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常用電力電子器件1.晶閘管

晶閘管又稱(chēng)可控硅,是目前應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)元件,其掌握電流可從數(shù)安培到數(shù)千安培。

晶閘管的主要類(lèi)型有單向晶閘管SCR、雙向晶閘管和可關(guān)斷晶閘管GTO等三種最基本類(lèi)型,此外還有光控晶閘管、溫控晶閘管等特別類(lèi)型。

(1)單向晶閘管SCR

1)掌握角α

指從零電壓到被觸發(fā)導(dǎo)通的瞬間的這段時(shí)間所對(duì)應(yīng)的電度角。

2)導(dǎo)通角β

指從被觸發(fā)導(dǎo)通的瞬間開(kāi)頭到電壓為零這段時(shí)間所對(duì)應(yīng)的電度角。

SCR導(dǎo)通之后的輸出電壓可以用式:

(2)雙向晶閘管TRIAC

雙向晶閘管可以看成是兩個(gè)單向晶閘管反向并聯(lián)組成。其中MTl和MT2為主電極,G為門(mén)極。

與單向晶閘管相比,雙向晶閘管的特點(diǎn)是:在觸發(fā)后是雙向?qū)ǖ模婚T(mén)極所加觸發(fā)信號(hào)可以為正也可以為負(fù)。

留意:由于雙向晶閘管是雙向?qū)ǖ模鼜囊粋€(gè)方向過(guò)零進(jìn)入反向阻斷狀態(tài)只是一個(gè)非常短暫的過(guò)程,當(dāng)負(fù)載是感性負(fù)載時(shí)(如電樞),由于電流滯后性,有可能會(huì)使電壓過(guò)零時(shí)電流仍存在,從而導(dǎo)致雙向晶閘管失控(不關(guān)斷)。為使雙向晶閘管能正確工作應(yīng)在其兩主電極MTl與MT2間加RC電路。

(3)門(mén)極可關(guān)斷晶閘管GTO

當(dāng)門(mén)極加上正掌握信號(hào)時(shí)GTO導(dǎo)通;在門(mén)極加上負(fù)掌握信號(hào)時(shí)GTO截止。

(4)光控晶閘管與溫控晶閘管

光控晶閘管是把光電耦合器件與雙向晶閘管做到—起形成的集成電路。它的典型產(chǎn)品有MOC3041,MpC3021等。其結(jié)構(gòu)如圖3—41所示。

光控晶閘管的輸入電流一般為10~100mA,輸入端反向電壓一般為6V;輸出電流一般為lA,輸出端耐壓一般為400~600V。因此,光控晶閘管大多用于驅(qū)動(dòng)大功率的雙向晶閘管。

溫控晶閘管是一種小功率晶閘管,它的輸出電流一般在100mA左右。

①溫控晶閘管是一種溫敏器件,它和一般晶閘管具有相同的開(kāi)關(guān)特性。

②溫控晶閘管的溫度特性是負(fù)特性(當(dāng)溫度越高時(shí),正向開(kāi)關(guān)門(mén)檻電壓越低。

③在溫控晶閘管的陰極電壓固定時(shí),溫度升到某一個(gè)值,溫控晶閘管就會(huì)導(dǎo)通;溫度連續(xù)上升,溫控晶閘管保持導(dǎo)通;假如溫度下降到某一個(gè)值,則溫控晶閘管又會(huì)變成截止??梢?jiàn),用溫控晶閘管可實(shí)現(xiàn)溫度的開(kāi)關(guān)掌握。

④在溫控晶閘管的門(mén)極和陽(yáng)極或陰極之間加上適當(dāng)器件,如電位器,光敏管,熱敏電阻等,可以轉(zhuǎn)變晶閘管的導(dǎo)通溫度值。溫控晶閘管一般用于50V以下低壓場(chǎng)合。

2.功率晶體管

(1)功率晶體管(也稱(chēng)為電力晶體管)的特點(diǎn)

①大功率晶體管不僅可以工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),而且也可以工作在模擬狀態(tài),因而有著更廣的工作范圍,如聲頻功率放大,超聲波功率放大,有源濾波器等。

②功率晶體管的開(kāi)關(guān)速度遠(yuǎn)大于晶閘管。

③功率晶體管的掌握比晶閘管簡(jiǎn)單。

④功率晶體管價(jià)格高于晶閘管。

(2)功率晶體管的結(jié)構(gòu)

多管復(fù)合結(jié)構(gòu),功率可高達(dá)幾千瓦。由于采納了復(fù)合結(jié)構(gòu),使功率晶體管有較大的電流放大系數(shù)。

(3)功率晶體管的應(yīng)用

功率晶體管有開(kāi)關(guān)狀態(tài)和模擬狀態(tài)兩種工作狀態(tài),但在機(jī)電產(chǎn)品中,它基本被用來(lái)做高速開(kāi)關(guān)器件。

3.功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管

功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管又稱(chēng)功率MOSFET,是在大功率范圍應(yīng)用的場(chǎng)效應(yīng)晶體管,在機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用中,它有著比雙極型功率晶體管更好的特性,主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:

1)由于功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管盡多數(shù)載流子導(dǎo)電,故而不存在少數(shù)載流子的儲(chǔ)存效應(yīng),從而有較高的開(kāi)關(guān)速度;

2)具有較寬的平安工作區(qū)而不會(huì)產(chǎn)生熱點(diǎn),同時(shí),由于它具有正的電阻溫度系數(shù),所以簡(jiǎn)單進(jìn)行并聯(lián)使用;

3)具有較高的牢靠性和較強(qiáng)的過(guò)載力量,短時(shí)過(guò)載力量通常為額定值的四倍;

4)具有較高的掌握電壓,即閾值電壓,這個(gè)閾值電壓可達(dá)2—6V,因此,有較高的噪聲容限和抗干擾力量,給電路設(shè)計(jì)帶來(lái)極大的便利;

5)由于它是電壓掌握器件,具有很高的輸入阻抗,因此驅(qū)動(dòng)電流很小,接口簡(jiǎn)單。

功率場(chǎng)效應(yīng)管的驅(qū)動(dòng)

為保證有足夠高的電平驅(qū)動(dòng)功率場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,也為了保證它能快速截止,在實(shí)際中常把上拉電阻接到+10~+15V電源。

在實(shí)際使用中,為避開(kāi)干擾由執(zhí)行元件處竄入掌握微機(jī),常采納脈沖變壓器、光電耦合器等對(duì)掌握信號(hào)進(jìn)行隔離。

4.固態(tài)繼電器(SSR)

固態(tài)繼電器是一種無(wú)觸點(diǎn)功率型通斷電子開(kāi)關(guān),又名固態(tài)開(kāi)關(guān)。當(dāng)在掌握端輸入觸發(fā)信號(hào)后,主回路呈導(dǎo)通狀態(tài);無(wú)掌握信號(hào)時(shí)主回路呈阻斷狀態(tài)。掌握回路與主回路間實(shí)行了電隔離及信號(hào)耦合技術(shù)。

在使用時(shí),應(yīng)考慮其應(yīng)用特性如下:

1)依據(jù)產(chǎn)品功能不同,固態(tài)繼電器輸出電路可接溝通或直流,對(duì)溝通負(fù)載的掌握有過(guò)零與不過(guò)零掌握功能。

2)由于固

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