可控硅的工作原理
可控硅中频电源的工作原理
可控硅中频电源的基本工作原理,就是通过一个三相桥式整流电路,把50 Hz的工频交流电流整流成直流,再经过一个滤波器(直流电抗器)进行滤波,最后经逆变器将直流变为单相中频交流以供给负载,所以这种逆变器实际上是一只交流—直流—交流变换器,其基本线路如图2 。
下面分整流电路,逆变电路及保护回路分别进行一些介绍。
一三相桥式全控整流电路的工作原理
1 三相桥式全控整流电路的工作过程。
三相桥式全控整流电路共有六个桥臂,在每一个时刻必须2个桥臂同时工作,才能够成通路,六个桥臂的工作顺序如图3 。现假定在时刻t1-t2(t1-t2的时间间隔为60o电角度，既相当于一个周波的1/6)此时SCR 1和SCR6同时工作(图3(a)中涂黑的SCR),输出电压即为VAB。到时刻t2-t3可控硅SCR2因受脉冲触发而导通,而SCR6则受BC反电压而关闭,将电流换给了SCR2,这时SCR1和SCR2同时工作,输出电压即为VAC,到时刻t3-t4,SCR3因受脉冲触发而导通，SCR1受到VAB的反电压而关闭,将电流换给了SCR3,SC R2和SCR3同时工作,输出电压为VBC,据此到时刻t4-t5, t5-t6, t6-t1分别为SCR3和SCR4, SCR4和S CR5, SCR5和SCR6 同时工作,加到负载上的输出电压分别为VBA,VCA,VCB,这样既把一个三相交流进行了全波整流,从上述分析可以看出,在一个周期中,输出电压有六次脉冲。这种整流电路由于在每一瞬间都有两个桥臂同时导通,而且每个桥臂导通时间间隔为60o,故对触发脉冲有一定要求,即脉冲的时间间隔必须为60o,而且如果采用单脉冲方式,脉冲宽度必须大于60o,如果采用窄脉冲,则必须采用双脉冲的方法, 既在主脉冲的后面60o的地方再出现一次脉冲。
2 三相同步及触发线路
1)三相同步的选取及整形
根据三相桥式全控整流过程的有关要求,首先要保证触发电路与三相电源严格同步。既有A相产生的触发脉冲必须接于整流电路1号,4号可控硅(称为正A负A ),B相产生的触发脉冲接于3号,6号可控硅(称为正B负B),C相产生的触发脉冲接于5号,2号可控硅(称为正C负C)。本系统(如图4整流触发线路)整流触发线路里,三相同步信号直接取之380V电压,接入主控板的同步输入端,X10(A),X20(B),X30(C)。通过降压电阻降压,进入由W1,W2,W3,C1,C2,C3组成的三相同步滤波,整形,平衡电路。它的特点是由W1,C1(单相说明)组成积分电路。电容量一定,改变阻值大小就可改变时间常数。其作用有:(1)滤除网电杂乱尖峰波干扰,使同步信号纯正,定位准确,避免整流可控硅误动作。(2) 调整三相不平衡度,调节移相范围可达12o使整流桥输出平衡。
2)整流触发的形成
通过以上整形后的三相同步信号,由C4.C5.C6.分别送入大规模集成块TCA787C的同步输入端1.2.18角。按三相全控整流桥触发电路的要求由7.8.9.10.11.12角分别输出 6 路调制后的双窄脉冲,经电容C13. C14.C15.C16.C17.C18耦合给6路大功率MOS管进行脉冲功率放大。再由6只脉冲变压器输出,经整形后接于整流桥的6只可控硅的控制极和阴极,达到三相全控整流桥正常工作的触发目的。
3整流可控硅的选取。
1)由于三相全控整流桥工作在较低的频率范围,所以普遍选用普通整流可控硅,即KP系列可控硅。
2)跟据三相全控整流电路的理论计算,流过每一个可控硅的电流是整流输出总电流的0.334倍。所以在使用中为了留有足够的富裕量,一般选用与电源的额定电流值相同大小的可控硅。
3)进相电源电压为三相380V的机型中,选定耐压值为1200V—1400V的KP硅。进相电压为三相660 V的机型中,选定耐压值为2000V—2500V的KP硅。
二可控硅中频电源装置的逆变电路
1 两种逆变器电路
无论是感应加热或是感应熔炼,负载的功率因数都是很低的,也就是感应的Q值很高,在感应熔炼炉来说Q值一般在10-14之间,对感应加热来说,则根椐偶合程度Q值为5-9之间。
什么是Q值,Q值是指线圈的感抗和线圈的电阻之比。也就是炉子的无功功率和有功功率之比。举例来说,250Kg的感应熔炼炉,其需要的有功功率为160kw.假定Q值为10,则其无功功率为1600 kfar,这样大的无功功率,很显然不能有电网供给,那样电网的容量将非常庞大而不经济,因此,必须用能提供无功功率的电容器进行补偿,这个原理就象一般工厂里补偿功率因数一样。
无功功率的补偿方法有二种,一种是补偿电容器和炉子串联,叫作串联补偿,补偿电容器和炉子并联的叫做并联补偿。针对二种不同的补偿方法,可以有两中不同的逆变线路,一种叫作串联逆变器,一种叫作并联逆变器,如图 5
两种逆变器的比较如下；
2 单相桥式并联逆变器的工作原理
1)并联逆变器的基本线路如图6。
图中可控硅SCR1-SCR4组成了一个桥式线路,Ld为直流电抗器,L为感应炉,C为补偿电容, LC组成一个并联谐振线路。这个线路是如何工作,又是怎样把直流变为中频电流呢;我们首先来研究分析一下线路正常情况下是如何工作的。图7表示一个工作循环的情况。假设在图7(a)中,先是(1) (2)导通(3)(4)截止,则直流电流Id经电抗器Ld,可控硅(1)(2)流向LC谐振回,由于Ld的电感值比较大,Id受Ld的限止基本上不变化而保持恒定,LC谐振回路受到一个恒定电流的激励,而产生谐振,震荡电压为正弦波,也就是说电容器两端的电压为正弦波,(这相当于图7(a)及图8中时刻t1前的电流电压波形)假定在这一时刻电容器两端的电压极性左端为正,右端为负。电容器两端电压将按正弦波规律变化,如果我们在电容器两端电压尚未过零之前的某一时刻(图8中的时刻t1)触通可控硅(3)与(4),此时可形成可控硅(1)(2)(3)(4)同时导通的状态,(如图7(b)),由于可控硅(3)(4)的导通,电容器两端的电压通过可控硅(3)(4)加在可控硅(1)(2)上,阳极电压为负,阴极电压为正,可控硅(1)(2)两端由于承受一个反向电压而迅速关断,也就是说可控硅(1)(2)将电流换给可控硅(3)(4).换流以后,直流电流经电抗器Ld,可控硅(3)(4),从相反方向激励了谐振回路。电容器两端电压继续按正弦规律变化,而电容器两端电压的极性变成左端为负,右端为正,(如图7(c)),对应的波形图位图8中的t2—t3时刻。在负载回路中的电流也改变了方向。当电容器右端的正电压再要过零之前的某一时刻(这相当于图8中的t3时刻),再将可控硅(1)(2)触通则再次形成4个桥臂可控硅(1)(2)(3)(4)同时导通状态,但在此时使可控硅(3)(4)承受一个反向电压,而将电流换给了可控硅(1)(2),这就完成了一个工作循环。从上述换流过程中我们可以看出,当可控硅(1)(2)导同时电流自一个方向流入负载,当可控硅(3)(4)导通时电流从相反方向流入负载,可控硅(1)(2)与(3)(4)相互轮流导通和关断,就把一个直流变成了交流,可控硅(1)(2)与(3)(4)交替工作的次数也就决定了输出交流电的频率。这种变频线路因其换流过程是受负荷控制的,所以不需要外加另外的强迫换流装置,这是它和其它变频线路的不同之点,由于不需外加换流装置,因之这种变频线路的效率较高。适合在大功率的感应熔炼及加热中应用,所以这种线路对负载的依赖性也是较大的。
2)从上述分析的逆变器的换流过程还可以看出,换流过程必须在电容器电压过零之前的某一时刻进行,也就是电流必须超前电压某一时间。这一点在所介绍的线路中非常重要,不满足这一点,这种逆变线路是不能
