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IGBT和可控矽的區別

2019-12-22 12:04:44      點擊:

可控矽

無觸點穩壓器

可(ke)控矽簡(jian)稱(cheng)SCR,是一種大功(gong)率(lv)電器元件(jian),也(ye)稱晶(jing)閘(zha)管。它具(ju)有(you)體(ti)積(ji)小、效率高(gao)、壽(shou)命長(zhang)等優點。在自(zi)動控製係(xi)統(tong)中,可作(zuo)為(wei)大功率驅動器(qi)件,實現(xian)用(yong)小(xiao)功率控件控(kong)製(zhi)大功率設(she)備(bei)。它(ta)在交(jiao)直流電(dian)機調(diao)速係統、調功係統及(ji)隨動係統中(zhong)得到了廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用。

可控矽(xi)分單(dan)向(xiang)可控矽和雙(shuang)向可控矽兩種。雙向可控矽也叫(jiao)三端(duan)雙向可控矽,簡稱TRIAC。雙向可控矽在結構(gou)上相(xiang)當於(yu)兩個單向可控矽反(fan)向連(lian)接,這種可控矽具有雙向導通(tong)功能。其通斷狀態由控製極G決定(ding)。在(zai)控製極(ji)G上加(jia)正(zheng)脈衝(chong)(或(huo)負脈衝)可使其正向(或反向)導通。這(zhe)種裝(zhuang)置的優點是控製電路簡單,沒(mei)有反向耐(nai)壓(ya)問題,因此特別(bie)適(shi)合做交流(liu)無觸點開關使用。

IGBT

IGBT無觸點斬波穩壓器

IGBT絕(jue)緣(yuan)柵(shan)雙極型晶體管(guan),是(shi)由(you)BJT(雙極型三(san)極管)和(he)MOS(絕緣柵型(xing)場效(xiao)應管)組成的複合(he)全(quan)控型電壓驅動(dong)式功率半導(dao)體器件, 兼有MOSFET的高輸(shu)入(ru)阻(zu)抗和(he)GTR的低導通壓降兩方(fang)麵的優(you)點。GTR飽和(he)壓降低,載(zai)流密(mi)度大(da),但(dan)驅(qu)動電流較大;MOSFET驅動功率很小,開(kai)關速(su)度快,但導通壓降(jiang)大,載流密度小。IGBT綜合了(le)以(yi)上兩種(zhong)器件的優點(dian),驅動功率小而飽和(he)壓降低。

IGBT非常(chang)適合應用於直(zhi)流電壓為600V及以上的變(bian)流係統如交流電機、變頻(pin)器、開關電源(yuan)、照明(ming)電路、牽(qian)引(yin)傳動等領域。 圖(tu)1所(suo)示(shi)為一(yi)個N 溝道(dao)增強型絕緣柵雙極晶體管結(jie)構, N+ 區稱為源區,附(fu)於其(qi)上的電極稱為源極。N+ 區稱為漏(lou)區。器件的控製區為柵區,附於其上的電極稱為柵極。溝(gou)道在緊靠柵區邊界(jie)形成。在漏、源之(zhi)間(jian)的P 型區(包括P+ 和P 一區)(溝道在該(gai)區域形成(cheng)),稱為亞溝道區( Subchannel region )。

而在漏區另(ling)一側的P+ 區稱為漏注入區( Drain injector ),它是IGBT 特(te)有的功能(neng)區,與漏區和亞溝道區一起(qi)形成PNP 雙極晶體管,起發(fa)射極的作用,向漏極注(zhu)入空穴(xue),進行導電調製,以降低(di)器件的通態電壓。附於漏注入區上(shang)的電極稱為漏極。 IGBT 的開關(guan)作用是通過加正向柵極電壓形(xing)成溝道,給(gei)PNP 晶體管提供基(ji)極電流,使IGBT 導通。反之,加反向門(men)極電壓消除(chu)溝道,切斷基極電流,使IGBT 關斷。IGBT 的驅動方法和MOSFET 基本相同,隻需(xu)控製輸入極N一溝道MOSFET ,所以具有高輸入阻抗特性(xing)。當(dang)MOSFET 的溝道形成後(hou),從(cong)P+ 基極注入到(dao)N 一層的空穴(少子(zi)),對N 一層進(jin)行(xing)電導調製,減小N 一層的電阻,使IGBT 在高電壓時(shi),也具有低的通態電壓。

IGBT和可控矽區別

IGBT與(yu)晶閘管

IGBT斬波無觸點穩壓器

1.整(zheng)流元件(晶閘管)

