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几种特殊的可控硅及应用

发布于:07-03

介绍了一些特殊的可控硅?。快速可控硅普通可控硅不能在较高的频率下工作。因为器件的导通或关断需要一定时间,同时阳极电压上升速度太快时,会使元件误导通;阳极电流上升速度太快时,会烧毁元件。人们在制造工艺和结构上采取了一些改进措施,做出了能适应于高频应用的可控硅,我们将它称为快速可控硅。它具有以下几个特点。 一、关断时间(toff)短导通的可控硅,当切断正向电流时。并不能马上“关断”,这时如立即加上正向电压,它还会继续导通。从切断正向电流直到控制极恢复控制能力需要的时间,叫做关断时间。用t0仟表示。 可控硅的关断过程,实际上是储存载流子的消失过程。为了加速这种消失过程,制造快速可控硅时采用了掺金工艺,把金掺到硅中减少基区少数载流子的寿命。硅中掺金量越多,t0仟越小,但掺金量过多会影响元件的其它性能。 二、导通速度快.能耐较高的电流上升率(dI/dt)控制极触发导通的可控硅。总是在靠近控制极的阴极区域首先导通,然后逐渐向外扩展,直到整个面积导通。大面积的可控硅需要50~1O0微秒以上才能全面积导通。初始导通面积小时,必须限制初始电流的上升速度,否则将发生局部过热现象,影响元件的性能,甚至烧坏。高频工作时这种现象更为严重。为此,仿造了集成电路的方法,在可控硅同一硅片上做出一个放大触发信号用的小可控硅。控制极触发小可控硅后,小可控硅的初始导通电流将横向经过硅片流向主可控硅阴极,触发主可控硅。从而实际强触发,加速了元件的导通,提高了耐电流上升率的能力。 三、能耐较高的电压上升率(dv/dt)可控硅是由三个P—N结组成的。每个结相当于一个电容器。结电压急剧变化时,就有很大的位移电流流过元件,它等效于控制极触发电流的作用。可能使可控硅误导通。这就是普通可控硅不能耐高电压上升率的原因。 为了有效防止上述误导通现象发生,快速可控硅采取了短路发射结结构。把阴极和控制极按一定几何形状短路。这样一来,即使电压上升率较高,可控硅的电流放大系数仍几乎为零,不致使可控硅误导通。只是在电压上升率进一步提高,结电容位移电流进一步增大,在短路点上产生电压降足够大时,可控硅才能导通。 具有短路发射结结构的可控硅,用控制极电流触发时。控制极电流首先也是从短路点流向阴极。只是当控制极电流足够大,在短路点电阻上的电压降足够大,PN结正偏导通电流时,才同没有短路发射结的元件一样,可被触发导通。因此,快速可控硅的抗干扰能力较好。 快 速可控硅的生产和应用都进展很快。目前,已有了电流几百安培、耐压1千余伏,关断时间仅为20微妙的大功率快速可控硅,同时还做出了最高工作频率可达几十千赫兹供高频逆变用的元件。其产品广泛应用于大功率直流开关、大功率中频感应加热电源、超声波电源、激光电源、雷达调制器及直流电动车辆调速等领域。 [b]逆导可控硅 [/b]以 往的城市电车和地铁机车为了便于调速采用直流供电,用直流开关动作增加或减小电路电阻,改变电路电流来控制车辆的速度。但它有不能平滑起动和加速。开关体积大、寿命短,而且低速运行时耗电大(减速时消耗在启动电阻上)等缺点。自有了逆导可控硅,采用了逆导可控硅控制、调节车速,不仅克服了上述缺点,而且还降低了功耗,提高了机车可靠性。 逆导可控硅是在普通可控硅上反向并联一只二极管而成(同做在一个硅片上。它的等效电路和符号如图1所示。它的特点是能反向导通大电流。由于它的阳极和阴极接入反向并联的二极管,可对电感负载关断时产生的大电流、高电压进行快速释放。


目前已经能生产出耐压达到1500~2500V正向电流达400A。吸收电流达150A,关断时间小于30微秒的逆导可控硅。 可关断可控硅普通可控硅一旦导通后,控制极就失去了作用,不能控制可控硅的关断。可关断可控硅是一种利用正控制极脉冲可触发导通,用负控制极脉冲可关断阳极电流。恢复阻断状态的器件。因此。用一只可关断可控硅。就可做成直流无触点开关或斩波器,它的结构、符号如图2所示。


可关断可控硅用正控制极脉冲触发导通的过程与普通可控硅完全一样。元件导通以后,如果控制极加上足够大的负脉冲,阳极电流会全部被拉到控制极流出。 P2-N2结无导通电流。这时。整个元件犹如一个电流消失后的截止晶体管P1N1P2。这就是可关控硅用负控制极脉冲关断的基本原理。可关断可控硅的关断速度,比普通可控硅快以在较高的频率下工作。但它也具有不易制成大元件等缺点。主要应用于高压直流开关、发动机装置、高压脉冲发生器、过电流保护电路等方面。 双向可控硅双向可控硅最主要的特性是,不论端1接正、端接负。还是端1接负、端2接正。都可以用对于端2为正或负的控制极脉冲触发导通,也就是可以用正或负的控制极脉冲控制两个方向的导通。 有一点需要特别说明的是,双向可控硅元件在交流回路中。导通侧内储存的载流子会扩散到另一侧,它的作用好像给阻断的那一侧加了控制极电流,可能使元件自动导通而失控。导通侧电流下降越快,或阻断侧电压上升越迅速,这种误导通现象越严重。这方面的性能比两个可控硅反并联的电路差。应用时应注意。 双向可控硅主要应用于交流控制电路。如温度控制、灯光调节、防爆交流开关以及直流电机调速和换向等电路。 编辑:陈?东

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