正常工作的。我们习惯上,把电流过零之点到电压过零之点这一段时间叫做引前触发时间tf ,为了保证可控硅(1)(2)与(3)(4)之间能可靠地进行换流,必须有一定的数值,不能太小。这主要是从下述三点考虑:1在换流过程中,为了确保即将换流的SCR可靠关断,必须加上足够的反向电压,反向电压过低则可能关不断。2必须确保一定的换流时间tr,在上面的分析中,假定换流是瞬时进行的,但实际上可控硅受一定的允许di/dt耐量的限制,换流是不能瞬时进行的,必须有一定的换流时间tr,这一点在后面还要叙述。3要有足够的关断时间toff使即将关断的可控硅进行关断。
3)什么是可控硅的关断时间,可控硅在导通状态下,它的三个结上积蓄有载流子,可控硅在关断时,需要一定的时间,使这些残留载流子,作为反向电流释放出来,才能使可控硅承受正向电压。(这种残留载流子的消失时间与可控硅的构造,结温,及关断前流过可控硅的电流等有关)如果残留载流子尚未完全消失,既加上正向电压,可控硅将重新再度导通。因此,引前触发时间tf必须大于换流时间tr与关断时间toff之和,既tf>tr+toff,不然的话,则可控硅尚未完全关断又将承受正向电压而再度导通,这就会造成非常危险的直通短路。但是，安全换流时间tr所对应的超前角α也不能太大,主要是考虑下面两个原因；(1)α角度增大,电容器两端电压Uc 就要增高,这将受到电容器和可控硅所能承受电压的限制,在单相桥式逆变线路中,当直流输入电压为Ud,中频输出电压为Uc,则在Ud和Uc的有效值之间存在下述关系；Uc=1.1Ud/cosα。从式中可以看出,在输入直流电压Ud相同的条件下,当α角度增大,则cosα值减小,Uc将增大,也既加于电容器和可控硅两端的电压将增高。这一点受到所选用的电容器即可控硅的耐压限制。(2)中频输入的有功功率与α的关系：中频输出的有功功率P=Uc.ILcosα。式中可以看出在相同的中频电压电流条件下ɑ角愈大,有功功率输出愈小,如果要保持一定的输出功率，则ɑ角度愈大,则必须使输出中频电压,电流愈大,这样恶化了可控硅的工作条件。
4)综上所述,在目前考虑到可控硅的关断时间及所选用的可控硅元件,电容器的耐压水平,在输出中频频率1000Hz的情况下引前触发时间tf取100 μs左右,对应的角度ɑ大约是在30o-45o范围内。这一超前的无功功率仍是由电容器来补偿的,前面在介绍谐振回路时曾讲到应补偿到谐振状态,实际上补偿到谐振状态还不行,为了要保证我们这一线路能正常工作,必须要过补偿,即补偿到电流超前电压一个ɑ角的程度。在前面的分析当中,假定换流是瞬时完成的,就是说关闭的可控硅的电流是瞬时转换给导通的可控硅的,但是这样是不允许的,受到可控硅允许的电流上升率di/dt的限制,如果转换太快,可控硅将烧毁。这是因为,当可控硅触发以后,电流首先在控制极附近流通,然后才以每微秒大约0.1mm的速度从控制极中心向外扩展,最后电流扩展到整个硅片,这样将使硅片的某些区域发生过热而烧坏,可控硅允许的电流上升率di/dt数值,随频率,换流时阳极电压,电流峰值及结温的增高而下降。为了限制换流过程中的电流上升率di/dt必须在每个桥臂中串接一定数量的电感,但是这个换流电感值也不能太大,因为换流的重叠时间tr直接有这个换流电感决定,如果这个电感数值太大,则换流时间将拖长,当电流增大时,时间会更长,以致是总的时间大于安全换流时间tf,而是换流无法完成造成逆变失败。一般考虑tr=Id/di/dt,式中；I为流过可控硅的电流,di/dt为可控硅元件允许的电流
上升率。因此；在中频频率1000Hz的电源装置中,电流超前电压ɑ角度一般设定在30o-45o之间。(这一点在所介绍的线路中非常重要,不满足这一点,这种逆变线路是不能工作的)
5)在具体的线路中,为了实现以上触发提前的要求,采用的是谐振回路的电压Uc和流过电容器的电流Ic 的合成信号,因为两个信号的交差点位置刚好在tf所要求位置附近(如图9)。UC信号是从与电容器并联的中频电压互感器中取出,Ic信号从补偿电容器的一组Cs串联的电流互感器中取出,tf/c是一个比例常数。系统中Uc,Ic分别用两个电位器来调整(见图10(a)Uc. Ic信号的合成。通常称作频率跟踪电路)。
3 .单相桥式逆变线路触发脉冲形成的过程
1)合成信号的限幅。(见图10b）自中频电压互感器及中频电流互感器取得的信号,经WI,WU。D43,D4 4,D45,D46,合成后为一正弦波。通过R101,R102降压限流后与D47,,D48组成双向限幅电路,把输入的正弦波信号变成双向梯形波,这一电路的作用除了形成梯形波以提高过零转换的准确度以外,还有限幅作用,因为在工作过程中输入合成信号变化较大,由于二极管的作用,使合成信号的电位始终被钳位在0.7v保证下一级安全工作。C53,C54是抗干扰电容，旁路干扰信号。
2)脉冲方波的形成（见图10b）所示。双比较器集成块LM393的两个比较器,共同组成双向比较器电路。（实际上也叫窗口式比较器）当合成信号正半周到来时,3角为高电位2角低电位,比较器1角输出一个方波信号。当合成信号负半周到来时5角为高电位, 6角低电位, 7角输出一个方波信号。此两路方波送入下一级进行双稳态触发及分频处理。
3）双稳态触发及分频的实现。(见图10c)在线路里由4与非门TC4011集成块来组成双稳态触发电路,其主要作用是分频和整形,目的是对双向比较器电路送来的方波脉冲作进一步整形,并把输入脉冲分成互差180o的两组前沿陡峭方波。使其相位更加准确,工作稳定可靠。
4)脉冲功率放大及变压器偶和环节。（见图10d）自双稳态触发器两个输出端送来的2个相位互差18 0o的方波,分别经电容C64,C59进行微分,使触发脉冲的宽度设定在45o左右并偶合给有两只大功率MOS 管组成的脉冲功率放大电路,对脉冲信号进行功率放大,保证其足够的功率输出,实现强触发的目的。每个脉冲功率放大级带动一只脉冲输出变压器,每只变压器输出分4组,经整形电路整形后,分别去触发对角的两组桥臂8只可控硅,达到对逆变器进行良好触发的目的,使逆变器两组对角桥臂象工作原理中讲到的那样,工作在良好状态。
4逆变可控硅的选定。
1)根据中频电源的工作频率段选定；
频率在100HZ--- 500HZ的选定关断时间在20μs-45μs的KK型可控硅。
频率在500HZ--- 1000HZ的选定关断时间在18μs-25μs的KK型可控硅。
频率在1000HZ---2500HZ的选定关断时间在12μs-18μs的KK型可控硅。
频率在2500HZ---4000HZ的选定关断时间在10μs-14μs的KKG型可控硅。
频率在4000HZ---8000HZ的选定关断时间在6μs—-9μs的KA型可控硅。
2)根据中频电源的输出功率选定；
根据并联桥式逆变线路的理论计算,流过每个可控硅的电流是总电流的0.455倍,考虑留有足够的裕量,通常都选定和额定电流同样大小的可控硅。
功率在50KW----100KW 的选定电流300A/1400V的可控硅。(380V进相电压)
功率在100KW—-250KW 的选定电流500A/1400V的可控硅。(380V进相电压)
功率在350KW—-400KW 的选定电流800A/1600V的可控硅。(380V进相电压)
功率在500KW—-750KW的选定电流1500A/1600V的可控硅。(380V进相电压)
功率在800KW—1000KW的选定电流1500A/2500V的可控硅。(660V进相电压)
功率在1200KW-1600KW的选定电流2000A/2500V的可控硅。(660V进相电压)
功率在1800KW-2500KW的选定电流2500A/3000V的可控硅。(660V进相电压)
三系统的保护
本系统设置有多重保护系统,第一道有限压限流保护,第二道有过压过流保护,第三道有自动断路器(DW -16空气开关)作装置的短路电流保护。装置还分别设置有；冷却水欠压断水保护,快速熔断器保护,进相空芯电抗器保护,可控硅阻容吸收保护。
1三相桥式整流电路的短路保护
