可控（kòng）矽

可控（kòng）矽簡稱（chēng）SCR，是一種大功率電器元件，也稱晶閘管。它具有體積小、效率高、壽命長等優點（diǎn）。在自動控製係（xì）統中，可作為（wéi）大功率驅（qū）動器件，實現用小（xiǎo）功率控件控製大功率設備。它（tā）在（zài）交直流電機調速係統（tǒng）、調功係統及（jí）隨（suí）動係統中得到了廣泛的應用（yòng）。

可控矽分單（dān）向可（kě）控矽和雙（shuāng）向可控（kòng）矽（guī）兩種。雙向可控矽也叫（jiào）三端（duān）雙向可（kě）控（kòng）矽（guī），簡稱TRIAC。雙向可控矽在結（jié）構（gòu）上（shàng）相當於兩個單向可控矽反向連接，這（zhè）種（zhǒng）可（kě）控矽具有（yǒu）雙向（xiàng）導通功能。其通斷（duàn）狀態由（yóu）控（kòng）製極（jí）G決定。在（zài）控製極G上加（jiā）正（zhèng）脈衝（或負脈衝）可使其正向（或反向（xiàng））導通。這種裝置的優（yōu）點是控製電路簡單，沒有反向耐壓問題，因此特（tè）別適合做交流無觸點開關使用。

IGBT

IGBT絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場效應管）組成的複合全（quán）控（kòng）型電壓驅動式功率（lǜ）半導體器件（jiàn）， 兼有MOSFET的高輸入（rù）阻抗（kàng）和GTR的低導通（tōng）壓降兩方麵的（de）優（yōu）點。GTR飽和（hé）壓降（jiàng）低，載流密度大，但驅動電流較大；MOSFET驅動功率很（hěn）小，開關速度快，但導通壓降大，載流密（mì）度小。IGBT綜（zōng）合了以（yǐ）上兩（liǎng）種器件的（de）優點，驅動功率小而飽和壓（yā）降低。

IGBT非常適合應用於直流電壓為600V及以（yǐ）上的變流（liú）係統如交流（liú）電機、變頻器（qì）、開關電源、照明電（diàn）路、牽（qiān）引傳動等領域。 圖1所示為一個N 溝道增（zēng）強型絕緣柵雙極晶體管結構， N+ 區稱（chēng）為源區，附於（yú）其（qí）上的（de）電極（jí）稱為源極。N+ 區稱為漏（lòu）區。器件的控製區（qū）為柵區（qū），附於其上的電極稱為（wéi）柵極。溝道（dào）在緊靠（kào）柵區邊界形成（chéng）。在（zài）漏、源之間的P 型區（包括P+ 和P 一（yī）區）（溝道在（zài）該區域形（xíng）成），稱（chēng）為亞溝道（dào）區（ Subchannel region ）。

而在漏區另一側的P+ 區稱（chēng）為（wéi）漏（lòu）注入區（ Drain injector ），它是IGBT 特有的功能區，與漏區（qū）和亞溝道區一起形成PNP 雙極晶體管，起發射（shè）極的作用，向漏極注（zhù）入空穴，進（jìn）行導電調製，以降低器（qì）件的通態電壓。附於漏注入區上的電極稱為漏（lòu）極。　IGBT 的開關作用是通（tōng）過加（jiā）正向柵極（jí）電壓形成溝道，給PNP 晶體管提供基極電流，使IGBT 導（dǎo）通（tōng）。反之，加反向門極電壓消除溝道，切斷基極電流，使IGBT 關斷。IGBT 的驅動方法和MOSFET 基本相同（tóng），隻需控（kòng）製輸入極（jí）N一溝道（dào）MOSFET ，所以具有（yǒu）高輸入阻抗特（tè）性。當MOSFET 的（de）溝道形成後，從P+ 基極注（zhù）入（rù）到（dào）N 一層的空穴（少（shǎo）子），對N 一層（céng）進（jìn）行電導調製，減小N 一（yī）層的電阻，使IGBT 在高電壓時，也具有低的通態電壓。

