晶閘管

晶閘管的寫法

晶閘管介紹

晶閘管（Thyristor）是晶體閘流管的簡稱，又可稱做可控硅整流器，以前被簡稱為可控硅；1957年美國通用電器公司開發出世界上款晶閘管產品，并于1958年將其商業化；晶閘管是PNPN四層半導體結構，它有三個極：陽極，陰極和門極;晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應用于可控整流、交流調壓、無觸點電子開關、逆變及變頻等電子電路中。

種類

晶閘管有多種分類方法。

（一）按關斷、導通及控制方式分類

晶閘管按其關斷、導通及控制方式可分為普通晶閘管、雙向晶閘管、逆導晶閘管、門極關斷晶閘管（GTO）、BTG晶閘管、溫控晶閘管和光控晶閘管等多種。

（二）按引腳和極性分類

晶閘管按其引腳和極性可分為二極晶閘管、三極晶閘管和四極晶閘管。

（三）按封裝形式分類

晶閘管按其封裝形式可分為金屬封裝晶閘管、塑封晶閘管和陶瓷封裝晶閘管三種類型。其中，金屬封裝晶閘管又分為螺栓形、平板形、圓殼形等多種；塑封晶閘管又分為帶散熱片型和不帶散熱片型兩種。

（四）按電流容量分類

晶閘管按電流容量可分為大功率晶閘管、中功率晶閘管和小功率晶閘管三種。通常，大功率晶閘管多采用金屬殼封裝，而中、小功率晶閘管則多采用塑封或陶瓷封裝。

（五）按關斷速度分類

晶閘管按其關斷速度可分為普通晶閘管和高頻（快速）晶閘管。

和可控硅的區別

晶閘管(THYRISTOR)又名可控硅,屬于功率器件領域,是一種功率半導體開關元件,可控硅是其簡稱,按其工作特性,可控硅可分為單向可控硅(SCR)、雙向可控硅(TRIAC).

可控硅也稱作晶閘管,它是由PNPN四層半導體構成的元件,有三個電極、陽極A、陰極K和控制極G.

可控硅在電路中能夠實現交流電的無觸點控制,以小電流控制大電流,并且不象繼電器那樣控制時有火花產生,而且動作快、壽命長、可靠性好.在調速、調光、調壓、調溫以及其他各種控制電路中都有它的身影.

可控硅分為單向的和雙向的,符號也不同.單向可控硅有三個PN結,由最外層的P極和N極引出兩個電極,分別稱為陽極和陰極,由中間的P極引出一個控制極.

單向可控硅有其獨特的特性:當陽極接反向電壓,或者陽極接正向電壓但控制極不加電壓時,它都不導通,而陽極和控制極同時接正向電壓時,它就會變成導通狀態.一旦導通,控制電壓便失去了對它的控制作用,不論有沒有控制電壓,也不論控制電壓的極性如何,將一直處于導通狀態.要想關斷,只有把陽極電壓降低到某一臨界值或者反向.

雙向可控硅的引腳多數是按T1、T2、G的順序從左至右排列(電極引腳向下,面對有字符的一面時).加在控制極G上的觸發脈沖的大小或時間改變時,就能改變其導通電流的大小.

與單向可控硅的區別是,雙向可控硅G極上觸發脈沖的極性改變時,其導通方向就隨著極性的變化而改變,從而能夠控制交流電負載.而單向可控硅經觸發后只能從陽極向陰極單方向導通,所以可控硅有單雙向之分.

電子制作中常用可控硅,單向的有MCR-100等,雙向的有TLC336等

雙向可控硅

按象限來分,又分為四象三端雙向可控硅、三象限雙向可控硅;

按封裝分:分為一般半塑封裝,外絕緣式全塑封裝;

按觸發電流來分:分為微觸型、高靈敏度型、標準觸發型;

按電壓分:常規電壓品種、高壓品種.

可控硅產品由于它在電路應用中的效率高、控制特性好、壽命長、體積小、功能強等優點,自上個世紀六十長代以來,獲得了迅猛發展,并已形成了一門獨立的學科.“晶閘管交流技術”.

可控硅發展到今天,在工藝上已經非常成熟,品質更好,成品率大幅提高,并向高壓大電流發展.

