晶閘管的工作原理與應(yīng)用(續(xù))

　　簡介：工頻正弦半波的全導(dǎo)通電流在一個整周期內(nèi)的平均值,是在環(huán)境溫度為40℃穩(wěn)定結(jié)溫情況下不超過額定值,所允許的最大平均電流作為該器件的額定電流。用最大通態(tài)平均電流標(biāo)定晶閘管的額定電流是由于整流輸出電流需用平均電流去衡量,但是器件的結(jié)溫是由有效值決定的。對于同一個有效值,不同的電流波形,其平均值不一樣,因此選用一個晶閘管,要根據(jù)使用的電流波形計算出允許使用的電流平均值。

　　(4) 通態(tài)平均電流IT(AV)(簡寫為ITa)

　　設(shè)單相工頻半波電流峰值為IM時波形,如圖6所示。通態(tài)平均電流為:

　　正弦半波電流有效值:

　　晶閘管有效值與通態(tài)平均電流比值為:

　　根據(jù)有效值相等原則來計算晶閘管流過其它波形電流時的允許平均電流Id。有效值與平均值的比為波形系數(shù):

　　選用晶閘管時應(yīng)選晶閘管的通態(tài)平均電流ITa為其正常使用電流平均值的1.2～2.0倍,才能可靠工作。

　　(5)通態(tài)平均電壓UT(AV)

　　晶閘管通過正弦半波的額定通態(tài)平均電流時,器件陽極A和陰極K間電壓的平均值,一般稱管壓降,約0.8～1V。

　　(6)維持電流IH

　　晶閘管從通態(tài)到斷態(tài),維持通態(tài)的最小通態(tài)電流(數(shù)十毫安到一百多毫安)。

　　(7)擎住電流IL

　　晶閘管從斷態(tài)到通態(tài),移去觸發(fā)信號,維持晶閘管通態(tài)的最小電流(IL>IH)。

　　(8)門極參數(shù)

　　產(chǎn)品樣本中門極觸發(fā)電流IGT,門極觸發(fā)電壓UGT是產(chǎn)品合格標(biāo)準(zhǔn),觸發(fā)電路供給的觸發(fā)電流和電壓比這個數(shù)值大,才能可靠觸發(fā)。使用中不能超過門極的峰值電流、峰值電壓、峰值功率和平均功率。

　　(9)動態(tài)參數(shù)

　　斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt。過大的du/dt會導(dǎo)致PN結(jié)J2(它相當(dāng)于一個電容)產(chǎn)生的充電電流而引起誤導(dǎo)通。對于通態(tài)電流臨界上升率di/dt,晶閘管由斷態(tài)到通態(tài),首先是由門極G附近小面積范圍內(nèi)導(dǎo)電后展開,如果di/dt過大將造成局部過熱,損壞器件。

　　(10)額定結(jié)溫TJM

　　器件正常工作時允許的最高結(jié)溫,在此結(jié)溫下,有關(guān)額定值和特性才能得以保證,因此晶閘管的散熱器選擇和冷卻效果十分重要。

　　3.3 其它晶閘管

　　(1)快速晶閘管

　　快速晶閘管與普通晶閘管結(jié)構(gòu)原理相同,特點(diǎn)是開關(guān)時間短,主要用于逆變器、斬波器及頻率為400Hz的變流器,比普通晶閘管反向恢復(fù)電流小,關(guān)斷時間在10μs以下。

　　(2)逆導(dǎo)晶閘管

　　在逆變電路、斬波電路中,常將晶閘管和二極管反向并聯(lián)使用,將晶閘管和整流管做成一個器件就是逆導(dǎo)晶閘管,優(yōu)點(diǎn)是器件數(shù)量少、裝置體積小、正向電壓小、關(guān)斷時間短等。

