如何使晶闸管导通、关断?

     很多人对晶闸管没有一个清楚的认知,也不知道是怎么用,怎么回事?今天小编带大家来给大家科普一下

晶闸管(Thyristor)是一种开关元件,能在高电压、大电流条件下工作,并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,是典型的小电流控制大电流的设备。1957年,美国通用电器公司开发出世界上第一个晶闸管产品,并于1958年使其商业化。

晶闸管导通条件为: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)。

它是由一个P-N-P-N四层 (4 layers) 半导体构成的,中间形成了三个PN结。

闸管在工作过程中,它的阳极(A)和阴极(K)与电源和负载连接,组成晶闸管的主电路,晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接,组成晶闸管的控制电路。

晶闸管为半控型电力电子器件,它的工作条件如下:

1. 晶闸管承受反向阳极电压时,不管门极承受何种电压,晶闸管都处于反向阻断状态。

2. 晶闸管承受正向阳极电压时,仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。这时晶闸管处于正向导通状态,这就是晶闸管的闸流特性,即可控特性。

3. 晶闸管在导通情况下,只要有一定的正向阳极电压,不论门极电压如何,晶闸管保持导通,即晶闸管导通后,门极失去作用。门极只起触发作用。

4. 晶闸管在导通情况下,当主回路电压(或电流)减小到接近于零时,晶闸管关断。

晶闸管有阳极A、阴极K、控制极G三个引出脚。

只有当晶闸管阳极A与阴极K之间加有正向电压,同时控制极G与阴极间加上所需的正向触发电压时,方可被触发导通。此时A、K间呈低阻导通状态,阳极 A与阴极K间压降约1V。晶闸管导通后,控制器G即使失去触发电压,只要阳极A和阴极K之间仍保持正向电压,晶闸管继续处于低阻导通状态。只有把阳极A电压拆除或阳极A、阴极K间电压极性发生改变(交流过零)时,晶闸管才由低阻导通状态转换为高阻截止状态。晶闸管一旦截止,即使阳极A和阴极K间又重新加上正向电压,仍需在控制极G和阴极K间有重新加上正向触发电压方可导通。晶闸管的导通与截止状态相当于开关的闭合与断开状态,用它可制成无触点开关。

为了正确选用晶闸管元件,必须要了解它的主要参数,一般在产品的目录上都给出了参数的平均值或极限值,产品合格证上标有元件的实测数据。

(1)断态重复峰值电压UDRM 在控制极断路和晶闸管正向阻断的条件下,可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压,其数值比正向转折电压小100V。

(2)反向重复峰值电压URRM 在控制极断路时,可以重复加在晶闸管元件上的反向峰值电压,此电压数值规定比反向击穿电压小100V。 通常把UDRM与URRM中较小的一个数值标作器件型号上的额定电压。由于瞬时过电压也会使晶闸管遭到破坏,因而在选用的时候,额定电压一个应该为正常工作峰值电压的2~3倍,作为安全系数。

(3)额定通态平均电流(额定正向平均电流)IT 在环境温度不大于40oC和标准散热即全导通的条件下,晶闸管元件可以连续通过的工频正弦半波电流(在一个周期内)的平均值,称为额定通态平均电流IT,简称额定电流。

(4)维持电流IH 在规定的环境温度和控制极断路的条件下,维持元件继续导通的最小电流称为维持电流IH 。一般为几十毫安~一百多毫安,其数值与元件的温度成反比,在120摄氏度时维持电流约为25摄氏度时的一半。当晶闸管的正向电流小于这个电流时,晶闸管将自动关断。

如图的,有几个问题请教:
1.我的脚只能控制导通和关断,那么负载的功率是怎么调节的呢?
2.想要实现在220v连接的情况下我的负载不工作,要满足什么条件?

想要实现在220v连接的情况下我的负载不工作,要满足什么条件?

单片机持续输出低电平。

我的单片机脚只能控制导通和关断,那么负载的功率是怎么调节的呢?

