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高壓直流輸電可控硅半導(dǎo)體器件的作用有哪些?

發(fā)布日期:2020-11-05 10:00
信息摘要:
晶閘管是一種由四層p型和n型材料組成的固態(tài)半導(dǎo)體器件。它只作為雙穩(wěn)態(tài)開關(guān),當(dāng)門接收到電流觸發(fā)信號時進行導(dǎo)電,并一直這樣做,直到跨器件的電壓反向偏置,或直到電壓(通過其...
晶閘管是一種由四層p型和n型材料組成的固態(tài)半導(dǎo)體器件。它只作為雙穩(wěn)態(tài)開關(guān),當(dāng)門接收到電流觸發(fā)信號時進行導(dǎo)電,并一直這樣做,直到跨器件的電壓反向偏置,或直到電壓(通過其他方法)消除。有兩種設(shè)計,不同之處在于觸發(fā)導(dǎo)電狀態(tài)的方式。在三線晶閘管中,柵極引線上的小電流控制著從陽極到陰極的大電流。在雙線晶閘管中,當(dāng)陽極和陰極之間的電位差足夠大(擊穿電壓)時,晶閘管開始通電。
一批晶閘管器件在1956年上市。由于晶閘管可以利用小器件來控制較大的功率和電壓,因此它們廣泛應(yīng)用于功率控制,從調(diào)光器、電機轉(zhuǎn)速控制到高壓。直流輸電。晶閘管可用于電源開關(guān)電路、繼電器更換電路、逆變電路、振蕩器電路、電平檢測電路、斬波電路、調(diào)光電路、低成本定時器電路、邏輯電路、速度控制電路等。晶閘管起初僅依靠反向電流來關(guān)閉,這使得施加直流電很困難。較新的設(shè)備類型可以通過控制門信號來開啟和關(guān)閉。后者稱為閘極截止晶閘管或GTO晶閘管。晶閘管不像晶體管那樣是比例器件。換句話說,晶閘管只能完全開或完全關(guān),而晶體管只能介于兩者之間。這使得晶閘管不適合用于模擬放大器,但可以用作開關(guān)。
晶閘管是一種四層三端半導(dǎo)體器件,每一層由n型或p型交替材料組成(例如,p-n-p-n)。用陽極和陰極標(biāo)記的主端子橫跨所有四層??刂平K端(稱為柵極)連接到陰極附近的p型材料上。(一種稱為SCS(硅控制開關(guān))的變體將所有四層連接到終端。)晶閘管的工作可以通過一對緊耦合的雙極晶管來理解,雙極晶管被配置成自鎖動作:
當(dāng)陽極相對于陰極處于正電位VAK時,柵極上沒有施加電壓,接點J1和J3是正向偏壓,而接點J2是反向偏壓。當(dāng)J2反向偏置時,不導(dǎo)電(截止?fàn)顟B(tài))?,F(xiàn)在,如果VAK增加到晶閘管的擊穿電壓VBO, J2就會發(fā)生雪崩擊穿,晶閘管開始通電(on狀態(tài))。
相對于陰極施加正電位VG時,VAK值較低時節(jié)點J2發(fā)生擊穿。通過選擇合適的VG值,晶閘管可以快速切換到on狀態(tài)。
在雪崩擊穿的情況下,不管門電壓如何,晶閘管都將繼續(xù)打開,直到:(a)潛在的VAK被移除,或者(b)流經(jīng)設(shè)備(陽極陰極)的電流小于制造商規(guī)定的保持電流。因此,VG可以是電壓脈沖,如UJT弛豫振蕩器輸出的電壓。
柵極電壓(IGT)和柵極電流用來觸發(fā)柵極電流。柵極觸發(fā)電流與柵極脈沖寬度成反比。這樣,很明顯,觸發(fā)晶閘管需要小的門電荷。
在傳統(tǒng)的晶閘管中,一旦通過柵打開,只要陽極電流超過,器件就會保持鎖存(也就是說,它可以在沒有柵極電流持續(xù)供應(yīng)的情況下保持鎖存)。門閂電流(IL)。只要陽極保持正,除非電流降到保持電流(IH)以下,否則就不能關(guān)閉陽極。在正常工作條件下,閂鎖電流總是大于保持電流。
如果外部電路使陽極變成負偏置,晶閘管可以關(guān)閉(一種稱為自然換相或線路換相的方法)。在某些應(yīng)用中,這是通過切換晶閘管使電容器放電到晶閘管的陽極來實現(xiàn)的。這種方法稱為強制換相。
 

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