可控硅元件的結(jié)構(gòu)

　　不管可控硅的外形如何，它們的管芯都是由P型硅和N型硅組成的四層P1N1P2N2結(jié)構(gòu)。見圖1。它有三個PN結(jié)（J1、J2、J3），從J1結(jié)構(gòu)的P1層引出陽極A，從N2層引出陰級K，從P2層引出控制極G，所以它是一種四層三端的半導(dǎo)體器件。

　　可控硅主要參數(shù)

　　1、 額定通態(tài)平均電流

　　在一定條件下，陽極---陰極間可以連續(xù)通過的50赫茲正弦半波電流的平均值。

　　2、 正向阻斷峰值電壓

　　在控制極開路未加觸發(fā)信號，陽極正向電壓還未超過導(dǎo)能電壓時，可以重復(fù)加在可控硅兩端的正向峰值電壓?？煽毓璩惺艿恼螂妷悍逯担荒艹^手冊給出的這個參數(shù)值。

　　3、 反向陰斷峰值電壓

　　當(dāng)可控硅加反向電壓，處于反向關(guān)斷狀態(tài)時，可以重復(fù)加在可控硅兩端的反向峰值電壓。使用時，不能超過手冊給出的這個參數(shù)值。

　　4、 控制極觸發(fā)電流

　　在規(guī)定的環(huán)境溫度下，陽極---陰極間加一定電壓，使可控硅從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)所需要的最小控制極電流和電壓。

　　5、 維持電流

　　在規(guī)定溫度下，控制極斷路，維持可控硅導(dǎo)通所必需的最小陽極正向電流。

　　采用可控硅技術(shù)對照明系統(tǒng)進(jìn)行控制具有：電壓調(diào)節(jié)速度快，精度高，可分時段實時調(diào)整，有穩(wěn)壓作用，采用電子元件，相對來說體積小、重量輕、成本低。但該調(diào)壓方式存在一致命缺陷，由于斬波，使電壓無法實現(xiàn)正弦波輸出，還會出現(xiàn)大量諧波，形成對電網(wǎng)系統(tǒng)諧波污染，危害極大，不能用在有電容補償電路中。（現(xiàn)代照明設(shè)計要求規(guī)定，照明系統(tǒng)中功率因數(shù)必須達(dá)到0.9以上，而氣體放電燈的功率因數(shù)在一般在0.5以下，所以都設(shè)計用電容補償功率因數(shù)）在國外發(fā)達(dá)國家，已有明文規(guī)定對電氣設(shè)備諧波含量的限制，在國內(nèi)，北京、上海、廣州等大城市，已對諧波含量超標(biāo)的設(shè)備限制并入電網(wǎng)使用。

　　可控硅工作原理

　　在分析可控硅工作原理時，我們經(jīng)常將這種四層P1N1P2N2結(jié)構(gòu)看作由一個PNP管和NPN管構(gòu)成，如下圖所示。

　　當(dāng)陽極A端加上正向電壓時，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)，此時由控制極G端輸入正向觸發(fā)信號，使得BG2管有基極電流ib2通過，經(jīng)過BG2管的放大后，其集電極電流為ic2=β2ib2。而ic2沿電路流至BG1的基極，故有ib1=ic2，電流又經(jīng)BG1管的放大作用后，得到BG1的集電極電流為ic1=β1ib1=β1β2ib2。此電流又流回BG2的基極，使得BG2的基極電流ib2增大，從而形成正向反饋使電流劇增，進(jìn)而使得可控硅飽和并導(dǎo)通。由于在電路中形成了正反饋，所以可控硅一旦導(dǎo)通后無法關(guān)斷，即使控制極G端的電流消失，可控硅仍能繼續(xù)維持這種導(dǎo)通的狀態(tài)。

　　通過上面對工作原理的分析可知，可控硅只具有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，那么這兩種工作狀態(tài)之間如何進(jìn)行轉(zhuǎn)換呢？如下表：

　　可控硅的應(yīng)用

　　可控硅在實際應(yīng)用中電路花樣最多的是其柵極觸發(fā)回路，概括起來有直流觸發(fā)電路，交流觸發(fā)電路，相位觸發(fā)電路等等。

　　1、直流觸發(fā)電路

　　如圖2是一個電視機常用的過壓保護(hù)電路，當(dāng)E+電壓過高時A點電壓也變高，當(dāng)它高于穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)壓值時DZ道通，可控硅D受觸發(fā)而道通將E+短路，使保險絲RJ熔斷，從而起到過壓保護(hù)的作用。

