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可控硅

可控硅簡(jiǎn)稱(chēng)SCR，是一種大功率電器元件，也稱(chēng)晶閘管。它具有體積小、效率高、壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)。在自動(dòng)控制系統中，可作為大功率驅動(dòng)器件，實(shí)現用小功率控件控制大功率設備。它在交直流電機調速系統、調功系統及隨動(dòng)系統中得到了廣泛的應用。

可控硅分單向可控硅和雙向可控硅兩種。雙向可控硅也叫三端雙向可控硅，簡(jiǎn)稱(chēng)TRIAC。雙向可控硅在結構上相當于兩個(gè)單向可控硅反向連接，這種可控硅具有雙向導通功能。其通斷狀態(tài)由控制極G決定。在控制極G上加正脈沖（或負脈沖）可使其正向（或反向）導通。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是控制電路簡(jiǎn)單，沒(méi)有反向耐壓?jiǎn)?wèn)題，因此特別適合做交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)使用。

IGBT

IGBT絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場(chǎng)效應管）組成的復合全控型電壓驅動(dòng)式功率半導體器件， 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅動(dòng)電流較大；MOSFET驅動(dòng)功率很小，開(kāi)關(guān)速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅動(dòng)功率小而飽和壓降低。

IGBT非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統如交流電機、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。 圖1所示為一個(gè)N 溝道增強型絕緣柵雙極晶體管結構， N+ 區稱(chēng)為源區，附于其上的電極稱(chēng)為源極。N+ 區稱(chēng)為漏區。器件的控制區為柵區，附于其上的電極稱(chēng)為柵極。溝道在緊靠柵區邊界形成。在漏、源之間的P 型區（包括P+ 和P 一區）（溝道在該區域形成），稱(chēng)為亞溝道區（ Subchannel region ）。

而在漏區另一側的P+ 區稱(chēng)為漏注入區（ Drain injector ），它是IGBT 特有的功能區，與漏區和亞溝道區一起形成PNP 雙極晶體管，起發(fā)射極的作用，向漏極注入空穴，進(jìn)行導電調制，以降低器件的通態(tài)電壓。附于漏注入區上的電極稱(chēng)為漏極?！GBT 的開(kāi)關(guān)作用是通過(guò)加正向柵極電壓形成溝道，給PNP 晶體管提供基極電流，使IGBT 導通。反之，加反向門(mén)極電壓消除溝道，切斷基極電流，使IGBT 關(guān)斷。IGBT 的驅動(dòng)方法和MOSFET 基本相同，只需控制輸入極N一溝道MOSFET ，所以具有高輸入阻抗特性。當MOSFET 的溝道形成后，從P+ 基極注入到N 一層的空穴（少子），對N 一層進(jìn)行電導調制，減小N 一層的電阻，使IGBT 在高電壓時(shí)，也具有低的通態(tài)電壓。

IGBT和可控硅區別

IGBT與晶閘管

1.整流元件（晶閘管）

簡(jiǎn)單地說(shuō)：整流器是把單相或三相正弦交流電流通過(guò)整流元件變成平穩的可調的單方向的直流電流。其實(shí)現條件主要是依靠整流管，晶閘管等元件通過(guò)整流來(lái)實(shí)現。除此之外整流器件還有很多，如：可關(guān)斷晶閘管GTO，逆導晶閘管，雙向晶閘管，整流模塊，功率模塊IGBT，SIT，MOSFET等等，這里只探討晶閘管。

晶閘管又名可控硅，通常人們都叫可控硅。是一種功率半導體器件，由于它效率高，控制特性好，壽命長(cháng)，體積小等優(yōu)點(diǎn)，自上個(gè)世紀六十長(cháng)代以來(lái)，獲得了迅猛發(fā)展，并已形成了一門(mén)獨立的學(xué)科?！熬чl管交流技術(shù)”。 晶閘管發(fā)展到今天，在工藝上已經(jīng)非常成熟，品質(zhì)更好，成品率大幅提高，并向高壓大電流發(fā)展。目前國內晶閘管最大額定電流可達5000A，國外更大。我國的韶山電力機車(chē)上裝載的都是我國自行研制的大功率晶閘管。 晶閘管的應用：

