SCR打开方法gydF4y2Ba

在本教程中，我们将学习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打开SCR的方法。gydF4y2Ba

简介gydF4y2Ba

在研究打开可控硅的不同方法之前，即不同的可控硅打开方法，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的重要成员，是一种四层、三结、三端子的半导体器件。下图显示了典型可控硅的结构和符号。gydF4y2Ba

可控硅是由四层交替的p型和n型半导体材料组成。外部的“p”区域连接阳极(A)，外部的“n”区域连接阴极(K)。内部的“p”区域连接第三端，称为栅极(G)。gydF4y2Ba

可控硅本质上是一个开关。不像晶体管，它可以作为一个开关，但也可以作为放大器，可控硅只是一个开关，要么是ON或OFF。可控硅有两种稳定状态，即正向阻断状态和正向传导状态。还有其他的状态，但这两种状态很重要，因此我们只关注这两种状态。gydF4y2Ba

将可控硅由前向闭塞状态(OFF - state)切换到前向导通状态(ON - state)，即可控硅的接通过程。它也被称为触发。gydF4y2Ba

触发可控硅的标准取决于几个变量，如电源电压、栅极电流、温度等。有各种方法触发可控硅，使其进入ON状态。让我们简要地讨论SCR的一些打开方法。gydF4y2Ba

可控硅开启方法(可控硅触发)gydF4y2Ba

让我们以上述具有可控硅结构的图像为参考。如果阳极(外层' p '区域)相对于阴极(外层' n '区域)是正的，J结gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba和JgydF4y2Ba_3.gydF4y2Ba成为前偏，但结JgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba反向偏置。gydF4y2Ba

因此，除了很小的泄漏电流外，没有任何电流通过设备。因此，即使可控硅向前偏置，仍然没有电流，因此，这种状态被称为向前阻塞状态(OFF状态)。gydF4y2Ba

注意:gydF4y2Ba还有另一种状态称为反向阻塞状态，其中可控硅反向偏置。这种状态下的特性与普通二极管相似。现在让我们通过“打开可控硅”来专注于将可控硅从前向阻塞状态带到前向传导状态。gydF4y2Ba

可控硅可以通过以下任何一种方法进行导电或从阻塞(不导电或OFF)状态切换到导电(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，可控硅是正向偏置的，即阳极比阴极正，但该电压显著提高。登机口终点站一直开着。gydF4y2Ba

随着电压的增加，结JgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba的耗尽层宽度增加，这反过来增加了在这个结的少数载流子的加速电压。在特定电压下，内部结J处会发生雪崩击穿gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba由于少数电荷载流子与原子碰撞并释放更多的少数电荷载流子。gydF4y2Ba

这个电压被称为正向导通电压VgydF4y2Ba_薄gydF4y2Ba．在这个电压下，接点JgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba变为正向偏置，SCR变为导通状态。通过可控硅的大电流(从阳极到阴极，这是受负载电阻的限制)有一个非常低的电压降。gydF4y2Ba

在开启状态期间，可控硅的正向压降在1到1.5伏之间，这可能会随着负载电流的增加而增加。gydF4y2Ba

在实践中，由于这种方法需要非常大的阳极对阴极电压，所以没有采用这种方法。一旦电压大于VgydF4y2Ba_薄gydF4y2Ba时，可控硅打开，瞬间有非常大的电流流过，这可能会对可控硅造成损坏。因此，大多数情况下，这种触发方式是可以避免的。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而转动的。反向漏电流取决于温度。当温度升高到一定值时，空穴对的数目也会增加。这会增加漏电流，进一步增加可控硅的电流增益。这启动了SCR内部的再生动作，因为(α1 + α2)值接近统一(随着电流增益增加)。gydF4y2Ba

通过增加结J处的温度gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba，耗尽层宽度减小。因此，当正向偏置电压接近V时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，器件开始导电。gydF4y2Ba

这种触发发生在某些情况下，特别是当设备温度较高时(也称为误触发)。这种类型的触发实际上是不使用的，因为它会导致热失控，因此设备或可控硅可能损坏。gydF4y2Ba

dv / dt触发gydF4y2Ba

在正向阻塞状态下，即阳极比阴极正，结JgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba和JgydF4y2Ba_3.gydF4y2Ba是正向偏置的，结JgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba反向偏置。结点JgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba表现为电容(JgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba和JgydF4y2Ba_3.gydF4y2Ba作为导电板与介电JgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba)是由耗尽区空间电荷引起的。gydF4y2Ba

电容的充电电流为:gydF4y2Ba

我gydF4y2Ba_CgydF4y2Ba= dQ / dtgydF4y2Ba

= d (CgydF4y2Ba_jgydF4y2Bav) / dtgydF4y2Ba

用乘积求导法则，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。所以，最后的充电电流是:gydF4y2Ba

