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摘要：现阶段，晶闸管变流技术广泛应用于电力、冶金、机械和国防等方面，在农业 、医疗及其它领域也得到不断的发展。本文笔者首先概述了晶闸管特性及其相关概念，基于此探讨了晶闸管触发电路同步电压的选择。
关键词：晶闸管、特性、同步电压
中图分类号：TM8文献标识码： A 文章编号：
一、前言
晶闸管原称可控硅，是硅晶体闸流管的简称。它在变流装置中作为一种大功率半导体器件。由于它具有体积小、重量轻、效率高、反应快、可靠性好等优点，因而在电力电子领域获得广泛应用。
二、晶闸管概述
1.晶闸管的特性
晶闸管流管简称晶闸管，通常又叫可控硅（即可控硅整流器件，英文缩写SCR）,是50年代发展起来的一种大功率半导体器件。它也像半导体二极管那样具有单向导电性，但起开始导通的时刻是可控的。利用晶闸管的这种特性，可以組成多种具有不同功能的电能变换和调节装置，如可控整流器、逆变器、变频器等。在这种装置中晶闸管具有很多优点。例如具有很高的开关速度、体积小、功率高等，因而获得了广泛的应用
2.晶闸管的结构
它有三个电极,螺旋那一端是阳极a的引出端,并利用它与散热器固定；另一较粗的引线为阴极k,较细的引线则为控制极g。容量更大的晶闸管一般采用平板式,可带风冷或水冷散热器,容量较小的晶闸管与大功率二极管外形相似,只是多了一个控制极。晶闸管的内部结构由PNPN四层半导体构成,中间形成三个PN结:J1、J2、J3。从下面的P1层引出阳极,从上层引出阴极,由中间的P2层引出控制极。
晶闸管就如二极管一样,具有单向导电特性,电流只能从阳极流向阴极,当元件加以反向电压,只有极小的反向漏电流从阴极流向阳极,晶闸管处于反向阻断状态。
晶闸管不同于二极管,还具有正向导通的可控特性。当元件加上正向电压时,元件还不能导通,呈正向阻断状态,这是二极管所不具有的。
3.晶闸管的工作原理
晶闸管在工作过程中,阳极A、阴极K和电源、负载相连,组成了晶闸管的主电路,门板G、阴极K和控制装置相连,组成了晶闸管的控制电路(或称触发电路)。当阳―阴极间加正向电压VAK(EA),同时控制栅极―阴极间加正向电压VGK(EG)时,就产生控制极电流IG(即IB2),经T2放大后,形成集电极电流IC2=β2* IB 2,这个电流又是T1的基极电流,即, IB1= IC2同样经T1放大,产生集电极电流IC1=β1*β2* IB2,此电流又作为T2的基极电流再行放大,如此循环往复,形成正反馈过程,从而使晶闸管完全导通(电流的大小由外加电源电压和负载电阻决定)这个导通过程是在极短的时间内完成的,一般不超过几微秒,称为触发导通过程。导通后即使去掉EG,晶闸管依靠自身的正反馈作用仍然可以维持导通。并成为不可控。因此, EG只起触发导通的作用,一经触发后,EG不管存在与否,晶闸管仍将导通。
导通时,晶闸管的正向压降一般约为0.6～1.2V。值得注意的是,如果因外电路负载电阻增加或电源电压EA减小使阳极电流降低到小于某一数值IH时,则使T1和T2管脱离饱和状态,即T1和T2管的集电极―发射极压降增高,使阳极电流进一步减小,形成正反馈。最终使T1和T2管截止,即晶闸管呈阻断状态。因此称IH为最小维持电流。若已导通的晶闸管的外加电压降到零或切断电源,则阳极电流降到零,晶闸管即自行阻断。
三、晶闸管触发电路同步电压的选择
1.同步电压
所谓同步电压就是给晶闸管触发器提供与晶闸管承受的电源电压保持合适相位关系的电压，让各晶闸管在对应的电压作用下，触发脉冲的相位出现在应被触发的晶闸管承受正向电压区间，确保主电路各晶闸管能按要求的顺序触发导通。否则，晶闸管将无法正常工作。
