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(jiàn)圖1。它有三個(gè)PN結(jié)（J1、J2、J3），從J1結(jié)構(gòu)的P1層引出陽(yáng)極A，從N2層引出陰級(jí)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(yáng)極---陰極間可以連續(xù)通過(guò)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(kāi)路未加觸發(fā)信號(hào)，陽(yáng)極正向電壓還未超過(guò)導(dǎo)能電壓時(shí)，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?，不能超過(guò)手冊(cè)給出的這個(gè)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(shí)，可以重復(fù)加在可控硅兩端的反向峰值電壓。使用時(shí)，不能超過(guò)手冊(cè)給出的這個(gè)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(yáng)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(yáng)極正向電流。

　　采用可控硅技術(shù)對(duì)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(shí)段實(shí)時(shí)調(diào)整，有穩(wěn)壓作用，采用電子元件，相對(duì)來(lái)說(shuō)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(wú)法實(shí)現(xiàn)正弦波輸出，還會(huì)出現(xiàn)大量諧波，形成對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)諧波污染，危害極大，不能用在有電容補(bǔ)償電路中。（現(xiàn)代照明設(shè)計(jì)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(jì)用電容補(bǔ)償功率因數(shù)）在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，已有明文規(guī)定對(duì)電氣設(shè)備諧波含量的限制，在國(guó)內(nèi)，北京、上海、廣州等大城市，已對(duì)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(shí)，我們經(jīng)常將這種四層P1N1P2N2結(jié)構(gòu)看作由一個(gè)PNP管和NPN管構(gòu)成，如下圖所示。

　　當(dāng)陽(yáng)極A端加上正向電壓時(shí)，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)，此時(shí)由控制極G端輸入正向觸發(fā)信號(hào)，使得BG2管有基極電流ib2通過(guò)，經(jīng)過(guò)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(wú)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(guò)上面對(duì)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(shí)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(lái)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(gè)電視機(jī)常用的過(guò)壓保護(hù)電路，當(dāng)E+電壓過(guò)高時(shí)A點(diǎn)電壓也變高，當(dāng)它高于穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)壓值時(shí)DZ道通，可控硅D受觸發(fā)而道通將E+短路，使保險(xiǎn)絲RJ熔斷，從而起到過(guò)壓保護(hù)的作用。

　　2、相位觸發(fā)電路

　　相位觸發(fā)電路實(shí)際上是交流觸發(fā)電路的一種，如圖3，這個(gè)電路的方法是利用RC回路控制觸發(fā)信號(hào)的相位。當(dāng)R值較少時(shí)，RC時(shí)間常數(shù)較少，觸發(fā)信號(hào)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(shí)，RC時(shí)間常數(shù)較大，觸發(fā)信號(hào)的相移A2較大，因此負(fù)載獲得較少的電功率。這個(gè)典型的電功率無(wú)級(jí)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(tái)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(shí)質(zhì)上就是一個(gè)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(lái)實(shí)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(jī)理，它是采用相位控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓或調(diào)光的。對(duì)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(yáng)極電壓的同時(shí)又加上適當(dāng)?shù)恼蚩刂齐妷簳r(shí)，可控硅就導(dǎo)通；這一導(dǎo)通即使在撤去門(mén)極控制電壓后仍將維持，一直到加上反向陽(yáng)極電壓或陽(yáng)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(shí)現(xiàn)前沿觸發(fā)相控調(diào)壓的。在正弦波交流電過(guò)零后的某一時(shí)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(guò)的可控硅開(kāi)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(chēng)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(chēng)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(duì)處于反向聯(lián)接的另一個(gè)可控硅（對(duì)兩個(gè)單向可控硅反并聯(lián)或雙向可控硅而言）在t2時(shí)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(duì)正弦波每半個(gè)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(shí)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(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)干擾等問(wèn)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(diǎn)

　　第一、運(yùn)行環(huán)境因素是這類(lèi)調(diào)光設(shè)備關(guān)鍵的影響因素，在選購(gòu)、安裝之前大家需要將這類(lèi)設(shè)備的安裝環(huán)境進(jìn)行測(cè)里，并且良好相應(yīng)的電力指標(biāo)問(wèn)題，必須確保所選購(gòu)的調(diào)光器設(shè)備在這方面可以告訴滿(mǎn)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(yáng)光直射的地方。并且在連接過(guò)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?yàn)殡娏鬏斔偷牟环€(wěn)定，導(dǎo)致了設(shè)備出現(xiàn)故障問(wèn)題。

　　第三、針對(duì)這類(lèi)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(lái)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(guò)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(shuō)明書(shū)，這樣在充分了解這款型號(hào)的調(diào)光器之下進(jìn)行使用。

　　第五、堅(jiān)持做好可控硅調(diào)光器和運(yùn)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(lèi)調(diào)光器的性能發(fā)揮更加出色。

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

　　第七、根據(jù)這類(lèi)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(zhuān)業(yè)的檢則設(shè)備為調(diào)光裝置故好檢測(cè)。

　　這兩年來(lái)，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(chǎng)需求里也逐步增加。希望通過(guò)上面的簡(jiǎn)單介紹，可以幫助大家更好的了解關(guān)于這類(lèi)調(diào)光設(shè)備在安裝與使用過(guò)程當(dāng)中的基本注意事項(xiàng)。

　　可控硅設(shè)計(jì)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(mén)極電流≧IGT ，直至負(fù)載電流達(dá)到≧IL 。這條件必須滿(mǎn)足，并按可能遇到的最低溫度考慮；

　　2.要斷開(kāi)（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(zhǎng)的時(shí)間，使能回復(fù)至截止?fàn)顟B(tài)。在可能的最高運(yùn)行溫度下必須滿(mǎn)足上述條件。；

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

　　4. 為減少雜波吸收，門(mén)極連線長(zhǎng)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(mén)極和MT1 間加電阻1kΩ或更小。高頻旁路電容和門(mén)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(wèn)題，在MT1 和MT2 間加入RC 緩沖電路。若高dICOM/dt 可能引起問(wèn)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(guò)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(mén)極觸發(fā)電路，避開(kāi)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(gè)幾μH 的無(wú)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(duì)電阻性負(fù)載采用零電壓導(dǎo)通；

　　9. 器件固定到散熱器時(shí)，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(zhǎng)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。