可控硅在應用電路中的作用體現在:

可控整流:如同二極管整流一樣,將交流整流為直流,并且在交流電壓不變的情況下,有效地控制直流輸出電壓的大小即可控整流,實現交流→可變直流之轉變;

無觸點功率靜態開關(固態開關):作為功率開關元件,可控硅可以代替接觸器、繼電器用于開關頻率很高的場合.

因此可控硅元件被廣泛應用于各種電子設備和電子產品的電路中,多作可控整流、逆變、變頻、調壓、無觸點開關等用途.家用電器中的調光燈、調速風扇、冷暖空調器、熱水器、電視、冰箱、洗衣機、照相機、音響組合、聲控電路、定時控制器、感應燈、圣誕燈控制器、自動門電路、以及玩具裝置、電動工具產品、無線電遙控電路、攝像機等工業控制領域等都大量使用了可控硅器件.

在這些應用電路中,可控硅元件多用來作可控整流、逆變、變頻、調壓、無觸點開關

如何保護

晶閘管在工業中的應用越來越廣泛，隨著行業的應用范圍增大。晶閘管的功能也越來越全面。但是有時候，晶閘管在使用過程中會造成一些傷害。為了保證晶閘管的壽命，我們該如何更好地區保護晶閘管呢？

在使用過程中，晶閘管對過電壓是很敏感的。過電流同樣對晶閘管有極大的損壞作用。西安瑞新公司給大家介紹晶閘管的保護方法，具體如下：

1、過電壓保護

晶閘管對過電壓很敏感，當正向電壓超過其斷態重復峰值電壓UDRM一定值時晶閘管就會誤導通，引發電路故障；當外加反向電壓超過其反向重復峰值電壓URRM一定值時，晶閘管就會立即損壞。因此，必須研究過電壓的產生原因及抑制過電壓的方法。

過電壓產生的原因主要是供給的電功率或系統的儲能發生了激烈的變化，使得系統來不及轉換，或者系統中原來積聚的電磁能量來不及消散而造成的。主要發現為雷擊等外來沖擊引起的過電壓和開關的開閉引起的沖擊電壓兩種類型。由雷擊或高壓斷路器動作等產生的過電壓是幾微秒至幾毫秒的電壓尖峰，對晶閘管是很危險的。由開關的開閉引起的沖擊電壓又分為如下幾類：

（1）交流電源接通、斷開產生的過電壓

例如，交流開關的開閉、交流側熔斷器的熔斷等引起的過電壓，這些過電壓由于變壓器繞組的分布電容、漏抗造成的諧振回路、電容分壓等使過電壓數值為正常值的2至10多倍。一般地，開閉速度越快過電壓越高，在空載情況下斷開回路將會有更高的過電壓。

（2）直流側產生的過電壓

如切斷回路的電感較大或者切斷時的電流值較大，都會產生比較大的過電壓。這種情況常出現于切除負載、正在導通的晶閘管開路或是快速熔斷器熔體燒斷等原因引起電流突變等場合。

（3）換相沖擊電壓

包括換相過電壓和換相振蕩過電壓。換相過電壓是由于晶閘管的電流降為0時器件內部各結層殘存載流子復合所產生的，所以又叫載流子積蓄效應引起的過電壓。換相過電壓之后，出現換相振蕩過電壓，它是由于電感、電容形成共振產生的振蕩電壓，其值與換相結束后的反向電壓有關。反向電壓越高，換相振蕩過電壓也越大。

針對形成過電壓的不同原因，可以采取不同的抑制方法，如減少過電壓源，并使過電壓幅值衰減；抑制過電壓能量上升的速率，延緩已產生能量的消散速度，增加其消散的途徑；采用電子線路進行保護等。目前最常用的是在回路中接入吸收能量的元件，使能量得以消散，常稱之為吸收回路或緩沖電路。

（4）阻容吸收回路

通常過電壓均具有較高的頻率，因此常用電容作為吸收元件，為防止振蕩，常加阻尼電阻，構成阻容吸收回路。阻容吸收回路可接在電路的交流側、直流側，或并接在晶閘管的陽極與陰極之間。吸收電路選用無感電容，接線應盡量短。

