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可控硅

可控硅簡稱SCR，是一種大功率電器元件，也稱晶閘管。它具有體積小、效率高、壽命長等優點。在自動控制系統中，可作為大功率驅動器件，實現用小功率控件控制大功率設備。它在交直流電機調速系統、調功系統及隨動系統中得到了廣泛的應用。

可控硅分單向可控硅和雙向可控硅兩種。雙向可控硅也叫三端雙向可控硅，簡稱TRIAC。雙向可控硅在結構上相當于兩個單向可控硅反向連接，這種可控硅具有雙向導通功能。其通斷狀態由控制極G決定。在控制極G上加正脈沖（或負脈沖）可使其正向（或反向）導通。這種裝置的優點是控制電路簡單，沒有反向耐壓問題，因此特別適合做交流無觸點開關使用。

IGBT

IGBT絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件， 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大；MOSFET驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優點，驅動功率小而飽和壓降低。

IGBT非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。 圖1所示為一個N 溝道增強型絕緣柵雙極晶體管結構， N+ 區稱為源區，附于其上的電極稱為源極。N+ 區稱為漏區。器件的控制區為柵區，附于其上的電極稱為柵極。溝道在緊靠柵區邊界形成。在漏、源之間的P 型區（包括P+ 和P 一區）（溝道在該區域形成），稱為亞溝道區（ Subchannel region ）。

而在漏區另一側的P+ 區稱為漏注入區（ Drain injector ），它是IGBT 特有的功能區，與漏區和亞溝道區一起形成PNP 雙極晶體管，起發射極的作用，向漏極注入空穴，進行導電調制，以降低器件的通態電壓。附于漏注入區上的電極稱為漏極?！GBT 的開關作用是通過加正向柵極電壓形成溝道，給PNP 晶體管提供基極電流，使IGBT 導通。反之，加反向門極電壓消除溝道，切斷基極電流，使IGBT 關斷。IGBT 的驅動方法和MOSFET 基本相同，只需控制輸入極N一溝道MOSFET ，所以具有高輸入阻抗特性。當MOSFET 的溝道形成后，從P+ 基極注入到N 一層的空穴（少子），對N 一層進行電導調制，減小N 一層的電阻，使IGBT 在高電壓時，也具有低的通態電壓。

IGBT和可控硅區別

IGBT與晶閘管

1.整流元件（晶閘管）

簡單地說：整流器是把單相或三相正弦交流電流通過整流元件變成平穩的可調的單方向的直流電流。其實現條件主要是依靠整流管，晶閘管等元件通過整流來實現。除此之外整流器件還有很多，如：可關斷晶閘管GTO，逆導晶閘管，雙向晶閘管，整流模塊，功率模塊IGBT，SIT，MOSFET等等，這里只探討晶閘管。

晶閘管又名可控硅，通常人們都叫可控硅。是一種功率半導體器件，由于它效率高，控制特性好，壽命長，體積小等優點，自上個世紀六十長代以來，獲得了迅猛發展，并已形成了一門獨立的學科。“晶閘管交流技術”。 晶閘管發展到今天，在工藝上已經非常成熟，品質更好，成品率大幅提高，并向高壓大電流發展。目前國內晶閘管最大額定電流可達5000A，國外更大。我國的韶山電力機車上裝載的都是我國自行研制的大功率晶閘管。 晶閘管的應用：

一、可控整流

如同二極管整流一樣，可以把交流整流為直流，并且在交流電壓不變的情況下，方便地控制直流輸出電壓的大小即可控整流，實現交流——可變直流

二、交流調壓與調功

利用晶閘管的開關特性代替老式的凈化穩壓器（上海穩博電器有限公司）、無觸點穩壓器（上海穩博電器有限公司）、接觸調壓器、感應調壓器和飽和電抗器調壓。為了消除晶閘管交流調壓產生的高次諧波，出現了一種過零觸發，實現負載交流功率的無級調節即晶閘管調功器。交流——可變交流。

三、逆變與變頻 直流輸電：

將三相高壓交流整流為高壓直流，由高壓直流遠距離輸送以減少損耗，增加電力網的穩定，然后由逆變器將直流高壓逆變為50HZ三相交流。直流——交流中頻加熱和交流電動機的變頻調速、串激調速等變頻，交流——頻率可變交流、IGBT無觸點斬波穩壓器(上海穩博電器有限公司)

 四、斬波調壓（脈沖調壓）

斬波調壓是直流——可變直流之間的變換，用在城市電車、電氣機車、電瓶搬運車、鏟車（叉車）、電氣汽車等，高頻電源用于電火花加工。        

五、無觸點功率靜態開關（固態開關）

作為功率開關元件，代替接觸器、繼電器用于開關頻率很高的場合 晶閘管導通條件：

晶閘管加上正向陽極電壓后，門極加上適當正向門極電壓，使晶閘管導通過程稱為觸發。晶閘管一旦觸發導通后，門極就對它失去控制作用，通常在門極上只要加上一個正向脈沖電壓即可，稱為觸發電壓。門極在一定條件下可以觸發晶閘管導通，但無法使其關斷。要使導通的晶閘管恢復阻斷，可降低陽極電壓，或增大負載電阻，使流過晶閘管的陽極電流減小至維持電流（IH）（當門極斷開時，晶閘管從較大的通態電流降至剛好能保持晶閘管導通所需的最小陽極電流叫維持電流），電流會突然降到零，之后再提高電壓或減小負載電阻，電流不會再增大，說明晶閘管已恢復阻斷。

