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晶闸管的工作原理与基本特性

晶闸管(Thyristor)是一种具有四层PNPN结构的半导体功率器件,由三个PN结组成,包含阳极(A)、阴极(K)和门极(G)三个端子。其工作原理基于PN结的正向偏置与反向偏置特性:当门极施加正向触发脉冲时,晶闸管从阻断状态转为导通状态,此后即使撤去触发信号,仍保持导通,直至阳极电流低于维持电流或施加反向电压。晶闸管的**特性包括:单向导电性、可控触发特性、高耐压与大电流容量、低导通损耗等。其导通状态下的压降通常在1-2V之间,远低于机械开关,因此适用于高功率场景。此外,晶闸管的关断必须依赖外部电路条件(如电流过零或反向电压),这一特性使其在交流电路中应用时需特别设计换流电路。在实际应用中,晶闸管的触发方式分为电流触发、光触发和温度触发等,其中电流触发**为常见。触发脉冲的宽度、幅度和上升沿对晶闸管的可靠触发至关重要,一般要求触发脉冲宽度大于晶闸管的开通时间(通常为几微秒至几十微秒)。 晶闸管的雪崩击穿电压是其重要安全参数。西门康赛米控晶闸管咨询

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双向晶闸管的触发特性与模式选择

双向晶闸管的触发特性是其应用的**,触发模式的选择直接影响电路性能。四种触发模式中,模式 Ⅰ+(T2 正、G 正)触发灵敏度*高,所需门极电流**小,适用于低功耗控制电路;模式 Ⅲ-(T2 负、G 负)灵敏度*低,需较大门极电流,通常较少使用。实际应用中,需根据负载类型和电源特性选择触发模式。例如,对于感性负载(如电机),由于电流滞后于电压,可能在电压过零后仍有电流,此时应选用模式 Ⅰ+ 和 Ⅲ+ 组合触发,以确保正负半周均能可靠导通。触发电路设计时,需考虑门极触发电流(IGT)、触发电压(VGT)和维持电流(IH)等参数。IGT 过小可能导致触发不可靠,过大则增加驱动电路功耗。通过 RC 移相网络或光耦隔离触发电路,可实现对双向晶闸管触发角的精确控制,满足不同应用场景的需求。 中国澳门晶闸管电子元器件光控晶闸管(LASCR)通过光信号触发,适用于高压隔离场景。

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晶闸管的di/dt保护、dv/dt保护

晶闸管在实际应用中面临过压、过流、di/dt 和 dv/dt 等应力,必须设计完善的保护电路以确保其安全可靠运行。
di/dt保护是防止晶闸管在导通瞬间因电流上升率过大而损坏的关键。过大的di/dt会导致结温局部过高,甚至引发器件长久性损坏。通常在晶闸管阳极串联电感(如空心电抗器)或采用饱和电抗器,限制di/dt在允许范围内(一般为几十A/μs至几百A/μs)。
dv/dt保护用于防止晶闸管在阻断状态下因电压上升率过大而误触发。过高的dv/dt会使结电容充电电流增大,当该电流超过门极触发电流时,晶闸管将误导通。常用的dv/dt保护措施是在晶闸管两端并联RC缓冲电路,降低电压上升率。

晶闸管的过压保护、过流保护

晶闸管在实际应用中面临过压、过流、di/dt和dv/dt等应力,必须设计完善的保护电路以确保其安全可靠运行。
过压保护通常采用RC吸收电路和压敏电阻(MOV)。RC吸收电路并联在晶闸管两端,当出现电压尖峰时,电容充电限制电压上升率,电阻则消耗能量防止振荡。压敏电阻具有非线性伏安特性,当电压超过阈值时,其阻值急剧下降,将过电压钳位在安全范围内。例如,在感性负载电路中,晶闸管关断时会产生反电动势,RC吸收电路和MOV可有效抑制这一电压尖峰。
过流保护主要依靠快速熔断器和电流检测电路。快速熔断器在电流超过额定值时迅速熔断,切断电路;电流检测电路(如霍尔传感器)实时监测电流,当检测到过流时,通过控制电路提前关断晶闸管或触发保护动作。在高压大容量系统中,还可采用限流电抗器限制短路电流上升率。 采用模块化设计,晶闸管模块集成了多个晶闸管单元,简化了复杂电路的布局。

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晶闸管在高压直流输电(HVDC)中的应用

高压直流输电(HVDC)是晶闸管的重要应用领域之一。与交流输电相比,HVDC在长距离输电、海底电缆输电和异步电网互联中具有明显的优势,而晶闸管是HVDC换流站的重要器件。在HVDC系统中,晶闸管主要用于构成换流器,包括整流器和逆变器。整流器将三相交流电转换为直流电,逆变器则将直流电还原为交流电。传统的HVDC换流器多采用12脉动桥结构,每个桥由6个晶闸管串联组成,通过精确控制晶闸管的触发角,可实现对直流电压和功率的调节。晶闸管在HVDC中的关键优势包括:高耐压能力(单个晶闸管可承受数千伏电压)、大电流容量(可达数千安培)、可靠性高(使用寿命长)和成本效益好。例如,中国的特高压直流输电工程(如±800kV云广直流工程)采用了大量光控晶闸管(LTT),单阀组额定电压达800kV,额定电流达4000A,传输容量超过5000MW。然而,晶闸管在HVDC中的应用也面临挑战。由于晶闸管属于半控型器件,关断依赖电流过零,因此在故障情况下的快速灭弧能力较弱。为解决这一问题,现代HVDC系统引入了混合式换流器技术,将晶闸管与全控型器件(如IGBT)结合,提高系统的故障穿越能力和动态响应性能。 晶闸管的门极触发电压(VGT)需满足规格要求。北京赛米控晶闸管

晶闸管的串联使用可提高耐压等级。西门康赛米控晶闸管咨询

可控硅(SiliconControlledRectifier)简称SCR,是一种大功率电器元件,也称晶闸管。它具有体积小、效率高、寿命长等优点。在自动控制系统中,可作为大功率驱动器件,实现用小功率控件控制大功率设备。它在交直流电机调速系统、调功系统及随动系统中得到了广泛的应用。

可控硅分单向可控硅和双向可控硅两种。双向可控硅也叫三端双向可控硅,简称TRIAC。双向可控硅在结构上相当于两个单向可控硅反向连接,这种可控硅具有双向导通功能。其通断状态由控制极G决定。在控制极G上加正脉冲(或负脉冲)可使其正向(或反向)导通。这种装置的优点是控制电路简单,没有反向耐压问题,因此特别适合做交流无触点开关使用。 西门康赛米控晶闸管咨询

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