感谢回答,但是我还是不太理解。
我单片机管脚低,光耦导通后,负载电路是怎么工作的呢?然后引脚拉高,负载电路又是如何工作的呢?
我的理解是:我的电路只有两种状态,就是随着我的单片机引脚高或者低变化,但是负载功率怎么变化的我就不太清楚了。

您能给我详细解释下原理吗非常感谢

单片机管脚为低电平,光耦关断,不是导通。

“我的理解是:我的电路只有两种状态,就是随着我的单片机引脚高或者低变化,但是负载功率怎么变化的我就不太清楚了”

你的单片机引脚只有两种状态,没有错。一种状态是引脚高电平,另一种引脚是低电平。
但双向晶闸管并非是在你的单片机引脚高电平时导通,低电平时关断。双向晶闸管一旦导通,除非流过晶闸管的电流小于晶闸管维持电流(此维持电流通常相当小),晶闸管将保持导通,即使你的单片机引脚已经变成低电平,光耦已经关断。
估计你还没有把晶闸管工作特性搞清楚。

我说反了,单片机管脚高电平光耦导通,低电平光耦截止。
那么光耦导通和关断电路分别是什么工作情况呢?

是的,我就是对可控硅这块不熟悉。我最迷糊的地方是:负载功率是怎么变化的?是有规律的变化的吗?假如我想实现负载分别在 200w 300w 500w的功率工作,我该怎么做?

光耦在某时刻导通,双向晶闸管也在市电电压下导通。光耦从导通变为关断,晶闸管却不一定立即关断,如果流过晶闸管的电流大于晶闸管维持电流,晶闸管将继续导通,到晶闸管中电流不能够维持晶闸管导通时晶闸管才关断。

“假如我想实现负载分别在 200w 300w 500w的功率工作,我该怎么做?”

根据交流市电电压(是时间的正弦函数)和你的负载(从首帖电路看是电阻)以及你要求的功率,计算晶闸管导通角。单片机检测交流过零时刻,然后根据计算出来的导通角在交流半个周期内某一时刻将引脚变高电平(目的是令晶闸管从关断变为导通)再变低电平。

谢谢您,我先试试看,有不懂的我再请教

你要有个市电过零检测电路 才好做调压

但是我们的产品好像没有这个电路,而且我们对负载只有两个功率要求,一个满功率一个低功率,我现在的电路能实现吗?我对模拟电路不太了解

那你试试占空比50% 测试下功率

比如我现在需要在满功率500w和低功率200w下分别工作,我的工作流程应该是怎样的呢?

你的负载应该保证全电压情况(220V电压全部加在负载上)功率恰好500W。
如果每个交流市电半周期(10ms)内晶闸管全部时间都导通,负载自然得到500W功率。
如果每个交流市电半周期(10ms)内晶闸管是在交流过零后5ms时刻导通,那么负载得到功率就是250W(因为负载只有一半时间得到功率)。

一种是从微观角度调整可控硅在每个波周期导通相位角调功率;一种是从宏观角度出发,调整单位时间功率。第一种要用同步信号(过零检测),第二种不需要。第一种效果比较平滑,可以用于纯电阻负载,也可以用于电感负载。第二种用于电感负载(比如电机)就不好,甚至不行。前面众坛友都详细叙述过了。

您说的这个原理我能理解,我现在还没有弄清楚的是以下几点:
1.我的负载额定值是 220V 3A ,但是我想实现的是500w和200w,那么我这两个参数在电路中怎么能得到呢?

2.我单片机怎么知道应该在哪个时刻导通光耦呢?或者说我的控制逻辑应该是什么样?

  • 负载额定值是 220V 3A那么额定功率就是660W,你需要200W和500W是额定功率的30.3%和75.75%,只要单片机输出占空比为30.3和75.75的PWM信号就可以了

首先你得有一个给单片机的交流电过零信号,然后单片机根据过零信号进行移相或者延时,输出控制脉冲。
这样就可以实现通过控制导通角调节负载功率。
220V连负载,你不输出触发脉冲,那么负载就不会工作。

说明:双击或选中下面任意单词,将显示该词的音标、读音、翻译等;选中中文或多个词,将显示翻译。

瞬变电磁法(transient electromagnetic method,TEM)要求激励脉冲电流下降沿高度线性、稳定,并具有关断延时短、无电流过冲和良好的正负向一致性等特点,全桥电路可用于产生双极性电流脉冲,但在母线电压低、负载电感量大、回路电阻小的情况下,脉冲的前后沿波形形状难以满足瞬变电磁法要求。

论文介绍了瞬变电磁发射机控制系统的功能框图、硬件设计和软件设计,实现了发射电流、关断延迟时间的测量,以及内同步外同步双工作模式,发射机具有发射电流大、关断延迟时间短、下降沿线性度高的特点。

在论述Win9x的中断处理机制的基础上 ,分析了影响中断延时的关键因素 ,证明了满足一定条件的中断处理函数是可以分解的 ,提出了中断延时的最小化公式 ,给出了一个可以实现的软件模型 ,运用VToolsD和VC给出了实现方法 。

