?一、 晶閘管基本知識

??晶閘管(Thyristor)是晶體閘流管的簡稱，又可稱做可控硅整流器，以前被簡稱為可控硅;1957年美國通用電器公司開發出晶閘管產品，并于1958年使其商業化;晶閘管是PNPN四層半導體結構，它有三個極：陽極，陰極和門極;晶閘管工作條件為：加正向電壓且門極有觸發電流。其派生器件有：快速晶閘管，雙向晶閘管，逆導晶閘管，光控晶閘管等。它是一種大功率開關型半導體器件，在電路中用文字符號為“V”、“VT”表示(舊標準中用字母“SCR”表示)。 晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制，被廣泛應用于可控整流、交流調壓、無觸點電子開關、逆變及變頻等電子電路中。 1、晶閘管分類

??(1)按關斷、導通及控制方式分類 晶閘管按其關斷、導通及控制方式可分為普通晶閘管、雙向晶閘管、逆導晶閘管、門極關斷晶閘管(GTO)、BTG晶閘管、溫控晶閘管和光控晶閘管等多種。

??(2)按引腳和極性分類 晶閘管按其引腳和極性可分為二極晶閘管、三極晶閘管和四極晶閘管。

??(3)按封裝形式分類 晶閘管按其封裝形式可分為金屬封裝晶閘管、塑封晶閘管和陶瓷封裝晶閘管三種類型。其中，金屬封裝晶閘管又分為螺栓形、平板形、圓殼形等多種;塑封晶閘管又分為帶散熱片型和不帶散熱片型兩種。

??(4)按電流容量分類 晶閘管按電流容量可分為大功率晶閘管、中功率晶閘管和小功率晶閘管三種。通常，大功率晶閘管多采用金屬殼封裝，而中、小功率晶閘管則多采用塑封或陶瓷封裝。

