晶闸管模块

晶闸管模块的写法

晶闸管模块介绍

晶闸管模块是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电器公司开发出世界上款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极；晶闸管工作条件为：加正向电压且门极有触发电流；其派生器件有：快速晶闸管，双向晶闸管，逆导晶闸管，光控晶闸管等。它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。

分类

晶闸管有多种分类方法。（一）按关断、导通及控制方式分类晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管（GTO）、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。（二）按引脚和极性分类晶闸管按其引脚和极性可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。（三）按封装形式分类晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管三种类型。其中，金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种；塑封晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种。（四）按电流容量分类晶闸管按电流容量可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三种。通常，大功率晶闸管多采用金属壳封装，而中、小功率晶闸管则多采用塑封或陶瓷封装。（五）按关断速度分类晶闸管按其关断速度可分为普通晶闸管和高频（快速）晶闸管。

保护

1、过流保护如果想得到较安全的过流保护，建议用户优先使用内部带过流保护功能的模块。另外还可采用外接快速熔断器、快速过电流继电器、传感器的方法。快速熔断器是最简单常用的方法，介绍如下：（1）快速熔断器的选择：①、熔断器的额定电压应大于模块输入端电压；②、熔断器的额定电流应为模块标称输入电流的0.6倍，按照计算值选择相同电流或稍大一点的熔断器。模块输入、输出电流的换算关系参考本本博客有关文章。用户也可根据经验和试验自行确定熔断器的额定电流。（2）接线方法：快速熔断器接在模块的输入端，负载接输出端。2、过压保护晶闸管承受过电压的能力较差，当元件承受的反向电压超过其反向击穿电压时，即使时间很短，也会造成元件反向击穿损坏。如果正向电压超过晶闸管的正向转折电压，会引起晶闸管硬开通，它不仅使电路工作失常，且多次硬开通后元件正向转折电压要降低，甚至失去正向阻断能力而损坏。因此必须采用过电压保护措施用以抑制晶闸管上可能出现的过电压。模块的过压保护，推荐采用阻容吸收和压敏电阻两种方式并用的保护措施。（1）阻容吸收回路晶闸管从导通到阻断时，和开关电路一样，因线路电感（主要是变压器漏感LB）释放能量会产生过电压。由于晶闸管在导通期间，载流子充满元件内部，所以元件在关断过程中，正向电压下降到零时，内部仍残存着载流子。这些积蓄的载流子在反向电压作用下瞬时出现较大的反向电流，使积蓄载流子迅速消失，这时反向电流消失的极快，即di/dt极大。因此即使和元件串连的线路电感L很小，电感产生的感应电势L（di/dt）值仍很大，这个电势与电源电压串联，反向加在已恢复阻断的元件上，可能导致晶闸管的反向击穿。这种由于晶闸管关断引起的过电压，称为关断过电压，其数值可达工作电压峰值的5～6倍，所以必须采取抑制措施。阻容吸收电路中电容器把过电压的电磁能量变成静电能量存贮，电阻防止电容与电感产生谐振、限制晶闸管开通损耗与电流上升率。这种吸收回路能抑制晶闸管由导通到截止时产生的过电压，有效避免晶闸管被击穿。阻容吸收电路安装位置要尽量靠近模块主端子，即引线要短。采用无感电阻，以取得较好的保护效果。各型号模块对应的电阻和电容值根据表10选取。（2）压敏电阻吸收过电压压敏电阻能够吸收由于雷击等原因产生能量较大、持续时间较长的过电压。压敏电阻标称电压（V1mA），是指压敏电阻流过1mA电流时它两端的电压。压敏电阻的选择，主要考虑额定电压和通流容量。额定电压V1mA的下限是线路工作电压峰值，考虑到电网电压的波动以及多次承受冲击电流以后V1mA值可能下降，因此，额定电压的取值应适当提高。目前通常采用30[%]的余量计算。V1mA≥1.3√2·U式中U——压敏电阻两端正常工作电压的有效值。压敏电阻的数量：三相整流模块和三相交流模块均为三只、单相整流模块和单相交流模块均为一只。全部接在交流输入端。3、过热保护晶闸管在电流通过时，会产生一定的压降，而压降的存在则会产生一定的功耗，电流越大则功耗越大，产生的热量也就越大。如果不把这些热量快速散掉，会造成烧坏晶闸管芯片的问题。因此要求使用晶闸管模块时，一定要安装散热器。散热条件的好坏，是影响模块能否安全工作的重要因素。良好的散热条件不但能够保证模块可靠工作、防止模块过热烧毁，而且能够提高模块的电流输出能力。建议用户在使用大电流规格模块的时候尽量选择带过热保护功能的模块。当然，即便模块带过热保护功能，而散热器和风机也是不可缺少的。在使用中，当散热条件不符合规定要求时，如室温超过40℃、强迫风冷的出口风速不足6m/s等，则模块的额定电流应立即降低使用，否则模块会由于芯片结温超过允许值而损坏。譬如，按规定应采用风冷的模块而采用自冷时，则电流的额定值应降低到原有值的30～40[%]，反之如果改为采用水冷时，则电流的额定值可以增大30～40[%]。为了帮助用户合理选择散热器和风机，我们确定了不同型号模块在其额定电流工作状态下，环境温度为40℃时所需的散热器长度、风机规格、数量及散热器基础参数等，请参考表11～12。另外，我们在表内出具了每个型号的模块在峰值压降、标称电流和阻性负载条件下的功耗值，以便于用户自己确定散热器尺寸时做参考。在实际应用中，应注意以下几点：（1）轴流风机风速应≥6m/s。（2）若模块达不到满负荷工作，可酌减散热器长度。（3）在设备开机前，应检查模块所有螺钉是否牢固，若有松动，应拧紧螺钉，以使模块底板与散热器表面以及模块电极与接线端子之间都能够紧密接触，达到散热效果。（4）采用自然冷却形式时，必须保证散热器周围的空气能够自然对流。（5）因水冷散热效果好，有水冷条件的，应水冷散热形式。

