可控硅模块

可控硅模块特点及基本应用

　　具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。该器件被广泛应用于各种电子设备和电子产品中，多用来作可控整流、逆变、变频、调压、无触点开关等。家用电器中的调光灯、调速风扇、空调机、电视机、电冰箱、洗衣机、照相机、组合音响、声光电路、定时控制器、玩具装置、无线电遥控、摄像机及工业控制等都大量使用了可控硅器件。

可控硅模块原理

　　可控硅模块在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成可控硅模块的主电路，可控硅模块的门极G和阴极K与控制可控硅模块的装置连接，组成可控硅模块的控制电路
　　双向可控硅模块的结构与符号。它属于NPNPN五层器件，三个电极分别是T1、T2、G。因该器件可以双向导通，故除门极G以外的两个电极统称为主端子，用T1、T2。表示，不再划分成阳极或阴极。其特点是，当G极和T2极相对于T1，的电压均为正时，T2是阳极，T1是阴极。反之，当G极和T2极相对于T1的电压均为负时，T1变成阳极，T2为阴极。双向可控硅模块的伏安特性见，由于正、反向特性曲线具有对称性，所以它可在任何一个方向导通。
　　从可控硅模块的内部分析工作过程：
　　可控硅模块是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结，可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管.
　　当可控硅模块承受正向阳极电压时，为使可控硅模块导铜，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门极电流Ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。
　　设PNP管和NPN管的集电极电流相应为Ic1和Ic2；发射极电流相应为Ia和Ik；电流放大系数相应为a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，设流过J2结的反相漏电电流为Ic0,
　　可控硅模块的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：
　　Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0
　　若门极电流为Ig,则可控硅模块阴极电流为Ik=Ia+Ig
　　从而可以得出可控硅模块阳极电流为：I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2）） （1—1）
　　硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a1和a2随其发射极电流的改变而急剧变化。
　　当可控硅模块承受正向阳极电压，而门极未受电压的情况下，式（1—1）中，Ig=0,(a1+a2)很小，故可控硅模块的阳极电流Ia≈Ic0 晶闸关处于正向阻断状态。当可控硅模块在正向阳极电压下，从门极G流入电流Ig,由于足够大的Ig流经NPN管的发射结，从而提高起点流放大系数a2,产生足够大的极电极电流Ic2流过PNP管的发射结，并提高了PNP管的电流放大系数a1,产生更大的极电极电流Ic1流经NPN管的发射结。这样强烈的正反馈过程迅速进行。当a1和a2随发射极电流增加而（a1+a2）≈1时，式（1—1）中的分母1-（a1+a2）≈0,因此提高了可控硅模块的阳极电流Ia.这时，流过可控硅模块的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定。可控硅模块已处于正向导通状态。
　　在可控硅模块导通后，1-（a1+a2）≈0,即使此时门极电流Ig=0,可控硅模块仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通。可控硅模块在导通后，门极已失去作用。
　　在可控硅模块导通后，如果不断的减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流Ia减小到维持电流IH以下时，由于a1和a1迅速下降，当1-（a1+a2）≈0时，可控硅模块恢复阻断状态。

可控硅模块基本伏安特性

　　1）触发导通
　　在控制极G上加入正向电压时因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。而可控硅整流装置就是利用可控硅的这些特点来更好的控制电流的强弱的装置。
　　2）反向特性
　　当控制极开路，阳极加上反向电压时J2结正偏，但J1、J2结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流，当电压进一步提高到J1结的雪崩击穿电压后，接差J3结也击穿，电流迅速增加，的特性开始弯曲，如特性OR段所示，弯曲处的电压URO叫“反向转折电压”。此时，可控硅会发生永久性反向。
　　3、正向特性
　　当控制极开路，阳极上加上正向电压时J1、J3结正偏，但J2结反偏，这与普通PN结的反向特性相似，也只能流过很小电流，这叫正向阻断状态，当电压增加，的特性发生了弯曲，如特性OA段所示，弯曲处的是UBO叫：正向转折电压。 　　由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压后，J2结发生雪崩倍增效应，在结区产生大量的电子和空穴，电子时入N1区，空穴时入P2区。进入N1区的电子与由P1区通过J1结注入N1区的空穴复合，同样，进入P2区的空穴与由N2区通过J3结注入P2区的电子复合，雪崩击穿，进入N1区的电子与进入P2区的空穴各自不能全部复合掉，这样，在N1区就有电子积累，在P2区就有空穴积累，结果使P2区的电位升高，N1区的电位下降，J2结变成正偏，只要电流稍增加，电压便迅速下降，出现所谓负阻特性，虚线AB段。 　　这时J1、J2、J3三个结均处于正偏，可控硅便进入正向导电状态---通态，此时，它的特性与普通的PN结正向特性相似。

可控硅控制模块在直流系统的应用

　　可控硅控制模块是根据控制系统功能，将可控硅分立元件、触发及移相电路、同步控制电路、电流反馈电路、电压反馈电路等全部功能集成在一个模块内，组成具有各种功能的直流控制系统模块。模块具有电路简洁方便、可靠和故障率低等特点，在直流控制系统的组建或改造中得到广泛应用。

可控硅模块在可控整流电路中的主要应用

　　普通可控硅模块最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二极管整流电路属于不可控整流电路。如果把二极管换成可控硅，就可以构成可控整流电路、逆变、电机调速、电机励磁、无触点开关及自功控制等方面。现在我画一个最简单的单相半波可控整流电路。在正弦交流电压U2的正半周期间，如果VS的控制极没有输入触发脉冲Ug，VS仍然不能导通，只有在U2处于正半周，在控制极外加触发脉冲Ug时，可控硅被触发导通。只有在触发脉冲Ug到来时，负载RL上才有电压UL输出Ug到来得早，可控硅导通的时间就早；Ug到来得晚，可控硅导通的时间就晚。通过改变控制极上触发脉冲Ug到来的时间，就可以调节负载上输出电压的平均值UL(阴影部分的面积大小)。在电工技术中，常把交流电的半个周期定为180°，称为电角度。这样，在U2的每个正半周，从零值开始到触发脉冲到来瞬间所经历的电角度称为控制角α；在每个正半周内可控硅导通的电角度叫导通角θ。很明显，α和θ都是用来表示可控硅在承受正向电压的半个周期的导通或阻断范围的。通过改变控制角α或导通角θ，改变负载上脉冲直流电压的平均值UL，实现了可控整流。