为了使在整流硅发生击穿时不使进相电压发生短路,一般在电路里每个整流桥臂都串联快速熔断器,以保护每个桥臂的可控硅。为限制相间短路时的电流上升率,不致超过可控硅元件本身的允许值,在交流进线处串有空芯电抗器。空芯电抗器的另一个作用是,使整流可控硅在换相过程中限制电流的上升率,对可控硅起到了一定的保护作用。
2逆变端过流及过压保护
1)逆变端产生过电流的原因如下；
(1)运行中负载的波动引起过流。感应炉在熔炼过程中负载波动很大,尤其是在熔炼的初期参数变化的更为激烈,往往造成过电流。
(2)运行中桥式逆变器,两对桥臂可控硅换流失误,逆变失败,所引起的短路电流。
(3)运行中桥式逆变器可控硅触发脉冲突然中断,造成桥臂对角线可控硅斜通短路,所引起的短路电流。
还有其它各种原因引起的过电流,这种逆变侧的过电流采用快速熔断器保护将不是经济可靠的办法。
2)逆变端产生过电压的原因如下；
(1)(中频电压Uc=1.1Ud/cosɑ。由于超前角ɑ过大在整流电压Ud恒定时,造成中频电压Uc过高。
(2)逆变触发脉冲的时刻是有Uc和-Ic信号的交点决定的,如果自电压互感器来的Uc信号突然中断。则此交点将由Ic信号决定,ɑ将迅速增大,从而造成中频电压Uc过高。
(3)炉子感应圈突然开路造成过电压。
(4)可控硅在导通与关断时产生的尖峰过电压。
3对逆变端的过流及过电压均采用脉冲封锁方法来保护的。
1)下面简单说明一下脉冲封锁的动作原理。
(1) 当三相桥式全控整流电路中,直流输出端发生短路时,迅速将整流触发脉冲移到最小?角(例如?=30o,相当于ɑ=150o处)以产生一反电压来快速关断整流可控硅,切断短路电流。这种将整流触发脉冲有整流装置快速移到封锁位置的方法,就叫做脉冲封锁。脉冲封锁不能简单理解为将脉冲去掉.实际上三相桥式全控整流电路是工作在逆变状态。（这里所说的逆变和我们讲的中频逆变器完全是两个概念,不可混同）
(2) 当逆变电路发生短路时,电流迅速增大,此时有直流电抗器的存在,接近于整流输出的电压全部加在电抗器Ld的两端,Ld将产生强大的磁能。如不将整流电路立即封锁脉冲,磁能将无法释放,危害是不可估量的,必须是整流桥处在逆变状态才能把这一能量反馈给交流供电电网。随时间的推移Ua将逐步减小为零,电流也相应减小为零,整流可控硅而关断,使其达到保护的目的。
(3) 在本系统实际的保护环节中过电流信号取自交流进线端的三只穿心式电流互感器,三只电流互感器接成星形联接,再有三只5/0.1互感器进行变换,以星形接入主控板的K1,K2,K3,经三相桥式整流后以电压的形式取出。过电压信号取自中频电压互感器,经单相桥式整流后取出(见图11),电位器W7的动端位置决定过电流的保护整定值。4比较器LM339分两组分别担任过流过压的任务,5角接有一基准电压,电位器动端输出的电流信号接于6角,此时与5角进行比较,当电流信号电压大于(取的是负电压)基准电压时比较器2角将输出高电位,分四路输出,一路使U3B负输入端6角电位高于正输入端7角电位，1角输出低电位，锁定U3 A，保证2角输出高电位。一路经三极管驱动继电器带动门板指示灯作为外指示,一路送入控制回路使整流触发脉冲迅速移到最小?位置相当于ɑ=150o.使整流触发脉冲处在封锁状态,(整流触发集成块TC787C的4角是触发移相控制端,低电位移相,高电位封锁)同理电位器W8动端的位置决定了过电压的保护整定值。一旦发生过电流或过电压,通过保护电路使其达到脉冲封锁的目的。一般情况下过电流过电压值整定在额定工作电流电压的1.2倍较合适。
(4) 本系统的保护复位采用的是功率电位器回零自动复位装置,原理是这样的;当系统发生保护动作时,比较器的正输入端电位高于负输入端电位,处在自锁状态,只有使正输入端电位低于负输入端电位方可解除自锁状态。过程是这样的,设备在正常工作时功率电位器的动端074接近于073,电位较低U1C负输入端9角电位低于正输入端10角电位，输出端8角高电位，处于正常状态。当功率电位器回零时,074靠近075,电位相应较高使UIC反转输出低电位，解除过流过压的自锁状态。达到保护复位的目的。
2) 本系统还分别设有限流限压保护系统，W5.W9动端的位置决定了限流限压的整定值。它们的工作原理是这样的:四运放集成块LM324的两组分别负担限流限压的工作。首先6角13角分别接有5 V基准电压,W5.W9动端送来的电流电压信号(以负的形式输出)接于6角13角,分别与基准电压进行比较,当中频电源的工作电流或电压达到额定值时相应的在W5,W9检出信号,如负于比较器的基准电位,比较器将进行运算并从7角14角分别输出高电位与整流给定电压合并,拉高给定电压使整流触发移相α发生变化,整流输出电压降低,系统的工作电流或中频电压将降低,与此同时W5W9检出的信号跟着降低,运算器的7角14角输出电压降低,给定电压降低,整流触发脉冲α角变小,(触发电路的移相是给定电压低电位时触发脉冲移相,高电位时触发脉冲封锁)直流输出电压提升。这样又回到动作的初始状态,电路将进行又一次系列转换,其结果是保持在限流或限压设定值范围内不变。达到其限流限压的目的。
3) 本系统还在整流可控硅和逆变可控硅的阳极阴极两端设有阻容吸收回路,（如原理图)对可控硅在关断时产生的尖峰脉冲进行吸收,以免造成尖峰电压击穿可控硅。其原理很简单,大家都知道电容的特性使两端电压不能突变,电容量一定,电阻值一定其充放电时间一定。在可控硅换相过程中产生的尖峰脉冲宽度较窄,通过电阻对电容充电,其结果是电压来不及建立周期已过去。因为阻容保护的充放电时间常数远大于尖峰脉冲的时间常数,故对可控硅起到了保护作用。另外在逆变回路里每个桥臂里的两个可控硅的阳极阴极两端还接有均压电阻,其作用是在桥臂关端期间使两端的电压被电阻分压,每个可控硅承受1/2的电压。当桥臂再次导通时,不会使单硅承受全部电压而造成不良的后果,相应的起到了保护作用。
可控硅的工作原理
一、可控硅的工作原理 可控硅是可控硅整流器的简称。它是由三个PN结四层结构硅芯片和三个电极组成的半导体器件。 图3-29是它的结构、外形和图形符号。 可控硅的三个电极分别叫阳极(A)、阴极(K)和控制极(G)。当器件的阳极接负电位(相对阴极而言)时，从符号图上可以看出PN结处于反向，具有类似二极管的反向特性。当器件的阳极上加正电位时(若控制极不接任何电压)，在一定的电压范围内，器件仍处于阻抗很高的关闭状态。但当正电压大于某个电压(称为转折电压)时，器件迅速转变到低阻通导状态。加在可控硅阳极和阴极间的电压低于转折电压时，器件处于关闭状态。此时如果在控制极上加有适当大小的正电压(对阴极)，则可控硅可迅速被激发而变为导通状态。可控硅一旦导通，控制极便失去其控制作用。就是说，导通后撤去栅极电压可控硅仍导通，只有使器件中的电流减到低于某个数值或阴极与阳极之间电压减小到零或负值时，器件才可恢复到关闭状态。 图3-30是可控硅的伏安特性曲线。 图中曲线I为正向阻断特性。无控制极信号时，可控硅正向导通电压为正向转折电压(U B0)；当有控制极信号时，正向转折电压会下降(即可以在较低正向电压下导通)，转折电压随控制极电流的增大而减小。当控制极电流大到一定程度时，就不再出现正向阻断状态了。 曲线Ⅱ为导通工作特性。可控硅导通后内阻很小，管子本身压降很低，外加电压几乎全部降在外电路负载上，并流过比较大的负载电流，特性曲线与二极管正向导通特性相似。若阳极电压减小(或负载电阻增加)，致使阳极电流小于维持电流I H时，可控硅从导通状态立即转为正向阻断状态，回到曲线I状态。 曲线Ⅲ为反向阻断特性。当器件的阳极加以反向电压时，尽管电压较高，但可控硅不会导通(只有很小的漏电流)。只有反向电压达到击穿电压时，电流才突然增大，若不加限制器件就会烧毁。正常工作时，外加电压要小于反向击穿电压才能保证器件安全可靠地工作。
单向可控硅与双向可控硅结构电原理图及测试方法
