可控硅模塊

可控硅模塊的寫法

可控硅模塊介紹

可控硅模塊又叫晶閘管(SiliconControlledRectifier,SCR)。自從20世紀50年代問世以來已經發展成了一個大的家族，它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導晶閘管、可關斷晶閘管、快速晶閘管，等等。今天大家使用的是單向晶閘管，也就是人們常說的普通晶閘管，它是由四層半導體材料組成的，有三個PN結，對外有三個電極：層P型半導體引出的電極叫陽極A，第三層P型半導體引出的電極叫控制極G，第四層N型半導體引出的電極叫陰極K。從晶閘管的電路符號可以看到，它和二極管一樣是一種單方向導電的器件，關鍵是多了一個控制極G，這就使它具有與二極管完全不同的工作特性。

優點

體積小、重量輕、結構緊湊、可靠性高、外接線簡單、互換性好、便于維修和安裝；結構重復性好，裝置的機械設計可以簡化，價格比分立器件低等諸多優點，因而在一誕生就受到了各大電力半導體廠家的熱捧，并因此得到長足發展。

分類

可控硅模塊從內部封裝芯片上可以分為可控模塊和整流模塊兩大類；從具體的用途上區分，可以分為：普通晶閘管模塊（MTC\MTX\MTK\MTA)、普通整流管模塊(MDC)、普通晶閘管、整流管混合模塊(MFC)、快速晶閘管、整流管及混合模塊（MKC\MZC)、非絕緣型晶閘管、整流管及混合模塊（也就是通常所說的電焊機專用模塊MTG\MDG)、三相整流橋輸出可控硅模塊（MDS)、單相（三相）整流橋模塊（MDQ)、單相半控橋（三相全控橋）模塊(MTS)以及肖特基模塊等。

結構

可控硅從外形上分主要有螺旋式、平板式和平底式三種（見圖表-25）。螺旋式的應用較多。

可控硅有三個電極----陽極（A）陰極（C）和控制極（G）。它有管芯是P型導體和N型導體交迭組成的四層結構，共有三個PN結。其結構示意圖和符號。

從圖表-26中可以看到，可控硅和只有一個PN結的硅整流二極度管在結構上迥然不同?？煽毓璧乃膶咏Y構和控制極的引用，為其發揮“以小控大”的優異控制特性奠定了基礎。在應用可控硅時，只要在控制極加上很小的電流或電壓，就能控制很大的陽極電流或電壓。目前已能制造出電流容量達幾百安培以至上千安培的可控硅元件。一般把5安培以下的可控硅叫小功率可控硅，50安培以上的可控硅叫大功率可控硅。

可控硅為什么其有“以小控大”的可控性呢？下面我們用圖表-27來簡單分析可控硅的工作原理。

首先，我們可以把從陰極向上數的、二、三層看面是一只NPN型號晶體管，而二、三四層組成另一只PNP型晶體管。其中第二、第三層為兩管交迭共用。這樣就可畫出圖表-27（C）的等效電路圖來分析。當在陽極和陰極之間加上一個正向電壓Ea，又在控制極G和陰極C之間（相當BG1的基一射間）輸入一個正的觸發信號，BG1將產生基極電流Ib1，經放大，BG1將有一個放大了β1倍的集電極電流IC1。因為BG1集電極與BG2基極相連，IC1又是BG2的基極電流Ib2。BG2又把比Ib2（Ib1）放大了β2的集電極電流IC2送回BG1的基極放大。如此循環放大，直到BG1、BG2完全導通。實際這一過程是“一觸即發”的過程，對可控硅來說，觸發信號加入控制極，可控硅立即導通。導通的時間主要決定于可控硅的性能?？煽毓枰唤浻|發導通后，由于循環反饋的原因，流入BG1基極的電流已不只是初始的Ib1，而是經過BG1、BG2放大后的電流（β1*β2*Ib1）這一電流遠大于Ib1，足以保持BG1的持續導通。此時觸發信號即使消失，可控硅仍保持導通狀態只有斷開電源Ea或降低Ea，使BG1、BG2中的集電極電流小于維持導通的最小值時，可控硅方可關斷。當然，如果Ea極性反接，BG1、BG2由于受到反向電壓作用將處于截止狀態。這時，即使輸入觸發信號，可控硅也不能工作。反過來，Ea接成正向，而觸動發信號是負的，可控硅也不能導通。另外，如果不加觸發信號，而正向陽極電壓大到超過一定值時，可控硅也會導通，但已屬于非正常工作情況了。

