1) 晶闸管导通条件:阳极加正向电压、门极加适当正向电压。 2)关断条件:流过晶闸管的电流小于维持电流。
3.晶闸管的导通关断原理
由晶闸管的内部结构可知,它是四层(P1N1P2N2)三端(A、K、G)结构,有三个PN
结,即J1、J2、J3。因此可用三个串联的二极管等效(如图1-3)。当阳极A和阴极K两端加正向电压时,J2处于反偏,P1N1P2N2结构处于阻断状态,只能通过很小的正向漏电流,当阳极A和阴极K两端加反向电压时,J1和J3处于反偏,P1N1P2N2结构也处于阻断状态,只能通过很小的反向漏电流,所以晶闸管具有正反向阻断特性。
晶闸管的P1N1P2N2结构又可以等效为两个互补连接的晶体管(如图1-5所示)。晶
闸管的导通关断原理可以通过等效电路来分析。
(a) (b) 图1-5 晶闸管工作原理的等效电路 (a)以互补三极管等效 (b)晶
闸管工作原理等效电路
当晶闸管加上正向阳极电压,门极也加上足够的门极电压时,则有电流IG从门极流入N1P2N2管的基极,经N1P2N2管放大后的集电极电流IC2又是P1N1P2管的基极电流,再经P1N1P2管的放大,
其集电极电流IC1又流人N1P2N2管的基极,如此循环,产生强烈的正反馈过程,使两个晶体管快速饱和导通,从而使晶闸管由阻断迅速地变为导通。导通后晶闸管两端的压降一般为1.5 V左右,流过晶闸管的电流将取决于外加电源电压和主回路的阻抗。
晶闸管一旦导通后,即使IG=0,但因IC1的电流在内部直接流入N1P2N2管的基极,晶闸管仍将继续保持导通状态。若要晶闸管关断,只有降低阳极电压到零或对晶闸管加上反向阳极电压,使IC1的电流减少至N1P2N2管接近截止状态,即流过晶闸管的阳极电流小于维持电流,晶闸管方可恢复阻断状态。
二、 晶闸管特性与主要参数 1.晶闸管的阳极伏安特性
晶闸管的阳极与阴极间电压和阳极电流之间的关系,称为阳极伏安特性。其伏安特性曲线如图1-6所示。
反向阻断 正向转折电压 反向击穿电压 正向阻断
图1-6 晶闸管阳极伏安特性
图中第Ⅰ象限为正向特性,当IG=0时,如果在晶闸管两端所加正向电压UA未增到正向转折电压UBO时,晶闸管都处于正向阻断状态,只有很小的正向漏电流。当UA增到UBO时,则漏电流急剧增大,晶闸管导通,正向电压降低,其特性和二极管的正向伏安特性相仿,称为正向转折或“硬开通”。多次“硬开通”会损坏管子,晶闸管通常不允许这样工作。一般采用对晶闸管的门极加足够大的触发电流使其导通,门极触发电流越大,正向转折电压越低。
晶闸管的反向伏安特性如图中第Ⅲ象限所示,它与整流二极管的反向伏安特性相似。处于反向阻断状态时,只有很小的反向漏电流,当反向电压超过反向击穿电压UBO时,反向漏电流急剧增大,造成晶闸管反向击穿而损坏。
2.晶闸管的主要参数
在实际使用的过程中,我们往往要根据实际的工作条件进行管子的合理选择,以达到满意的技术经济效果。怎样才能正确的选择管子呢?这主要包括两个方面:一方面要根据实际情况确定所需晶闸管的额定值;另一方面根据额定值确定晶闸管的型号。
晶闸管的各项额定参数在晶闸管生产后,由厂家经过严格测试而确定,作为使用者来说,只需要能够正确地选择管子就可以了。表1-2列出了晶闸管的一些主要参数。
表1-2 晶闸管的主要参数
(1)晶闸管的电压定额 1)断态重复峰值电压UDRM
在图1-6的晶闸管的阳极伏安特性中,我们规定,当门极断开,晶闸管处在额定结温时,允许重复加在管子上的正向峰值电压为晶闸管的断态重复峰值电压,用UDRM表示。它是由伏安特性中的正向转折电压UBO减去一定裕量,成为晶闸管的断态不重复峰值电压UDSM,然后再乘以90%而得到的。至于断态不重复峰值电压UDSM与正向转折电压UBO的差值,则由生产厂家自定。这里需要说明的是,晶闸管正向工作时有两种工作状态:阻断状态简称断态;导通状态简称通态。参数中提到的断态和通态一定是正向的,因此,“正向”两字可以省去。
2)反向重复峰值电压URRM
相似的,我们规定当门极断开,晶闸管处在额定结温时,允许重复加在管子上的反向峰值电压为反向重复峰值电压,用URRM表示。它是由伏安特性中的反向击穿电压URO减去一定裕量,成为晶闸管的反向不重复峰值电压URSM,然后再乘以90%而得到的。至于反向不重复峰值电压URSM与反向转折电压URO的差值,则由生产厂家自定。一般晶闸管若承受反向电压,它一定是阻断的。因此参数中 “阻断” 两字可省去。
3)额定电压UTn
将UDRM和URRM中的较小值按百位取整后作为该晶闸管的额定值。例如:一晶闸管实测UDRM=812V,URRM=756V,将两者较小的756V按表1-2取整得700V,该晶闸管的额定电压为700V。
在晶闸管的铭牌上,额定电压是以电压等级的形式给出的,通常标准电压等级规定为:电压在1000V以下,每100V为一级,1000V到3000V,每200V为一级,用百位数或千位和百位数表示级数。电压等级见表1-3。
表1—3 晶闸管标准电压等级
在使用过程中,环境温度的变化、散热条件以及出现的各种过电压都会对晶闸管产生影响,因此在选择管子的时候,应当使晶闸管的额定电压是实际工作时可能承受的最大电压的2~3倍,即:
UTn?(2~3)UTM
4)通态平均电压UT(AV)
在规定环境温度、标准散热条件下,元件通以额定电流时,阳极和阴极间电压降的平均值,称通态平均电压(一般称管压降),其数值按表1-4分组。从减小损耗和元件发热来看,应选择UT(AV)较小的管子。实际当晶闸管流过较大的恒定直流电流时,其通态平均电压比元件出厂时定义的值(如表1-4所示)要大,约为1.5V。
表1-4 晶闸管通态平均电压分组
组别 通态平均电压(V) 组别 通态平均电压(V)
(2)晶闸管的电流定额 1)额定电流IT(AV)
由于整流设备的输出端所接负载常用平均电流来表示,晶闸管额定电流的标定与其他电器设备不同,采用的是平均电流,而不是有效值,又称为通态平均电流。所谓通态平均电流是指在环境温度为40℃和规定的冷却条件下,晶闸管在导通角不小于170°电阻性负载电路
A UT≤0.4 B 0.4<UT≤0.5 C D E 0.7<UT≤0.8 0.5<UT≤0.6 0.6<UT≤0.7 F 0.8<UT≤0.9 G 0.9<UT≤1.0 H I 1.0<UT≤1.1 1.1<UT≤1.2