簡單地說:整流器是把單相或三相正弦交流電流通過(guo)整流元件變成平(ping)穩的可調的單方向的直流電流。其實(shi)現條件主要(yao)是依靠整流管,晶閘管等(deng)元(yuan)件通過整流來(lai)實現。除此(ci)之外(wai)整流器件還(hai)有很多,如:可關斷晶閘管GTO,逆導晶閘管,雙向晶閘管,整流模(mo)塊(kuai),功率模塊IGBT,SIT,MOSFET等等,這裏(li)隻探討晶閘管。

晶閘管又(you)名可控矽,通常人們都(dou)叫可控矽。是一種功率半(ban)導體器件,由於它效率高,控製特性好,壽命(ming)長,體積小等優點,自上個(ge)世紀(ji)六十長代以來,獲(huo)得了迅(xun)猛發展,並(bing)已(yi)形成了一門獨(du)立的學科。“晶閘管交流技(ji)術”。 晶閘管發展(zhan)到今天,在工(gong)藝(yi)上已經非常成熟,品質更(geng)好(hao),成品率大幅(fu)提高,並向高壓大電流發展。目前(qian)國內晶閘管最大額定電流可達5000A,國外更大。我國的韶山(shan)電力(li)機(ji)車上裝載的都是我國(guo)自行研製的大功率晶閘管。 晶閘管的應用:

一、可控整流

如同(tong)二極管整流一樣,可以把(ba)交流整流為直流,並且(qie)在交流電壓不變的情(qing)況(kuang)下,方便地控製直流輸出(chu)電壓的大小即可控整流,實現交流——可變直流

二、交流調壓與調功

利(li)用晶閘管的開關特性代替(ti)老(lao)式的淨化穩(wen)壓器(上海穩博電器有限公司(si))、無觸點穩壓器(上海穩博電器有限(xian)公(gong)司)、接(jie)觸(chu)調壓器感應調壓器和飽和電抗器調壓。為了消除晶閘管交流調壓產(chan)生(sheng)的高次(ci)諧波(bo),出現了一種過零(ling)觸發,實現負(fu)載交流功率的無級(ji)調節(jie)即晶閘管調功器。交流——可變交流。

三、逆(ni)變與變頻 直流輸電

將三相高壓交流整流為高壓直流,由高壓直流遠距離(li)輸送(song)以減少損(sun)耗,增加電力網的穩定,然(ran)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機的變頻調速、串激調速等變頻,交流——頻率可變交流IGBT無觸點斬波穩壓器(上海穩博電器有限公司)

四、斬(zhan)波調壓(脈(mai)衝調壓)

斬波調壓是直流——可變直流之間的變換,用在城(cheng)市電車(che)、電氣(qi)機車、電瓶(ping)搬運車、鏟車(叉車)、電氣汽(qi)車等,高頻電源用於電火(huo)花(hua)加工。        

五、無(wu)觸點功率靜態開關(固(gu)態(tai)開關)

作為功率開關元件,代替接觸器、繼電器用於開關頻率很(hen)高的場合 晶閘管導通條(tiao)件:

晶閘管加上正向陽極電壓後,門極加上適當正向門極電壓,使晶閘管導通過程稱為觸發。晶閘管一旦觸發導通後,門極就(jiu)對(dui)它失(shi)去(qu)控製作用,通常在門極上隻要加上一個正向脈衝電壓即(ji)可,稱為觸發電壓。門極在一定條件下可以觸發晶閘管導通,但無法使(shi)其關斷。要使導通的晶閘管恢複阻斷,可降低陽極電壓,或增(zeng)大負載電阻,使流過晶閘管的陽極電流減小至(zhi)維持(chi)電流(IH)(當門極斷(duan)開時,晶閘管從較(jiao)大的通態電流降至剛(gang)好能保持晶閘管導通所需的最小陽極電流叫維(wei)持電流),電流會(hui)突(tu)然降到零,之後再提(ti)高電壓或減小負載電阻,電流不(bu)會再增大,說明晶閘管已恢複阻斷。

根據晶閘管陽極伏安特性,可以總結出:

1.門極斷開時,晶閘管的正向漏電流比一般(ban)矽二極管反向漏電流大,且隨著管子正向陽極電壓升高而增大。當陽(yang)極電壓升到足(zu)夠(gou)大時,會使晶閘管導通,稱為正向轉折(zhe)或“硬(ying)開通”。多次硬(ying)開通會損壞管子。

2.晶閘管加上正向陽極電壓後,還必(bi)須加上觸發電壓,並產生足夠的觸發電流,才能使晶閘管從阻斷轉為導通。觸發電流不夠時,管子不會導通,但此時正向漏電流隨著增大而(er)顯(xian)著(zhu)增大。晶閘管隻能穩定工作在關斷和導通兩個狀態,沒有中間狀態,具有雙穩開關特性。是一種理(li)想(xiang)的無觸點功率開關元件。

