可控硅打开方法gydF4y2Ba

在本教程中，我们将学习有关SCR打开方法。有几个可控硅打开方法取决于不同的实体，如电压，温度等。我们将看到一些常用的方法来打开SCR。gydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

在看不同的方式打开一个SCR即不同的SCR打开方法，让我们快速回顾一些重要的基础知识gydF4y2Ba可控硅gydF4y2Ba或者简称为SCR。可控硅是晶闸管家族中的重要成员，是一种具有四层、三结、三端的半导体器件。下图显示了一个典型的SCR的结构和符号。gydF4y2Ba

可控硅由四层p型和n型半导体材料交替组成。外p区连接阳极(A)，外n区连接阴极(K)，内p区连接第三端，称为栅极(G)。gydF4y2Ba

SCR本质上是一个开关。不像晶体管，它可以作为一个开关，但也作为一个放大器，可控硅只是一个开关，要么是ON或OFF。可控硅有正向阻断态和正向传导态两种稳定状态。还有其他的状态，但这两个很重要，因此我们只关注这两个状态。gydF4y2Ba

将可控硅从正向阻断状态(OFF - state)切换到正向传导状态(ON - state)称为可控硅的开机过程。它也被称为触发。gydF4y2Ba

触发SCR的标准取决于电源电压，栅极电流，温度等的几个变量。有各种方法来触发SCR，以便它进入ON状态。让我们简要讨论一些SCR打开方法。gydF4y2Ba

可控硅开启方法(可控硅触发)gydF4y2Ba

让我们以上面的图像和SCR的结构作为参考。如果阳极(外' p '区)相对于阴极(外' n '区)为正，则接点JgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba和J.gydF4y2Ba_3.gydF4y2Ba成为偏见但结jgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba反向偏置。gydF4y2Ba

结果，除了漏电流的小幅度之外，没有通过设备流动流动。因此，即使SCR向前偏置，仍然没有流动，因此，该状态被称为前向阻塞状态（OFF状态）。gydF4y2Ba

注意:gydF4y2Ba存在称为反向阻挡状态的另一个状态，其中SCR是反向偏置的。该状态的特性类似于常规二极管的特征。让我们现在专注于将SCR从前向阻塞状态带来通过“打开SCR”来转发传导状态。gydF4y2Ba

可以使SCR传导或切换从阻塞（非导电或关闭）状态，以通过以下任何一种通过任何一种传导（ON）状态。gydF4y2Ba

1. 正向电压触发gydF4y2Ba
2. 温度触发gydF4y2Ba
3. dv / dt触发gydF4y2Ba
4. 光触发gydF4y2Ba
5. 门触发gydF4y2Ba

正向电压触发gydF4y2Ba

在正向电压触发方法中，可控硅是正向偏置，即阳极比阴极更正，但这一电压显著增加。登机口终点站一直开着。gydF4y2Ba

随着电压的增加，结JgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba耗尽层宽度增加，这又增加了该结少数载波的加速 - 电压。在特定的电压下，内部结j将有雪崩击穿gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba这是由于少数载流子与原子发生碰撞而释放出更多的少数载流子。gydF4y2Ba

这个电压被称为正向导通电压VgydF4y2Ba_薄gydF4y2Ba．在此电压下，结jgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba正偏，可控硅变为导通状态。一个大电流流过可控硅(从阳极到阴极，这是受负载电阻的限制)与一个非常低的压降通过它。gydF4y2Ba

在打开ON状态下，通过可控硅的正向电压降在1到1.5伏的范围内，这可能会随着负载电流增加。gydF4y2Ba

在实践中，这种方法不被使用，因为它需要非常大的阳极到阴极电压。当电压大于V时gydF4y2Ba_薄gydF4y2Ba，可控硅接通，一个非常大的电流流过它瞬间，这可能导致损害可控硅。因此，大多数情况下这种类型的触发是可以避免的。gydF4y2Ba

温度触发gydF4y2Ba

这种类型的触发也被称为热触发，因为可控硅是通过加热打开它。反向泄漏电流取决于温度。如果温度升高到一定值，空穴对的数量也会增加。这导致泄漏电流增加，进一步增加可控硅的电流增益。这开始再生行动在SCR内，因为(α1 + α2)值接近统一(随着当前收益增加)。gydF4y2Ba