触发脉冲应在阳极电位高于阴极电位时出现，晶闸管才能被触发导通，因此必须根据被触发晶闸管的阳极电压相位，正确供给各触发电路特定相位的同步信号电压，才能使触发电路分别在各晶闸管需要触发脉冲的时刻输出脉冲。通常将同步变压器接在主电路上，保证同步电压与主电源电压同频率，通过同步变压器的不同连接组别，即不同时钟点数，再配以阻容移相触发电路，获得所要求相位的同步信号电压。
2.同步电压与主回路电源电压的关系
在常用的锯齿波移相触发电路中，初始脉冲发出的时刻由接到该触发电路的同步电压US的相位来决定，移相则由控制电压UC的大小来决定，因此正确选择同步电压的相位是保证晶闸管电路正常工作的前提。每个触发电路的同步信号电压US与被触发晶闸管的阳极电压的相位关系由主电路型式、触发电路的类型、负载性质和不同的移相要求决定。现以主电路为三相全控桥式电路、电感性负载、要求移相范围为0~π的锯齿波触发电路(如图1所示)为例来说明它们的相位关系。
图1三相全控桥同步电路
为便于说明，规定:同步电压USX与被触发晶闸管的阳极电压UX有相同的下标x (x表示相别)。对于触发电路，触发波型可分为正弦波和锯齿波两种，但不管是正弦波触发电路还是锯齿波触发电路，选择同步电压、的总的原则是:当移相控制电压UC=0时，主电路的输出电压应为零。因此，对于正弦波触发电路来说，USX的过零点应与主电路中对应晶闸管的阳极电压α=90°(即wt=120°)的时刻对应；对于锯齿波触发电路来说，锯齿波Uh的中点应与a=90°的时刻对应(锯齿波的宽度一般取240°)，如图2所示。正弦波或锯齿波触发电路由于其晶体管类型的不同，又分PNP型和NPN型，对这四种触发电路，其同步电压、与对应晶闸管的阳极电压人的相位关系如表1所示，其同步电压和电源电压的相位关系见图3-图6。
表1 触发电路同步电压与对应晶闸管阳极电压的相位关系
表2同步变压器TS与电源变压器TR的接线关系
图2 与主电源同步的锯齿波电压
图3 正弦NPN触发电路相量图
图4 正弦PNP触发电路相量图
. 图5 锯齿NPN触发电路相量图
图6 锯齿PNP触发电路相量图
3.同步变压器的选取
三相全控桥式电路要求双脉冲触发，六个晶闸管的六个触发脉冲依次相差60°，因此六块触发电路的同步电压也必须相差60°。在实际电路中，这六个相差60°的同步电压一般都由一台具有两个次级绕组的三相变压器提供。
对于不同连接组别的主变压器和不同的触发电路，应该选择不同的同步变压器与之配合。在选择同步电压时，一般先选T+U。的触发电路的同步电压(如Usu)。只要Usu,确定了，其余五个同步电压就可以按其相位关系顺序确定。假设同步电压下标标注的相别与一次侧所接的电压相别相对应，当同步电压与所触发电路的电源电压取同名相时，即Usu、Usv、Usw、Usu′、Usv ′、Usw ′分别接到T+u、T+v、T+w、T-u、T-v、T-w管的触发电路上时，按照这种选择方法，根据表1的相位关系，则主电路变压器TR和同步变压器TS两者之间的配合可以参照表2中的对应关系选择。
四、结语
综上所述，以上只是其中的一种配合方式，如果某相同步电压不一定是加在同名相的触发电路时，还会有更多的配合结果。在实际中，只要两者之间遵循同步电压选取原则与表1的相位关系，通过相量图进行分析，我们就能够解决同步的问题。
参考文献：
赵国华：《浅析晶闸管的过电压保护》，《计算机光盘软件与应用》， 2012年17期
张君双：《浅析电力电子设备中晶闸管的保护》，《辽宁师专学报》， 2007年02期
