可控硅SCR:结构、原理及开关特性详解
2024-05-14 13:37:36 7,335
可控硅(SCR)是一种可控整流电子元件,在外部控制信号的作用下可以由关断变为导通。但一旦开启,外部信号就无法将其关闭。它只能通过移除负载或降低其两端的电压来关闭。 SCR是由三个PN结PNPN组成的四层三端半导体器件。与只有一个PN结的二极管相比,可控硅的正向导通是由栅极电流控制的;与两个PN结的三极管相比,不同的是可控硅对栅极电流没有放大作用。
晶闸管的导通条件:一是其阳极和阴极之间必须施加正向电压,二是控制极必须施加正向电压。只有同时满足上述两个条件时,可控硅才会处于导通状态。另外,一旦可控硅导通,即使降低栅极电压或去除栅极电压,可控硅仍然导通。 SCR关断条件:减小或去掉其阳极和阴极之间施加的正向电压,使阳极电流小于最小维持电流。
可控硅原理
SCR是P1、N1、P2、N2的四层三端结构元件。 PN结有3个。分析原理时,可以认为是由PNP管和NPN管组成。
当阳极A加正电压时,BG1、BG2管均处于放大状态。此时,如果从控制电极G输入正向触发信号,则基极电流ib2流经BG2并被BG2放大,其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接连接到BG1的基极,所以ib1=ic2。此时电流ic2被BG1放大,因此BG1的集电极电流为ic1=β1ib1=β1β2ib2。该电流流回BG2的基极,为正反馈,使ib2继续增大。由于正馈周期,两管电流急剧增大,可控硅饱和导通。
由于BG1和BG2形成的正反馈作用,一旦可控硅导通,即使控制电极G的电流消失,仍能保持导通状态,因为触发信号仅起触发作用,并无作用。具有关闭功能,因此无法关闭。
由于可控硅只有开通和关断两种工作状态,因此它具有开关特性,需要一定的条件才能进行转换。
可控硅工作原理
可控硅的导通条件:一是其阳极和阴极之间必须施加正向电压,二是控制电极必须施加正向电压。只有同时满足上述两个条件时,可控硅才会处于导通状态。另外,一旦可控硅导通,即使降低栅极电压或去除栅极电压,可控硅仍然导通。
可控硅的关断条件是:减小或消除其阳极和阴极之间施加的正向电压,使阳极电流小于最小维持电流。
SCR 和 TRIAC 之间的区别
1. 引脚功能
SCR的引脚符号为K、G、A,其中G为栅极和控制电极,A为阳极,K为阴极。双向晶闸管的引脚符号为T1、T2、G,其中G为栅极,另外两个端子可以双向导通,因此不区分阴极和阳极。均为主航站楼,以T1、T2为代表。其特点是,当G极和T2极的电压相对于T1为正时,T2为阳极,T1为阴极。反之,当G极和T2极的电压相对于T1为负时,T1成为阳极,T2成为阴极。由于双向晶闸管的正反向特性曲线对称,因此可以在任意方向导通。
2、工作状态
如果可控硅用在直流电路中,一旦触发信号接通,并且环流电流维持在一定范围内,可控硅就会保持导通状态。除非关闭电源一次,否则无法关闭。如果用在交流电路中,在承受正向电压期间,如果收到触发信号,会一直保持导通状态,直到电压过零点到来,因无电流而自动关断流动。在反向电压期间,即使输入触发信号,由于A、K之间的反向电压,可控硅仍保持截止状态。
在双向晶闸管的第一阳极T1和第二阳极T2之间,无论施加的电压的极性是正向还是反向,只要施加正负极性不同的触发电压就可以触发导通。控制电极G与第一阳极T1之间,触发导通为低阻状态。此时T1和T2之间的压降也为1V左右。一旦 TRIAC 导通,即使触发电压丢失,它也能继续保持导通状态。只有当第一阳极T1和第二阳极T2的电流减小并小于保持电流或者T1和T2之间的电压极性发生变化并且没有触发电压时,TRIAC才会截止。此时只能重新施加触发电压。
3. 申请
可控硅广泛应用于受控整流,因为只有当阳极电压大于阴极时,控制电压才会施加到栅极,否则会截止,这与二极管的单向导通相同。需要注意的是,一旦开启,栅极信号就无法将其关闭,只能通过去掉负载或降低其两端电压来关闭。当施加正向或反向电压时,TRIAC 会被脉冲触发而导通。导通具有开关功能,并可通过调压功能控制导通角。因此,TRIAC可以完成交流电路中的开关和稳压功能。
单向可控硅SCR和双向可控硅TRIAC的区分方法
区分SCR和TRIAC的方法是用万用表的RX 1档分别测量它们的三个引脚。这样,就需要测量6次。 6次测量中,只有几十到几百欧姆的测量值才能确定该器件是可控硅。而红笔接K极,黑笔接G极,剩下一根为A极。如果测量结果中两个引脚的正向和反向值为几十到几百欧姆,则该器件是双向晶闸管。而且,一次测量的电阻值略大于另一次测量的电阻值,需要仔细比较。电阻值稍大的红笔接G极,黑笔接T1极,其余为T2极。