可控硅這種通過觸發信號（小的觸發電流）來控制導通（可控硅中通過大電流）的可控特性，正是它區別于普通硅整流二極管的重要特征。

用途

普通晶閘管最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬于不可控整流電路。如果把二極管換成晶閘管，就可以構成可控整流電路、逆變、電機調速、電機勵磁、無觸點開關及自動控制等方面?，F在我畫一個最簡單的單相半波可控整流電路〔圖4(a)〕。在正弦交流電壓U2的正半周期間，如果VS的控制極沒有輸入觸發脈沖Ug，VS仍然不能導通，只有在U2處于正半周，在控制極外加觸發脈沖Ug時，晶閘管被觸發導通?，F在，畫出它的波形圖〔圖4(c)及(d)〕，可以看到，只有在觸發脈沖Ug到來時，負載RL上才有電壓UL輸出(波形圖上陰影部分)。Ug到來得早，晶閘管導通的時間就早；Ug到來得晚，晶閘管導通的時間就晚。通過改變控制極上觸發脈沖Ug到來的時間，就可以調節負載上輸出電壓的平均值UL(陰影部分的面積大小)。在電工技術中，常把交流電的半個周期定為180°，稱為電角度。這樣，在U2的每個正半周，從零值開始到觸發脈沖到來瞬間所經歷的電角度稱為控制角α；在每個正半周內晶閘管導通的電角度叫導通角θ。很明顯，α和θ都是用來表示晶閘管在承受正向電壓的半個周期的導通或阻斷范圍的。通過改變控制角α或導通角θ，改變負載上脈沖直流電壓的平均值UL，實現了可控整流。

如何鑒別三個極方

鑒別可控硅三個極的方法很簡單，根據P-N結的原理，只要用萬用表測量一下三個極之間的電阻值就可以。

陽極與陰極之間的正向和反向電阻在幾百千歐以上，陽極和控制極之間的正向和反向電阻在幾百千歐以上（它們之間有兩個P-N結，而且方向相反，因此陽極和控制極正反向都不通）。

控制極與陰極之間是一個P-N結，因此它的正向電阻大約在幾歐-幾百歐的范圍，反向電阻比正向電阻要大?？墒强刂茦O二極管特性是不太理想的，反向不是完全呈阻斷狀態的，可以有比較大的電流通過，因此，有時測得控制極反向電阻比較小，并不能說明控制極特性不好。另外，在測量控制極正反向電阻時，萬用表應放在R*10或R*1擋，防止電壓過高控制極反向擊穿。

若測得元件陰陽極正反向已短路，或陽極與控制極短路，或控制極與陰極反向短路，或控制極與陰極斷路，說明元件已損壞。

可控硅是可控硅整流元件的簡稱，是一種具有三個PN結的四層結構的大功率半導體器件。實際上，可控硅的功用不僅是整流，它還可以用作無觸點開關以快速接通或切斷電路，實現將直流電變成交流電的逆變，將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電，等等?？煽毓韬推渌雽w器件一樣，其有體積小、效率高、穩定性好、工作可靠等優點。它的出現，使半導體技術從弱電領域進入了強電領域，成為工業、農業、交通運輸、軍事科研以至商業、民用電器等方面爭相采用的元件。