通过提高J结j的温度gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba，耗尽层的宽度降低。因此，当前向偏置电压靠近V.gydF4y2Ba_薄gydF4y2Ba，我们可以通过增加结温(JgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba）.在特定的温度下，结的反向偏置失效，器件开始传导。gydF4y2Ba

这种触发在某些情况下会发生，特别是当设备温度较高时(也称为假触发)。这种类型的触发实际上不被使用，因为它导致热失控，因此设备或可控硅可能被损坏。gydF4y2Ba

dv / dt触发gydF4y2Ba

在正向阻断状态，即阳极比阴极正，结JgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba和J.gydF4y2Ba_3.gydF4y2Ba是正向偏置的，而结JgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba反向偏置。所以，结点JgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba表现为电容器(JgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba和J.gydF4y2Ba_3.gydF4y2Ba作为电介质J的导电板gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba）由于耗尽区域中的空间电荷。gydF4y2Ba

电容器的充电电流为：gydF4y2Ba

我gydF4y2Ba_CgydF4y2Ba= dQ / dtgydF4y2Ba

= d (CgydF4y2Ba_jgydF4y2Bav) / dtgydF4y2Ba

利用微分乘法法则，我们得到gydF4y2Ba

= CgydF4y2Ba_jgydF4y2Badv / dt + v dCgydF4y2Ba_jgydF4y2Ba/ dtgydF4y2Ba

由于结电容几乎总是恒定的，我们可以忽略结电容dC的变化率gydF4y2Ba_jgydF4y2Ba/ dt。因此，最终充电电流是：gydF4y2Ba

我gydF4y2Ba_CgydF4y2Ba= CgydF4y2Ba_jgydF4y2Badv / dtgydF4y2Ba

我在哪里,gydF4y2Ba_CgydF4y2Ba充电电流是充电电流gydF4y2Ba

CgydF4y2Ba_jgydF4y2Ba为结电容gydF4y2Ba

Q是充电gydF4y2Ba

v是施加在设备上的电压gydF4y2Ba

直流gydF4y2Ba_jgydF4y2Ba/ dt是结电容的变化率gydF4y2Ba

Dv / dt是施加电压的变化率gydF4y2Ba

由上式可知，如果施加电压的变化率很大(即突然施加)，则充电电流的流量会增加，导致可控硅在没有任何栅电压的情况下打开。gydF4y2Ba

很明显，我们可以通过提高设备上的电压变化率而不是应用大的前向偏置电压（如前情况下所做的速度）来转动SCR。然而，这种方法也在实际避免，因为它可能导致错误的开启过程，并且这也可以在SCR上产生非常高的电压尖峰，因此对其存在相当大的损坏。gydF4y2Ba

光触发gydF4y2Ba

一个可控硅被光辐射打开也被称为光激活可控硅(LASCR)。因此，光触发也被称为辐射触发。通常，在高压直流输电系统的相控变流器中采用这种类型的触发。gydF4y2Ba

在这种方法中，允许具有适当波长和强度的光线照射在结J上gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba．来自光的能量粒子(中子或光子)被轰击后，导致电子键断裂，从而在装置中形成新的电子-空穴对。gydF4y2Ba

随着载流子数量的增加，有一个瞬间增加的流动电流，导致可控硅打开。gydF4y2Ba

注意:为了在光辐射的帮助下成功打开可控硅，施加电压的变化率(dv / dt)必须很高。gydF4y2Ba

门触发gydF4y2Ba

这是最常见和最有效的方法打开可控硅。当可控硅正偏置时，栅端有足够的正电压将一些电子注入结JgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba．这导致反向漏电流的增加，从而导致结J的击穿gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba即使电压低于VgydF4y2Ba_薄gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

根据可控硅的大小，栅极电流从几毫安到250毫安或更多。如果施加的栅极电流更大，那么更多的电子被注入结JgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba结果以低得多的施加电压进入导通状态。gydF4y2Ba

在栅极触发方法中，在栅极和阴极端子之间施加的正电压。我们可以使用三种类型的栅极信号打开SCR。那些是直流信号，AC信号和脉冲信号。gydF4y2Ba

直流门触发gydF4y2Ba

在这个触发过程中，在栅极和阴极端子之间施加足够的直流电压，使栅极相对于阴极为正。栅极电流驱动可控硅进入传导模式。gydF4y2Ba

在这种方法中，一个连续的栅极信号(直流电压)被应用在栅极上，因此它导致内部功率损耗(或更多的功率损耗)。另一个重要的缺点是电源和控制电路之间没有隔离(因为它们都是直流)。gydF4y2Ba