IGBT和可（kě）控矽區（qū）別

IGBT與晶（jīng）閘（zhá）管

1.整（zhěng）流元（yuán）件（晶閘（zhá）管）

簡單地說：整流器是把單相或三（sān）相正弦交流電流通過整流元件變成平穩的可調的單方向的直流（liú）電流。其實現條件主要是依靠整（zhěng）流管，晶閘管等元件通過整流來實現。除此（cǐ）之外整流器件還有很多，如：可關（guān）斷晶閘（zhá）管（guǎn）GTO，逆導晶閘管，雙向（xiàng）晶閘（zhá）管，整流模塊，功（gōng）率模塊IGBT，SIT，MOSFET等（děng）等，這裏隻探討晶閘管（guǎn）。

晶閘管又名可控矽，通（tōng）常人（rén）們（men）都叫可控矽。是一種功率半導（dǎo）體器件，由於它效率高，控（kòng）製（zhì）特（tè）性好，壽命長，體積小等優（yōu）點，自上個（gè）世紀六十長代以來，獲（huò）得了迅猛（měng）發展，並已形成了一門獨（dú）立的學科（kē）。“晶（jīng）閘（zhá）管交流（liú）技術”。 晶閘管發展到今天（tiān），在工藝上（shàng）已經非常成熟，品（pǐn）質更好（hǎo），成品率大幅提高，並向高壓大電流發展（zhǎn）。目前國內晶閘（zhá）管最（zuì）大（dà）額（é）定電流可（kě）達（dá）5000A，國外更大。我國的韶山電（diàn）力（lì）機（jī）車上（shàng）裝載的都是我國自（zì）行（háng）研（yán）製的大功率晶閘管。 晶閘管的應（yīng）用：

一、可控整流

如（rú）同二（èr）極管整流一樣（yàng），可以（yǐ）把交流整（zhěng）流為直流，並且在交流（liú）電（diàn）壓不變的情況下，方便（biàn）地（dì）控製直流輸出電壓的（de）大小即可控整流，實現（xiàn）交流——可變直流

二、交流調壓與調功

利（lì）用晶閘管的（de）開關特性代（dài）替老式的淨化（huà）穩壓器（上海（hǎi）穩博電器有限公司）、無（wú）觸（chù）點穩壓器（上海穩博（bó）電器有限公司）、接觸調壓器、感（gǎn）應（yīng）調壓器和飽和電抗器調壓。為了（le）消除晶閘管交流調壓（yā）產生的高次諧波，出現了一（yī）種過零觸發（fā），實現負載交（jiāo）流功率的無級（jí）調節即晶閘（zhá）管調功器。交（jiāo）流——可變交流。

三、逆變與變頻 直流輸電：

將（jiāng）三相（xiàng）高（gāo）壓交流（liú）整流為高壓直（zhí）流，由高壓直流遠（yuǎn）距離輸（shū）送以減少損耗（hào），增加（jiā）電力（lì）網（wǎng）的穩定，然後由逆變器將直流高壓逆變為50HZ三相交流。直流——交流中頻加熱和交流電動（dòng）機的（de）變（biàn）頻調速、串激調（diào）速等（děng）變頻，交流——頻率可變交（jiāo）流、IGBT無觸點斬波穩壓（yā）器(上海穩博電（diàn）器有限公司（sī）)

 四、斬波調壓（脈（mò）衝調（diào）壓）

斬波調壓是直流——可變直流之間的變（biàn）換，用在（zài）城市電車、電氣機車、電（diàn）瓶搬運車、鏟車（chē）（叉車）、電氣汽車等，高頻電源用（yòng）於電火（huǒ）花加（jiā）工。        