??(5)按關斷速度分類 晶閘管按其關斷速度可分為普通晶閘管和高頻(快速)晶閘管。

??2、晶閘管工作條件

??由于晶閘管只有導通和關斷兩種工作狀態,所以它具有開關特性,這種特性需要一定的條件才能轉化,此條件如表1所示。

??表1 晶閘管工作條件 狀態 條件 說明 從關斷到導通

??(1)陽極電位高于陰極電位

??(2)門極有足夠的正向電壓和電流 兩者缺一不可 維持導通 (1)陽極電位高于陰極電位 (2)陽極電流大于維持電流 兩者缺一不可 從導通到關斷 (1)陽極電位低于陰極電位 (2)陽極電流小于維持電流 任一條件即可 二、晶閘管在高壓軟起動中的應用 隨著國民經濟的高速發展，高壓電動機的數量不斷增加。由于大電機直接起動時的電流為額定電流的5～7倍，而啟動轉矩只有額定轉矩的0.4～1.6倍。它在電網條件(電機啟動時的電網壓降小于10%)和工藝條件(啟動轉矩滿足)允許的情況下，可以直接啟動。但過大的啟動電流、過小的啟動轉矩和過長的啟動時間給電機和電網造成了極大的危害。因此，必須在電源和電機之間串入軟起動器來解決這些問題。 晶閘管電機固態軟起動器(以下簡稱高壓軟啟動)的出現，很好的解決了以上問題，它彌補了傳統軟起動器的各種不足，很好地降低了電機的起動電流，降低了配電容量，延長了電機及相關設備的使用壽命，并且起停方式及參數可視負載調整等優點，具有較佳起停性能。 1、晶閘管電機軟起動器工作原理 晶閘管在高壓軟啟動中的應用是一種利用晶閘管進行交流調壓的應用。利用晶閘管可以相控改變晶閘管導通的相位角來調節電壓。 晶閘管移相式軟起動器是改變正弦交流電壓的波形，使之變為非正弦脈沖式交流電，通過調節其占空比，如圖2所示。 注釋： (1)α ：控制角。指觸發脈沖的加入時間。 (2 ) ：導通角。每半個周期晶閘管導通角度。控制角越大，導通角越小，它們的和為定值α+ = 。它改變交流電的平均電壓，其平均電壓是可控的、平滑變化的。 圖2 移相式調壓 2、晶閘管的保護 晶閘管是高壓軟啟動中最關鍵的功率器件，整機裝置是否工作可靠與晶閘管是否可靠工作有很大的關系。而晶閘管存在著承受過電壓、過電流的能力很差問題， 晶閘管的熱容量很小，一旦發生過電流時，溫度急劇上升，可能將PN結燒壞，造成元件內部短路或開路。例如一只100A的晶閘管過電流為400A時，僅允許持續0.02s，否則將因過熱而損壞; 晶閘管耐受過電壓的能力極差，電壓超過其反向擊穿電壓時，即使時間極短，也容易損壞。若正向電壓超過轉折電壓時，則晶閘管誤導通，導通后的電流較大，使器件受損。 2.1 晶閘管的過壓保護 在晶閘管兩端并聯R-C阻容吸收回路，如圖3所示，利用電容吸收過壓。其實質就是將造成過電壓的能量變成電場能量儲存到電容中,然后釋放到電阻中消耗掉。 晶閘管從導通到阻斷時，和開關電路一樣，因線路電感(主要是變壓器漏感LB)釋放能量會產生過電壓。由于晶閘管在導通期間，載流子充滿元件內部，所以元件在關斷過程中，正向電壓下降到零時，內部仍殘存著載流子。這些積蓄的載流子在反向電壓作用下瞬時出現較大的反向電流，使積蓄載流子迅速消失，這時反向電流消失的極快，即di/dt極大。因此即使和元件串連的線路電感L很小，電感產生的感應電勢L(di/dt)值仍很大，這個電勢與電源電壓串聯，反向加在已恢復阻斷的元件上，可能導致晶閘管的反向擊穿。這種由于晶閘管關斷引起的過電壓，稱為關斷過電壓，其數值可達工作電壓峰值的5～6倍，所以必須采取抑制措施。 阻容吸收電路中電容器把過電壓的電磁能量變成靜電能量存貯，電阻防止電容與電感產生諧振、限制晶閘管開通損耗與電流上升率。這種吸收回路能抑制晶閘管由導通到截止時產生的過電壓，有效避免晶閘管被擊穿。 阻容吸收電路安裝位置要盡量靠近模塊主端子，即引線要短。最好采用無感電阻，以取得較好的保護效果。 圖3 阻容吸收 2.2 晶閘管的動穩態均壓保護 晶閘管串聯使用均壓問題就十分重要，而均壓又分為動態均壓和靜態(穩態)均壓。靜態均壓指的是電路穩定運行時候每個晶閘管承受的電壓相等，而動態均壓指的是在開和關的過程中，由于每個晶閘管的制造工藝的差別，即使是同一廠家的同一型號的晶閘管，都存在觸發能力的不同，造成開關時間或者性能也是有差異的，這些原因造成IGBT在開關的過程中必然會出現開關速度的不一致，如果兩個串聯的IGBT兩端的電壓一定的話，那么先開通的IGBT兩端電壓先降下來，后開通的那個IGBT必然會承受幾乎全部的電壓。關斷時也類似，這就是晶閘管串聯運行時候的動態均壓問題，WDGRQ系列軟起動針對這種問題，開發了獨特的動態均壓保護技術，確保了串聯的晶閘管導通和關閉的一致性。 2.3 晶閘管的過熱保護 晶閘管在電流通過時，會產生一定的壓降，而壓降的存在則會產生一定的功耗，電流越大則功耗越大，產生的熱量也就越大，如果不把這些熱量快速散掉，會造成燒壞晶閘管芯片的問題，因此散熱條件的好壞，是影響模塊能否安全工作的重要因素，良好的散熱條件不但能夠保證模塊可靠工作、防止模塊過熱燒毀，而且能夠提高模塊的電流輸出能力。 所有高壓軟啟動使用晶閘管模塊時，一般采用安裝散熱器來實現過熱保護，因此散熱器的選型將直接影響高壓軟啟動的可靠性及起動次數，WDGRQ系列軟起動在設計過程中使用FloTHERM軟件對散熱器散熱效果進行仿真優化設計，確保了散熱器能可靠的實現對晶閘管的過熱保護。