单向可控硅与双向可控硅结构电原理图及测试方法 可控硅的检测 1.单向可控硅的检测 万用表选用电阻R×1档，用红黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻直至找出读数为数十欧姆的一对引脚，此时黑笔接的引脚为控制极G，红笔接的引脚为阴极K，另一空脚为阳极A。此时将黑表笔接已判断了的阳极A，红表笔仍接阴极K。此时万用表指针应不动。用短接线瞬间短接阳极A和控制极G，此时万用表指针应向右偏转，阻值读数为10欧姆左右。如阳极A接黑表笔，阴极K接红表笔时，万用表指针发生偏转，说明该单向可控硅已击穿损坏
。 2.双向可控硅的检测 用万用表电阻R×1档，用红黑两表笔分别测任意两引脚正反向电阻，结果其中两组读数为无穷大。若一组为数十欧姆时，该组红黑表笔所接的两引脚为第一阳极A1和控制极G，另一空脚即为第二阳极A2。确定A、G极后，再仔细测量A1、G极间正反向电阻，读数相对较小的那次测量的黑表笔所接的引脚为第一阳极A1，红表笔所接引脚为控制极G。将黑表笔接已确定了的第二阳极A2，红表笔接第一阳极A1，此时万用表指针应不发生偏转，阻值为无穷大。再用短接线将A2、G极瞬间短接，给G极加上正向触发电压，A2、A1间阻值约为10欧姆左右。随后断开A2、G极短接线，万用表读数应保持10欧姆左右。互换红黑表笔接线，红表笔接第二阳极A2，黑表笔接第一阳极A1。同样万用表指针应不发生偏转，阻值为无穷大。用短接线将A2、G极间再次瞬间短接，给G极加上负向的触发电压，A1、A2间阻
值也是10欧姆左右。随后断开A2、G极间短接线，万用表读数应不变，保持10欧姆左右。符合以上规律，说明被测双向可控硅管未损坏且三个引脚极性判断正确。 检测较大功率可控硅管是地，需要在万用表黑笔中串接一节1.5V干电池，以提高触发电压。双向可控硅（TRIAC）在控制交流电源控制领域的运用非常广泛，如我们的日光灯调光电路、交流电机转速控制电路等都主要是利用双向可控硅可以双向触发导通的特点来控制交流供电电源的导通相位角，从而达到控制供电电流的大小[1]。然而对其工作原理和结构的描述，以我们可以查悉的资料都只是很浅显地提及，大部分都是对它的外围电路的应用和工作方式、参数的选择等等做了比较多的描述，更进一步的--哪怕是内部方框电路--内容也很难找到。 由于可控硅所有的电子部件是集成在同一硅源之上，我们根本是不可能通过采用类似机械的拆卸手段来观察其内部结构。为了深入了解和运用可控硅，依据现有可查资料所给P 型和N型半导体的分布图，采用分离元器件--三极管、电阻和电容--来设计一款电路，使该电路在PN的连接、分布和履行的功能上完全与双向可控硅类似，从而通过该电路来达到深入解析可控硅和设计实际运用电路的目的。 1 双向可控硅工作原理与特点 从理论上来讲，双向可控硅可以说是有两个反向并列的单向可控硅组成，理解单向可控硅的工作原理是理解双向可控硅工作原理的基础[2-5]。 1.1单向可控硅 单向可控硅也叫晶闸管，其组成结构图如图1-a所示，可以分割成四个硅区P、N、P、N和A、K、G三个接线极。把图一按图1-b 所示切成两半，就很容易理解成如图1-c所示由一个PNP三极管和一个NPN三极管为主组成一个单向可控硅管。
晶闸管的结构以及工作原理
一、晶闸管的基本结构 晶闸管（SemiconductorControlled Rectifier 简称SCR ）是一种四层结构（PNPN ）的大功率半导体器件,它同时又被称作可控整流器或可控硅元件。它有三个引出电极，即阳极（A ）、阴极（K ）和门极（G ）。其符号表示法和器件剖面图如图1所示。 图1 符号表示法和器件剖面图 普通晶闸管是在N 型硅片中双向扩散P 型杂质（铝或硼），形成211P N P 结构，然后在2P 的大部分区域扩散N 型杂质（磷或锑）形成阴极，同时在2P 上引出门极，在1P 区域形成欧姆接触作为阳极。
图2、晶闸管载流子分布 二、晶闸管的伏安特性 晶闸管导通与关断两个状态是由阳极电压、阳极电流和门极电流共同决定的。通常用伏安特性曲线来描述它们之间的关系，如图3所示。
图3 晶闸管的伏安特性曲线 当晶闸管AK V 加正向电压时，1J 和3J 正偏，2J 反偏，外加电压几乎全部降落在2J 结上，2J 结起到阻断电流的作用。随着AK V 的增大，只要BO AK V V <，通过阳极电流A I 都很小，因而称此区域为正向阻断状态。当AK V 增大超过BO V 以后，阳极电流突然增大，特性曲线过负阻过程瞬间变到低电压、大电流状态。晶闸管流过由负载决定的通态电流T I ，器件压降为1V 左右，特性曲线CD 段对应的状态称为导通状态。通常将BO V 及其所对应的BO I 称之为正向转折电压和转折电流。晶闸管导通后能自身维持同态，从通态转换到断态，通常是不用门极信号而是由外部电路控制，即只有当电流小到称为维持电流H I 的某一临界值以下，器件才能被关断。 当晶闸管处于断态（BO AK V V <）时，如果使得门极相对于阴极为正，给门极通以电流G I ，那么晶闸管将在较低的电压下转折导通。转折电压BO V 以及转折电流BO I 都是G I 的函数，G I 越大，BO V 越小。如图3所示，晶闸管一旦导通后，即使去除门极信号，器件仍然然导通。 当晶闸管的阳极相对于阴极为负，只要RO AK V V <，A I 很小，且与G I 基本无关。但反向电压很大时（RO AK V V ≈），通过晶闸管的反向漏电流急剧增大，表现出晶闸管击穿，因此称RO V 为反向转折电压和转折电流。 三、晶闸管的静态特性 晶闸管共有3个PN 结，特性曲线可划分为（0~1）阻断区、（1~2）转折区、（2~3）负阻区及（3~4）导通区。如图5所示。
可控硅工作原理
可控硅工作原理 一种以硅单晶为基本材料的Ｐ１Ｎ１Ｐ２Ｎ２四层三端器件，创制于１９５７年，由于它特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称可控硅Ｔ。又由于可控硅最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅ＳＣＲ。 在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件（俗称死硅）更为可贵的可控性。它只有导通和关断两种状态。 可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备，如果超过此频率，因元件开关损耗显著增加，允许通过的平均电流相降低，此时，标称电流应降级使用。 可控硅的优点很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪音；效率高，成本低等等。 可控硅的弱点：静态及动态的过载能力较差；容易受干扰而误导通。 可控硅从外形上分类主要有：螺栓形、平板形和平底形。 １、可控硅元件的结构 不管可控硅的外形如何，它们的管芯都是由Ｐ型硅和Ｎ型硅组成的四层Ｐ１Ｎ１Ｐ２Ｎ２结构。见图１。它有三个ＰＮ结（Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３），从Ｊ１结构的Ｐ１层引出阳极Ａ，从Ｎ２层引出阴级Ｋ，从Ｐ２层引出控制极Ｇ，所以它是一种四层三端的半导体器件。 ２、工作原理 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 图１、可控硅结构示意图和符号图 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
双向可控硅斩波实验报告
