北京晶閘管是由三個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的一種大功率半導(dǎo)體器件。在性能上,晶閘管不僅具有單向?qū)щ娦?而且還具有比硅整流元件更為可貴的可控性,它只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種狀態(tài)。 晶閘管的優(yōu)點(diǎn)很多,例如:以小功率控制大功率,功率放大倍數(shù)高達(dá)幾十萬倍;反應(yīng)極快,在微秒級(jí)內(nèi)開通、關(guān)斷;無觸點(diǎn)運(yùn)行,無火花、無噪聲;效率高,成本低等。因此,特別是在大功率UPS供電系統(tǒng)中,在整流電路、靜態(tài)旁路開關(guān)、無觸點(diǎn)輸出開關(guān)等電路中得到廣泛的應(yīng)用。
晶閘管的弱點(diǎn):靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的過載能力較差,容易受干擾而誤導(dǎo)通。
一、交流側(cè)過電壓及其保護(hù)
由于交流側(cè)電路在接通斷開時(shí)出現(xiàn)暫態(tài)過程，因此產(chǎn)生過電壓。例如交流開關(guān)的開閉，交流側(cè)熔斷器熔斷等引起的過電壓。對(duì)于這類過電壓保護(hù)，目前普遍的保護(hù)方法是并接阻容吸收電路和壓敏電阻。
阻容吸收保護(hù)應(yīng)用廣泛，性能可靠，但正常運(yùn)行時(shí)電阻上消耗功率，引起電阻發(fā)熱，且體積較大，對(duì)于能量較大的過電壓不能*抑制。
壓敏電阻是一種非線性元件，它是以氧化鋅為基體的金屬氧化物，有兩個(gè)電極，極間充填有氧化鉍等晶粒。正常電壓時(shí)晶粒呈高阻，漏電流僅有100uA左右，但過電壓時(shí)發(fā)生的電子雪崩使其呈低阻，電流迅速增大從而吸收了過電壓。一般情況下，其在220 VAC電路里使用標(biāo)稱470～680V，在380VAC電路里使用標(biāo)稱780～1000V的壓敏電阻，由于其吸收電能的功率跟其直徑有關(guān)，直徑大的功率就大，一般選用直徑ф12～20的即可。
二、過電流保護(hù)
電力半導(dǎo)體開關(guān)器件對(duì)溫度的變化較為敏感，過電流會(huì)使半導(dǎo)體芯片過熱而造成品質(zhì)下降，壽命降低甚至*性損壞。雖然模塊在10ms內(nèi)可以承受額定電流10倍以上的非重復(fù)的浪涌電流，但很多時(shí)候過電流的時(shí)間都大于此值，很容易造成成*性損壞。因而，過電流的保護(hù)是很重要的，過電流的保護(hù)方法很多，像在交流進(jìn)線串接漏抗大的整流變壓器、接電流檢測(cè)和過流繼電器和裝直流快速開關(guān)等措施，但關(guān)鍵在于反映速度要快。對(duì)于小于模塊浪涌電流值的過電流，常用的電子過流保護(hù)電路可以立即切斷可控硅的觸發(fā)脈沖，使可控硅在電流過零時(shí)換向時(shí)關(guān)斷，但對(duì)于在10/8.3ms(50/60HZ)以內(nèi)超過SCR的浪涌電流承受值的浪涌電流和短路電流，一般的保護(hù)電路是無效的，應(yīng)考慮采用半導(dǎo)體器件的快速熔斷器。熔斷器的標(biāo)稱熔斷電流不應(yīng)超過模塊標(biāo)稱電流值的1.57倍。即小于模塊的通態(tài)電流的有效值。市售的快熔種類較多，質(zhì)量差異較大，選擇時(shí)應(yīng)慎重。
與普通熔斷器比較，半導(dǎo)體快速熔斷器是專門用來保護(hù)電力半導(dǎo)體功率器件過流的元件，它具有快速熔斷的特性，在流過6倍額定電流時(shí)其熔斷時(shí)間小于工頻的一個(gè)周期(20ms)。
快速熔斷器可接在交流側(cè)直流側(cè)或與晶閘管橋臂串聯(lián)，后者直接效果。一般說來快速熔斷器額定電流值(有效值)應(yīng)小于被保護(hù)晶閘管的額定方均根通態(tài)電流(即有效值)ITRMS即1.57ITAV,同時(shí)要大于流過晶閘管的實(shí)際通態(tài)方均根電流(即有效值)IRMS。
三、電壓及電流上升率的保護(hù)
1、電壓上升率(dv/dt)
阻斷時(shí)，其陰陽極之間相當(dāng)于存在一個(gè)PN結(jié)電容，當(dāng)突加正向陽極電壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生充電電容電流，此電流可能導(dǎo)致晶閘管誤導(dǎo)通。因此，對(duì)晶閘管施加的zui大正向電壓上升率必須加以限制。常用方法是在晶閘管兩端并聯(lián)阻容吸收元件。
2、電流上升率(di/dt)
晶閘管開通時(shí)，電流是從靠近門極開始導(dǎo)通然后逐漸擴(kuò)展到整個(gè)陰極區(qū)直至全部導(dǎo)通，這個(gè)過程需要一定的時(shí)間。如果電流上升太快，使電流來不及擴(kuò)展到整個(gè)管芯的有效PN結(jié)面，造成門極附近的陰極區(qū)局部電流密度過大，發(fā)熱過于集中，PN結(jié)的溫度迅速上升形成熱點(diǎn)，使其在很短的時(shí)間內(nèi)超過額定結(jié)溫導(dǎo)致晶閘管工作失效甚至燒毀，所以必須限定晶閘管通態(tài)電流上升率(di/dt)。一般是在橋臂中串入電感或鐵淦氧磁環(huán)。
四、過熱保護(hù)
電力半導(dǎo)體模塊和其它功率器件一樣，工作時(shí)由于自身功耗而發(fā)熱。如果不采取適當(dāng)措施將這種熱量散發(fā)出去，就會(huì)引起模塊管芯PN結(jié)溫度急劇上升,致使器件特性惡化，直至*損壞。功耗主要由導(dǎo)通損耗、開關(guān)損耗、門極損耗三部分組成。在工頻或400Hz以下頻率的應(yīng)用中zui主要的是導(dǎo)通損耗。
為了確保器件長(zhǎng)期可靠地工作，設(shè)計(jì)時(shí)散熱器及其冷卻方式的選擇與電力半導(dǎo)體模塊的電流電壓的額定值選擇同等到重要，千萬不可大意！
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更新時(shí)間：2022-08-19 
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