闫科伦：《变流装置中晶闸管的保护》，《青海科技》， 2008年02期
董永志 董云丽 翟建楠 刘健华：《一种晶闸管移相触发电路》，《中国新技术新产品》，2009年10期
关键词：晶闸管、特性、同步电压
中图分类号：TM8文献标识码： A 文章编号：
一、前言
晶闸管原称可控硅，是硅晶体闸流管的简称。它在变流装置中作为一种大功率半导体器件。由于它具有体积小、重量轻、效率高、反应快、可靠性好等优点，因而在电力电子领域获得广泛应用。
二、晶闸管概述
1.晶闸管的特性
晶闸管流管简称晶闸管，通常又叫可控硅（即可控硅整流器件，英文缩写SCR）,是50年代发展起来的一种大功率半导体器件。它也像半导体二极管那样具有单向导电性，但起开始导通的时刻是可控的。利用晶闸管的这种特性，可以組成多种具有不同功能的电能变换和调节装置，如可控整流器、逆变器、变频器等。在这种装置中晶闸管具有很多优点。例如具有很高的开关速度、体积小、功率高等，因而获得了广泛的应用
2.晶闸管的结构
它有三个电极,螺旋那一端是阳极a的引出端,并利用它与散热器固定；另一较粗的引线为阴极k,较细的引线则为控制极g。容量更大的晶闸管一般采用平板式,可带风冷或水冷散热器,容量较小的晶闸管与大功率二极管外形相似,只是多了一个控制极。晶闸管的内部结构由PNPN四层半导体构成,中间形成三个PN结:J1、J2、J3。从下面的P1层引出阳极,从上层引出阴极,由中间的P2层引出控制极。
晶闸管就如二极管一样,具有单向导电特性,电流只能从阳极流向阴极,当元件加以反向电压,只有极小的反向漏电流从阴极流向阳极,晶闸管处于反向阻断状态。
晶闸管不同于二极管,还具有正向导通的可控特性。当元件加上正向电压时,元件还不能导通,呈正向阻断状态,这是二极管所不具有的。
3.晶闸管的工作原理
晶闸管在工作过程中,阳极A、阴极K和电源、负载相连,组成了晶闸管的主电路,门板G、阴极K和控制装置相连,组成了晶闸管的控制电路(或称触发电路)。当阳―阴极间加正向电压VAK(EA),同时控制栅极―阴极间加正向电压VGK(EG)时,就产生控制极电流IG(即IB2),经T2放大后,形成集电极电流IC2=β2* IB 2,这个电流又是T1的基极电流,即, IB1= IC2同样经T1放大,产生集电极电流IC1=β1*β2* IB2,此电流又作为T2的基极电流再行放大,如此循环往复,形成正反馈过程,从而使晶闸管完全导通(电流的大小由外加电源电压和负载电阻决定)这个导通过程是在极短的时间内完成的,一般不超过几微秒,称为触发导通过程。导通后即使去掉EG,晶闸管依靠自身的正反馈作用仍然可以维持导通。并成为不可控。因此, EG只起触发导通的作用,一经触发后,EG不管存在与否,晶闸管仍将导通。
导通时,晶闸管的正向压降一般约为0.6～1.2V。值得注意的是,如果因外电路负载电阻增加或电源电压EA减小使阳极电流降低到小于某一数值IH时,则使T1和T2管脱离饱和状态,即T1和T2管的集电极―发射极压降增高,使阳极电流进一步减小,形成正反馈。最终使T1和T2管截止,即晶闸管呈阻断状态。因此称IH为最小维持电流。若已导通的晶闸管的外加电压降到零或切断电源,则阳极电流降到零,晶闸管即自行阻断。
三、晶闸管触发电路同步电压的选择
1.同步电压
所谓同步电压就是给晶闸管触发器提供与晶闸管承受的电源电压保持合适相位关系的电压，让各晶闸管在对应的电压作用下，触发脉冲的相位出现在应被触发的晶闸管承受正向电压区间，确保主电路各晶闸管能按要求的顺序触发导通。否则，晶闸管将无法正常工作。