双向可控硅斩波实验报告 一．概述 双向可控硅是一种功率半导体器件，也称双向晶闸管，双向晶闸管可广泛用于工业、交通、家用电器等领域，实现交流调压、电机调速、交流开关、路灯自动开启与关闭、温度控制、台灯调光、舞台调光等多种功能。 双向和单向可控硅的区别。 普通晶闸管（又称可控硅）是一种大功率半导体器件，主要用于大功率的交直流变换、调压等。 单向可控硅通过触发信号（小的触发电流）来控制导通（可控硅中通过大电流）的可控特性，一只双向可控硅的工作原理，可等效两只同型号的单向可控硅互相反向并联，然后串联在调压电路 在单片机控制系统中，可作为功率驱动器件，由于双向可控硅没有反向耐压问题，控制电路简单，因此特别适合做交流无触点开关使用。双向可控硅接通的一般都是一些功率较大的用电器，且连接在强电网络中，其触发电路的抗干扰问题很重要，通常都是通过光电耦合器将单片机控制系统中的触发信号加载到可控硅的控制极。为减小驱动功率和可控硅触发时产生的干扰，交流电路双向可控硅的触发常采用过零触发电路。过零触发是指在电压为零或零附近的瞬间接通。由于采用过零触发，因此上述电路还需要正弦交流电过零检测电路。图一为此次实验电路原理图。
图1 双向可控硅实验电路原理图 二．项目主要研究内容 1.过零检测电路 为减小驱动功率和可控硅触发时产生的干扰，交流电路中可控硅的触发常采用过零触发电路。过零触发是指在电压为零或零附近的瞬间接通。由于采用过零触发，因此上述电路还需要正弦交流电过零检测电路。如图2所示。为了提高效率，使触发脉冲与交流电压同步，要求每隔半个交流电的周期输出一个触发脉冲，且触发脉冲电压应大于4V ，脉冲宽度应大于20us.图中SDCZ3 为交流输入端子，TPL521为光电耦合器，起隔离作用。当正弦交流电压接近零时，光电耦合器的两个发光二极管截止，三极管Q2基极的偏置电阻电位使之导通，产生下降沿信号，T1的输出端接到单片机89C51 的外部中断0 的P3.2引脚，以引起外部中断。在中断服务子程序中使用定时器累计移相时间，然后发出双向可控硅的同步触发信号。
双向可控硅的工作原理及原理图
双向可控硅得工作原理及原理图 双向可控硅得工作原理1、可控硅就是P1N1Ｐ2N2四层三端结构元件,共有三个ＰＮ结,分析原理时，可以把它瞧作由一个ＰNＰ管与一个ＮPＮ管所组成当阳极A加上正向电压时，BG1与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得集电极直接与ＢG１得基极相连,所以ib1＝ic2。此时，电流ｉc2再经BG1放大,于就是BG1得集电极电流iｃ1=β1iｂ1=β1β2ｉｂ2。这个电流又流回到BG２得基极,表成正反馈,使ｉｂ２不断增大，如此正向馈循环得结果，两个管子得电流剧增,可控硅使饱与导通.由于BG1与BG２所构成得正反馈作用，所以一旦可控硅导通后,即使控制极G得电流消失了,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，所以这种可控硅就是不可关断得。 由于可控硅只有导通与关断两种工作状态，所以它具有开关特性,这种特性需要一定得条件才能转化2,触发导通在控制极Ｇ上加入正向电压时（见图5）因J3正偏，P2区得空穴时入Ｎ2区,N2区得电子进入Ｐ2区,形成触发电流IGT。在可控硅得内部正反馈作用（见图2）得基础上,加上IGT得作用，使可控硅提前导通,导致图3得伏安特性OA 段左移,ＩＧＴ越大,特性左移越快。 TＲIAC得特性?什么就是双向可控硅：ＩAＣ(TRI—ELＥCTROＤＥAＣSWIＴCH）为三极交流开关,亦称为双向晶闸管或双向可控硅。TRIＡC为三端元件,其三端分别为T1（第二端子或第二阳极），T 2(第一端子或第一阳极）与G(控制极）亦为一闸极控制开关，与ＳCR最大得不同点在于ＴRIＡC无论于正向或反向电压时皆可导通,其符号构造及外型,如图1所示。因为它就是双向元件，所以不管T1 ,Ｔ2得电压极性如何，若闸极有信号加入时,则T1,T２间呈导通状态；反之,加闸极触发信号，则T１,T2间有极高得阻抗。 ?(ａ）符号（b）构造 图１TRＩAC 二、ＴRIAC得触发特性: ?由于TRIAC为控制极控制得双向可控硅,控制极电压VG极性与阳极间之电压VT１T2四种组合分别如下：?（1）、VT1T2为正，ＶG为正。?(2）、VT１T2为正,VＧ为负。?（3）、VT1T2为负, VG 为正。?（４)、VT1T2为负，VG为负。 一般最好使用在对称情况下（1与４或２与3），以使正负半周能得到对称得结果,最方便得控制方法则为1与4之控制状态，因为控制极信号与VT１T2同极性。
晶闸管(可控硅)的结构与工作原理
一、晶闸管的基本结构 晶闸管(Semi ｃo ｎdu ｃｔo ｒC ｏnt ｒoll ｅｄ Ｒe ｃｔifier 简称SCR)是一种四层结构（PNPN ）的大功率半导体器件,它同时又被称作可控整流器或可控硅元件。它有三个引出电极,即阳极（A ）、阴极(Ｋ）和门极（G)。其符号表示法和器件剖面图如图1所示。 图１ 符号表示法和器件剖面图 普通晶闸管是在N 型硅片中双向扩散Ｐ型杂质(铝或硼），形成211P N P 结构，然后在2P 的大部分区域扩散N 型杂质(磷或锑）形成阴极，同时在2P 上引出门极,在1P 区域形成欧姆接触作为阳极。 图2、晶闸管载流子分布 二、晶闸管的伏安特性 晶闸管导通与关断两个状态是由阳极电压、阳极电流和门极电流共同决定
的。通常用伏安特性曲线来描述它们之间的关系,如图3所示。 图3 晶闸管的伏安特性曲线 当晶闸管AK V 加正向电压时，1J 和3J 正偏,2J 反偏,外加电压几乎全部降落在2J 结上,2J 结起到阻断电流的作用。随着AK V 的增大，只要BO AK V V <，通过阳极电流A I 都很小，因而称此区域为正向阻断状态。当AK V 增大超过BO V 以后,阳极电流突然增大,特性曲线过负阻过程瞬间变到低电压、大电流状态。晶闸管流过由负载决定的通态电流T I ，器件压降为１Ｖ左右，特性曲线ＣＤ段对应的状态称为导通状态。通常将BO V 及其所对应的BO I 称之为正向转折电压和转折电流。晶闸管导通后能自身维持同态，从通态转换到断态，通常是不用门极信号而是由外部电路控制，即只有当电流小到称为维持电流H I 的某一临界值以下，器件才能被关断。 当晶闸管处于断态（BO AK V V <）时,如果使得门极相对于阴极为正,给门极通以电流G I ，那么晶闸管将在较低的电压下转折导通。转折电压BO V 以及转折电流BO I 都是G I 的函数,G I 越大，BO V 越小。如图3所示，晶闸管一旦导通后，即使去除门极信号,器件仍然然导通。 当晶闸管的阳极相对于阴极为负，只要RO AK V V <， A I 很小,且与G I 基本无关。但反向电压很大时(RO AK V V ≈），通过晶闸管的反向漏电流急剧增大,表现出晶闸管击穿，因此称RO V 为反向转折电压和转折电流。
双向可控硅原理与应用整理
双向可控硅MAC97A6的电路应用 家电维修2010-08-22 00:08:15 阅读2916 评论2 字号：大中小订阅 MAC97A6为小功率双向可控硅（双向晶闸管），最多应用于电风扇速度控制或电灯的亮度控制，市场上流行的“电脑风扇”或“电子程控风扇”，不外乎是用集成电路控制器与老式风扇相结合的新一代产品。这里介绍的电路就是利用一块市售的专用集成电路RY901及MAC97A6，将普通电扇改装为具有多功能的高档电扇，很适宜无线电爱好者制作与改 装。 这种新型IC的主要特点是：（1）集开关、定时、调速、模拟自然风为一体，外围元件少、电路简单、易于制作；（2）省掉了体积较大的机械定时器和调速器，采用轻触式开关和电脑控制脉冲触发，因而无机械磨损，使用寿命长；（3）各种动作电脑程序具备相应的发光管指示，耗电量少，体积小，重量轻，显示直观，便于操作；（4）适合开发或改造成多路家电的定时控制等。RY901采用双列直插式16脚塑封结构，为低功耗CMOS集成电路。其外形、引出脚排列及各脚功能如图1所示。工作原理
