可控硅打开方法gydF4y2Ba

在本教程中,我们将学习可控硅打开方法。有几种可控硅打开方法取决于不同的实体,如电压,温度等。我们将看到一些常用的方法来打开可控硅。gydF4y2Ba

简介gydF4y2Ba

在看打开可控硅的不同方式之前,即,不同的可控硅打开方法,让我们快速概述一些重要的基础gydF4y2Ba可控硅gydF4y2Ba或简称为SCR。可控硅是晶闸管家族的重要成员,是一种具有四层、三个结和三个端子的半导体器件。下图显示了典型可控硅的结构和符号。gydF4y2Ba

可控硅的象征gydF4y2Ba

可控硅由四层交替的p型和n型半导体材料组成。外部的“p”区域连接到阳极(A),外部的“n”区域连接到阴极(K)。内部的“p”区域连接到第三个端子称为门(G)。gydF4y2Ba

可控硅本质上是一个开关。不像晶体管,它可以作为开关,也可以作为放大器,可控硅只是一个开关,或开或关。可控硅有两种稳定状态,即正向阻塞状态和正向传导状态。还有其他的状态,但这两个很重要,因此我们只关注这两个状态。gydF4y2Ba

将可控硅从前向阻塞状态(OFF - state)切换到前向传导状态(ON - state)称为可控硅的打开过程。它也被称为触发。gydF4y2Ba

触发可控硅的标准取决于几个变量,如电源电压,栅电流,温度等。有多种方法可以触发可控硅,使其进入ON状态。让我们简要地讨论一些SCR打开方法。gydF4y2Ba

的救赎gydF4y2Ba

可控硅开机方法(可控硅触发)gydF4y2Ba

让我们以上面带有可控硅结构的图像为参考。如果阳极(外部的“p”区域)相对于阴极(外部的“n”区域)是正的,结JgydF4y2Ba1gydF4y2Ba和JgydF4y2Ba3.gydF4y2Ba变成正向偏置,但结JgydF4y2Ba2gydF4y2Ba反向偏置。gydF4y2Ba

因此,除了小幅度的泄漏电流外,没有流过器件的电流。因此,即使可控硅正向偏压,仍然没有电流流动,因此,这种状态被称为正向阻塞状态(OFF状态)。gydF4y2Ba

注意:gydF4y2Ba还有一种状态称为反向阻塞状态,在这种状态下可控硅是反向偏置的。这种状态下的特性与普通二极管相似。现在让我们专注于通过“打开可控硅”将可控硅从正向阻塞状态带到正向传导状态。gydF4y2Ba

可控硅可以通过下列方法中的任何一种进行传导或从阻塞(非传导或OFF)状态切换到传导(ON)状态。gydF4y2Ba

  1. 正向电压触发gydF4y2Ba
  2. 温度触发gydF4y2Ba
  3. dv / dt触发gydF4y2Ba
  4. 光触发gydF4y2Ba
  5. 门触发gydF4y2Ba

正向电压触发gydF4y2Ba

在正向电压触发方法中,可控硅是正向偏置的,即阳极比阴极更正,但电压显著增加。登机口终点站一直开着。gydF4y2Ba

随着电压的增加,结JgydF4y2Ba2gydF4y2Ba的损耗层宽度增加,这反过来增加了在这个结的少数载流子的加速电压。在特定电压下,内部结J处会发生雪崩击穿gydF4y2Ba2gydF4y2Ba由于少数载流子与原子碰撞释放出更多的少数载流子。gydF4y2Ba

这个电压称为正向导通电压VgydF4y2Ba薄gydF4y2Ba.在这个电压下,结JgydF4y2Ba2gydF4y2Ba变为正向偏置,可控硅变为传导状态。一个大的电流流过可控硅(从阳极到阴极,这是由负载电阻的限制)与一个非常低的电压降通过它。gydF4y2Ba

在打开状态,正向压降横跨可控硅在1到1.5伏的范围内,这可能会随着负载电流而增加。gydF4y2Ba

实际上,这种方法并不被采用,因为它需要非常大的阳极到阴极电压。一旦电压大于VgydF4y2Ba薄gydF4y2Ba时,可控硅打开并立即有非常大的电流流过,这可能会对可控硅造成损坏。因此,大多数情况下都避免了这种触发类型。gydF4y2Ba

SON2gydF4y2Ba

温度触发gydF4y2Ba

这种触发类型也被称为热触发,因为可控硅是通过加热来转动的。反向泄漏电流取决于温度。当温度升高到一定值时,空穴对的数量也会增加。这导致泄漏电流增加,进一步增加了可控硅的电流增益。当(α1 + α2)值趋于一致时(随着电流增益的增加),SCR内部开始了再生作用。gydF4y2Ba