3.晶閘管一旦觸發導通,門極完全失去控製作用。要關斷晶閘管,必須使陽極電流《維持電流,對於電阻負載,隻(zhi)要使管子陽極電壓降為零即可。為了保(bao)證晶閘管可靠迅速關斷,通常在管子陽極電壓互降為零後,加上一定時間的反向電壓。 晶閘管主(zhu)要特性參(can)數(shu)

1.正反向重複(fu)峰(feng)值(zhi)電壓——額(e)定電壓(VDRM 、 VRRM取(qu)其小者)

2.額定通態平均電流IT(AV)——額定電流(正弦半波平均值)

3.門極觸發電流IGT,門極觸發電壓UGT, (受(shou)溫(wen)度(du)變化)

4.通態平均(jun)電壓UT(AV)即管壓降

5.維持電流IH與掣(che)住電流IL

6.開通與關斷時間 晶閘管合格(ge)證基本(ben)參數

IT(AV)= A(TC=℃)------通態平均電流

VTM= V -----------通態峰值電壓

VDRM = V -------------斷態正向重(zhong)複峰值電壓

IDRM= mA -------------斷態重複峰值電流

VRRM= V -------------反向重複峰值電壓

IRRM = mA ------------反向重複峰值電流

IGT = mA ------------門極觸發電流

VGT= V ------------門極觸發電壓

執行標(biao)準(zhun):QB-02-09

1.晶閘管關斷過電壓(換(huan)流過電壓、空穴積蓄效應過電壓)及保護

晶閘管從導通到阻斷,線路(lu)電感(gan)(主要是變壓器漏感LB)釋放能量產生過電壓。由於晶閘管在導通期(qi)間,載流子充滿(man)元件內(nei)部(bu),在關斷過程中,管子在反向作用下,正向電流下降到零時,元件內部殘(can)存(cun)著載流子。這些(xie)載流子在反向電壓作用下瞬時出現較大的反向電流,使殘存的載流子迅速消(xiao)失,這時反向電流減小即diG/dt極大,產生的感應電勢(shi)很大,這個電勢與電源串(chuan)聯(lian),反向加在已恢(hui)複阻斷的元件上,可導致(zhi)晶閘管反向擊(ji)穿。這就是關斷過電壓(換相過電壓)。數值可達工作電壓的5~6倍(bei)。保護(hu)措(cuo)施(shi):在晶閘管兩端並接阻容(rong)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暫態過程(cheng),會產生操(cao)作過電壓。高壓合閘的瞬間,由於初(chu)次級之間存在分布(bu)電容,初級高壓經(jing)電容耦合到次級,出現瞬時過電壓。措施:在三相變壓器次級星形中點與地之間並聯適當電容,就可以顯著減小這種過電壓。與整流器並聯的其它負載切斷時,因電源回路電感產生感應電勢的過電壓。變壓器空(kong)載且電源電壓過零時,初級拉閘,因變壓器激(ji)磁電流的突變,在次級感生出很高的瞬(shun)時電壓,這種電壓尖峰值可達工作電壓的6倍以上。交流電網遭雷擊或電網侵入幹擾(rao)過電壓,即偶發性浪(lang)湧電壓,都必須加阻容吸收路進行保護。

3.直流側(ce)過電壓及保護

當負載斷開時或快(kuai)熔(rong)斷時,儲存在變壓器中的磁(ci)場(chang)能量會產生過電壓,顯然在交流側阻容吸收保護電路可以抑(yi)製這種過電壓,但由於變壓器過載時儲存的能量比空載時要大,還不能完全消除。措施:能常采(cai)用壓敏吸收進行保護。

4.過電流保護

一般加快速熔斷器進行保護,實際上它不能保護可控矽,而是保護變壓器線圈(quan)。

5.電壓、電流上升(sheng)率的限製

4.均流與晶閘管選擇

均流不好,很容易燒壞元件。為了解(jie)決(jue)均流問題,過去加均流電抗(kang)器,噪聲(sheng)很大,效果也不好,一隻一隻進行對比(bi),擰螺絲鬆緊,很盲目,效果(guo)差(cha),噪音大,耗能。我(wo)們采用的辦法(fa)是:用計算機程序(xu)軟(ruan)件進行動態參數篩選匹配(pei)、編(bian)號,裝配時按(an)其號碼順序裝配,很間單。每一隻元件上都刻(ke)有字,以便(bian)下更換時參考(kao)。這樣能使均流係數可達到0.85以上。為了減少並聯,選(xuan)用大元件。這樣可以進一步(bu)提高均流度,並減小損耗(hao),因(yin)為每(mei)一隻元件都存在一個 壓降, 這也是整流器的主要損耗。

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