晶闸管又称可控硅,属于半控器件。
电器符号
外形
原理
导通:阳极-阴极加正电压,门极-阴极加正电压。
关断:阳极电流减小到一定数值以下。(晶闸管一旦导通,门极即失去控制作用)
特性
在门极电流Ig1=在0的情况下,正向阳极电压逐渐增加,晶闸管处于断态状态,只有小的正向泄漏电流;当达到转弯电压时,增加正向阳极电压Ubo泄漏电流突然急剧增加,自身压降很小,晶闸管正向导通(门极电流越大,阳极电压转折点越低;正常情况下,阳极电压不允许增加Ubo使晶闸管导通)。通常情况下,通过门极输入触发电流Ig,导通晶闸管。当电流小于维持电流时,逐渐降低阳极电流Ih晶闸管阻断时。
晶闸管承受反向阳极电压,晶闸管阻断;电压增加到一定值,漏电流增加迅速;晶闸管击穿损坏继续增加。
主要参数
峰值电压正向重复Udrm:当门断开和晶闸管阻断时,晶闸管两端的正峰值电压可以重复。正峰值电压不重复Udsm,Udrm=Udsm*80%。
峰值电压反向重复Urrm:当门断开时,晶闸管两端的反向峰值电压可以重复。反向不重复峰值电压Ursm,Urrm=Ursm*80%。
额定电压Uvtn:Udrm和Urrm较小值并向下取整(百伏)。
额定电流Ivt:长期允许的最大工频半波电流平均值。
通态平均电压Uvt:额定电流时,晶闸管阳极与阴极之间电压降的平均值。当晶闸管流过较大的恒定直流电流时,其通态平均电压大于制造商的定义值,约为1.5V。
维持电流Ih和擎住电流Il:门极开路时,能维持晶闸管连续导通的最小电流称为维持电流Ih;门极加触发晶闸管导通后,立即拆除触发电压。此时,设备维持导通所需的电流称为引擎电流Il。
门极触发电流Igt:室温,阳极电压6V在直流电压下,晶体管从阻断到完全打开所需的最小门极直流电流。
门极触发电压Ugt:对应门极触发电流时的电压。
断态电压临界上升率du/dt:在门极断路条件下,从断态到通态的最低电压上升率。
通态电流的临界上升率di/dt:当门极触发晶闸管导通时,能承受而不损坏的通态电流的最大上升率。
选型
额定电流原理:确定电路最大电流Ivtm,Ivt=(1.5~2)*(Ivdm/1.57)。
额定电压原理:确定电路最大反向或反向电压Uvtm,Uvt = (2~3)*Uvtm。
派生器件
双向晶闸管:在同一硅片中集成一对反并联的普通晶闸管,只使用门极触发的组合器件。G端加 /-电压可导通晶闸管,但触发灵敏度为1 > 1- = 3- > 3 。
快速晶闸管:几十个工作频率~几千Hz,开通时间1~2us,关断时间几~几十us。
光控晶闸管:用光信号触发晶闸管导通。
门极驱动
晶闸管触发主要包括移相触发、过零触发和脉冲列调制触发。触发脉冲的要求如下:
1.脉冲触发信号被广泛用于减少门的极端损耗。
2.触发脉冲应用足够的功率,并留有一定的余量。
3.触发脉冲应具有一定的宽度,脉冲的前沿应尽可能陡峭,使阳极电流能够快速上升,超过引擎电流保持引导。对于电感负载,触发脉冲的宽度应更大或双窄脉冲,因为电感会抵抗电流上升;有些需要强烈的触发脉冲。
4.触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步,脉冲移相范围必须满足电路要求。
脉冲电路与晶闸管的连接方式:
1.直接连接:主电路和触发电路由导线直接连接。由于主电路电压高,直接连接容易造成操作不安全,主电路经常干扰触发电路,因此该连接通常用于一些简单的设备。
2.光耦合器连接:光耦合器是将电信号转换为光信号,将光信号转换为电信号的半导体装置。它将发光和受光部件密封在同一管壳中,以光为媒介传递信号。砷化镓发光二极管通常用于光耦合器的发光源,而硅光敏二极管和光敏晶体管用于受光部分。光耦合器具有输入输出间电隔离、绝缘性好、抗干扰能力强的优点,常用于由微机组成的触发电路。
3.脉冲变压器耦合连接:脉冲变压器可将一侧脉冲信号传输到二次绕组,二次绕组与晶体管连接,主电路与控制电路绝缘良好。
仿真模型
路径
电路模型
输入输出
a:阳极 k:阴极 g:门极 m:测量电流和电压[Iak, Vak]
参数
Ron:晶闸管内电阻。内电感设为0时,内电阻不能设为0。
Lon:晶闸管内电感。当内电阻设为0时,内电感不能为0。
Vf:晶闸管正向管压降。
Ic:晶闸管初始电流。非零时,内电感不能为0。
Rs:晶闸管缓冲电阻(串联缓冲电容,并联二极管)。Rs为0,纯电容。
Cs:晶闸管缓冲电容器(串联缓冲电容器,并联二极管)。Cs为inf,纯电阻。Rs为inf,Cs为0,消除缓冲。
Il:晶闸管抓住电流。
Tq:晶闸管关闭时间。