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可控硅及其分類有哪幾種

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可控硅及其分類有哪幾種

概念

晶閘管又叫可控硅(Silicon Controlled Rectifier, SCR)。自從20世紀50年代問世以來已經發展成了一個大的家族,它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導晶閘管、可關斷晶閘管、快速晶閘管,等等。

可控硅器件是一種非常重要的功率器件,可用來做高電壓和高電流的控制。可控硅器件主要用在開關方面,使器件從關閉或是阻斷的狀態轉換爲開啓或是導通的狀態,反之亦然。可控硅器件與雙極型晶體管有密切的關係,二者的傳導過程皆牽涉到電子和空穴,但可控硅的開關機制和雙極晶體管是不同的,且因爲器件結構不同,可控硅器件有較寬廣範圍的電流、電壓控制能力。現今的可控硅器件的額定電流可以從幾毫安到5000A以上,額定電壓可以超過10000V。下面將討論基本可控硅器件的工作原理,然後給出一些高功率和高頻率的可控硅器件。

結構

今天大家使用的是單向晶閘管,也就是人們常說的普通晶閘管,它是由四層半導體材料組成的,有三個PN結,對外有三個電極〔圖2(a)〕:第一層P型半導體引出的電極叫陽極A,第三層P型半導體引出的電極叫控制極G,第四層N型半導體引出的電極叫陰極K。從晶閘管的電路符號〔圖2(b)〕可以看到,它和二極管一樣是一種單方向導電的器件,關鍵是多了一個控制極G,這就使它具有與二極管完全不同的工作特性。

以硅單晶爲基本材料的P1N1P2N2四層三端器件,起始於1957年,因爲它的特性類似於真空閘流管,所以國際上通稱爲硅晶體閘流管,簡稱晶閘管T,又因爲晶閘管最初的在靜止整流方面,所以又被稱之爲硅可控整流元件,簡稱爲可控硅SCR。

在性能上,可控硅不僅具有單向導電性,而且還具有比硅整流元件(俗稱"死硅")更爲可貴的可控性。它只有導通和關斷兩種狀態。

可控硅能以毫安級電流控制大功率的機電設備,如果超過此頻率,因元件開關損耗顯着增加,允許透過的平均電流相降低,此時,標稱電流應降級使用。

可控硅的優點很多,例如:以小功率控制大功率,功率放大倍數高達幾十萬倍反應極快,在微秒級內開通、關斷無觸點執行,無火花、無噪音效率高,成本低等等。

可控硅的弱點:靜態及動態的過載能力較差容易受干擾而誤導通。

可控硅從外形上分類主要有:螺栓形、平板形和平底形。

可控硅的分類

可控硅有多種分類方法。

(一)按關斷、導通及控制方式分類:可控硅按其關斷、導通及控制方式可分爲普通可控硅、雙向可控硅、逆導可控硅、門極關斷可控硅(GTO)、BTG可控硅、溫控可控硅和光控可控硅等多種。

(二)按引腳和極性分類:可控硅按其引腳和極性可分爲二極可控硅、三極可控硅和四極可控硅。

(三)按封裝形式分類:可控硅按其封裝形式可分爲金屬封裝可控硅、塑封可控硅和陶瓷封裝可控硅三種類型。其中,金屬封裝可控硅又分爲螺栓形、平板形、圓殼形等多種塑封可控硅又分爲帶散熱片型和不帶散熱片型兩種。

(四)按電流容量分類:可控硅按電流容量可分爲大功率可控硅、中功率可控硅和小功率可控硅三種。通常,大功率可控硅多采用金屬殼封裝,而中、小功率可控硅則多采用塑封或陶瓷封裝。

(五)按關斷速度分類:可控硅按其關斷速度可分爲普通可控硅和高頻(快速)可控硅。