晶閘管和絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是電力電子領域的兩大重要器件,各自具有獨特的性能優(yōu)勢和適用場景。
結(jié)構(gòu)與原理方面,晶閘管是四層PNPN結(jié)構(gòu)的半控型器件,依靠門極觸發(fā)導通,但關斷需依賴外部電路條件;IGBT是電壓控制型全控器件,結(jié)合了MOSFET的高輸入阻抗和BJT的低導通壓降特性,可通過柵極電壓快速控制導通和關斷。
性能對比顯示,晶閘管的優(yōu)勢在于高耐壓(可達10kV以上)、大電流容量(可達數(shù)千安培)和低導通損耗(約1-2V),適合高壓大容量、低開關頻率(通常低于1kHz)的應用,如高壓直流輸電、工業(yè)加熱和電機軟啟動。IGBT則在中低壓(通常<6.5kV)、高頻(1-100kHz)場景中表現(xiàn)出色,其開關速度快、驅(qū)動功率小,廣泛應用于變頻器、新能源發(fā)電和電動汽車。
晶閘管的觸發(fā)電路需匹配門極特性以提高可靠性。福建晶閘管種類
雙向晶閘管的參數(shù)選擇與應用注意事項
選擇雙向晶閘管時,需綜合考慮以下參數(shù):1)額定通態(tài)電流(IT (RMS)):應根據(jù)負載電流的有效值選擇,一般取 1.5-2 倍余量,以避免過載。例如,對于 10A 負載電流,可選擇 16A 額定電流的雙向晶閘管。2)額定電壓(VDRM/VRRM):需高于電路中可能出現(xiàn)的最大電壓峰值,通常取 2-3 倍安全裕量。在 220V 交流電路中,應選擇耐壓 600V 以上的器件。3)門極觸發(fā)電流(IGT)和觸發(fā)電壓(VGT):根據(jù)驅(qū)動電路能力選擇,IGT 一般在幾毫安到幾十毫安之間。4)維持電流(IH):應小于負載電流,確保雙向晶閘管導通后能維持狀態(tài)。應用時還需注意:1)避免在潮濕、高溫環(huán)境下使用,以防性能下降。2)對于感性負載,需在負載兩端并聯(lián) RC 吸收網(wǎng)絡,抑制反電動勢。3)觸發(fā)脈沖寬度應大于負載電流達到維持電流所需的時間,確保可靠觸發(fā)。4)安裝時需保證散熱良好,避免器件因過熱損壞。 中國澳門平板型晶閘管晶閘管在光伏逆變器中用于DC-AC轉(zhuǎn)換。
單向晶閘管的參數(shù)選擇指南
在選擇單向晶閘管時,需要綜合考慮多個參數(shù),以確保器件能夠滿足實際應用的要求。額定通態(tài)平均電流是指晶閘管在正弦半波導通時,允許通過的**平均電流。選擇時,應根據(jù)負載電流的大小,留出一定的余量,一般取額定電流為實際工作電流的 1.5-2 倍。額定電壓是指晶閘管能夠承受的**正向和反向電壓。選擇時,額定電壓應高于實際工作電壓的峰值,一般取額定電壓為工作電壓峰值的 2-3 倍。維持電流是指晶閘管維持導通狀態(tài)所需的**小電流。如果負載電流小于維持電流,晶閘管可能會自行關斷。此外,還需要考慮晶閘管的門極觸發(fā)電流、觸發(fā)電壓、開關時間等參數(shù)。在高頻應用中,應選擇開關速度快的晶閘管,以減少開關損耗。
晶閘管特點可控硅(Silicon Controlled Rectifier,簡稱SCR),是可控硅整流元件的簡稱,是一種具有三個PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導體器件,亦稱為晶閘管。具有體積小、結(jié)構(gòu)相對簡單、功能強等特點,是比較常用的半導體器件之一。
“一觸即發(fā)”。但是,如果陽極或控制極外加的是反向電壓,晶閘管就不能導通??刂茦O的作用是通過外加正向觸發(fā)脈沖使晶閘管導通,卻不能使它關斷。那么,用什么方法才能使導通的晶閘管關斷呢?使導通的晶閘管關斷,可以斷開陽極電源或使陽極電流小于維持導通的最小值(稱為維持電流)。如果晶閘管陽極和陰極之間外加的是交流電壓或脈動直流電壓,那么,在電壓過零時,晶閘管會自行關斷。 晶閘管的開關速度較慢,不適合高頻電路。
普通晶閘管**基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬于不可控整流電路。如果把二極管換成晶閘管,就可以構(gòu)成可控整流電路。以**簡單的單相半波可控整流電路為例,在正弦交流電壓U2的正半周期間,如果VS的控制極沒有輸入觸發(fā)脈沖Ug,VS仍然不能導通,只有在U2處于正半周,在控制極外加觸發(fā)脈沖Ug時,晶閘管被觸發(fā)導通。畫出它的波形(c)及(d),只有在觸發(fā)脈沖Ug到來時,負載RL上才有電壓UL輸出。Ug到來得早,晶閘管導通的時間就早;Ug到來得晚,晶閘管導通的時間就晚。通過改變控制極上觸發(fā)脈沖Ug到來的時間,就可以調(diào)節(jié)負載上輸出電壓的平均值UL。在電工技術中,常把交流電的半個周期定為180°,稱為電角度。這樣,在U2的每個正半周,從零值開始到觸發(fā)脈沖到來瞬間所經(jīng)歷的電角度稱為控制角α;在每個正半周內(nèi)晶閘管導通的電角度叫導通角θ。很明顯,α和θ都是用來表示晶閘管在承受正向電壓的半個周期的導通或阻斷范圍的。通過改變控制角α或?qū)ń铅龋淖冐撦d上脈沖直流電壓的平均值UL,實現(xiàn)了可控整流。 晶閘管的失效模式包括過熱燒毀、電壓擊穿等。ABB晶閘管質(zhì)量
晶閘管常用于電機調(diào)速、溫度控制、電焊機等工業(yè)應用。福建晶閘管種類
晶閘管模塊(Thyristor Module)是一種集成了晶閘管芯片、驅(qū)動電路、散熱結(jié)構(gòu)和保護功能的功率電子器件,廣泛應用于工業(yè)控制、電力電子、新能源等領域。與分立式晶閘管相比,模塊化設計具有更高的功率密度、更好的散熱性能和更便捷的系統(tǒng)集成能力。
晶閘管芯片:如單向晶閘管(SCR)、雙向晶閘管(TRIAC)、門極可關斷晶閘管(GTO)等。
驅(qū)動電路:部分模塊(如智能功率模塊IPM)內(nèi)置驅(qū)動IC,簡化外部控制。
散熱基板:采用銅或鋁基板,部分大功率模塊采用陶瓷基板(如AlN、Al?O?)以提高導熱性。
封裝結(jié)構(gòu):常見的有塑封(TO-247)、螺栓型(如SEMIKRONSKM系列)、平板壓接式等。
保護元件:部分模塊集成溫度傳感器、過流保護、RC緩沖電路等。
福建晶閘管種類