双向可控硅

在本教程中,我们将学习一些可控硅的基础知识。欧宝官网app苹果下载ob直播app在此过程中,我们将了解可控硅的结构、符号、工作原理、特点、应用。

介绍

正如我们所知,可控硅作为一个单向装置,具有反向阻塞特性,以防止电流在反向偏置条件下流动。但在许多应用中,需要电流的双向控制,特别是在交流电路中。为了实现这与可控硅,两个可控硅必须连接在反并行,以控制输入的正反半周期。

然而,这种结构可以用一种称为可控硅的特殊半导体器件来代替,以实现双向控制。可控硅是一种能有效、准确控制交流电源的双向开关装置。这些常用于电机调速控制器,交流电路,压力控制系统,调光器和其他交流控制设备。

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双向可控硅的基础

可控硅是晶闸管系列器件中的重要一员。它是一个双向设备,可以通过电流在正向和反向偏置条件,因此它是一个交流控制设备。如图所示,可控硅相当于两个背对背可控硅连接一个栅极端子。

可控硅是三极管交流开关的缩写。TRI是指由三个端子组成的设备,AC是指它控制交流电源或它可以在交流电的两个方向传导。

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如图所示,可控硅有三个端子,即主端子1(MT1)、主端子2 (MT2)和门(G)。如果MT1相对于MT2正向偏置,则电流从MT1流向MT2。类似地,如果MT2相对于MT1正向偏置,则电流从MT2流向MT1。

只要用适当的门脉冲触发门,就可以实现上述两个条件。与可控硅类似,可控硅也可以通过向栅极终端注入适当的电流脉冲来开启。一旦它被打开,它就失去了对其传导的栅极控制。因此,通过主端子将电流降至零,可以关闭轨迹。

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双向可控硅的建设

可控硅是一种五层三端半导体器件。在SCR情况下,端子标记为MT1, MT2为阳极和阴极端子。栅极用G表示,类似于可控硅。栅极端子通过金属触点连接到N4和P2区域,并且靠近MT1端子。

终端MT1连接N2和P2区域,MT2连接N3和P1区域。因此,端子MT1和MT2连接到设备的P和N区域,因此这两个端子之间施加电压的极性决定了通过设备层的电流。

建设

当门打开时,对于一个正向偏置轨迹,MT2相对于MT1是正的。因此,可控硅以正向阻塞模式工作,直到可控硅上的电压小于正向导通电压。类似地,对于反向偏置可控硅,门打开时,MT2相对于MT1为负。

在可控硅上的电压小于反向导通电压之前,器件以反向阻塞模式工作。磁道可以通过栅极端的正电压或负电压使其导电。

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可控硅的工作和操作

由于它是一种双向器件,所以可以将各种负压和正压的组合连接到可控硅端子上。使可控硅工作于四种不同的工作象限或模式的四种可能的电极电位组合如下所示。

  1. MT2相对于MT1是正的,门极性相对于MT1是正的。
  2. MT2相对于MT1是正的,门极相对于MT1是负的。
  3. MT2相对于MT1为负,门极相对于MT1为负。
  4. MT2相对于MT1为负,门极相对于MT1为正。

对于任意可控硅,与其他模式相比,第二象限或模式的闭锁电流更高,而第四模式的栅极触发电流更高。

在大多数应用中,负触发电流电路被使用,这意味着2和3象限被用于双向控制的可靠触发,也当栅极灵敏度是关键的时候。一般采用模态1和模态4时,栅极灵敏度最高。

模式1:MT2是正的,正栅极电流

当栅极端相对于MT1为正时,栅极电流流过P2和N2结。当电流流动时,P2层充满电子,这些电子进一步扩散到结J2(或P2- n1结)的边缘。

N1层收集的这些电子在N1层上形成了一个空间电荷。因此,更多的空穴从P1区域扩散到N1区域以中和空间负电荷。这些空穴到达接点J2,并在P2区域产生空间正电荷,这导致更多的电子从N2注入到P2。

这导致了一个正的再生,最终主电流从MT2流向MT1,通过P1- N1 - P2 - N2区域。

模式

模式2:MT2为正、负栅电流

当MT2为正极,栅端相对于MT1为负时,栅电流流过P2-N4结。该栅极电流正向偏置P2-N4结,用于辅助P1N1P2N4结构。这导致可控硅首先通过P1N1P2N4层。

这进一步提高了P2N2与MT2之间的电位。这导致电流从左向右建立在P2层,正向偏转P2N2结。因此主要结构P1N1P2N2开始传导。

初导辅助结构P1N1P2N4为先导SCR,后导结构P1N1P2N2为主SCR。因此,先导可控硅的阳极电流充当到主可控硅的栅极电流。在这种模式下,对门极电流的灵敏度较小,因此需要更多的门极电流来转动可控硅。

mode2

模式3:MT2为负、正栅极电流

在这种模式下,使MT2相对于MT1为负,通过在栅极和MT1端子之间施加正电压使器件ON。开关由N2发起,N2作为远程栅极控制,引导可控硅开关的结构为P2N1P1N3。

外部栅极电流正向偏置P2-N2结。N2层将电子注入P2层,通过P2N1结收集电子。这一结果增加了通过P2N1结的电流。

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P2层注入的孔洞扩散到N1区域。这在P区形成了一个正的空间电荷。因此,更多的电子从N3扩散到P1来中和空间的正电荷。

