ABB可控硅晶闸管5SHY3545L0016 3BHE019719R0101 GVC736BE101

描述

可控硅晶闸管,简称晶闸管,是一种半导体元器件,也被称为可控硅整流元件。自20世纪50年代问世以来,可控硅已经发展成了一个庞大的家族,其主要成员包括单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管等。

可控硅晶闸管的工作原理:

基本结构和工作原理:

可控硅晶闸管,也被称为晶闸管(SCR),是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件。它由两个反向连接的晶闸管组成,通常具有阳极(A)、阴极(K)和控制极(G)三个电极。

导通条件:

要使可控硅晶闸管导通,需要满足以下两个条件:

正向阳极电压:

在可控硅晶闸管的阳极A和阴极K之间必须施加正向电压。

正向触发电压:

在控制极G和阴极K之间必须输入一个正向触发电压或触发电流。这个触发电压或电流的作用是使得晶闸管内部的一个PN结(通常是J2)失去阻挡作用,从而允许电流通过。

工作过程:

当上述两个条件满足时,可控硅晶闸管开始导通。具体来说:

触发过程:

当阳极A和控制极G之间施加正向电压,并且控制极G上有足够的触发电流时,晶闸管内部的正反馈机制开始起作用。这个正反馈机制导致两个相互复合的晶体管(一个PNP型和一个NPN型)饱和导通。

维持导通:

一旦晶闸管开始导通,即使撤去控制极G上的触发电压或电流,它也会继续保持导通状态。这是因为晶闸管内部的正反馈机制已经建立起来,并且阳极电流足以维持其导通。

关断过程:

要使导通的可控硅晶闸管关断,可以断开阳极电源或使阳极电流小于维持导通的最小值(称为维持电流)。如果阳极和阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电压,在电压过零时,晶闸管会自行关断。

可控硅晶闸管的性能特点:

单向导电性:

可控硅晶闸管具有单向导电性,即电流只能从阳极流向阴极,反向电流非常小。

可控性:

导通状态可以通过控制极的信号来控制,控制信号可以是电压、电流、光信号等。
通过在控制极施加一定的电压或电流,可以使晶闸管从封锁状态转为导通状态。

低压降:

可控硅晶闸管的正向电压降非常小,一般只有几个伏特,因此具有低压降的特点。

高电流承受能力:

晶闸管的电流承受能力非常高,可以承受几百安培的电流,适用于各种大功率场合。

高温度承受能力:

晶闸管的温度承受能力非常高,可以在高温环境下正常工作,这增加了其在各种环境中的应用范围。

高可靠性:

结构简单、可靠性高,寿命长,可以在恶劣的工作环境下正常工作。

开闭合速度快:

在正常工作状态下,可控硅的开闭合速度可以达到微秒级别或毫秒级别,适用于需要快速响应的场合。

电压等级多样:

可控硅晶闸管的电压等级通常分为低压、中压和高压三个等级,分别适用于不同的电力系统和电子设备。

稳定性与效率:

虽然存在稳定性相对较差和损耗较大的缺点,但通过合适的电路设计和使用条件,可以优化其性能,满足大多数应用需求。

灵活性:

可控硅双向晶闸管的使用具有廉价的价格,用户可以根据自己的需求选择合适的封装形式和温度范围,实现高精度、低噪音的控制,节省能源和费用。

可控硅晶闸管(SCR)的应用领域:

电力电子领域:

高压直流输电控制:

可控硅晶闸管在高压直流输电系统中用于调整电流,以控制电压水平,降低输电系统的损耗和噪音。

电动机控制:

通过控制电流,可控硅晶闸管能够实现对电动机的速度和转向的精确控制,延长电动机的寿命,特别适用于需要频繁启动和停止的工业应用。

逆变器:

在电机控制系统中,晶闸管可用作逆变器,将直流电转换为交流电,以满足不同工业设备对电源的要求。

电力变换、频率调制、功率控制和电能调控:

可控硅晶闸管在电力电子领域还可以实现高功率电力变换、频率调制、功率控制和电能调控等功能。

自动控制领域:

可控硅晶闸管在自动控制系统中可以用作大功率驱动器件,实现用小功率控件控制大功率设备。
在瞬变保护、开关控制和电机控制等方面也有广泛应用。

家电领域:

电子炉控制:

可控硅晶闸管能够精确控制电子炉的工作温度,实现温度的精确控制。

调光器、电子遥控开关:

在家用电器中,可控硅晶闸管可以用于实现调光器、电子遥控开关等功能。

工业电气及其他领域:

金刚石压机加热、大功率充磁/退磁设备、热处理炉温控、玻璃生产过程温控等。

通讯领域:

晶闸管可用于信号放大和调制等应用。

其他:

可控硅晶闸管还可用于电子开关、定时器、触发器等电路中,具有稳压稳流等多种作用。

总结来说,

可控硅晶闸管是基于其独特的四层结构和PN结特性。通过施加正向阳极电压和正向触发电压,可以使其导通;而撤去触发电压或减小阳极电流可以使其关断。这种可控性使得可控硅晶闸管在电力电子领域具有广泛的应用前景。

 

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