可控硅模塊
可控硅模塊特點及基本應用
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具有體積小、結構相對簡單、功能強等特點，是比較常用的半導體器件之一。該器件被廣泛應用于各種電子設備和電子產品中，多用來作可控整流、逆變、變頻、調壓、無觸點開關等。家用電器中的調光燈、調速風扇、空調機、電視機、電冰箱、洗衣機、照相機、組合音響、聲光電路、定時控制器、玩具裝置、無線電遙控、攝像機及工業(yè)控制等都大量使用了可控硅器件。
可控硅模塊原理
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可控硅模塊在工作過程中，它的陽極A和陰極K與電源和負載連接，組成可控硅模塊的主電路，可控硅模塊的門極G和陰極K與控制可控硅模塊的裝置連接，組成可控硅模塊的控制電路
雙向可控硅模塊的結構與符號。它屬于NPNPN五層器件，三個電極分別是T1、T2、G。因該器件可以雙向導通，故除門極G以外的兩個電極統(tǒng)稱為主端子，用T1、T2。表示，不再劃分成陽極或陰極。其特點是，當G極和T2極相對于T1，的電壓均為正時，T2是陽極，T1是陰極。反之，當G極和T2極相對于T1的電壓均為負時，T1變成陽極，T2為陰極。雙向可控硅模塊的伏安特性見，由于正、反向特性曲線具有對稱性，所以它可在任何一個方向導通。
從可控硅模塊的內部分析工作過程：
可控硅模塊是四層三端器件，它有J1、J2、J3三個PN結，可以把它中間的NP分成兩部分，構成一個PNP型三極管和一個NPN型三極管的復合管.
當可控硅模塊承受正向陽極電壓時，為使可控硅模塊導銅，必須使承受反向電壓的PN結J2失去阻擋作用。中每個晶體管的集電極電流同時就是另一個晶體管的基極電流。因此，兩個互相復合的晶體管電路，當有足夠的門極電流Ig流入時，就會形成強烈的正反饋，造成兩晶體管飽和導通，晶體管飽和導通。
設PNP管和NPN管的集電極電流相應為Ic1和Ic2；發(fā)射極電流相應為Ia和Ik；電流放大系數相應為a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，設流過J2結的反相漏電電流為Ic0,
可控硅模塊的陽極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和：
Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0
若門極電流為Ig,則可控硅模塊陰極電流為Ik=Ia+Ig
從而可以得出可控硅模塊陽極電流為：I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2）） （1—1）
硅PNP管和硅NPN管相應的電流放大系數a1和a2隨其發(fā)射極電流的改變而急劇變化。
當可控硅模塊承受正向陽極電壓，而門極未受電壓的情況下，式（1—1）中，Ig=0,(a1+a2)很小，故可控硅模塊的陽極電流Ia≈Ic0 晶閘關處于正向阻斷狀態(tài)。當可控硅模塊在正向陽極電壓下，從門極G流入電流Ig,由于足夠大的Ig流經NPN管的發(fā)射結，從而提高起點流放大系數a2,產生足夠大的極電極電流Ic2流過PNP管的發(fā)射結，并提高了PNP管的電流放大系數a1,產生更大的極電極電流Ic1流經NPN管的發(fā)射結。這樣強烈的正反饋過程迅速進行。當a1和a2隨發(fā)射極電流增加而（a1+a2）≈1時，式（1—1）中的分母1-（a1+a2）≈0,因此提高了可控硅模塊的陽極電流Ia.這時，流過可控硅模塊的電流完全由主回路的電壓和回路電阻決定。可控硅模塊已處于正向導通狀態(tài)。
在可控硅模塊導通后，1-（a1+a2）≈0,即使此時門極電流Ig=0,可控硅模塊仍能保持原來的陽極電流Ia而繼續(xù)導通。可控硅模塊在導通后，門極已失去作用。
在可控硅模塊導通后，如果不斷的減小電源電壓或增大回路電阻，使陽極電流Ia減小到維持電流IH以下時，由于a1和a1迅速下降，當1-（a1+a2）≈0時，可控硅模塊恢復阻斷狀態(tài)。
可控硅模塊基本伏安特性