因此,这些电子到达结J2,并在N1区域产生一个负的空间电荷,导致从P2注入更多的空穴到N1区域。这个再生过程一直持续到结构P2N1P1N3打开可控硅并传导外部电流。

由于可控硅由远端N2门开启,在这种模式下,器件对正栅电流的敏感性较低。

模式4:MT2为负,负栅电流

在这种模式下,N4作为一个远程门,将电子注入P2区域。外部栅极电流正偏置P2N4结。N4区域的电子被P2N1结收集,增加了P1N1结的电流。

因此,结构P2N1P1N3通过再生作用打开。与模式3的正栅极电流相比,可控硅在这种模式下更敏感。

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从上面的讨论可以得出结论,模式2和模式3是灵敏度较低的配置,需要更多的门极电流来触发可控硅,而更常见的可控硅触发模式是1和4,它们的灵敏度较高。在实际操作中,选择较为敏感的操作方式,使栅极的极性与终端MT2的极性相匹配。

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可控硅的V-I特性

三晶闸管的功能就像两个反向并联的晶闸管,因此可控硅在第一和第三象限的VI特性将与晶闸管的VI特性相似。当终端MT2相对于MT1终端为正数时,称轨迹处于转发阻塞模式。

如果通过该设备的电压低于导通电压,则有一个小的泄漏电流流过该设备。一旦器件的导通电压达到,可控硅就会如图所示打开。

然而,也有可能通过施加门控脉冲在VBO下打开可控硅,这样通过器件的电流应该大于可控硅的闭锁电流。

7.图

同样,当终端MT2相对于MT1为负时,轨迹处于反向阻塞模式。一个小的漏电电流流过该装置,直到它被导通电压或栅极触发法触发。因此,栅极的正或负脉冲在两个方向触发可控硅。

可控硅开始导电时的电源电压取决于栅极电流。如果栅极电流较大,则可控硅接通时的电源电压较小。上面讨论的第一象限采用模态-1触发,第三象限采用模态-3触发。

由于可控硅的内部结构,在不同的工作模式下,锁存电流、栅极触发电流和保持电流的实际值可能略有不同。因此,磁道的额定值大大低于可控硅。

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优势

施加在栅极上的正极性和负极性电压都可以触发可控硅。

  • 它可以操作和切换交流波形的两个半周期。
  • 与反并行可控硅配置需要两个稍小尺寸的散热器相比,可控硅需要一个稍大尺寸的散热器。因此可控硅在交流电源应用中节省了空间和成本。
  • 在直流应用中,可控硅需要与一个并联二极管连接以防止反向电压。但是可控硅可以在没有二极管的情况下工作,在任何一个方向上都可能出现安全击穿。

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缺点

  • 与可控硅相比,它们的额定值更低。
  • 在选择门控触发电路时需要仔细考虑,因为可控硅可以在正向和反向偏置条件下触发。
  • 与可控硅相比,它们具有较低的dv/dt额定值。
  • 它们的开关频率非常小。
  • 可控硅不如可控硅可靠。

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应用程序

由于AC的双向控制,可控硅被用作交流电源控制器、风扇控制器、加热器控制器、可控硅触发装置、三位置静态开关、调光器等。下面将讨论可控硅作为开关和相位控制的应用。

可控硅作为高功率开关

由于可控硅采用低栅电压和电流来控制高负载电压和电流,因此在许多开关操作中经常用作开关器件。下图显示了使用可控硅作为ON/OFF交流开关来控制大功率灯。

当开关S在位置1时,可控硅处于正向阻塞模式,因此灯保持在OFF状态。如果开关被扔到位置2,一个小的栅极电流流过栅极端子,因此可控硅被打开。这进一步使灯开关给一个充分的输出。

8.崔克是一个开关

可控硅相位控制

像可控硅,相位控制方法变化的平均功率负载也可能与可控硅。通过控制输入交流各半周期的触发角度,控制传递给负载的功率。触发延迟的延迟称为延迟角,可控硅传导的延迟角称为传导角。

下图显示了使用可控硅进行相位控制的方法,以产生对负载的可变功率。二极管D1和D2分别以正半周期和负半周期将电流传递到栅端。

9.相位控制采用可控硅

只要输入交流电源给电路,只要施加的电压小于VBO或门极电流小于最小门极电流,可控硅就处于阻塞状态(正向或反向)。在输入的正半周期间,二极管D1正偏置,因此栅极施加正栅极电流。

因此,门被触发,可控硅进入导通状态。在输入的负半周,二极管D2是正向偏置,因此栅极电流流过它,因此可控硅接通。

同样,通过施加适当的栅极信号,可以在两个方向上控制传递给负载的交流电源。可控硅的导通角是通过改变上述电路中的电阻R2来控制的。

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双向可控硅和可控硅

  • 可控硅是一种双向装置,而可控硅是一种单向装置。
  • 可控硅端子是MT2, MT1和栅极,而可控硅有阳极,阴极和栅极端子。
  • 对于正栅极电流和负栅极电流,轨道导电,但只有栅极电流方向使可控硅接通。
  • 可控硅可以有四种不同的操作模式,可控硅可以有一种操作模式。
  • 与可控硅相比,可控硅的额定值更低。
  • 可控硅特性位于第一象限和第三象限,可控硅特性位于第一象限。
  • 可靠性不如可控硅。

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