　　(3)雙向晶閘管

　　雙向晶閘管結(jié)構(gòu)和特性,可以等效為一對反并聯(lián)的普通晶閘管。雙向晶閘管常作為UPS的交流開關(guān)使用。

　　(4)門極輔助關(guān)斷晶閘管

　　在晶閘管關(guān)斷的同時在門極G與陰極K之間加反壓,把殘留的載流子強(qiáng)迫地吸出來,這樣起到縮短關(guān)斷時間的作用,它比快速晶閘管關(guān)斷的時間還能縮短一半。

　　3.4 晶閘管的保護(hù)電路

　　晶閘管的保護(hù)電路,大致可以分為兩種情況:一種是在適當(dāng)?shù)牡胤桨惭b保護(hù)器件,例如,R-C阻容吸收回路、限流電感、快速熔斷器、壓敏電阻或硒堆等。再一種則是采用電子保護(hù)電路,檢測設(shè)備的輸出電壓或輸入電流,當(dāng)輸出電壓或輸入電流超過允許值時,借助整流觸發(fā)控制系統(tǒng)使整流橋在短時間內(nèi)工作于有源逆變工作狀態(tài),從而抑制過電壓或過電流的數(shù)值。

　　(1)晶閘管的過流保護(hù)

　　晶閘管設(shè)備產(chǎn)生過電流的原因可以分為兩類:一類是由于整流電路內(nèi)部原因, 如整流晶閘管損壞、觸發(fā)電路或控制系統(tǒng)有故障等。其中整流橋晶閘管損壞較為嚴(yán)重, 一般是由于晶閘管因過電壓而擊穿,造成無正、反向阻斷能力,它相當(dāng)于整流橋臂間發(fā)生了永久性短路,使在另外兩橋臂間的晶閘管導(dǎo)通時,無法正常換流,因而產(chǎn)生線間短路引起過電流。另一類則是整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過電流,這類情況時有發(fā)生,因為整流橋的負(fù)載實質(zhì)上是逆變橋, 逆變電路換流失敗,就相當(dāng)于整流橋負(fù)載短路。另外,如整流變壓器中心點(diǎn)接地,當(dāng)逆變負(fù)載回路接觸大地時,也會發(fā)生整流橋相對地來說就是短路。

　　①對于第一類過流,即整流橋內(nèi)部原因引起的過流,以及逆變器負(fù)載回路接地時,可以采用第一種保護(hù)措施,最常見的就是接入快速熔斷器的方式,如圖7所示(F)?？焖偃蹟嗥鞯慕尤敕绞焦灿腥N,其特點(diǎn)和快速熔斷器的額定電流見表2。

　?、趯τ诘诙愡^流,即整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過電流,則應(yīng)當(dāng)采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。常見的電子保護(hù)原理如圖8所示。

　　(2)晶閘管的過壓保護(hù)

　　晶閘管設(shè)備在運(yùn)行過程中,會受到由交流供電電網(wǎng)進(jìn)入的操作過電壓和雷擊過電壓的侵襲。同時,設(shè)備自身運(yùn)行中以及非正常運(yùn)行中也有過電壓出現(xiàn)。

　　①過電壓保護(hù)的第一種方法是并接R-C阻容吸收回路,以及用壓敏電阻RV或硒堆等非線性元件加以抑制,如圖9(a)(b)所示。

　?、谶^電壓保護(hù)的第二種方法是采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。常見的電子保護(hù)原理如圖10所示。

　　(3)電流上升率、電壓上升率的抑制保護(hù)

　?、匐娏魃仙蔰i/dt的抑制。晶閘管初開通時電流集中在靠近門極的陰極表面較小的區(qū)域,局部電流密度很大,然后以0.1mm/μs的擴(kuò)展速度將電流擴(kuò)展到整個陰極面,若晶閘管開通時電流上升率 di/dt過大,會導(dǎo)致PN結(jié)擊穿,必須限制晶閘管的電流上升率使其在合適的范圍內(nèi),其有效辦法是在晶閘管的陽極回路串入電感,如圖11所示。