触发脉冲应在阳极电位高于阴极电位时出现，晶闸管才能被触发导通，因此必须根据被触发晶闸管的阳极电压相位，正确供给各触发电路特定相位的同步信号电压，才能使触发电路分别在各晶闸管需要触发脉冲的时刻输出脉冲。通常将同步变压器接在主电路上，保证同步电压与主电源电压同频率，通过同步变压器的不同连接组别，即不同时钟点数，再配以阻容移相触发电路，获得所要求相位的同步信号电压。
2.同步电压与主回路电源电压的关系
在常用的锯齿波移相触发电路中，初始脉冲发出的时刻由接到该触发电路的同步电压US的相位来决定，移相则由控制电压UC的大小来决定，因此正确选择同步电压的相位是保证晶闸管电路正常工作的前提。每个触发电路的同步信号电压US与被触发晶闸管的阳极电压的相位关系由主电路型式、触发电路的类型、负载性质和不同的移相要求决定。现以主电路为三相全控桥式电路、电感性负载、要求移相范围为0~π的锯齿波触发电路(如图1所示)为例来说明它们的相位关系。
图1三相全控桥同步电路
为便于说明，规定:同步电压USX与被触发晶闸管的阳极电压UX有相同的下标x (x表示相别)。对于触发电路，触发波型可分为正弦波和锯齿波两种，但不管是正弦波触发电路还是锯齿波触发电路，选择同步电压、的总的原则是:当移相控制电压UC=0时，主电路的输出电压应为零。因此，对于正弦波触发电路来说，USX的过零点应与主电路中对应晶闸管的阳极电压α=90°(即wt=120°)的时刻对应；对于锯齿波触发电路来说，锯齿波Uh的中点应与a=90°的时刻对应(锯齿波的宽度一般取240°)，如图2所示。正弦波或锯齿波触发电路由于其晶体管类型的不同，又分PNP型和NPN型，对这四种触发电路，其同步电压、与对应晶闸管的阳极电压人的相位关系如表1所示，其同步电压和电源电压的相位关系见图3-图6。
表1 触发电路同步电压与对应晶闸管阳极电压的相位关系
表2同步变压器TS与电源变压器TR的接线关系
图2 与主电源同步的锯齿波电压
图3 正弦NPN触发电路相量图
图4 正弦PNP触发电路相量图
. 图5 锯齿NPN触发电路相量图
图6 锯齿PNP触发电路相量图
3.同步变压器的选取
三相全控桥式电路要求双脉冲触发，六个晶闸管的六个触发脉冲依次相差60°，因此六块触发电路的同步电压也必须相差60°。在实际电路中，这六个相差60°的同步电压一般都由一台具有两个次级绕组的三相变压器提供。
对于不同连接组别的主变压器和不同的触发电路，应该选择不同的同步变压器与之配合。在选择同步电压时，一般先选T+U。的触发电路的同步电压(如Usu)。只要Usu,确定了，其余五个同步电压就可以按其相位关系顺序确定。假设同步电压下标标注的相别与一次侧所接的电压相别相对应，当同步电压与所触发电路的电源电压取同名相时，即Usu、Usv、Usw、Usu′、Usv ′、Usw ′分别接到T+u、T+v、T+w、T-u、T-v、T-w管的触发电路上时，按照这种选择方法，根据表1的相位关系，则主电路变压器TR和同步变压器TS两者之间的配合可以参照表2中的对应关系选择。
四、结语
综上所述，以上只是其中的一种配合方式，如果某相同步电压不一定是加在同名相的触发电路时，还会有更多的配合结果。在实际中，只要两者之间遵循同步电压选取原则与表1的相位关系，通过相量图进行分析，我们就能够解决同步的问题。
参考文献：
赵国华：《浅析晶闸管的过电压保护》，《计算机光盘软件与应用》， 2012年17期
张君双：《浅析电力电子设备中晶闸管的保护》，《辽宁师专学报》， 2007年02期
闫科伦：《变流装置中晶闸管的保护》，《青海科技》， 2008年02期
董永志 董云丽 翟建楠 刘健华：《一种晶闸管移相触发电路》，《中国新技术新产品》，2009年10期