我gydF4y2Ba_CgydF4y2Ba= CgydF4y2Ba_jgydF4y2Badv / dtgydF4y2Ba

我在哪里,gydF4y2Ba_CgydF4y2Ba为充电电流gydF4y2Ba

CgydF4y2Ba_jgydF4y2Ba为结电容gydF4y2Ba

Q是电荷gydF4y2Ba

V是施加在器件上的电压gydF4y2Ba

直流gydF4y2Ba_jgydF4y2Ba/ dt为结电容变化率gydF4y2Ba

Dv / dt是外加电压的变化率gydF4y2Ba

由上式可知，如果施加电压的变化率较大(即突然施加)，则充电电流的流量会增大，从而使可控硅在没有栅极电压的情况下启动。gydF4y2Ba

很明显，我们可以通过增加整个器件的电压变化率来改变可控硅，而不是施加一个大的正向偏置电压(就像我们在前面的案例中所做的那样)。然而，这种方法实际上也是可以避免的，因为它会导致一个虚假的开启过程，也会在可控硅上产生非常高的电压峰值，因此会对可控硅造成相当大的损害。gydF4y2Ba

光触发gydF4y2Ba

光辐射开启的可控硅也称为光激活可控硅(LASCR)。因此，光触发也被称为辐射触发。高压直流输电系统的相控变换器一般采用这种触发方式。gydF4y2Ba

在这种方法中，允许使用适当波长和强度的光线照射结JgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba．来自光的被轰击的能量粒子(中子或光子)导致电子键断裂，结果，新的电子-空穴对在器件中形成。gydF4y2Ba

随着载流子数量的增加，有一个瞬时增加的电流，导致可控硅打开。gydF4y2Ba

注:为了在光辐射的帮助下成功地打开可控硅，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，栅极端有足够的正电压将一些电子注入结JgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba．这导致反向漏电流增加，从而击穿结JgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba即使在电压低于V时也会发生gydF4y2Ba_薄gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

根据可控硅的大小，栅极电流从几毫安到250毫安或更多不等。如果施加的栅极电流更大，那么就会有更多的电子注入到结J中gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba结果表明，在较低的外加电压下，可进入导电状态。gydF4y2Ba

在栅极触发法中，施加在栅极和阴极端子之间的正电压。我们可以使用三种类型的门信号来打开可控硅。它们是直流信号、交流信号和脉冲信号。gydF4y2Ba

直流门触发gydF4y2Ba

在此触发中，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导通模式。gydF4y2Ba

在这种方法中，一个连续的门信号(直流电压)被施加在门，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(因为它们都是直流的)。gydF4y2Ba

交流触发gydF4y2Ba

这是最常用的打开可控硅的方法，特别是在交流应用中。在电源和控制电路之间适当隔离(使用变压器)，可控硅由主电源输出的移相交流电压触发。通过改变门信号的相位角来控制发射角。gydF4y2Ba

然而，只有一半的周期可以用于栅极驱动来控制发射角度，而在下一半的周期中，在栅极和阴极之间施加一个反向电压。这是交流触发的局限性之一，另一个是需要单独的降压或脉冲变压器从主电源向栅极驱动提供电压。gydF4y2Ba

脉冲触发gydF4y2Ba

最流行的触发可控硅的方法是脉冲触发。在这种方法中，栅极由单脉冲或一串高频脉冲提供。gydF4y2Ba

这种方法的主要优点是栅极驱动是不连续的或不需要连续脉冲来转动可控硅，因此通过应用单个或周期性出现的脉冲，栅极损耗可以大大降低。为了隔离栅极驱动与主电源，使用了脉冲变压器。gydF4y2Ba

可控硅的动态开关特性gydF4y2Ba

可控硅的动态过程是可控硅电压和电流随时间变化的开、关过程。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特性没有显示可控硅从前向阻塞模式切换到前向传导模式的速度。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

可控硅从阻塞模式到正向传导模式需要一个有限的过渡时间，这个过渡时间被称为开启时间(tgydF4y2Ba_在gydF4y2Ba可控硅的)。可控硅的开关时间Ton可以细分为三个不同的间隔，即延迟时间tgydF4y2Ba_dgydF4y2Ba，上升时间tgydF4y2Ba_rgydF4y2Ba扩散时间为tgydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}．gydF4y2Ba

延迟时间(tgydF4y2Ba_dgydF4y2Ba）gydF4y2Ba

延迟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%的瞬间测量。也可以定义为阳极电压从初始值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，直到时间td，可控硅处于正向阻塞模式，因此阳极电流是一个小的泄漏电流。当门信号被应用时(在90%的IgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba)，则栅极电流达到0.1 IgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}相应地，阳极至阴极电压降至0.9 VgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}．gydF4y2Ba