补充资料:可关断晶闸管门极驱动电路

      使可关断晶闸管根据信号的要求导通或关断的门极控制电路。用于控制电力电子电路中的可关断晶闸管的通断。对可关断晶闸管门极驱动电路的一般要求是:当信号要求可关断晶闸管导通时,驱动电路提供上升率足够大的正门极脉冲电流,其幅度视晶闸管容量不同在0.1到几安培的范围内变化,其宽度应保证可关断晶闸管可靠导通;当信号要求可关断晶闸管关断时,驱动电路提供上升率足够大的负门极脉冲电流,脉冲幅度要求大于可关断晶闸管阳极电流的五分之一,脉冲宽度应大于可关断晶闸管的关断时间和尾部时间。
 可关断晶闸管门极驱动电路(图1)包括门极开通电路和门极关断电路。某些场合还包括虚线所示的门极反偏电路,以增加抗干扰能力。门极开通电路为可关断晶闸管提供开通时的正门极脉冲电流。图2a是一种门极开通电路,当导通信号电压是高电平时,晶体管G1导通,其发射极电流即作为触发电流流入可关断晶闸管门极。门极关断电路为可关断晶闸管提供关断时的负门极脉冲电流。图2b是一种门极关断电路,当关断信号来时,晶闸管G2导通。负电压E2通过G2加到可关断晶闸管的门极,抽取门极电流。当可关断晶闸管T关断后,门极恢复阻断,门极电流降为零,G2也恢复阻断。图2c是完整的双电源门极驱动电路。  分类  根据对驱动可关断晶闸管的特性或容量、应用的场合、电路电压、工作频率、要求的可靠性和价格等方面的不同要求,有各式各样的门极驱动电路。
  图3是单电源可关断晶闸管门极驱动电路。输入导通信号时,G1导通,产生正门极脉冲电流,使可关断晶闸管导通。这时电容器C充上了左正右负的电压。输入关断信号时,G1关断,G2导通,电容电压通过G2抽取可关断晶闸管的门极电流,使可关断晶闸管关断。这种电路的特点是电路简单,仅需一组驱动电路的电源。但导通信号的时间不能太短,否则电容上储存的能量太小,不足以关断可关断晶闸管。
  图4是脉冲减窄的门极开通电路,用以减少门极损耗。可关断晶闸管导通后,能自行维持导通,门极正脉冲电流失去作用、在保证晶闸管可靠导通的前提下,尽可能减小正触发脉冲的宽度。当导通信号电压是高电平时,晶体管G1导通。G1的发射极电流通过电阻R,稳压管W提供G2的基极电流。G2进入放大状态,它的发射极电流即是可关断晶闸管T的正门极脉冲电流。当T导通后,二极管D的阴极电位低于阳极电位,D导通,将G1所有的发射极电流引入T的阳极,G2截止,T 的门极电流降为零。这种电路既实现了正触发脉冲的减窄,又无碍于变流器的正常工作。
  为了用同一个控制电路控制不同电位的可关断晶闸管或为了保证控制电路的安全,需将控制电路和可关断晶闸管门极之间用光耦合器件或脉冲变压器进行电位隔离。光耦合器是小功率器件,它的输出信号经放大后才能驱动可关断晶闸管。光耦合器隔离的门极驱动电路常用于中小功率的可关断晶闸管驱动;在大功率的可关断晶闸管应用中,门极关断电流往往很大,达几百安。如不用变压器进行阻抗变换,相对于门极阻抗而言,门极电路的电压很低,很难确保关断脉冲电流的上升率,所以在大功率可关断晶闸管的门极关断电路中,常用脉冲变压器进行电位隔离。
  图5是一种用脉冲变压器隔离的门极驱动电路。输入导通信号时,用互补的高频信号驱动晶体管G1和G2,在变压器TM1中产生一个交流高频方波电压,经二极管D1、D2整流后,为可关断晶闸管提供一个正的门极驱动电流。输入关断信号时,晶体管G3导通,变压器TM2副边感生出下正上负的电压,这个电压通过R1和R2分压加到晶闸管G4的门极,G4导通,负电压通过G4加到可关断晶闸管的门极,抽取负门极电流,使可关断晶闸管关断。

说明:补充资料仅用于学习参考,请勿用于其它任何用途。

我要回帖

更多关于 如何使晶闸管关断 的文章

 

随机推荐