交流触发gydF4y2Ba

这是最常用的方法打开可控硅，特别是在交流应用。在电源和控制电路之间适当隔离(使用变压器)，可控硅是由来自主电源的相移交流电压触发。通过改变门信号的相位角来控制点火角。gydF4y2Ba

然而，只有一半的周期是可用的栅极驱动来控制点火角度，为下一半的周期，一个反向电压应用于栅极和阴极之间。这是交流触发的一个限制，另一个是需要单独的降压或脉冲变压器从主电源提供栅极驱动的电压。gydF4y2Ba

脉冲触发gydF4y2Ba

触发可控硅最常用的方法是脉冲触发。该方法采用单脉冲或一串高频脉冲供电。gydF4y2Ba

该方法的主要优点是栅极驱动是不连续的，或者不需要连续脉冲来转动SCR，因此通过施加单个或周期性出现的脉冲来更大的栅极损耗。为了隔离从主电源的栅极驱动，使用脉冲变压器。gydF4y2Ba

可控硅动态开关特性gydF4y2Ba

可控硅的动态过程是开关过程，其中可控硅的电压和电流都随时间变化。从一种状态到另一种状态的转变需要有限的时间，但不是瞬间发生的。gydF4y2Ba

可控硅的静态或VI特性没有给出速度的指示，可控硅已切换到正向传导模式从正向阻塞模式。因此，动态特性有时更为重要，这就决定了可控硅的开关特性。gydF4y2Ba

将有一个有限的过渡时间，可控硅从阻塞模式到达正向传导模式，这被称为打开时间(tgydF4y2Ba_上gydF4y2Ba可控硅的)。可控硅Ton的开启时间可细分为三个不同的间隔即延时时间tgydF4y2Ba_dgydF4y2Ba，上升时间tgydF4y2Ba_rgydF4y2Ba扩散时间tgydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}．gydF4y2Ba

延迟时间(tgydF4y2Ba_dgydF4y2Ba）gydF4y2Ba

延时时间从栅极电流达到其最终值的90%的瞬间到阳极电流达到其最终值的10%的瞬间。也可以定义为阳极电压从初始阳极电压值V下降所花费的时间gydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}0.9 VgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}．gydF4y2Ba

考虑下图并观察到，直到td时间，可控硅处于正阻模式，因此阳极电流是一个小的泄漏电流。当门信号被应用(在90%的IgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba)，则栅极电流达到0.1 IgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}并且还相应阳极到阴极电压下降至0.9VgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}．gydF4y2Ba

随着栅极信号的应用，将有不均匀的分布的电流在阴极表面，所以电流密度在栅极终端是高得多。随着与栅极距离的增加，它迅速减小。因此，延迟时间为tgydF4y2Ba_dgydF4y2Ba是阳极电流在电流密度（栅极电流）最高的窄区域中的时间。gydF4y2Ba

上升时间(tgydF4y2Ba_rgydF4y2Ba）gydF4y2Ba

这是阳极电流从其最终值的10%上升到90%所花费的时间。也定义为正向阻断电压从0.9 V下降所需的时间gydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}0.1 VgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}．这个上升时间与栅极电流及其上升速率成反比。gydF4y2Ba

因此，如果在门上施加高陡电流脉冲，可以显著减少上升时间tgydF4y2Ba_rgydF4y2Ba．此外，如果负载是电感的，则上升时间将更高，电阻和电容负载很低。gydF4y2Ba

在此期间，由于大的阳极电流和高阳极电压，转向SCR中的损耗。这可能导致局部热点的形成，因此SCR可能会损坏。gydF4y2Ba

传播时间(tgydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}）gydF4y2Ba

这是从O.1V下降前向电压所需的时间gydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}其ON-state电压降，范围为1至1.5伏。在此期间，阳极电流从一个狭窄的导电区域扩散到整个可控硅导电区域。在扩展时间之后，一个满阳极电流流过器件，且具有较小的ON-state电压降。gydF4y2Ba

因此，总开启时间tgydF4y2Ba_上gydF4y2Ba是:gydF4y2Ba

tgydF4y2Ba_上gydF4y2Ba= tgydF4y2Ba_rgydF4y2Ba+ T.gydF4y2Ba_dgydF4y2Ba+ T.gydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}