五、無觸（chù）點功率靜態開關（固態開關）

作為功率開關元件，代替接（jiē）觸器、繼電（diàn）器（qì）用於開關頻率很高的場合 晶閘管導通（tōng）條件：

晶閘管加上正向陽（yáng）極（jí）電壓（yā）後，門極加上適當正向門極電壓，使晶閘管導通過程稱為觸（chù）發。晶（jīng）閘管一旦（dàn）觸發導通後，門極就對它失去（qù）控（kòng）製作用，通常在門極上隻（zhī）要加上一（yī）個正向脈衝電（diàn）壓即（jí）可，稱為（wéi）觸（chù）發電壓。門極在一定（dìng）條件（jiàn）下可以觸發晶閘管導通，但無法使其關（guān）斷（duàn）。要使導通的晶閘（zhá）管恢（huī）複阻斷，可降低陽（yáng）極電壓，或增（zēng）大負載（zǎi）電（diàn）阻，使流過晶閘管的陽極電流減小至維持電流（IH）（當門（mén）極斷開時，晶閘管從（cóng）較大的通態電流降至剛好能保持晶閘管導通所需的最小陽極電（diàn）流（liú）叫維持電流），電流會突然降（jiàng）到零，之後再提高電壓或減小負載（zǎi）電阻，電流不會再增大，說明晶閘（zhá）管（guǎn）已恢（huī）複（fù）阻斷。

根據晶閘管陽（yáng）極伏安特（tè）性，可以總結（jié）出：

1．門極斷開時，晶閘管的正（zhèng）向漏（lòu）電流比（bǐ）一般矽二（èr）極管反向漏電流大（dà），且隨（suí）著管子正向陽極（jí）電壓升高而增（zēng）大。當陽（yáng）極電壓升（shēng）到足夠大時（shí），會使（shǐ）晶閘（zhá）管導通（tōng），稱為正向（xiàng）轉折或“硬開（kāi）通”。多次硬開（kāi）通會損壞管子。

2．晶（jīng）閘（zhá）管加上正向陽極電壓後，還必（bì）須加上觸發（fā）電壓，並產生足夠的觸發電流，才能使晶閘管從阻斷轉（zhuǎn）為導通（tōng）。觸發（fā）電流不夠（gòu）時，管子不會導（dǎo）通，但此時正向漏電流隨（suí）著增大而顯（xiǎn）著增大。晶閘管隻能穩定工（gōng）作在關斷和導通兩個狀（zhuàng）態，沒有中間（jiān）狀態，具有雙穩開關特（tè）性。是一種理想（xiǎng）的無觸點功率（lǜ）開關元件。

3．晶閘管（guǎn）一旦觸（chù）發（fā）導通，門極完（wán）全失去控製作（zuò）用。要關（guān）斷晶閘（zhá）管（guǎn），必（bì）須使陽極電流《維（wéi）持（chí）電流，對於電阻（zǔ）負載，隻要使（shǐ）管（guǎn）子陽極（jí）電壓（yā）降為零（líng）即可。為（wéi）了保證晶（jīng）閘管可靠迅速關斷，通常（cháng）在管子（zǐ）陽極電壓互降為零後（hòu），加上（shàng）一（yī）定時間的反向（xiàng）電壓。 晶閘管主要特性參數

