晶閘管和絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是電力電子領(lǐng)域的兩大重要器件,各自具有獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)和適用場(chǎng)景。
結(jié)構(gòu)與原理方面,晶閘管是四層PNPN結(jié)構(gòu)的半控型器件,依靠門極觸發(fā)導(dǎo)通,但關(guān)斷需依賴外部電路條件;IGBT是電壓控制型全控器件,結(jié)合了MOSFET的高輸入阻抗和BJT的低導(dǎo)通壓降特性,可通過柵極電壓快速控制導(dǎo)通和關(guān)斷。
性能對(duì)比顯示,晶閘管的優(yōu)勢(shì)在于高耐壓(可達(dá)10kV以上)、大電流容量(可達(dá)數(shù)千安培)和低導(dǎo)通損耗(約1-2V),適合高壓大容量、低開關(guān)頻率(通常低于1kHz)的應(yīng)用,如高壓直流輸電、工業(yè)加熱和電機(jī)軟啟動(dòng)。IGBT則在中低壓(通常<6.5kV)、高頻(1-100kHz)場(chǎng)景中表現(xiàn)出色,其開關(guān)速度快、驅(qū)動(dòng)功率小,廣泛應(yīng)用于變頻器、新能源發(fā)電和電動(dòng)汽車。
晶閘管的觸發(fā)電路需匹配門極特性以提高可靠性。福建晶閘管種類
雙向晶閘管的參數(shù)選擇與應(yīng)用注意事項(xiàng)
選擇雙向晶閘管時(shí),需綜合考慮以下參數(shù):1)額定通態(tài)電流(IT (RMS)):應(yīng)根據(jù)負(fù)載電流的有效值選擇,一般取 1.5-2 倍余量,以避免過載。例如,對(duì)于 10A 負(fù)載電流,可選擇 16A 額定電流的雙向晶閘管。2)額定電壓(VDRM/VRRM):需高于電路中可能出現(xiàn)的最大電壓峰值,通常取 2-3 倍安全裕量。在 220V 交流電路中,應(yīng)選擇耐壓 600V 以上的器件。3)門極觸發(fā)電流(IGT)和觸發(fā)電壓(VGT):根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路能力選擇,IGT 一般在幾毫安到幾十毫安之間。4)維持電流(IH):應(yīng)小于負(fù)載電流,確保雙向晶閘管導(dǎo)通后能維持狀態(tài)。應(yīng)用時(shí)還需注意:1)避免在潮濕、高溫環(huán)境下使用,以防性能下降。2)對(duì)于感性負(fù)載,需在負(fù)載兩端并聯(lián) RC 吸收網(wǎng)絡(luò),抑制反電動(dòng)勢(shì)。3)觸發(fā)脈沖寬度應(yīng)大于負(fù)載電流達(dá)到維持電流所需的時(shí)間,確保可靠觸發(fā)。4)安裝時(shí)需保證散熱良好,避免器件因過熱損壞。 中國澳門平板型晶閘管晶閘管在光伏逆變器中用于DC-AC轉(zhuǎn)換。
單向晶閘管的參數(shù)選擇指南
在選擇單向晶閘管時(shí),需要綜合考慮多個(gè)參數(shù),以確保器件能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。額定通態(tài)平均電流是指晶閘管在正弦半波導(dǎo)通時(shí),允許通過的**平均電流。選擇時(shí),應(yīng)根據(jù)負(fù)載電流的大小,留出一定的余量,一般取額定電流為實(shí)際工作電流的 1.5-2 倍。額定電壓是指晶閘管能夠承受的**正向和反向電壓。選擇時(shí),額定電壓應(yīng)高于實(shí)際工作電壓的峰值,一般取額定電壓為工作電壓峰值的 2-3 倍。維持電流是指晶閘管維持導(dǎo)通狀態(tài)所需的**小電流。如果負(fù)載電流小于維持電流,晶閘管可能會(huì)自行關(guān)斷。此外,還需要考慮晶閘管的門極觸發(fā)電流、觸發(fā)電壓、開關(guān)時(shí)間等參數(shù)。在高頻應(yīng)用中,應(yīng)選擇開關(guān)速度快的晶閘管,以減少開關(guān)損耗。
