高压可控��知识大全

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  高压可控硅*概 述

  高压可控硅是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件。具有体积小、结构相对简单、功能强等特点,是比较常用的半导体器件之一。该器件被广泛应用于各种电子设备和电子产品中,例如开关电源、复合开关、自动化电气设备、路灯控制电路、直流电源、 机电控制电路以及三象交流输入的高压电路变频电路,还有变频电路,调光、调温、调速电路,电扇、洗衣机、饮水机、 微波炉、空调等家用电器的控制电路,多用来作可控整流、逆变、变频、调压、无触点开关等。

  高压可控硅*工作原理

  高压可控硅是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。

  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,此条件见表1

  高压可控硅的基本伏安特性见图2

  图2 可控硅基本伏安特性

  (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

  图4 阳极加正向电压

  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

  2、 触发导通

  图5 阳极和控制极均加正向电压

  图1、可控硅结构示意图和符号图

  高压可控硅*技术指标

  芯片一致性好,参数稳定

  封装车间达到国际无尘标准

  电流 - 维持(Ih):50mA

  电压 - 断路:1600V

  电流 - 栅极触发电流 (Igt)(最大):25mA

  电流 - 非重复电涌:50、60Hz (Itsm)450A, 520A

  电流 - 导通状态 (It):45A

  电压 - 栅极触发器 (Vgt)(最大):1.3V

  封装/外壳:TO-247-3(直引线)非绝缘型

  电流/IT(RMS):45(A)

  电压/VDRM:(1650V)

  触发电流/IGT:25mA

  触发电压/VGT:

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

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

  工作温度:125℃(储存温度:-40~+150℃)

  门极散耗功率:0.5W

  高压可控硅*用 途

  一般家用电器中的调光灯、调速风扇、空调机、电视机、电冰箱、洗衣机、照相机、组合音响、声光电路、定时控制器、玩具装置、无线电遥控、摄像机及工业控制等都大量使用了可控硅器件,具体用途如下:

  可控整流:

  普通晶闸管最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二极管整流电路属于不可控整流电路。如果把二极管换成晶闸管,就可以构成可控整流电路、逆变、电机调速、电机励磁、无触点开关及自动控制等方面。在电工技术中,常把交流电的半个周期定为180°,称为电角度。这样,在U2的每个正半周,从零值开始到触发脉冲到来瞬间所经历的电角度称为控制角α;在每个正半周内晶闸管导通的电角度叫导通角θ。很明显,α和θ都是用来表示晶闸管在承受正向电压的半个周期的导通或阻断范围的。通过改变控制角α或导通角θ,改变负载上脉冲直流电压的平均值UL,实现了可控整流。

  无触点开关:

  可控硅的功用不仅是整流,它还可以用作无触点开关以快速接通或切断电路,实现将直流电变成交流电的逆变,将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电,等等。

  高压可控硅*调试方法

  1、若R1用100KΩ,V1不能饱和,可用两只9012管复合代替V1;

  2、调整R2阻值,以使SCR能被可靠触发导通。

  据说老鼠对电磁场较为敏感,这是一般的高压电网灭鼠效果较差的原因。

  本文介绍的电子灭鼠器,平时电网上无高压,它不会引起老鼠的警觉,但只要鼠体一触及电网,电网便立即通上高压,瞬间将其击毙,其灭鼠效果较好。

  B是一只隔离、升压式变压器。由于电网利用大地作为一个电极,为防止杀鼠时市电触电保安器误动作,用变压器将电路与市电隔离。

  次级6V左右的低压经VD1整流、C1滤波后得到7V左右的直流电压作控制用。

  高压交流电由VD2整流后得到的脉动电压作触杀电源。

  单向可控硅SCR用于高压的开/关控制,SCR阴极直接接在电网上。

  静态时,三极管V1因基极电路悬浮而截止,SCR亦截止,电网对地间只有很低的直流电压,因而产生的电场很弱,不会使老鼠引起警觉。

  当有老鼠碰到电网时,V1立即导通,将SCR触发,脉动高压电立即加在电网上,将老鼠击毙。

  与此同时,V2也饱和导通,继电器J通电吸合,电铃DL接通电源而打响,通知人员将死鼠及时移走,以免SCR及变压器长时间通过大电流而烧毁。

  元件选择与制作:B选用300VA左右的控制变压器改制,将低压绕组拆除,另用∮0.25mm的漆包线绕1200匝左右,在13匝处抽头作低压绕组。J用6V小型继电器。

  制作时,所有元件装在一个电路板上。

  电网可用铁丝在离地2cm高的瓷绝缘支撑物上缠绕数道形成,电路的公共端用铁钉钉入地下。为了加强效果,可在地面泼些水。

  高压可控硅*使用保护指南

  晶闸管元件的主要弱点是承受过电流和国电压的能力很差,即使短时间的过流和过电压,也可能导致晶闸管的损坏,所以必须对它采用适当的保护措施。

  1. 过电流保护

  晶闸管出现过电流的主要原因是过载、短路和误触发。过电流保护有以下几种:

  快速容断器 快速容断器中的溶丝是银质的,只要选用适当,在同样的过电流倍数下,它可以在晶闸管损坏前先溶断,从而保护了晶闸管。

  过电流继电器 当电流超过过电流继电器的整定值时,过电流继电器就会动作,切断保护电路。但由于继电器动作到切断电路需要一定时间,所以只能用作晶闸管的过载保护。

  过载截止保护 利用过电流的信号将晶闸管的触发信号后移,或使晶闸管得导通角减小,或干脆停止触发保护晶闸管。

  2. 过电压保护

  过电压可能导致晶闸管的击穿,其主要原因是由于电路中电感元件的通断、熔断器熔断或晶闸管在导通与截止间的转换。对过压保护可采用两种措施

  阻容保护 阻容保护是电阻和电容串联后,接在晶闸管电路中的一种过电压保护方式,其实质是利用电容器两端电压不能突变和电容器的电场储能以及电阻使耗能元件的特性,把过电压的能量变成电场能量储存在电场中,并利用电阻把这部分能量消耗掉。