可控硅(Silicon Controlled Rectifier,簡稱SCR),是可控硅整流元件的簡稱,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。控制極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。 晶閘管在過壓或過流時(shí)易損壞,需加保護(hù)電路。全控型晶閘管排行榜
高壓直流輸電(HVDC)是晶閘管的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。與交流輸電相比,HVDC在長距離輸電、海底電纜輸電和異步電網(wǎng)互聯(lián)中具有明顯的優(yōu)勢(shì),而晶閘管是HVDC換流站的重要器件。在HVDC系統(tǒng)中,晶閘管主要用于構(gòu)成換流器,包括整流器和逆變器。整流器將三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電,逆變器則將直流電還原為交流電。傳統(tǒng)的HVDC換流器多采用12脈動(dòng)橋結(jié)構(gòu),每個(gè)橋由6個(gè)晶閘管串聯(lián)組成,通過精確控制晶閘管的觸發(fā)角,可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電壓和功率的調(diào)節(jié)。晶閘管在HVDC中的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)包括:高耐壓能力(單個(gè)晶閘管可承受數(shù)千伏電壓)、大電流容量(可達(dá)數(shù)千安培)、可靠性高(使用壽命長)和成本效益好。例如,中國的特高壓直流輸電工程(如±800kV云廣直流工程)采用了大量光控晶閘管(LTT),單閥組額定電壓達(dá)800kV,額定電流達(dá)4000A,傳輸容量超過5000MW。然而,晶閘管在HVDC中的應(yīng)用也面臨挑戰(zhàn)。由于晶閘管屬于半控型器件,關(guān)斷依賴電流過零,因此在故障情況下的快速滅弧能力較弱。為解決這一問題,現(xiàn)代HVDC系統(tǒng)引入了混合式換流器技術(shù),將晶閘管與全控型器件(如IGBT)結(jié)合,提高系統(tǒng)的故障穿越能力和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。 甘肅晶閘管快速晶閘管模塊具備極短的開關(guān)時(shí)間,適用于高頻感應(yīng)加熱裝置。
可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件,共有三個(gè)PN結(jié),分析原理時(shí),可以把它看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成。雙向可控硅:雙向可控硅是一種硅可控整流器件,也稱作雙向晶閘管。這種器件在電路中能夠?qū)崿F(xiàn)交流電的無觸點(diǎn)控制,以小電流控制大電流,具有無火花、動(dòng)作快、壽命長、可靠性高以及簡化電路結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。從外表上看,雙向可控硅和普通可控硅很相似,也有三個(gè)電極。但是,它除了其中一個(gè)電極G仍叫做控制極外,另外兩個(gè)電極通常卻不再叫做陽極和陰極,而統(tǒng)稱為主電極Tl和T2。它的符號(hào)也和普通可控硅不同,是把兩個(gè)可控硅反接在一起畫成的。它的型號(hào),在我國一般用“3CTS”或“KS”表示;國外的資料也有用“TRIAC”來表示的。雙向可控硅的規(guī)格、型號(hào)、外形以及電極引腳排列依生產(chǎn)廠家不同而有所不同,但其電極引腳多數(shù)是按T1、T2、G的顧序從左至右排列(觀察時(shí),電極引腳向下,面對(duì)標(biāo)有字符的一面)。
單向晶閘管的伏安特性研究單向晶閘管的伏安特性曲線直觀地反映了其工作狀態(tài)。當(dāng)門極開路時(shí),如果陽極加正向電壓,在一定范圍內(nèi),晶閘管處于正向阻斷狀態(tài),只有很小的漏電流。當(dāng)正向電壓超過正向轉(zhuǎn)折電壓時(shí),晶閘管會(huì)突然導(dǎo)通,進(jìn)入低阻狀態(tài)。而當(dāng)門極施加正向觸發(fā)脈沖時(shí),晶閘管在較低的正向電壓下就能導(dǎo)通,觸發(fā)電流越大,導(dǎo)通時(shí)間越短。在反向電壓作用下,晶閘管處于反向阻斷狀態(tài),只有極小的反向漏電流,當(dāng)反向電壓超過反向擊穿電壓時(shí),器件會(huì)因擊穿而損壞。深入理解伏安特性對(duì)于合理選擇晶閘管的參數(shù)以及設(shè)計(jì)觸發(fā)電路至關(guān)重要。例如,在設(shè)計(jì)過壓保護(hù)電路時(shí),需要確保晶閘管的正向轉(zhuǎn)折電壓高于正常工作電壓,以避免誤觸發(fā)。 晶閘管模塊的耐壓等級(jí)決定了其在高壓環(huán)境中的適用性。