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1）觸發(fā)導通
在控制極G上加入正向電壓時因J3正偏，P2區(qū)的空穴時入N2區(qū)，N2區(qū)的電子進入P2區(qū)，形成觸發(fā)電流IGT。在可控硅的內部正反饋作用的基礎上，加上IGT的作用，使可控硅提前導通，導致的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。而可控硅整流裝置就是利用可控硅的這些特點來更好的控制電流的強弱的裝置。
2）反向特性
當控制極開路，陽極加上反向電壓時J2結正偏，但J1、J2結反偏。此時只能流過很小的反向飽和電流，當電壓進一步提高到J1結的雪崩擊穿電壓后，接差J3結也擊穿，電流迅速增加，的特性開始彎曲，如特性OR段所示，彎曲處的電壓URO叫“反向轉折電壓”。此時，可控硅會發(fā)生永久性反向。
3、正向特性
當控制極開路，陽極上加上正向電壓時J1、J3結正偏，但J2結反偏，這與普通PN結的反向特性相似，也只能流過很小電流，這叫正向阻斷狀態(tài)，當電壓增加，的特性發(fā)生了彎曲，如特性OA段所示，彎曲處的是UBO叫：正向轉折電壓。 由于電壓升高到J2結的雪崩擊穿電壓后，J2結發(fā)生雪崩倍增效應，在結區(qū)產生大量的電子和空穴，電子時入N1區(qū)，空穴時入P2區(qū)。進入N1區(qū)的電子與由P1區(qū)通過J1結注入N1區(qū)的空穴復合，同樣，進入P2區(qū)的空穴與由N2區(qū)通過J3結注入P2區(qū)的電子復合，雪崩擊穿，進入N1區(qū)的電子與進入P2區(qū)的空穴各自不能全部復合掉，這樣，在N1區(qū)就有電子積累，在P2區(qū)就有空穴積累，結果使P2區(qū)的電位升高，N1區(qū)的電位下降，J2結變成正偏，只要電流稍增加，電壓便迅速下降，出現所謂負阻特性，虛線AB段。 這時J1、J2、J3三個結均處于正偏，可控硅便進入正向導電狀態(tài)---通態(tài)，此時，它的特性與普通的PN結正向特性相似。
可控硅控制模塊在直流系統(tǒng)的應用
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可控硅控制模塊是根據控制系統(tǒng)功能，將可控硅分立元件、觸發(fā)及移相電路、同步控制電路、電流反饋電路、電壓反饋電路等全部功能集成在一個模塊內，組成具有各種功能的直流控制系統(tǒng)模塊。模塊具有電路簡潔方便、可靠和故障率低等特點，在直流控制系統(tǒng)的組建或改造中得到廣泛應用。
可控硅模塊在可控整流電路中的主要應用
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普通可控硅模塊最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。如果把二極管換成可控硅，就可以構成可控整流電路、逆變、電機調速、電機勵磁、無觸點開關及自功控制等方面?，F在我畫一個最簡單的單相半波可控整流電路。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仍然不能導通，只有在U2處于正半周，在控制極外加觸發(fā)脈沖Ug時，可控硅被觸發(fā)導通。只有在觸發(fā)脈沖Ug到來時，負載RL上才有電壓UL輸出Ug到來得早，可控硅導通的時間就早；Ug到來得晚，可控硅導通的時間就晚。通過改變控制極上觸發(fā)脈沖Ug到來的時間，就可以調節(jié)負載上輸出電壓的平均值UL(陰影部分的面積大小)。在電工技術中，常把交流電的半個周期定為180°，稱為電角度。這樣，在U2的每個正半周，從零值開始到觸發(fā)脈沖到來瞬間所經歷的電角度稱為控制角α；在每個正半周內可控硅導通的電角度叫導通角θ。很明顯，α和θ都是用來表示可控硅在承受正向電壓的半個周期的導通或阻斷范圍的。通過改變控制角α或導通角θ，改變負載上脈沖直流電壓的平均值UL，實現了可控整流。
提問者：vystwerw
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工商網監(jiān)