典型应用电路如图2所示（[url=https://www.360docs.net/doc/2517721197.html,/ad/ykkz/fsdlkz.rar]点击下载原理图[/url] ）。市电220V由C1、R1降压VD9稳压，经VD10、C2整流滤波后, 提供5V－6V左右的直流电源作为RY901IC组成的控制器电压。在刚接通电源时，电脑控制器暂处于复位（静止）状态，面板上所有发光二极管VD1－VD8均不亮，电风扇不转。若这时每按动一次风速选择键SB3，可依次从IC的11－13脚输出控制电平（脉冲信号），经发光管VDl－VD3和限流电阻R2－R4，分别触发双向晶闸管VS1－VS3的G极，用以控制它的导通与截止，再经电抗器L进行阻抗变换，即可按强风、中风、弱风、强风……的顺序来改变其工作状态，并且风速指示管VD1－VD3（红色）对应点亮或熄灭；当按风型选择键SB4，电风扇即按连续风（常风）、阵风（模拟自然风）、连续风……的方式循环改变其工作状态，在连续风状态下，风型指示管VD4（黄色）熄灭，在阵风状态下，VD4闪光；当按动定时时间选择键SB2，定时指示管VD5－VD8依次对应点亮或熄灭，即每按动一次SB2，可选择其中一种定时时间，共有0.5、l、2、4小时和不定时5种工作方式供选择。当定时时间一到，IC内部的定时电路停止工作，相应的定时指示管熄灭同时IC的11－13脚也无控制信号输出，双向晶闸管VS1－VS3截止，从而导致风扇自动停止运转；在风扇不定时工作时，欲停止风扇转动，只要按动一下复位开关SB1，所有指示灯熄灭，电源被切断，风扇停转；如欲启动风扇，照上述方法操作即可。元器件选择与制作图中除降压电容C1用优质的CBB-400V聚苯电容；泄放保护电阻R1用1W金属膜电阻或线绕电阻外，其余元器件均为普通型。电阻为1/8W；电解电容的耐压值取10V－16V，C1取值范围为0.47u－lu之间；稳压管VD9为5V－6V/1W,可选用ZCW104（旧型号为ZCW21B）硅稳压管；VS1－VS3为1A/400V小型塑封双向晶闸管，可选用MAC94A4型或MAC97A6型；L为电抗器，可以自制，亦可采用原调速器中的电抗器；SB1－SB4为轻触型按键开关（也叫微动或点动开关），有条件的可采用导电橡胶组合按键开关。电路焊接无误，一般不用调试就能工作。改装方法该电路对所有普通风扇都能进行改装。将焊接好的电路板装进合适的塑料肥皂盒或原调速器盒中，将原分线器开关拆除不用，留出空余位置便于安装印制板电路。一般风扇用电抗器均采取5挡。不妨利用其中①、③、⑤挡，将强风（第1挡）、中风（第2挡）弱风（第3挡）分别接到电抗器的各挡中。若有的调速器中无电抗器，风扇电机则是采取抽头方式改变风速的，同样将三种风速分别接至分线器的三极引线中。在改装中特别要注意安全，印制板上220V交流电源接线端及所有导电部位应与调整器盒的金属件严格隔离。改装完毕，可用测电笔碰触调速器有否漏电。否则应进一步采取绝缘措施。通电试验时，用万用表DC10V档测C2两端电压应为5V－6V之间，若不正常，应重点检查整流稳压电路，然后再分别按动SB1－SB4开关，观察各路指示管VD1－VD8应按对应的选择功能发光或熄灭，风扇也应同步工作于不同状态。
可控硅元件的工作原理及基本特性
可控硅元件的工作原理及基本特性 1、工作原理 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 图1 可控硅等效图解图 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 状态条件说明 从关断到导通1、阳极电位高于是阴极电位 2、控制极有足够的正向电压和电流 两者缺一不可 维持导通1、阳极电位高于阴极电位 2、阳极电流大于维持电流 两者缺一不可 从导通到关断1、阳极电位低于阴极电位 2、阳极电流小于维持电流 任一条件即可 2 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击穿。
双向可控硅原理与应用
[转载] 双向可控硅原理与应用 普通晶闸管(VS)实质上属于直流控制器件。要控制交流负载，必须将两只晶闸管反极性并联，让每只SCR控制一个半波，为此需两套独立的触发电路，使用不够方便。双向晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的晶闸管，而且仅需一个触发电路，是目前比较理想的交流开关器件。其英文名称TRIAC即三端双向交流开关之意。 构造原理 尽管从形式上可将双向晶闸管看成两只普通晶闸管的组合，但实 际上它是由7只晶体管和多只电阻构成的功率集成器件。小功率 双向晶闸管一般采用塑料封装，有的还带散热板，外形如图l所 示。典型产品有BCMlAM(1A／600V)、 BCM3AM(3A／600V)、 2N6075(4A／600V)，MAC218-10(8A／800V)等。大功率双向晶 闸管大多采用RD91型封装。双向晶闸管的主要参数见附表。 双向晶闸管的结构与符号见图2。它属于NPNPN五层器件，三 个电极分别是T1、T2、G。因该器件可以双向导通，故除门极G 以外的两个电极统称为主端子，用T1、T2。表示，不再划分成阳 极或阴极。其特点是，当G极和T2极相对于T1，的电压均为正 时，T2是阳极，T1是阴极。反之，当G极和T2极相对于T1的电压均为负时，T1变成阳极，T2为阴极。双向晶闸管的伏安特性见图3，由于正、反向特性曲线具有对称性，所以它可在任何一个方向导通。 检测方法 下面介绍利用万用表RXl档判定双向晶闸管电极的方法，同时还检查触发能力。 1. 判定T2极由图2可见，G极与T1极靠近，距T2极较远。因此，G—T1之间的正、反向电阻 都很小。在用RXl档测任意两脚之间的电阻时，只有在G-T1之间呈现低阻，正、反向电阻仅几 十欧，而T2-G、T2-T1之间的正、反向电阻均为无穷大。这表明，如果测出某脚和其他两脚都 不通，就肯定是T2极。，另外，采用TO—220封装的双向晶闸管，T2极通常与小散热板连通， 据此亦可确定T2极 2. 区分G极和T1极 (1)找出T2极之后，首先假定剩下两脚中某一脚为Tl极，另一脚为G极。 (2)把黑表笔接T1极，红表笔接T2极，电阻为无穷大。接着用红表笔尖把T2与G短路，给G极加 上负触发信号，电阻值应为十欧左右(参见图4(a))，证明管子已经导通，导通方向为T1一T2。再将 红表笔尖与G极脱开(但仍接T2)，若电阻值保持不变，证明管子在触发之后能维持导通状态(见图4(b))。 3)把红表笔接T1极，黑表笔接T2极，然后使T2与G短路，给G极加上正触发信号，电阻值仍为十欧左右，与G极脱开后若阻值不变，则说明管子经触发后， 在T2一T1方向上也能维持导通状态，因此具有双向触 发性质。由此证明上述假定正确。否则是假定与实际不符， 需再作出假定，重复以上测量。显见，在识别G、T1， 的过程中，也就检查了双向晶闸管的触发能力。如果按哪 种假定去测量，都不能使双向晶闸管触发导通，证明管于 巳损坏。对于lA的管子，亦可用RXl0档检测，对于3A 及3A以上的管子，应选RXl档，否则难以维持导通状态。 典型应用 双向晶闸管可广泛用于工业、交通、家用电器等领域，实 现交流调压、电机调速、交流开关、路灯自动开启与关闭、 温度控制、台灯调光、舞台调光等多种功能，它还被用于 固态继电器(SSR)和固态接触器电路中。图5是由双向晶 闸管构成的接近开关电路。R为门极限流电阻，JAG为干式舌簧管。平时JAG断开，双向晶闸管TRIAC也关断。仅当小磁铁移近时JAG吸合，使双向晶闸管导通，将负载电源接通。由于通过 干簧管的电流很小，时间仅几微秒，所以开关的寿命很长. 图6是过零触发型交流固态继电器(AC-SSR)的内部电路。主要包括输入电路、光电耦合器、过零触发电路、开关电路(包括双向晶闸管)、保护电路(RC吸收网络)。当加上输入信号VI(一般为高电平)、并且交流负载电源电压通过零点时，双向晶闸管被触发，将负载电源接通。固态继电器具有驱动功率小、无触点、噪音低、抗干扰能力强，吸合、释放时间短、寿命长，能与TTL＼CMOS电路兼容，可取代传统的电磁继电器。