　?、陔妷荷仙蔰u/dt的抑制。加在晶閘管上的正向電壓上升率du/dt也應(yīng)有所限制,如果du/dt過大,由于晶閘管結(jié)電容的存在而產(chǎn)生較大的位移電流,該電流可以實際上起到觸發(fā)電流的作用,使晶閘管正向阻斷能力下降,嚴(yán)重時會引起晶閘管誤導(dǎo)通。為抑制du/dt的作用,可以在晶閘管兩端并聯(lián)R-C阻容吸收回路,如圖12所示。

　　3.5 晶閘管損壞原因判別

　　(1)電壓擊穿。晶閘管因不能承受電壓而損壞,其芯片中有一個光潔的小孔,有時需用放大鏡才能看見。其原因可能是管子本身耐壓下降或被電路斷開時產(chǎn)生的高電壓擊穿。

　　(2)電流損壞。電流損壞的痕跡特征是芯片被燒成一個凹坑,且粗糙,其位置遠(yuǎn)離門極。

　　(3)電流上升率損壞。其痕跡與電流損壞相同,而其位置在門極附近或就在控制極上。

　　(4)邊緣損壞。它發(fā)生在芯片外圓倒角處,有細(xì)小光潔小孔。用放大鏡可看到倒角面上有細(xì)細(xì)金屬物劃痕,這是制造廠家安裝不慎所造成的,會導(dǎo)致電壓擊穿。

　　3.6 晶閘管的檢測

　　(1)單向晶閘管的檢測方法

　　取萬用表選電阻R×1Ω擋,紅、黑兩表筆分別測任意兩引腳間正反向電阻,直至找出讀數(shù)為數(shù)十歐姆的一對引腳,此時,黑表筆的引腳為門極G,紅表筆的引腳為陰極K,另一空腳為陽極A。此時將黑表筆接已判斷的陽極A,紅表筆仍接陰極K,此時萬用表指針應(yīng)不動;用短線瞬間短接陽極A和門極G,此時萬用表電阻擋指針應(yīng)向右偏轉(zhuǎn),阻值讀數(shù)為10Ω左右。如陽極A接黑表筆,陰極K接紅表筆時,萬用表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),說明該單向晶閘管已被擊穿損壞。

　　(2)雙向晶閘管的檢測

　　取萬用表電阻R×1Ω擋,用紅、黑兩表筆分別測任意兩引腳間正反向電阻,結(jié)果是其中兩組讀數(shù)為無窮大。若一組為數(shù)十歐姆時,該組紅、黑表所接的兩引腳為第一陽極A1和門極G,另一空腳即為第二陽極A2。確定A1、G極后,再仔細(xì)測量A1、G極間正、反向電阻,讀數(shù)相對較小的那次測量的黑表筆所接的引腳為第一陽極A1,紅表筆所接引腳為控制極G。將黑表筆接已確定的第二陽極A2,紅表筆接第一陽極A1,此時萬用表指針不應(yīng)發(fā)生偏轉(zhuǎn),阻值為無窮大。再用短接線將A2、G極瞬間短接,給G極加上正向觸發(fā)電壓,A2、A1間阻值約10Ω左右。隨后斷開A2、G間短接線,萬用表讀數(shù)應(yīng)保持10Ω左右;互換紅、黑表筆接線,紅表筆接第二陽極A2,黑表筆接第一陽極A1。同樣萬用表指針應(yīng)不發(fā)生偏轉(zhuǎn),阻值為無窮大。A2、G極間再次瞬間短接,給G極加上負(fù)的觸發(fā)電壓,A1、A2間的阻值也是10Ω左右。隨后斷開A2、G極間短接線,萬用表讀數(shù)應(yīng)不變,保持在10Ω左右。符合以上規(guī)律,說明被測雙向晶閘管未損壞,且三個引腳極性判斷正確。

　　檢測功率較大的晶閘管時,需要在萬用表黑筆中串接一節(jié)1.2V干電池,以提高觸發(fā)電壓。

　　3.7 晶閘管的型號說明

　　目前國產(chǎn)晶閘管的型號有新頒布和舊頒布的兩種型號，新型號將逐步取代舊型號，如表4所示。