空穴各自不能全部复合掉,这样,在N1区就有电子积累,在P2区就有空穴积累,结果使P2区的电位升高,N1区的电位下降,J2结变成正偏,只要电流稍增加,电压便迅速下降,出现所谓负阻特性,见图3的虚线AB段。

这时J1、J2、J3三个结均处于正偏,可控硅便进入正向导电状态---通态,此时,它的特性与普通的PN结正向特性相似,见图2中的BC段

3、触发导通

在控制极G上加入正向电压时(见图5)因J3正偏,P2区的空穴时入N2区,N2区的电子进入P2区,形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用(见图2)的基础上,加上IGT的作用,使可控硅提前导通,导致图3的伏安特性OA段左移,IGT越大,特性左移越快。

由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压后,J2结发生雪崩倍增效应,在结区产生大量的电子和空穴,电子时入N1区,空穴时入P2区。进入N1区的电子与由P1区通过J1结注入N1区的空穴复合,同样,进入P2区的空穴与由N2区通过J3结注入P2区的电子复合,雪崩击穿,进入N1区的电子与进入P2区的空穴各自不能全部复合掉,这样,在N1区就有电子积累,在P2区就有空穴积累,结果使P2区的电位升高,N1区的电位下降,J2结变成正偏,只要电流稍增加,电压便迅速下降,出现所谓负阻特性,见图3的虚线AB段。

这时J1、J2、J3三个结均处于正偏,可控硅便进入正向导电状态---通态,此时,它的特性与普通的PN结正向特性相似,见图2中的BC段

3、触发导通

在控制极G上加入正向电压时(见图5)因J3正偏,P2区的空穴时入N2区,N2区的电子进入P2区,形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用(见图2)的基础上,加上IGT的作用,使可控硅提前导通,导致图3的伏安特性OA段左移,IGT越大,特性左移越快。

 

单向可控硅 、器件的检测:

  1)、用万用表粗测可控硅的好坏。用电阻x1k档,正、反向测量A、K之间的电阻值,均接近无穷大;用电阻x10Ω档测量G、K之间的电阻,从十几欧姆至百欧姆,功率越大欧姆值越小。正、反向电阻值相等或差异极小。说明可控硅的G、K并不像一般三极管的发射结,有明显的正、反向电阻的差异。这种测量方式是有局限性的,当A、K之间已呈故障开路状态时,则无法测出好坏。有的G、K间电阻值极小,也难以判别两控制极是否已经短路。
    2)、较为准确的测量方法,是如图1中的右图,为可控硅连接上电源和负载,才能得出好坏的结论。方法是:将可控硅接入电路,可控硅因无触发信号输入,小灯泡HL1无电流通路不发光;将A、G短接一下再断开,可控硅受触发而导通,并能维持导通(灯泡的额定电流应大于100mA),灯泡一直发光,直到断开电源。再接通电源时,灯泡不亮。可控硅器件基本上是好的。
    3)、可控硅有以下几种损坏情况:
    a、A、K极间短路或断路;b、G、A极间短路或断路;c、三个电极之间的短路。
    还有一种损坏情况很让人迷惑(这种状态当然极为少见),用上述1、2种检测方法检测,可控硅是好的,但接到交流电路中,便失去可控整流作用。故障可控硅在未接受触发信号前,呈开路状态,是对的。触发电流输入后,可控硅开通了,交流输入的正、负半波都一齐过去了,单向可控硅成了一只“交流开关”!变频器整流电流中,若有这种情况发生,储能电容非喷液了不可。可控硅的这种损坏情况,不能用短路或击穿来说明了,只能说这只可控硅已经失效——失去整流作用了!

图2  变频器主电路的可控三相整流电路
变频器的主电路的整流电路中,往往采用上三臂单向可控硅和下三臂整流二极管组成的三相可控整流电路,以代替充电接触器实现上电瞬间对直流回路储能电容的“软充电”控制。三相可控整流电路的形式如图2所示。
**率机型的变频器,整流电路是由三只半控桥模块构成,每只模块内部,含一只整流二极管和一只单向可控硅器件,每只模块有三个主端子:1,交流输入端;2,可控硅整流正电压输出端;3、整流负输出端。还有两个触发端子,4,控制栅极引出端;5,阴极控制线引出端。
三相整流电路中对可控硅模块的测量方法:
如果是整机停电状态下,对可控硅模块进行测量,可采用��1中右图的测试电路。

图3  变频器主电路的可控硅测试电路1
    做一个测试器:由小型6V电池1块、6V小电珠1只、万用表的表笔(触碰针)一支和鳄鱼夹2只,可以组装于肥皂塑料盒或其它适宜的壳体中,那么一只高效准确和使用方便的“可控硅测试仪”就制作成功了!
停掉变频器的整机电源,不需将模块从电路中拆下,整机正常连接状态下,即可对可控硅模块进行测试了。测试步骤如下:
1)、用鳄鱼夹连接任一只可控硅模块的阳极和阴极(注意电池负端的鳄鱼夹连接阴极),触碰针不去触碰可控硅的栅极,小电珠不亮。(这时若小电珠亮,说明可控硅已经短路或漏电坏掉了。);
2)、用触碰针触碰一下可控硅阴极后,小电珠点亮(正常亮度很亮啊)。拿掉触碰针后,小电珠一直亮。(此时有两种情况,触碰针与栅极接触时,小电珠亮,拿掉触碰针,小电珠不亮,可控硅内部阴极、阴极间断路损坏;触碰针接触栅极时,小电珠也不亮,可控硅的栅极、阴极出现断路性损坏。)
3)将一只鳄鱼夹脱开连接,小电珠熄灭;再连接鳄鱼夹,小电珠仍不亮。直到触碰针触碰一下栅极后,小电珠点亮。
测试结束。可控硅是好的,测试过程中,通过小电珠异常的亮/灭状态,已将可控硅的损坏状态,明白无误地检测出来了。
分别用鳄鱼夹连接连接另两只可控硅模块的阳级和阴极,对其进行测试,三只可控硅的好坏情况便一目了然了。
这种检测方法最为安全可靠,操作简便。测试的准确度也较高。

变频器可控硅整流电路的上电检测,检测电路见下图:

图4  变频器主电路的可控硅测试电路2
为变频器供入380V维修电源(隔离变压器提供),为了测试电压值的方便,可将P、P1端子短接线拆除(也可以不拆),在整流输出的正、负端连接两只灯泡,灯泡的功率值越大越好,用1000W的更好,测试准确度会高一些。
用二极管和电阻串接构成简单的触发电路,串二极管的目的,使可控硅栅极不承受反向电压。当用“触发电路”短接可控被测试可控硅的阳极和栅极时,会出现以下两种情况:
1)、灯泡亮度正常,此时测量灯泡两端的直流电压值,为380×0.45=170V(半波整流值)。触发电路一直连接也没有问题,1k10W电阻无温升。连接触发电路,灯泡即显示正常亮度,断开触发电路,灯泡即灭。说明可控硅模块是好的;
2)连接触发电路,亮度微弱,说明灯泡电流是通过1k10W电阻供给的,电阻有温升,不要长时间连接,以免烧毁。如果测试灯泡两端的电压,仅为几十伏。说明模块坏掉,不能被正常触发。
这种测试方法,通过灯泡的亮度来判断可控硅的好坏,准确度还是可以的,但测试上不如第一种方法简便和安全,是带电操作的,一定要注意安全!三只模块也可以一只一只地测量。同时测量不准的。