通过增加结J的温度gydF4y2Ba2gydF4y2Ba时,损耗层宽度减小。所以,当正向偏置电压接近V时gydF4y2Ba薄gydF4y2Ba,我们可以打开可控硅通过增加结温度(JgydF4y2Ba2gydF4y2Ba).在特定的温度下,结的反向偏置断开,器件开始导电。gydF4y2Ba

这种触发发生在某些情况下,特别是当设备温度更高时(也称为假触发)。这种类型的触发实际上是不使用的,因为它会导致热失控,因此设备或可控硅可能会损坏。gydF4y2Ba

dv / dt触发gydF4y2Ba

在正阻塞状态下,即阳极比阴极正,结JgydF4y2Ba1gydF4y2Ba和JgydF4y2Ba3.gydF4y2Ba正向偏置,结JgydF4y2Ba2gydF4y2Ba反向偏置。结JgydF4y2Ba2gydF4y2Ba表现为电容(JgydF4y2Ba1gydF4y2Ba和JgydF4y2Ba3.gydF4y2Ba作为具有介电J的导电板gydF4y2Ba2gydF4y2Ba),这是由于耗竭区的空间电荷所致。gydF4y2Ba

电容器的充电电流为:gydF4y2Ba

我gydF4y2BaCgydF4y2Ba= dQ / dtgydF4y2Ba

= d (CgydF4y2BajgydF4y2Bav) / dtgydF4y2Ba

利用乘法微分法则,我们得到gydF4y2Ba

= CgydF4y2BajgydF4y2Badv / dt + v dCgydF4y2BajgydF4y2Ba/ dtgydF4y2Ba

由于结电容几乎总是恒定的,我们可以忽略结电容dC的变化率gydF4y2BajgydF4y2Ba/ dt。因此,最终的充电电流为:gydF4y2Ba

我gydF4y2BaCgydF4y2Ba= CgydF4y2BajgydF4y2Badv / dtgydF4y2Ba

我在哪里,gydF4y2BaCgydF4y2Ba为充电电流gydF4y2Ba

CgydF4y2BajgydF4y2Ba为结电容gydF4y2Ba

Q是电荷gydF4y2Ba

V是施加在设备上的电压gydF4y2Ba

直流gydF4y2BajgydF4y2Ba/ dt为结电容变化率gydF4y2Ba

Dv / dt是施加电压的变化率gydF4y2Ba

由上式可知,如果施加电压的变化率大(即突然施加),那么充电电流的流量就会增加,导致可控硅在没有栅压的情况下开机。gydF4y2Ba

很明显,我们可以通过增加整个设备的电压变化率,而不是应用一个大的正向偏置电压(就像我们在前面的例子中所做的那样)来转向可控硅。然而,实际上也要避免这种方法,因为它会导致错误的打开过程,而且这也会在可控硅上产生非常高的电压峰值,因此会对它造成相当大的损害。gydF4y2Ba

光触发gydF4y2Ba

由光辐射打开的可控硅也称为光激活可控硅(LASCR)。因此,光触发也被称为辐射触发。一般在高压直流输电系统的相控变流器中采用这种触发方式。gydF4y2Ba

该方法允许具有适当波长和强度的光线照射到结JgydF4y2Ba2gydF4y2Ba.光(中子或光子)轰击的能量粒子使电子键断裂,结果在器件中形成新的电子-空穴对。gydF4y2Ba

随着载流子数量的增加,电流的流动瞬间增加,导致可控硅打开。gydF4y2Ba

注意:为了在光辐射的帮助下成功地打开可控硅,施加电压的变化率(dv / dt)必须很高。gydF4y2Ba

SON3gydF4y2Ba

门触发gydF4y2Ba

这是打开可控硅最常见和最有效的方法。当可控硅正向偏置时,栅极端一个足够的正电压将一些电子注入结JgydF4y2Ba2gydF4y2Ba.这导致反向泄漏电流增加,从而导致J结击穿gydF4y2Ba2gydF4y2Ba即使在电压低于V时也会发生gydF4y2Ba薄gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

根据可控硅的大小,栅极电流从几毫安到250毫安或更多不等。如果栅极电流较大,则更多的电子注入到结J中gydF4y2Ba2gydF4y2Ba结果在较低的外加电压下进入传导状态。gydF4y2Ba

在栅极触发法中,在栅极和阴极端子之间施加一个正电压。我们可以使用三种门信号来打开可控硅。分别是直流信号、交流信号和脉冲信号。gydF4y2Ba

直流门触发gydF4y2Ba

在这种触发中,在栅极和阴极端子之间施加足够的直流电压,使栅极相对于阴极为正。栅极电流驱动可控硅进入传导模式。gydF4y2Ba

在这种方法中,一个连续的栅极信号(直流电压)被加在栅极上,因此它会导致内部功率损耗(或更多的功率损耗)。另一个重要的缺点是电源和控制电路之间没有隔离(因为它们都是直流电)。gydF4y2Ba