　　2、相位觸發(fā)電路

　　相位觸發(fā)電路實際上是交流觸發(fā)電路的一種，如圖3，這個電路的方法是利用RC回路控制觸發(fā)信號的相位。當(dāng)R值較少時，RC時間常數(shù)較少，觸發(fā)信號的相移A1較少，因此負(fù)載獲得較大的電功率；當(dāng)R值較大時，RC時間常數(shù)較大，觸發(fā)信號的相移A2較大，因此負(fù)載獲得較少的電功率。這個典型的電功率無級調(diào)整電路在日常生活中有很多電氣產(chǎn)品中都應(yīng)用它。

　　可控硅在調(diào)光器中的應(yīng)用

　　可控硅調(diào)光器是目前舞臺照明、環(huán)境照明領(lǐng)域的主流設(shè)備。

　　在照明系統(tǒng)中使用的各種調(diào)光器實質(zhì)上就是一個交流調(diào)壓器，老式的變壓器和變阻器調(diào)光是采用調(diào)節(jié)電壓或電流的幅度來實現(xiàn)的，如下圖所示。u1是未經(jīng)調(diào)壓的220V交流電的波形，經(jīng)調(diào)壓后的電壓波形為u2，由于其幅度小于u1，使燈光變暗。在這種調(diào)光模式中，雖然改變了正弦交流電的幅值，但并未改變其正弦波形的本質(zhì)。

　　與變壓器、電阻器相比，可控硅調(diào)光器有著完全不同的調(diào)光機理，它是采用相位控制方法來實現(xiàn)調(diào)壓或調(diào)光的。對于普通反向阻斷型可控硅，其閘流特性表現(xiàn)為當(dāng)可控硅加上正向陽極電壓的同時又加上適當(dāng)?shù)恼蚩刂齐妷簳r，可控硅就導(dǎo)通；這一導(dǎo)通即使在撤去門極控制電壓后仍將維持，一直到加上反向陽極電壓或陽極電流小于可控硅自身的維持電流后才關(guān)斷。普通的可控硅調(diào)光器就是利用可控硅的這一特性實現(xiàn)前沿觸發(fā)相控調(diào)壓的。在正弦波交流電過零后的某一時刻t1（或某一相位角wt1），在可控硅控制極上加一觸發(fā)脈沖，使可控硅導(dǎo)通，根據(jù)前面介紹過的可控硅開關(guān)特性，這一導(dǎo)通將維持到正弦波正半周結(jié)束。因此在正弦波的正半周（即0~p區(qū)間）中，0~wt1范圍可控硅不導(dǎo)通，這一范圍稱為控制角，常用a表示；而在wt1~p間可控硅導(dǎo)通，這一范圍稱為導(dǎo)通角，常用j表示。同理在正弦波交流電的負(fù)半周，對處于反向聯(lián)接的另一個可控硅（對兩個單向可控硅反并聯(lián)或雙向可控硅而言）在t2時刻（即相位角wt2）施加觸發(fā)脈沖，使其導(dǎo)通。如此周而復(fù)始，對正弦波每半個周期控制其導(dǎo)通，獲得相同的導(dǎo)通角。如改變觸發(fā)脈沖的施加時間（或相位），即改變了導(dǎo)通角j（或控制角a）的大小。導(dǎo)通角越大調(diào)光器輸出的電壓越高，燈就越亮。從上述可控硅調(diào)光原理可知，調(diào)光器輸出的電壓波形已經(jīng)不再是正弦波了，除非調(diào)光器處在全導(dǎo)通狀態(tài)，即導(dǎo)通角為180°（或p）。正是由于正弦波被切割、波形遭受破壞，會給電網(wǎng)帶來干擾等問題……

　　好的調(diào)光設(shè)備應(yīng)采取必要措施，努力降低使用可控硅技術(shù)后產(chǎn)生的干擾。

　　可控硅調(diào)光器的使用要點

　　第一、運行環(huán)境因素是這類調(diào)光設(shè)備關(guān)鍵的影響因素，在選購、安裝之前大家需要將這類設(shè)備的安裝環(huán)境進(jìn)行測里，并且良好相應(yīng)的電力指標(biāo)問題，必須確保所選購的調(diào)光器設(shè)備在這方面可以告訴滿足于自己的日常需求。