一、可控整流

如同二極管整流一樣，可以把交流整流為直流，并且在交流電壓不變的情況下，方便地控制直流輸出電壓的大小即可控整流，實(shí)現交流——可變直流

二、交流調壓與調功

利用晶閘管的開(kāi)關(guān)特性代替老式的凈化穩壓器（上海穩博電器有限公司）、無(wú)觸點(diǎn)穩壓器（上海穩博電器有限公司）、接觸調壓器、感應調壓器和飽和電抗器調壓。為了消除晶閘管交流調壓產(chǎn)生的高次諧波，出現了一種過(guò)零觸發(fā)，實(shí)現負載交流功率的無(wú)級調節即晶閘管調功器。交流——可變交流。

三、逆變與變頻 直流輸電：

將三相高壓交流整流為高壓直流，由高壓直流遠距離輸送以減少損耗，增加電力網(wǎng)的穩定，然后由逆變器將直流高壓逆變?yōu)?0HZ三相交流。直流——交流中頻加熱和交流電動(dòng)機的變頻調速、串激調速等變頻，交流——頻率可變交流、IGBT無(wú)觸點(diǎn)斬波穩壓器(上海穩博電器有限公司)

 四、斬波調壓（脈沖調壓）

斬波調壓是直流——可變直流之間的變換，用在城市電車(chē)、電氣機車(chē)、電瓶搬運車(chē)、鏟車(chē)（叉車(chē)）、電氣汽車(chē)等，高頻電源用于電火花加工。        

五、無(wú)觸點(diǎn)功率靜態(tài)開(kāi)關(guān)（固態(tài)開(kāi)關(guān)）

作為功率開(kāi)關(guān)元件，代替接觸器、繼電器用于開(kāi)關(guān)頻率很高的場(chǎng)合 晶閘管導通條件：

晶閘管加上正向陽(yáng)極電壓后，門(mén)極加上適當正向門(mén)極電壓，使晶閘管導通過(guò)程稱(chēng)為觸發(fā)。晶閘管一旦觸發(fā)導通后，門(mén)極就對它失去控制作用，通常在門(mén)極上只要加上一個(gè)正向脈沖電壓即可，稱(chēng)為觸發(fā)電壓。門(mén)極在一定條件下可以觸發(fā)晶閘管導通，但無(wú)法使其關(guān)斷。要使導通的晶閘管恢復阻斷，可降低陽(yáng)極電壓，或增大負載電阻，使流過(guò)晶閘管的陽(yáng)極電流減小至維持電流（IH）（當門(mén)極斷開(kāi)時(shí)，晶閘管從較大的通態(tài)電流降至剛好能保持晶閘管導通所需的最小陽(yáng)極電流叫維持電流），電流會(huì )突然降到零，之后再提高電壓或減小負載電阻，電流不會(huì )再增大，說(shuō)明晶閘管已恢復阻斷。

根據晶閘管陽(yáng)極伏安特性，可以總結出：

1．門(mén)極斷開(kāi)時(shí)，晶閘管的正向漏電流比一般硅二極管反向漏電流大，且隨著(zhù)管子正向陽(yáng)極電壓升高而增大。當陽(yáng)極電壓升到足夠大時(shí)，會(huì )使晶閘管導通，稱(chēng)為正向轉折或“硬開(kāi)通”。多次硬開(kāi)通會(huì )損壞管子。

2．晶閘管加上正向陽(yáng)極電壓后，還必須加上觸發(fā)電壓，并產(chǎn)生足夠的觸發(fā)電流，才能使晶閘管從阻斷轉為導通。觸發(fā)電流不夠時(shí)，管子不會(huì )導通，但此時(shí)正向漏電流隨著(zhù)增大而顯著(zhù)增大。晶閘管只能穩定工作在關(guān)斷和導通兩個(gè)狀態(tài)，沒(méi)有中間狀態(tài)，具有雙穩開(kāi)關(guān)特性。是一種理想的無(wú)觸點(diǎn)功率開(kāi)關(guān)元件。

3．晶閘管一旦觸發(fā)導通，門(mén)極完全失去控制作用。要關(guān)斷晶閘管，必須使陽(yáng)極電流《維持電流，對于電阻負載，只要使管子陽(yáng)極電壓降為零即可。為了保證晶閘管可靠迅速關(guān)斷，通常在管子陽(yáng)極電壓互降為零后，加上一定時(shí)間的反向電壓。 晶閘管主要特性參數