单向晶闸管的基本结构及工作原理
单向晶闸管的基本结构及工作原理 晶闸管有许多种类，下面以常用的普通晶闸管为例，介绍其基本结构及工作原理。 单向晶闸管内有三个PN 结，它们是由相互交叠的4 层P区和N区所构成的.如图17-1(a) 所示。晶闸管的三个电极是从P1引出阳极A，从N2引出阳极K ，从P2引出控制极G ，因此可以说它是一个四层三端 半导体器件。 为了便于说明.可以把图17-1 (a) 所示晶闸管看成是由两部分组成的[见图17-1(b)]，这样可以把晶闸管等效为两只三极管组成的一对互补管.左下部分为NPN型管，在上部分为PNP 型管[见图17-1 (c)]。 当接上电源Ea后，VT1及VT2都处于放大状态，若在G 、K 极间加入一个正触发信号，就相当于在V T1基极与发射极回路中有一个控制电流IC，它就是VT1的基极电流IB1。经放大后，VT1产生集电极电流ICI。此电流流出VT2 的基极，成为VT2 的基极电流IB2。于是， VT2 产生了集电极电流IC2。IC2再流入VT1 的基极，再次得到放大。这样依次循环下去，一瞬间便可使VT1和VT2全部导通并达到饱和。所以，当晶闸管加上正电压后，一输入触发信号，它就会立即导通。晶闸管一经导通后，由于导致VT1基极上总是流过比控制极电流IG大得多的电流，所以即使触发信号消失后，晶闸管仍旧能保持导通状态。只有降低电源电压Ea，使VT1、VT2 集电极电流小于某一维持导通的 最小值，晶闸管才能转为关断状态。 如果把电源Ea反接，VT1 和VT2 都不具备放大工作条件，即使有触发信号，晶闸管也无法工作而处于关断状态。同样，在没有输入触发信号或触发信号极性相反时，即使晶闸管加上正向电压.它也无法导通。 上述的几种情况可参见图17-2 。
【精品】第七章可控硅及其应用
第七章可控硅及其应用 第一节可控硅的结构和工作原理 教学目的：1、了解单向可控硅与双向可控硅的结构与符号。 2、掌握单向可控硅及双向可控硅的工作原理. 教学重点：单向可控硅及双向可控硅的工作原理。 教学难点:单向可控硅及双向可控硅的工作原理。 教学方法与手段：1、教师讲授与多媒体课件相结合；实习实训相结合。 课时计划:２课时 一、单向可控硅 一)、单向可控硅的结构与符号 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.
图1可控硅等效图解图二）、单向可控硅的工作原理
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，此条件如下：
三）、单向可控硅的主要参数 可控硅的主要参数有： 1、额定正向平均电流在规定环境温度和散热条件下，允许通过阳极———阴极间电流的平均值。 2、正向阻断峰值电压在控制极开路未加触发信号，阳极正向电压还未超过导能电压时,可以重复加在可控硅两端的正向峰值电压。可控硅承受的正向电压峰值，不能超过手册给出的这个参数值。
双向可控硅的原理-二三极管原理
尽管从形式上可将双向可控硅看成两只普通可控硅的组合，但实际上它是由7只晶体管和多只电阻构成的功率集成器件。小功率双向可控硅一般采用塑料封装，有的还带散热板，外形如图l所示。典型产品有BCMlAM(1A／600V)、BCM3AM(3A／600V)、2N6075(4A／600V)，MAC218-10(8A／800V)等。大功率双向可控硅大多采用RD91型封装。双向可控硅的主要参数见附表。 双向可控硅的结构与符号见图2。它属于NPNPN五层器件，三个电极分别是T1、T2、G。因该器件可以双向导通，故除门极G以外的两个电极统称为主端子，用T1、T2。表示，不再划分成阳极或阴极。其特点是，当G极和T2极相对于T1，的电压均为正时，T2是阳极，T1是阴极。反之，当G极和T2 极相对于T1的电压均为负时，T1变成阳极，T2为阴极。双向可控硅的伏安特性见图3，由于正、反向特性曲线具有对称性，所以它可在任何一个方向导通。检测方法 下面介绍利用万用表RXl档判定双向可控硅电极的方法，同时还检查触发能力。 1.判定T2极 由图2可见，G极与T1极靠近，距T2极较远。因此，G—T1之间的正、反向电阻都很小。在肦Xl档测任意两脚之间的电阻时，只有在G-T1之间呈现低阻，正、反向电阻仅几十欧，而T2-G、T2-T1之间的正、反向电阻均为无穷大。这表明，如果测出某脚和其他两脚都不通，就肯定是T2极。，另外，采用TO—220封装的双向可控硅，T2极通常与小散热板连通，据此亦可确定T2极。 2．区分G极和T1极 (1)找出T2极之后，首先假定剩下两脚中某一脚为Tl极，另一脚为G极。 (2)把黑表笔接T1极，红表笔接T2极，电阻为无穷大。接着用红表笔尖把T2 与G短路，给G极加上负触发信号，电阻值应为十欧左右(参见图4 (a))，证明管子已经导通，导通方向为T1一T2。再将红表笔尖与G极脱开(但仍接T2)，若电阻值保持不变，证明管子在触发之后能维持导通状态(见图 4(b))。
双向可控硅的工作原理(全)
双向可控硅的工作原理 双向可控硅的工作原理双向可控硅的工作原理1.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 双向可控硅的工作原理 双向可控硅的工作原理1.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2,触发导通在控制极G上加入正向电压时（见图5）因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用（见图2）的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致图3的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。 TRIAC的特性 什么是双向可控硅:IAC(TRI-ELECTRODE AC SWITCH)为三极交流开关，亦称为双向晶闸管或双向可控硅。 TRIAC为三端元件，其三端分别为T1 (第二端子或第二阳极)，T 2(第一端子或第一阳极)和G(控制极)亦为一闸极控制开关，与SCR 最大的不同点在于TRIAC无论于正向或反向电压时皆可导通，其符号构造及外型，如图1所示。因为它是双向元件，所以不管T1 ,T2的电压极性如何，若闸极有信号加入时，则T1 ,T2间呈导通状态；反之，加闸极触发信号，则T1 ,T2间有极高的阻抗。
双向可控硅的控制原理
双向可控硅的工作原理 1.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 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 2,触发导通 在控制极G上加入正向电压时（见图5）因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用（见图2）的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致图3的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。 一、可控硅的概念和结构？ 晶闸管又叫可控硅。自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管、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，等等。今天大家使用的是单向晶闸管，也就是人们常说的普通晶闸管，它是由四层半导体材料组成的，有三个PN结，对外有三个电极〔图2(a)〕：第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。从晶闸管的电路符号〔图2(b)〕可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。