　　第二、避免將可控硅周光器安裝在朝濕、陽光直射的地方。并且在連接過程當(dāng)中，大家最好采用原廠家所提供的電源線，否則可能因為電流輸送的不穩(wěn)定，導(dǎo)致了設(shè)備出現(xiàn)故障問題。

　　第三、針對這類設(shè)備的安裝操作，大家必須進(jìn)行換位思考，從日后的使用以及維修保養(yǎng)角度來考慮，確保能夠讓日后的相關(guān)操作得到便捷的進(jìn)行。

　　第四、在使用過程當(dāng)中避免調(diào)光器四周存在熱源、水源，更加需要做好相應(yīng)的防腐、防潮措施。不管是安裝還是使用，操作人員都應(yīng)該提前熟讀說明書，這樣在充分了解這款型號的調(diào)光器之下進(jìn)行使用。

　　第五、堅持做好可控硅調(diào)光器和運行安裝環(huán)境的雙重清潔衛(wèi)生打掃，防塵措施的采取，也可以使得這類調(diào)光器的性能發(fā)揮更加出色。

　　第六、在運行這樣的調(diào)光設(shè)備時，如果發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象或是故障問題的產(chǎn)生，必須要第- -時 間通知原廠家的維修人員，千萬不要私自拆開調(diào)

　　光設(shè)備進(jìn)行維修，否則可能造成更大的故障，導(dǎo)致調(diào)光器直接報廢。

　　第七、根據(jù)這類設(shè)備的使用情況，制定完善有效的維護(hù)保養(yǎng)方案，定期利用專業(yè)的檢則設(shè)備為調(diào)光裝置故好檢測。

　　這兩年來，LED產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，使得可控硅調(diào)光器等產(chǎn)品的市場需求里也逐步增加。希望通過上面的簡單介紹，可以幫助大家更好的了解關(guān)于這類調(diào)光設(shè)備在安裝與使用過程當(dāng)中的基本注意事項。

　　可控硅設(shè)計十條黃金規(guī)則

　　1.為了導(dǎo)通閘流管（或雙向可控硅），必須有門極電流≧IGT ，直至負(fù)載電流達(dá)到≧IL 。這條件必須滿足，并按可能遇到的最低溫度考慮；

　　2.要斷開（切換）閘流管（或雙向可控硅），負(fù)載電流必須《IH， 并維持足夠長的時間，使能回復(fù)至截止?fàn)顟B(tài)。在可能的最高運行溫度下必須滿足上述條件。；

　　3. 設(shè)計雙向可控硅觸發(fā)電路時，只要有可能，就要避開3+象限（WT2-，+）；

　　4. 為減少雜波吸收，門極連線長度降至最低。返回線直接連至MT1（或陰極）。若用硬線，用螺旋雙線或屏蔽線。門極和MT1 間加電阻1kΩ或更小。高頻旁路電容和門極間串接電阻。另一解決辦法，選用H 系列低靈敏度雙向可控硅；

　　5. 若dVD/dt 或dVCOM/dt 可能引起問題，在MT1 和MT2 間加入RC 緩沖電路。若高dICOM/dt 可能引起問題，加入一幾mH 的電感和負(fù)載串聯(lián)。另一種解決辦法，采用Hi-Com 雙向可控硅；

　　6. 假如雙向可控硅的VDRM 在嚴(yán)重的、異常的電源瞬間過程中有可能被超出，采用下列措施之一： 負(fù)載上串聯(lián)電感量為幾μH 的不飽和電感，以限制dIT/dt； 用MOV 跨接于電源，并在電源側(cè)增加濾波電路；

　　7. 選用好的門極觸發(fā)電路，避開3+象限工況，可以最大限度提高雙向可控硅的dIT/dt 承受能力；

　　8. 若雙向可控硅的dIT/dt 有可能被超出，負(fù)載上最好串聯(lián)一個幾μH 的無鐵芯電感或負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。另一種解決辦法：對電阻性負(fù)載采用零電壓導(dǎo)通；

　　9. 器件固定到散熱器時，避免讓雙向可控硅受到應(yīng)力。固定，然后焊接引線。不要把鉚釘芯軸放在器件接口片一側(cè)。；

　　10.為了長期可靠工作，應(yīng)保證Rth j-a 足夠低，維持Tj 不高于Tjmax ，其值相應(yīng)于可能的最高環(huán)境溫度。