1．正反向重復峰值電壓——額定電壓（VDRM 、 VRRM取其小者）

2．額定通態(tài)平均電流IT（AV）——額定電流（正弦半波平均值）

3．門(mén)極觸發(fā)電流IGT，門(mén)極觸發(fā)電壓UGT， （受溫度變化）

4．通態(tài)平均電壓UT（AV）即管壓降

5．維持電流IH與掣住電流IL

6．開(kāi)通與關(guān)斷時(shí)間 晶閘管合格證基本參數

IT（AV）= A（TC=℃）------通態(tài)平均電流

VTM= V -----------通態(tài)峰值電壓

VDRM = V -------------斷態(tài)正向重復峰值電壓

IDRM= mA -------------斷態(tài)重復峰值電流

VRRM= V -------------反向重復峰值電壓

IRRM = mA ------------反向重復峰值電流

IGT = mA ------------門(mén)極觸發(fā)電流

VGT= V ------------門(mén)極觸發(fā)電壓

執行標準：QB-02-09

1．晶閘管關(guān)斷過(guò)電壓（換流過(guò)電壓、空穴積蓄效應過(guò)電壓）及保護

晶閘管從導通到阻斷，線(xiàn)路電感（主要是變壓器漏感LB）釋放能量產(chǎn)生過(guò)電壓。由于晶閘管在導通期間，載流子充滿(mǎn)元件內部，在關(guān)斷過(guò)程中，管子在反向作用下，正向電流下降到零時(shí)，元件內部殘存著(zhù)載流子。這些載流子在反向電壓作用下瞬時(shí)出現較大的反向電流，使殘存的載流子迅速消失，這時(shí)反向電流減小即diG/dt極大，產(chǎn)生的感應電勢很大，這個(gè)電勢與電源串聯(lián)，反向加在已恢復阻斷的元件上，可導致晶閘管反向擊穿。這就是關(guān)斷過(guò)電壓（換相過(guò)電壓）。數值可達工作電壓的5~6倍。保護措施：在晶閘管兩端并接阻容吸收電路。

2．交流側過(guò)電壓及其保護

由于交流側電路在接通或斷開(kāi)時(shí)出現暫態(tài)過(guò)程，會(huì )產(chǎn)生操作過(guò)電壓。高壓合閘的瞬間，由于初次級之間存在分布電容，初級高壓經(jīng)電容耦合到次級，出現瞬時(shí)過(guò)電壓。措施：在三相變壓器次級星形中點(diǎn)與地之間并聯(lián)適當電容，就可以顯著(zhù)減小這種過(guò)電壓。與整流器并聯(lián)的其它負載切斷時(shí)，因電源回路電感產(chǎn)生感應電勢的過(guò)電壓。變壓器空載且電源電壓過(guò)零時(shí)，初級拉閘，因變壓器激磁電流的突變，在次級感生出很高的瞬時(shí)電壓，這種電壓尖峰值可達工作電壓的6倍以上。交流電網(wǎng)遭雷擊或電網(wǎng)侵入干擾過(guò)電壓，即偶發(fā)性浪涌電壓，都必須加阻容吸收路進(jìn)行保護。

3．直流側過(guò)電壓及保護

當負載斷開(kāi)時(shí)或快熔斷時(shí)，儲存在變壓器中的磁場(chǎng)能量會(huì )產(chǎn)生過(guò)電壓，顯然在交流側阻容吸收保護電路可以抑制這種過(guò)電壓，但由于變壓器過(guò)載時(shí)儲存的能量比空載時(shí)要大，還不能完全消除。措施：能常采用壓敏吸收進(jìn)行保護。

4．過(guò)電流保護

一般加快速熔斷器進(jìn)行保護，實(shí)際上它不能保護可控硅，而是保護變壓器線(xiàn)圈。

5．電壓、電流上升率的限制

4.均流與晶閘管選擇

均流不好，很容易燒壞元件。為了解決均流問(wèn)題，過(guò)去加均流電抗器，噪聲很大，效果也不好，一只一只進(jìn)行對比，擰螺絲松緊，很盲目，效果差，噪音大，耗能。我們采用的辦法是：用計算機程序軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)參數篩選匹配、編號，裝配時(shí)按其號碼順序裝配，很間單。每一只元件上都刻有字，以便下更換時(shí)參考。這樣能使均流系數可達到0.85以上。為了減少并聯(lián)，選用大元件。這樣可以進(jìn)一步提高均流度，并減小損耗，因為每一只元件都存在一個(gè) 壓降， 這也是整流器的主要損耗。