在栅极信号的作用下，阴极表面的电流分布不均匀，因此栅极端的电流密度要高得多。随着与星门距离的增加，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)最高的狭窄区域内流动的时间。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，在栅极处施加高陡电流脉冲，可以显著降低上升时间tgydF4y2Ba_rgydF4y2Ba．此外，如果负载是感性的，上升时间会更高，而对于电阻性和电容性负载，上升时间很低。gydF4y2Ba

在此期间，由于阳极电流和阳极电压大，可控硅的开断损耗很高。这可能会导致局部热点的形成，因此可控硅可能会损坏。gydF4y2Ba

传播时间(tgydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}）gydF4y2Ba

这是正向阻断电压从0 .1下降所需的时间VgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}到它的on状态电压降，这是1到1.5伏特的范围。在这段时间内，阳极电流从可控硅狭窄的导电区域扩散到整个导电区域。经过扩展时间后，一个完整的阳极电流流过器件，并具有很小的ON-state压降。gydF4y2Ba

因此，总开启时间为tgydF4y2Ba_在gydF4y2Ba是:gydF4y2Ba

tgydF4y2Ba_在gydF4y2Ba= tgydF4y2Ba_rgydF4y2Ba+ tgydF4y2Ba_dgydF4y2Ba+ tgydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}

根据栅极信号波形和阳极电路参数的不同，典型的开启时间在1到4微秒之间。为了减少可控硅的开启时间，栅极脉冲的幅值应该是可控硅最小栅极电流的3 ~ 5倍。gydF4y2Ba

可控硅触发电路gydF4y2Ba

正如我们在上面所看到的，在转动可控硅的各种触发方法中，门触发是最有效和可靠的方法。大多数控制应用都使用这种类型的触发，因为用栅极触发方法可以实现所需的可控硅转动瞬间。让我们看看可控硅的各种放电电路。gydF4y2Ba

电阻起动电路gydF4y2Ba

• 下面的电路显示了可控硅的电阻触发，它被用来驱动输入交流电源负载。电阻和二极管组合电路作为门控电路，在所需条件下开关可控硅。gydF4y2Ba
• 由于施加的正电压，可控硅正向偏置，直到其栅极电流大于可控硅的最小栅极电流时才导电。gydF4y2Ba
• 当通过改变电阻R2施加栅极电流，使栅极电流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
• 可控硅保持开直到阳极电流等于可控硅的保持电流。当施加的电压为零时，它就会关闭。因此，当可控硅作为开路开关时，负载电流为零。gydF4y2Ba
• 二极管保护栅极驱动电路在输入的负半周期内免受反向栅极电压的影响。电阻R1限制流过栅极端的电流，其值使栅极电流不超过最大栅极电流。gydF4y2Ba
• 它是最简单和经济的触发类型，但由于其缺点，应用有限。gydF4y2Ba
• 在这种情况下，触发角被限制为90度。因为施加的电压在90度时最大，所以栅极电流必须达到最小栅极电流值，在0到90度之间。gydF4y2Ba

电阻-电容(RC)触发电路gydF4y2Ba

• RC触发电路可以克服电阻触发电路的限制，提供从0到180度的触发角控制。该电路通过改变栅极电流的相位和幅值，实现了较大的射角变化。gydF4y2Ba
• 下图显示了由两个二极管组成的RC触发电路，与RC网络连接以转动可控硅。gydF4y2Ba
• 通过改变可变电阻，触发或发射角度控制在输入信号的一个完整的正半周期。gydF4y2Ba
• 在输入信号的负半周期内，电容器通过二极管D2以下极板正极充电，直至最大电源电压Vmax。该电压保持在-Vmax跨电容器直到电源电压达到零交叉。gydF4y2Ba
• 在输入的正半周期，可控硅成为前偏置和电容器开始通过可控硅的触发电压值的可变电阻充电。gydF4y2Ba
• 当电容充电电压等于栅极触发电压时，可控硅打开，电容保持一个小电压。因此，电容电压有助于触发可控硅，即使在90度输入波形。gydF4y2Ba
• 在这种情况下，二极管D1通过二极管D2在输入的负半周期内防止栅极和阴极之间的负电压。gydF4y2Ba

UJT点火电路gydF4y2Ba

• 这是触发可控硅最常见的方法，因为使用R和RC触发方法在门处的长脉冲会导致门处更多的功耗，所以使用UJT(单结晶体管)作为触发设备，功率损耗是有限的，因为它产生了一系列脉冲。gydF4y2Ba
• RC网络连接到UJT的发射端，形成定时电路。电容是固定的，而电阻是可变的，因此电容的充电速率取决于可变电阻，这意味着RC时间常数的控制。gydF4y2Ba
• 当施加电压时，电容器通过可变电阻开始充电。通过改变电阻值，电容上的电压也会发生变化。一旦电容电压等于UJT的峰值，它就开始传导，从而产生一个脉冲输出，直到电容上的电压等于UJT的山谷电压Vv。这个过程重复，并在碱基端1产生一系列脉冲。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。了解可控硅的一些基本知识，可控硅的开启方法，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放电电路。gydF4y2Ba