晶閘管特點(diǎn)可控硅(Silicon Controlled Rectifier,簡(jiǎn)稱SCR),是可控硅整流元件的簡(jiǎn)稱,是一種具有三個(gè)PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件,亦稱為晶閘管。具有體積小、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)等特點(diǎn),是比較常用的半導(dǎo)體器件之一。
“一觸即發(fā)”。但是,如果陽極或控制極外加的是反向電壓,晶閘管就不能導(dǎo)通??刂茦O的作用是通過外加正向觸發(fā)脈沖使晶閘管導(dǎo)通,卻不能使它關(guān)斷。那么,用什么方法才能使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷呢?使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷,可以斷開陽極電源或使陽極電流小于維持導(dǎo)通的最小值(稱為維持電流)。如果晶閘管陽極和陰極之間外加的是交流電壓或脈動(dòng)直流電壓,那么,在電壓過零時(shí),晶閘管會(huì)自行關(guān)斷。 晶閘管的開關(guān)速度較慢,不適合高頻電路。
普通晶閘管**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(gòu)成可控整流電路。以**簡(jiǎn)單的單相半波可控整流電路為例,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(fā)脈沖Ug,VS仍然不能導(dǎo)通,只有在U2處于正半周,在控制極外加觸發(fā)脈沖Ug時(shí),晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通。畫出它的波形(c)及(d),只有在觸發(fā)脈沖Ug到來時(shí),負(fù)載RL上才有電壓UL輸出。Ug到來得早,晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間就早;Ug到來得晚,晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間就晚。通過改變控制極上觸發(fā)脈沖Ug到來的時(shí)間,就可以調(diào)節(jié)負(fù)載上輸出電壓的平均值UL。在電工技術(shù)中,常把交流電的半個(gè)周期定為180°,稱為電角度。這樣,在U2的每個(gè)正半周,從零值開始到觸發(fā)脈沖到來瞬間所經(jīng)歷的電角度稱為控制角α;在每個(gè)正半周內(nèi)晶閘管導(dǎo)通的電角度叫導(dǎo)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(gè)周期的導(dǎo)通或阻斷范圍的。通過改變控制角α或?qū)ń铅?,改變?fù)載上脈沖直流電壓的平均值UL,實(shí)現(xiàn)了可控整流。 晶閘管的失效模式包括過熱燒毀、電壓擊穿等。ABB晶閘管質(zhì)量
晶閘管常用于電機(jī)調(diào)速、溫度控制、電焊機(jī)等工業(yè)應(yīng)用。福建晶閘管種類
晶閘管模塊(Thyristor Module)是一種集成了晶閘管芯片、驅(qū)動(dòng)電路、散熱結(jié)構(gòu)和保護(hù)功能的功率電子器件,廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電力電子、新能源等領(lǐng)域。與分立式晶閘管相比,模塊化設(shè)計(jì)具有更高的功率密度、更好的散熱性能和更便捷的系統(tǒng)集成能力。
晶閘管芯片:如單向晶閘管(SCR)、雙向晶閘管(TRIAC)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)等。
驅(qū)動(dòng)電路:部分模塊(如智能功率模塊IPM)內(nèi)置驅(qū)動(dòng)IC,簡(jiǎn)化外部控制。
散熱基板:采用銅或鋁基板,部分大功率模塊采用陶瓷基板(如AlN、Al?O?)以提高導(dǎo)熱性。
封裝結(jié)構(gòu):常見的有塑封(TO-247)、螺栓型(如SEMIKRONSKM系列)、平板壓接式等。
保護(hù)元件:部分模塊集成溫度傳感器、過流保護(hù)、RC緩沖電路等。
福建晶閘管種類