双向可控硅的工作原理及原理图
双向可控硅的工作原理及原理图 双向可控硅的工作原理1.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=β1β2i b2。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2,触发导通在控制极G上加入正向电压时（见图5）因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IG T。在可控硅的内部正反馈作用（见图2）的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致图3的伏安特性OA 段左移，IGT越大，特性左移越快。 TRIAC的特性 什么是双向可控硅:IAC(TRI-ELECTRODE AC SWITCH)为三极交流开关，亦称为双向晶闸管或双向可控硅。TRIA C为三端元件，其三端分别为T1(第二端子或第二阳极)，T 2(第一端子或第一阳极)和G(控制极)亦为一闸极控制开关，与SCR最大的不同点在于TRIAC无论于正向或反向电压时皆可导通，其符号构造及外型，如图1所示。因为它是双向元件，所以不管T1 ,T2的电压极性如何，若闸极有信号加入时，则T1 ,T2间呈导通状态；反之，加闸极触发信号，则T1 ,T2间有极高的阻抗。 (a)符号(b)构造 图1 TRIAC 二.TRIAC的触发特性: 由于TRIAC为控制极控制的双向可控硅,控制极电压VG极性与阳极间之电压VT1T2四种组合分别如下： (1). VT1T2为正, VG为正。 (2). VT1T2为正,VG为负。 (3). VT1T2为负, VG为正。 (4). VT1T2为负, VG为负。
可控硅的工作原理带图
可控硅的工作原理（带图） 一．可控硅是可控硅整流器的简称。它是由三个PN结四层结构硅芯片和三个电极组成的半导体器件。图3-29是它的结构、外形和图形符号。 可控硅的三个电极分别叫阳极(A)、阴极(K)和控制极(G)。当器件的阳极接负电位(相对阴极而言)时，从符号图上可以看出PN结处于反向，具有类似二极管的反向特性。当器件的阳极上加正电位时(若控制极不接任何电压)，在一定的电压范围内，器件仍处于阻抗很高的关闭状态。但当正电压大于某个电压(称为转折电压)时，器件迅速转变到低阻通导状态。加在可控硅阳极和阴极间的电压低于转折电压时，器件处于关闭状态。此时如果在控制极上加有适当大小的正电压(对阴极)，则可控硅可迅速被激发而变为导通状态。可控硅一旦导通，控制极便失去其控制作用。就是说，导通后撤去栅极电压可控硅仍导通，只有使器件中的电流减到低于某个数值或阴极与阳极之间电压减小到零或负值时，器件才可恢复到关闭状态。 图3-30是可控硅的伏安特性曲线。 图中曲线I为正向阻断特性。无控制极信号时，可控硅正向导通电压为正向转折电压(U B0)；当有控制极信号时，正向转折电压会下降(即可以在较低正向电压下导通)，转折电压随控制极电流的增大而减小。当控制极电流大到一定程度时，就不再出现正向阻断状态了。 曲线Ⅱ为导通工作特性。可控硅导通后内阻很小，管子本身压降很低，外加电压几乎全部降在外电路负载上，并流过比较大的负载电流，特性曲线与二极管正向导通特性相似。若阳极电压减小(或负载电阻增加)，致使阳极电流小于维持电流I H时，可控硅从导通状态立即转为正向阻断状态，回到曲线I状态。 曲线Ⅲ为反向阻断特性。当器件的阳极加以反向电压时，尽管电压较高，但可控硅不会导通(只有很小的漏电流)。只有反向电压达到击穿电压时，电流才突然增大，若不加限制器件就会烧毁。正常工作时，外加电压要小于反向击穿电压才能保证器件安全可靠地工作。 可控硅的重要特点是：只要控制极中通以几毫安至几十毫安的电流就可以触发器件导通，器件中就可以通过较大的电流。利用这种特性可用于整流、开关、变频、交直流变换、电机调速、调温、调光及其它自动控制电路中。 二、可控硅的主要技术参数
关于双向晶闸管常见问题
同学：老师，双向晶闸管看起来与单向晶闸管的外形差不多，也有三个电极（图 2 ），它的主要工作特性是什么呢？ 教师：双向晶闸管相当于两个单向晶闸管的反向并联（图3 ），但只有一个控制极。这样，双向晶闸管在正、反两个方向上都能够控制导电，而单向晶闸管却是一种可控的单方向导电器件。给双向晶闸管的控制极加正的或负的触发脉冲，都能使管子触发导通。这样，触发电路的设计就具有很大的灵活性，可以采用多种不同的触发方式。此外，双向晶闸管的两个主电极不再分为阳极和阴极，而是称为第一电极T1 和第二电极T2 。双向晶闸管在电路中不能用作可控整流元件，主要用来进行交流调压、交流开关、可逆直流调速等等。 同学：双向晶闸管触发电路（图1 ）中，使用了双向触发二极管，我们过去没有听说过这种管子，这是一种什么样的器件呢？ 老师：双向触发二极管（图4 ）从结构上来说，是一种没有控制极的晶闸管，我们可以把它看成是两个二极管的反向并联。这样，无论在双向触发二极管的两极之间外加什么极性的电压，只要电压的数值达到管子的转折电压值，就能使它导通。值得注意的是，双向触发二极管的转折电压较高，一般在20 ～40V 范围。
同学：老师，您给我们讲讲双向触发二极管组成的双向晶闸管触发电路的工作原理吧。 老师：调压器电路主要由阻容移相电路和双向晶闸管两部分组成。我们单独画出这两部分电路（图5 ），R5 、RP 和C5 构成阻容移相电路。合上电源开关S ，交流电源电压通过R5 、RP 向电容器C5 充电，当电容器C5 两端的电压上升到略高于双向触发二极管ST 的转折电压时，ST 和双向晶闸管VS 相继导通，负载RL 得电工作。当交流电源电压过零瞬间，双向晶闸管自行关断，接着C5 又被电源反向充电，重复上述过程。分析电路时，大家应该意识到，触发电路是工作在交流电路中的，交流电压的正、负半周分别会发出正、负触发脉冲送到双向晶闸管的控制极，使管子在正、负半周内对称地导通一次。改变R P 的阻值，就改变了C5 的充电速度，也就改变了双向晶闸管的导通角，相应地改变了负载RL 上的交流电压，实现了交流调压。 同学：您刚刚画出的电路图（图5 ）是不是可以直接作交流调压器使用呢？ 老师：可以。这就是一个简易型调压器，在要求不高的场合（如灯具调光）完全可以使用。这种调压器的缺点有两个：一是负载RL 上的电压不能从零伏起调，最低只能调到20V 。当RP 调到最大值时，C5 充电速度变得很慢，以致在交流电压的半个周期时间内，C5 上的电压还来不及上升到双向触发二极管的转折电压，双向晶闸管就不能导通。为了克服这一缺陷，增加了由R4 、C4 和R6 组成的另一条阻容移相电路（图 1 ）。当RP 调到极限值以上时，C4 上的电压可经R6 向C5 充电，使C5 上的电压达到双向触发二极管的转折电压，以保证在低输出电压下双向晶闸管仍能导通。适当调节R4 ，就可以得到较低的起调电压。另一个缺点是双向晶闸管导通瞬间的突变电流形成的脉冲干扰，会影响调幅收音机和一些通信设备的正常工作，简易型调压器不能抑制这种脉冲干扰。 同学：怎么抑制晶闸管导通瞬间产生的电磁干扰呢？ 老师：可以利用滤波电路。大家再看电路图（图1 ）。电感L 串联在主电路上，对突变电流呈现很大的阻抗，起到了平滑滤波作用；R1 、C1 支路并联在电源线上，将高频干扰电流旁路。此外，与负载R L 并联的R2 、C3 支路进一步滤除了负载电流突变产生的脉冲干扰。这样，由于采用了双重滤波电路，起到了较强的抑制干扰的作用。