在實(shí)際應(yīng)用中,當(dāng)單個(gè)單向晶閘管的電壓或電流容量無法滿足要求時(shí),需要將多個(gè)晶閘管進(jìn)行并聯(lián)或串聯(lián)使用。晶閘管的并聯(lián)應(yīng)用可以提高電路的電流容量。但在并聯(lián)時(shí),需要解決各晶閘管之間的電流均衡問題。由于各晶閘管的伏安特性存在差異,在并聯(lián)運(yùn)行時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)電流分配不均的現(xiàn)象,導(dǎo)致某些晶閘管過載而損壞。為了解決這個(gè)問題,可以在每個(gè)晶閘管上串聯(lián)一個(gè)小阻值的均流電阻,或者采用均流電抗器。同時(shí),在選擇晶閘管時(shí),應(yīng)盡量選擇伏安特性相近的器件。晶閘管的串聯(lián)應(yīng)用可以提高電路的耐壓能力。但在串聯(lián)時(shí),需要解決各晶閘管之間的電壓均衡問題。由于各晶閘管的反向漏電流存在差異,在反向電壓作用下,可能會(huì)出現(xiàn)電壓分配不均的現(xiàn)象,導(dǎo)致某些晶閘管承受過高的電壓而損壞。為了解決這個(gè)問題,可以在每個(gè)晶閘管上并聯(lián)一個(gè)均壓電阻,或者采用 RC 均壓網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)際應(yīng)用中,晶閘管的并聯(lián)和串聯(lián)往往同時(shí)使用,以滿足高電壓、大電流的應(yīng)用需求。 光控晶閘管(LASCR)通過光信號(hào)觸發(fā),適用于高壓隔離場(chǎng)景。河北西門康賽米控晶閘管
晶閘管在光伏逆變器中用于DC-AC轉(zhuǎn)換。全控型晶閘管排行榜
晶閘管觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)與優(yōu)化晶閘管的觸發(fā)電路是確保其可靠工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)觸發(fā)電路時(shí),需考慮觸發(fā)脈沖的幅度、寬度、前沿陡度以及與主電路的同步問題。同步問題是觸發(fā)電路設(shè)計(jì)的重要挑戰(zhàn)之一。在交流電路中,觸發(fā)脈沖必須與電源電壓保持嚴(yán)格的相位關(guān)系,以實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)通角的精確控制。常用的同步方法包括變壓器同步、過零檢測(cè)同步和數(shù)字鎖相環(huán)(PLL)同步。例如,在交流調(diào)壓電路中,通過檢測(cè)電源電壓過零點(diǎn)作為基準(zhǔn),再延遲一定角度(觸發(fā)角α)輸出觸發(fā)脈沖,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載功率的調(diào)節(jié)。觸發(fā)脈沖參數(shù)的選擇直接影響晶閘管的性能。觸發(fā)脈沖幅度一般為門極觸發(fā)電流的3-5倍,以確保可靠觸發(fā);脈沖寬度需大于晶閘管的開通時(shí)間(通常為5-20μs);前沿陡度應(yīng)足夠大(通常要求di/dt>1A/μs),以提高晶閘管的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。隔離技術(shù)在觸發(fā)電路中至關(guān)重要。為避免主電路高壓對(duì)控制電路的干擾,通常采用脈沖變壓器、光耦或光纖進(jìn)行電氣隔離。例如,光耦隔離觸發(fā)電路利用發(fā)光二極管將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào),再通過光敏三極管還原為電信號(hào),實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)耐瑫r(shí)切斷電氣連接。 全控型晶閘管排行榜