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高压直流输电可控硅半导体器件的作用有哪些?

发布日期:2020-11-05 10:00
信息摘要:
晶闸管是一种由四层p型和n型材料组成的固态半导体器件。它只作为双稳态开关,当门接收到电流触发信号时进行导电,并一直这样做,直到跨器件的电压反向偏置,或直到电压(通过其...
晶闸管是一种由四层p型和n型材料组成的固态半导体器件。它只作为双稳态开关,当门接收到电流触发信号时进行导电,并一直这样做,直到跨器件的电压反向偏置,或直到电压(通过其他方法)消除。有两种设计,不同之处在于触发导电状态的方式。在三线晶闸管中,栅极引线上的小电流控制着从阳极到阴极的大电流。在双线晶闸管中,当阳极和阴极之间的电位差足够大(击穿电压)时,晶闸管开始通电。
一批晶闸管器件在1956年上市。由于晶闸管可以利用小器件来控制较大的功率和电压,因此它们广泛应用于功率控制,从调光器、电机转速控制到高压。直流输电。晶闸管可用于电源开关电路、继电器更换电路、逆变电路、振荡器电路、电平检测电路、斩波电路、调光电路、低成本定时器电路、逻辑电路、速度控制电路等。晶闸管起初仅依靠反向电流来关闭,这使得施加直流电很困难。较新的设备类型可以通过控制门信号来开启和关闭。后者称为闸极截止晶闸管或GTO晶闸管。晶闸管不像晶体管那样是比例器件。换句话说,晶闸管只能完全开或完全关,而晶体管只能介于两者之间。这使得晶闸管不适合用于模拟放大器,但可以用作开关。
晶闸管是一种四层三端半导体器件,每一层由n型或p型交替材料组成(例如,p-n-p-n)。用阳极和阴极标记的主端子横跨所有四层。控制终端(称为栅极)连接到阴极附近的p型材料上。(一种称为SCS(硅控制开关)的变体将所有四层连接到终端。)晶闸管的工作可以通过一对紧耦合的双极晶管来理解,双极晶管被配置成自锁动作:
当阳极相对于阴极处于正电位VAK时,栅极上没有施加电压,接点J1和J3是正向偏压,而接点J2是反向偏压。当J2反向偏置时,不导电(截止状态)。现在,如果VAK增加到晶闸管的击穿电压VBO, J2就会发生雪崩击穿,晶闸管开始通电(on状态)。
相对于阴极施加正电位VG时,VAK值较低时节点J2发生击穿。通过选择合适的VG值,晶闸管可以快速切换到on状态。
在雪崩击穿的情况下,不管门电压如何,晶闸管都将继续打开,直到:(a)潜在的VAK被移除,或者(b)流经设备(阳极阴极)的电流小于制造商规定的保持电流。因此,VG可以是电压脉冲,如UJT弛豫振荡器输出的电压。
栅极电压(IGT)和栅极电流用来触发栅极电流。栅极触发电流与栅极脉冲宽度成反比。这样,很明显,触发晶闸管需要小的门电荷。
在传统的晶闸管中,一旦通过栅打开,只要阳极电流超过,器件就会保持锁存(也就是说,它可以在没有栅极电流持续供应的情况下保持锁存)。门闩电流(IL)。只要阳极保持正,除非电流降到保持电流(IH)以下,否则就不能关闭阳极。在正常工作条件下,闩锁电流总是大于保持电流。
如果外部电路使阳极变成负偏置,晶闸管可以关闭(一种称为自然换相或线路换相的方法)。在某些应用中,这是通过切换晶闸管使电容器放电到晶闸管的阳极来实现的。这种方法称为强制换相。
 

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