交流触发gydF4y2Ba

这是最常用的方法打开可控硅,特别是在交流应用。通过电源和控制电路之间的适当隔离(使用变压器),可控硅由主电源产生的移相交流电压触发。通过改变门信号的相位角来控制发射角度。gydF4y2Ba

SON4gydF4y2Ba

然而,只有一半的周期可用栅极驱动来控制发射角度,下一半的周期,反向电压应用于栅极和阴极之间。这是交流触发的一个限制,另一个是需要单独的降压或脉冲变压器从主电源向栅驱动提供电压。gydF4y2Ba

脉冲触发gydF4y2Ba

触发可控硅最常用的方法是脉冲触发。在这种方法中,栅极由单脉冲或一组高频脉冲提供。gydF4y2Ba

这种方法的主要优点是门驱动是不连续的,或不需要连续脉冲来转动可控硅,因此通过应用单个或周期性出现的脉冲,门损失减少了更多。为了将门驱动与主电源隔离,使用了脉冲变压器。gydF4y2Ba

可控硅动态开闭开关特性gydF4y2Ba

可控硅的动态过程是开和关过程,可控硅的电压和电流随时间变化。从一种状态到另一种状态的转变需要有限的时间,但不是瞬间发生的。gydF4y2Ba

可控硅的静态或VI特性没有表明可控硅从正向阻塞模式切换到正向传导模式的速度。因此,动态特性有时更重要,这决定了可控硅的开关特性。gydF4y2Ba

SCR从阻塞模式到达正向导通模式需要一个有限的过渡时间,这被称为接通时间(tgydF4y2Ba在gydF4y2Ba可控硅的)。可控硅吨的打开时间可以细分为三个不同的间隔,即延迟时间tgydF4y2BadgydF4y2Ba,上升时间tgydF4y2BargydF4y2Ba扩散时间tgydF4y2Ba年代gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

延迟时间(tgydF4y2BadgydF4y2Ba)gydF4y2Ba

延迟时间是从栅极电流达到其最终值的90%的瞬间到阳极电流达到其最终值的10%的瞬间。它也可以定义为阳极电压从初始阳极电压值V下降所需的时间gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba0.9 VgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

考虑下图并观察到,直到时间td,可控硅处于正向阻塞模式,因此阳极电流是一个小的泄漏电流。当门信号被应用(在90%的IgydF4y2BaggydF4y2Ba)则栅极电流达到0.1 IgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba阳极与阴极之间的电压也相应下降到0.9 VgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

当应用栅极信号时,阴极表面的电流分布会不均匀,因此栅极端的电流密度要高得多。随着离栅极距离的增加,它迅速减小。因此,延迟时间tgydF4y2BadgydF4y2Ba阳极电流在电流密度(栅电流)最高的狭窄区域内流动的时间。gydF4y2Ba

上升时间(tgydF4y2BargydF4y2Ba)gydF4y2Ba

这是阳极电流从其最终值的10%上升到90%所花的时间。也被定义为正向阻塞电压从0.9 V下降所需的时间gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba0.1 VgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba.上升时间与栅极电流及其上升速率成反比。gydF4y2Ba

因此,如果在栅极处施加高陡电流脉冲,可以显著降低上升时间tgydF4y2BargydF4y2Ba.此外,如果负载是感性的,上升时间将更高,而电阻性和容性负载则较低。gydF4y2Ba

在此期间,可控硅中的开机损耗由于阳极电流大和阳极电压高而很高。这可能导致局部热点的形成,因此可控硅可能被损坏。gydF4y2Ba

传播时间(tgydF4y2Ba年代gydF4y2Ba)gydF4y2Ba

这是正向阻塞电压从o.1下降所需的时间VgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba到其通态电压降,这是1到1.5伏的范围。在此期间,阳极电流从一个狭窄的传导区域扩散到可控硅的整个传导区域。在扩散时间之后,一个充满的阳极电流流过器件,并且有很小的on状态电压降。gydF4y2Ba

因此,总开机时间tgydF4y2Ba在gydF4y2Ba是:gydF4y2Ba

tgydF4y2Ba在gydF4y2Ba= tgydF4y2BargydF4y2Ba+ tgydF4y2BadgydF4y2Ba+ tgydF4y2Ba年代gydF4y2Ba