根據晶閘管陽極伏安特性，可以總結出：

1．門極斷開時，晶閘管的正向漏電流比一般硅二極管反向漏電流大，且隨著管子正向陽極電壓升高而增大。當陽極電壓升到足夠大時，會使晶閘管導通，稱為正向轉折或“硬開通”。多次硬開通會損壞管子。

2．晶閘管加上正向陽極電壓后，還必須加上觸發電壓，并產生足夠的觸發電流，才能使晶閘管從阻斷轉為導通。觸發電流不夠時，管子不會導通，但此時正向漏電流隨著增大而顯著增大。晶閘管只能穩定工作在關斷和導通兩個狀態，沒有中間狀態，具有雙穩開關特性。是一種理想的無觸點功率開關元件。

3．晶閘管一旦觸發導通，門極完全失去控制作用。要關斷晶閘管，必須使陽極電流《維持電流，對于電阻負載，只要使管子陽極電壓降為零即可。為了保證晶閘管可靠迅速關斷，通常在管子陽極電壓互降為零后，加上一定時間的反向電壓。 晶閘管主要特性參數

1．正反向重復峰值電壓——額定電壓（VDRM 、 VRRM取其小者）

2．額定通態平均電流IT（AV）——額定電流（正弦半波平均值）

3．門極觸發電流IGT，門極觸發電壓UGT， （受溫度變化）

4．通態平均電壓UT（AV）即管壓降

5．維持電流IH與掣住電流IL

6．開通與關斷時間 晶閘管合格證基本參數

IT（AV）= A（TC=℃）------通態平均電流

VTM= V -----------通態峰值電壓

VDRM = V -------------斷態正向重復峰值電壓

IDRM= mA -------------斷態重復峰值電流

VRRM= V -------------反向重復峰值電壓

IRRM = mA ------------反向重復峰值電流

IGT = mA ------------門極觸發電流

VGT= V ------------門極觸發電壓

執行標準：QB-02-09

1．晶閘管關斷過電壓（換流過電壓、空穴積蓄效應過電壓）及保護

晶閘管從導通到阻斷，線路電感（主要是變壓器漏感LB）釋放能量產生過電壓。由于晶閘管在導通期間，載流子充滿元件內部，在關斷過程中，管子在反向作用下，正向電流下降到零時，元件內部殘存著載流子。這些載流子在反向電壓作用下瞬時出現較大的反向電流，使殘存的載流子迅速消失，這時反向電流減小即diG/dt極大，產生的感應電勢很大，這個電勢與電源串聯，反向加在已恢復阻斷的元件上，可導致晶閘管反向擊穿。這就是關斷過電壓（換相過電壓）。數值可達工作電壓的5~6倍。保護措施：在晶閘管兩端并接阻容吸收電路。

2．交流側過電壓及其保護

由于交流側電路在接通或斷開時出現暫態過程，會產生操作過電壓。高壓合閘的瞬間，由于初次級之間存在分布電容，初級高壓經電容耦合到次級，出現瞬時過電壓。措施：在三相變壓器次級星形中點與地之間并聯適當電容，就可以顯著減小這種過電壓。與整流器并聯的其它負載切斷時，因電源回路電感產生感應電勢的過電壓。變壓器空載且電源電壓過零時，初級拉閘，因變壓器激磁電流的突變，在次級感生出很高的瞬時電壓，這種電壓尖峰值可達工作電壓的6倍以上。交流電網遭雷擊或電網侵入干擾過電壓，即偶發性浪涌電壓，都必須加阻容吸收路進行保護。

3．直流側過電壓及保護

當負載斷開時或快熔斷時，儲存在變壓器中的磁場能量會產生過電壓，顯然在交流側阻容吸收保護電路可以抑制這種過電壓，但由于變壓器過載時儲存的能量比空載時要大，還不能完全消除。措施：能常采用壓敏吸收進行保護。

4．過電流保護

一般加快速熔斷器進行保護，實際上它不能保護可控硅，而是保護變壓器線圈。

5．電壓、電流上升率的限制

4.均流與晶閘管選擇

均流不好，很容易燒壞元件。為了解決均流問題，過去加均流電抗器，噪聲很大，效果也不好，一只一只進行對比，擰螺絲松緊，很盲目，效果差，噪音大，耗能。我們采用的辦法是：用計算機程序軟件進行動態參數篩選匹配、編號，裝配時按其號碼順序裝配，很間單。每一只元件上都刻有字，以便下更換時參考。這樣能使均流系數可達到0.85以上。為了減少并聯，選用大元件。這樣可以進一步提高均流度，并減小損耗，因為每一只元件都存在一個 壓降， 這也是整流器的主要損耗。