用途

普通晶闸管最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二极管整流电路属于不可控整流电路。如果把二极管换成晶闸管，就可以构成可控整流电路、逆变、电机调速、电机励磁、无触点开关及自动控制等方面。现在我画一个最简单的单相半波可控整流电路〔图4(a)〕。在正弦交流电压U2的正半周期间，如果VS的控制极没有输入触发脉冲Ug，VS仍然不能导通，只有在U2处于正半周，在控制极外加触发脉冲Ug时，晶闸管被触发导通。现在，画出它的波形图〔图4(c)及(d)〕，可以看到，只有在触发脉冲Ug到来时，负载RL上才有电压UL输出(波形图上阴影部分)。Ug到来得早，晶闸管导通的时间就早；Ug到来得晚，晶闸管导通的时间就晚。通过改变控制极上触发脉冲Ug到来的时间，就可以调节负载上输出电压的平均值UL(阴影部分的面积大小)。在电工技术中，常把交流电的半个周期定为180°，称为电角度。这样，在U2的每个正半周，从零值开始到触发脉冲到来瞬间所经历的电角度称为控制角α；在每个正半周内晶闸管导通的电角度叫导通角θ。很明显，α和θ都是用来表示晶闸管在承受正向电压的半个周期的导通或阻断范围的。通过改变控制角α或导通角θ，改变负载上脉冲直流电压的平均值UL，实现了可控整流。

注意

选用晶闸管模块的额定电压时，应参考实际工作条件下的峰值电压的大小，并留出一定的余量。1、选用晶闸管模块的额定电流时，除了考虑通过元件的平均电流外，还应注意正常工作时导通角的大小、散热通风条件等因素。在工作中还应注意管壳温度不超过相应电流下的允许值。2、使用晶闸管模块之前，应该用万用表检查晶闸管模块是否良好。发现有短路或断路现象时，应立即更换。3、严禁用兆欧表（即摇表）检查元件的绝缘情况。4、电流为5A以上的晶闸管模块要装散热器，并且保证所规定的冷却条件。为保证散热器与晶闸管模块管心接触良好，它们之间应涂上一薄层有机硅油或硅脂，以帮于良好的散热。5、按规定对主电路中的晶闸管模块采用过压及过流保护装置。6、要防止晶闸管模块控制极的正向过载和反向击穿。