1．正反向（xiàng）重（chóng）複峰值（zhí）電壓（yā）——額定電壓（yā）（VDRM 、 VRRM取其小者）

2．額定通態平均電流IT（AV）——額定電流（正弦半波平（píng）均值）

3．門（mén）極觸發電流IGT，門極（jí）觸（chù）發電壓UGT， （受溫度變化）

4．通態平均電壓UT（AV）即（jí）管（guǎn）壓降

5．維（wéi）持電流IH與掣（chè）住電流（liú）IL

6．開通與關斷時間 晶閘管合格證基本參數

IT（AV）= A（TC=℃）------通態平均電流（liú）

VTM= V -----------通態峰值電壓

VDRM = V -------------斷態正向（xiàng）重複峰值電壓

IDRM= mA -------------斷態（tài）重（chóng）複峰值電流（liú）

VRRM= V -------------反向重複（fù）峰值（zhí）電壓

IRRM = mA ------------反向重複（fù）峰（fēng）值電流

IGT = mA ------------門極（jí）觸發電流

VGT= V ------------門極觸發（fā）電壓

執（zhí）行（háng）標準：QB-02-09

1．晶閘（zhá）管（guǎn）關（guān）斷過電壓（yā）（換流過電壓、空（kōng）穴積蓄效（xiào）應過電壓）及（jí）保（bǎo）護

晶閘管從導（dǎo）通到（dào）阻斷，線路電感（主要是變壓（yā）器（qì）漏（lòu）感LB）釋放能量（liàng）產生過電壓（yā）。由於（yú）晶（jīng）閘管在導通（tōng）期間，載流（liú）子充滿（mǎn）元件內部，在關斷過（guò）程中，管子在反向作用下，正（zhèng）向電（diàn）流（liú）下降到（dào）零（líng）時，元件內部殘存（cún）著載流子。這些載流子在反向（xiàng）電壓作用（yòng）下瞬（shùn）時（shí）出現較大的（de）反向電流，使殘存的載流（liú）子迅速消（xiāo）失，這時反（fǎn）向電流減（jiǎn）小即diG/dt極大，產生的（de）感（gǎn）應電勢很大，這個電（diàn）勢與電源串聯，反向（xiàng）加（jiā）在已（yǐ）恢複阻（zǔ）斷的元件上，可導致晶閘管反向擊穿。這就是關斷過（guò）電壓（換相過電壓（yā））。數值可達工作電壓的5~6倍（bèi）。保（bǎo）護措施：在晶閘管兩端並接阻（zǔ）容吸收電路。

2．交流側過電壓及其保護

由於交流側電路在接通或斷開時出現（xiàn）暫（zàn）態過程（chéng），會產生操作（zuò）過電壓。高壓（yā）合閘（zhá）的瞬間，由於初（chū）次（cì）級之間存在分（fèn）布電容，初級高壓（yā）經（jīng）電容（róng）耦合（hé）到次（cì）級，出（chū）現瞬時過（guò）電壓（yā）。措施：在三相變壓器次級星形中點與地之間並（bìng）聯適當電（diàn）容，就可以（yǐ）顯著減小這（zhè）種過（guò）電壓。與整流器（qì）並聯的（de）其它（tā）負載切斷時，因（yīn）電源（yuán）回路電感產生感（gǎn）應電勢的過電壓。變（biàn）壓器空載（zǎi）且電源電壓過零時，初級拉閘，因變（biàn）壓器激磁電流的突變，在次級（jí）感生出（chū）很高（gāo）的瞬時電壓，這種電壓尖峰值可達工作電（diàn）壓（yā）的6倍以上（shàng）。交流（liú）電（diàn）網遭雷擊或（huò）電網侵入幹擾過電壓，即偶發性浪湧電壓（yā），都必須加阻容吸收路進行保護。

3．直流側（cè）過（guò）電壓（yā）及保護

當負載斷開時或（huò）快熔斷時，儲存在變（biàn）壓器中（zhōng）的（de）磁場（chǎng）能（néng）量會產生過電壓（yā），顯然（rán）在交流側阻容吸收保護電路可以抑製這種過電壓，但由（yóu）於變（biàn）壓器（qì）過（guò）載時儲存的能量比（bǐ）空載時要大（dà），還不能完全（quán）消除。措施：能常采用壓敏吸收進行（háng）保護。

4．過電流保護

一般加（jiā）快（kuài）速熔斷器進行（háng）保護，實際上它不能保護（hù）可控（kòng）矽（guī），而是保護（hù）變壓器線圈。

5．電壓（yā）、電流上（shàng）升率的（de）限製

4.均流與晶閘管選擇（zé）

均流不好，很容易燒壞元件。為了解（jiě）決均流問題，過去加均流電抗器，噪聲（shēng）很大，效（xiào）果（guǒ）也（yě）不（bú）好，一隻一隻進行對比，擰螺絲（sī）鬆緊，很盲目（mù），效果差，噪音大（dà），耗能（néng）。我們采用的辦法（fǎ）是：用計算機（jī）程序（xù）軟件進（jìn）行動態（tài）參數篩選（xuǎn）匹配、編號，裝配時（shí）按（àn）其號碼順序裝（zhuāng）配，很間單。每（měi）一隻元件上都刻有字，以便下更（gèng）換（huàn）時參考。這樣能使均流係數可達到0.85以上（shàng）。為了（le）減少並聯，選（xuǎn）用大元（yuán）件。這樣可以（yǐ）進（jìn）一步提高（gāo）均流（liú）度（dù），並減小損耗，因（yīn）為每一隻元件都存在一個 壓降， 這（zhè）也是整流（liú）器的主要損耗。