根据栅极信号和阳极电路参数的波形，开关时间的典型值在1到4微秒之间。为了减少可控硅的打开时间，门脉的幅度应该在3到5倍的顺序的最小门电流可控硅。gydF4y2Ba

SCR射击电路gydF4y2Ba

正如我们在上面所看到的，在各种触发方法来转动SCR，门触发是最有效和可靠的方法。大多数控制应用使用这种类型的触发，因为所需的可控硅转向瞬间可以用门触发方法。让我们看看可控硅的各种点火电路。gydF4y2Ba

电阻起动电路gydF4y2Ba

• 下面的电路显示了SCR的电阻触发，其中用于从输入交流电源驱动负载。电阻和二极管组合电路用作栅极控制电路，以在所需条件下切换SCR。gydF4y2Ba
• 当正电压施加，可控硅是正偏的，并没有传导，直到它的栅极电流超过最小的可控硅栅极电流。gydF4y2Ba
• 当栅极电流通过改变电阻R2使栅极电流应该大于栅极电流的最小值时，可控硅被打开。因此负载电流开始流过可控硅。gydF4y2Ba
• SCR保持在阳极电流等于SCR的保持电流之前。当施加的电压为零时，它将关闭。因此，由于SCR充当开关，因此负载电流为零。gydF4y2Ba
• 二极管在输入的负半周期间保护栅极驱动电路不受反向栅极电压的影响。电阻R1限制通过栅极端子的电流，其值使栅极电流不应超过最大栅极电流。gydF4y2Ba
• 它是最简单、最经济的一种触发方式，但由于其缺点，应用范围有限。gydF4y2Ba
• 在这种情况下，触发角度仅被限制为90度。因为施加电压在90度时是最大的，所以栅极电流必须在0到90度之间的某个地方达到最小栅极电流值。gydF4y2Ba

电阻-电容(RC)触发电路gydF4y2Ba

• 可以通过RC触发电路克服电阻烧制电路的限制，该电路从0到180度提供触发角度控制。通过改变栅极电流的相位和幅度，使用该电路获得触发角的大变化。gydF4y2Ba
• 下图显示的RC触发电路由两个二极管与一个RC网络连接，以转动可控硅。gydF4y2Ba
• 通过改变可变电阻，在输入信号的完整正半周期中控制触发或触发角度。gydF4y2Ba
• 在输入信号的负半周期间，电容通过二极管D2以下极板正电荷充电，直到最大电源电压Vmax。这个电压保持在-Vmax通过电容，直到电源电压达到零交叉。gydF4y2Ba
• 在输入的正半周期间，可控硅变为正向偏置，电容通过对可控硅触发电压值的可变电阻开始充电。gydF4y2Ba
• 当电容器充电电压等于栅极触发电压时，SCR接通，电容器保持小电压。因此，即使在90度的输入波形之后，电容器电压也有助于触发SCR。gydF4y2Ba
• 在此，二极管D1通过二极管D2的输入的负半周期期间防止栅极和阴极之间的负电压。gydF4y2Ba

UJT点火电路gydF4y2Ba

• 最常见的方法是脉冲触发可控硅,因为长时间在门口使用R和RC触发方法导致更多的功耗在门口,所以通过使用UJT(单结晶体管)触发装置的功率损耗是有限的,因为它产生一个脉冲的火车。gydF4y2Ba
• RC网络连接到UJT的发射极端，形成时序电路。电容是固定的，电阻是可变的，因此电容的充电速率取决于可变的电阻，这就意味着RC时间常数的控制。gydF4y2Ba
• 当施加电压时，电容通过可变电阻开始充电。通过改变电阻值，电容两端的电压会发生变化。一旦电容电压等于UJT的峰值，它就开始导电，从而产生脉冲输出，直到电容的电压等于UJT的谷电压Vv。这一过程重复并在基端1产生一串脉冲。gydF4y2Ba
• 在基端1的脉冲输出用于在预定的时间间隔打开可控硅。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

一个完整的教程，不同类型的SCR打开方法。学习一些基本的可控硅，可控硅打开方法，如正向电压触发，温度触发，dv/dt触发，光触发，门触发(及其类型)。还有一些流行的可控硅点火电路。gydF4y2Ba