（5）由硒堆及壓敏電阻等非線性元件組成吸收回路

上述阻容吸收回路的時間常數RC是固定的，有時對時間短、峰值高、能量大的過電壓來不及放電，抑制過電壓的效果較差。因此，一般在變流裝置的進出線端還并有硒堆或壓敏電阻等非線性元件。硒堆的特點是其動作電壓與溫度有關，溫度越低耐壓越高；另外是硒堆具有自恢復特性，能多次使用，當過電壓動作后硒基片上的灼傷孔被溶化的硒重新覆蓋，又重新恢復其工作特性。壓敏電阻是以氧化鋅為基體的金屬氧化物非線性電阻，其結構為兩個電極，電極之間填充的粒徑為10~50μm的不規則的ZNO微結晶，結晶粒間是厚約1μm的氧化鉍粒界層。這個粒界層在正常電壓下呈高阻狀態，只有很小的漏電流，其值小于100μA。當加上電壓時，引起了電子雪崩，粒界層迅速變成低阻抗，電流迅速增加，泄漏了能量，抑制了過電壓，從而使晶閘管得到保護。浪涌過后，粒界層又恢復為高阻態。壓敏電阻的特性主要由下面幾個參數來表示。

標稱電壓：指壓敏電阻流過1mA直流電流時，其兩端的電壓值。

通流容量：是用前沿8微秒、波寬20微秒的波形沖擊電流，每隔5分鐘沖擊1次，共沖擊10次，標稱電壓變化在-10[%]以內的沖擊電流值來表示。

因為正常的壓敏電阻粒界層只有一定大小的放電容量和放電次數，標稱電壓值不僅會隨著放電次數增多而下降，而且也隨著放電電流幅值的增大而下降，當大到某一電流時，標稱電壓下降到0，壓敏電阻出現穿孔，甚至炸裂；因此必須限定通流容量。

漏電流：指加一半標稱直流電壓時測得的流過壓敏電阻的電流。

由于壓敏電阻的通流容量大，殘壓低，抑制過電壓能力強；平時漏電流小，放電后不會有續流，元件的標稱電壓等級多，便于用戶選擇；伏安特性是對稱的，可用于交、直流或正負浪涌；因此用途較廣。

2、過電流保護

由于半導體器件體積小、熱容量小，特別像晶閘管這類高電壓大電流的功率器件，結溫必須受到嚴格的控制，否則將遭至徹底損壞。當晶閘管中流過大于額定值的電流時，熱量來不及散發，使得結溫迅速升高，最終將導致結層被燒壞。

產生過電流的原因是多種多樣的，例如，變流裝置本身晶閘管損壞，觸發電路發生故障，控制系統發生故障等，以及交流電源電壓過高、過低或缺相，負載過載或短路，相鄰設備故障影響等。

晶閘管過電流保護方法最常用的是快速熔斷器。由于普通熔斷器的熔斷特性動作太慢，在熔斷器尚未熔斷之前晶閘管已被燒壞；所以不能用來保護晶閘管?？焖偃蹟嗥饔摄y制熔絲埋于石英沙內，熔斷時間極短，可以用來保護晶閘管?？焖偃蹟嗥鞯男阅苤饕幸韵聨醉棻碚?。

代換

晶閘管損壞后，若無同型號的晶閘管更換，可以選用與其性能參數相近的其他型號晶閘管來代換。

應用電路在設計時，一般均留有較大的裕量。在更換晶閘管時，只要留意其額定峰值電壓(重復峰值電壓)、額定電流(通態均勻電流)、門極觸發電壓和門極觸發電流即可，尤其是額定峰值電壓與額定電流這兩個指標。

代換晶閘管應與損壞晶閘管的開關速度…致。例如：在脈沖電路、高速逆變電路中使用的高速晶閘管損壞后，只能選用同類型的快速晶閘管，而不能用普通晶閘管來代換。

選取代用晶閘管時，不管什么參數，都不必留有過大的裕量，應盡可能與被代換晶閘管的參數相近，由于過大的裕量不僅是一種浪費，而且有時還會起副作用，出現不觸發或觸發不靈敏等現象。

另外，還要留意兩個晶閘管的外形要相同，否則會給安裝工作帶來不利。

工作原理

晶閘管T在工作過程中，它的陽極A和陰極K與電源和負載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。

晶閘管的工作條件：

1.晶閘管承受反向陽極電壓時，不管門極承受何種電壓，晶閘管都處于關斷狀態。

2.晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導通。

3.晶閘管在導通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管保持導通，即晶閘管導通后，門極失去作用。

4.晶閘管在導通情況下，當主回路電壓（或電流）減小到接近于零時，晶閘管關斷。