打开时间的典型值在1到4微秒之间,取决于门信号的波形和阳极电路参数。为了减少可控硅的打开时间,门脉冲的幅值应该是可控硅最小门电流的3到5倍。gydF4y2Ba

可控硅触发电路gydF4y2Ba

正如我们在上面看到的,在转动可控硅的各种触发方法中,门触发是最有效和可靠的方法。大多数控制应用使用这种类型的触发,因为所需的可控硅转向瞬间可以通过门触发方法实现。让我们来看看可控硅的各种发射电路。gydF4y2Ba

电阻起动电路gydF4y2Ba

  • 下面的电路显示了可控硅的电阻触发,它被用来驱动来自输入交流电源的负载。电阻和二极管组合电路作为栅极控制电路,以开关可控硅在所需的条件。gydF4y2Ba
  • 当施加正电压时,可控硅正向偏置,直到其栅极电流大于可控硅的最小栅极电流才传导。gydF4y2Ba
  • 当通过改变电阻R2来施加栅极电流,使栅极电流大于栅极电流的最小值时,可控硅被打开。因此负载电流开始流过可控硅。gydF4y2Ba
  • 可控硅保持ON状态,直到阳极电流等于可控硅的保持电流。当电压为零时,它会关闭。因此,当可控硅充当打开开关时,负载电流为零。gydF4y2Ba
  • 二极管保护栅极驱动电路在输入的负半周期内不受反向栅极电压的影响。电阻R1限制流过栅极端子的电流,它的值使栅极电流不应超过最大栅极电流。gydF4y2Ba
  • 这是最简单和经济的触发类型,但由于其缺点,限制了少数应用。gydF4y2Ba
  • 在这种情况下,触发角度仅限于90度。因为施加的电压在90度时是最大的,所以栅极电流必须在0到90度之间的某个地方达到最小的栅极电流值。gydF4y2Ba

SON5gydF4y2Ba

电阻-电容(RC)放电电路gydF4y2Ba

  • RC触发电路可以克服电阻发射电路的限制,提供从0到180度的发射角度控制。该电路通过改变栅极电流的相位和幅值,可获得较大的射角变化。gydF4y2Ba
  • 下图显示了RC触发电路,由两个二极管和连接到可控硅的RC网络组成。gydF4y2Ba
  • 通过改变可变电阻,触发或发射角度被控制在输入信号的全正半周期内。gydF4y2Ba
  • 在输入信号的负半周期内,电容通过二极管D2带下极板正充电,直到最大供电电压Vmax。该电压在电容上保持在-Vmax,直到电源电压达到过零。gydF4y2Ba
  • 在输入的正半周期内,可控硅变得正向偏压,电容通过可控硅触发电压值的可变电阻开始充电。gydF4y2Ba
  • 当电容充电电压等于栅触发电压时,可控硅打开,电容保持一个小电压。因此,电容电压有助于触发可控硅,即使在90度的输入波形。gydF4y2Ba
  • 在这种情况下,二极管D1通过二极管D2在输入的负半周期内防止栅极和阴极之间的负电压。gydF4y2Ba

师索尔gydF4y2Ba

SON7gydF4y2Ba

UJT点火电路gydF4y2Ba

  • 这是触发可控硅最常见的方法,因为在门上使用R和RC触发方法的长脉冲会在门上造成更多的功率损耗,所以通过使用UJT(单结晶体管)作为触发设备,功率损失是有限的,因为它产生一列脉冲。gydF4y2Ba
  • RC网络连接到UJT的发射极端,形成定时电路。电容是固定的,而电阻是可变的,因此电容的充电速率取决于可变的电阻,这意味着RC时间常数的控制。gydF4y2Ba
  • 当施加电压时,电容器开始通过可变电阻充电。通过改变电阻值,电容上的电压也随之改变。一旦电容电压等于UJT的峰值,它开始导电,因此产生一个脉冲输出,直到穿过电容的电压等于UJT的谷电压Vv。这一过程重复进行,在基端子1处产生一列脉冲。gydF4y2Ba
  • 基端子1的脉冲输出用于按预定的时间间隔打开可控硅。gydF4y2Ba

SON8gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

关于不同类型的可控硅打开方法的完整教程。学习可控硅的基本知识,可控硅打开方法,如正向电压触发,温度触发,dv/dt触发,光触发,门触发(及其类型)。还有一些流行的可控硅发射电路。gydF4y2Ba

6的反应gydF4y2Ba

  1. IV特征草图会是什么样子?对于下列可控硅触发模式gydF4y2Ba
    _temperature触发gydF4y2Ba
    _Gate触发gydF4y2Ba
    _dv / dt触发器gydF4y2Ba
    _light触发gydF4y2Ba
    _forward电压触发gydF4y2Ba

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