常用电力电子器件

　　晶闸管又称可控硅，是目前应用最广泛的半导体功率开关元件，其控制电流可从数安培到数千安培。

　　晶闸管的主要类型有单向晶闸管SCR、双向晶闸管和可关断晶闸管GTO等三种最基本类型，此外还有光控晶闸管、温控晶闸管等特殊类型。

　　(1)单向晶闸管SCR

　　1)控制角α

　　指从零电压到被触发导通的瞬间的这段时间所对应的电度角。

　　2)导通角β

　　指从被触发导通的瞬间开始到电压为零这段时间所对应的电度角。

　　SCR导通之后的输出电压可以用式：

　　(2)双向晶闸管TRIAC

　　双向晶闸管可以看成是两个单向晶闸管反向并联组成。其中MTl和MT2为主电极，G为门极。

　　与单向晶闸管相比，双向晶闸管的特点是：在触发后是双向导通的；门极所加触发信号可以为正也可以为负。

　　注意：由于双向晶闸管是双向导通的，它从一个方向过零进入反向阻断状态只是一个十分短暂的过程，当负载是感性负载时(如电枢)，由于电流滞后性，有可能会使电压过零时电流仍存在，从而导致双向晶闸管失控(不关断)。为使双向晶闸管能正确工作应在其两主电极MTl与MT2间加RC电路。

　　(3)门极可关断晶闸管GTO

　　当门极加上正控制信号时GTO导通；在门极加上负控制信号时GTO截止。

　　(4)光控晶闸管与温控晶闸管

　　光控晶闸管是把光电耦合器件与双向晶闸管做到—起形成的集成电路。它的典型产品有MOC3041，MpC3021等。其结构如图3—41所示。

　　光控晶闸管的输入电流一般为10～100mA，输入端反向电压一般为6V；输出电流一般为lA，输出端耐压一般为400～600V。因此，光控晶闸管大多用于驱动大功率的双向晶闸管。

　　温控晶闸管是一种小功率晶闸管，它的输出电流一般在 100mA左右。

　　①温控晶闸管是一种温敏器件，它和普通晶闸管具有相同的开关特性。

　　②温控晶闸管的温度特性是负特性(当温度越高时，正向开关门槛电压越低。

　　③在温控晶闸管的阴极电压固定时，温度升到某一个值，温控晶闸管就会导通；温度继续上升，温控晶闸管保持导通；如果温度下降到某一个值，则温控晶闸管又会变成截止。可见，用温控晶闸管可实现温度的开关控制。

　　④在温控晶闸管的门极和阳极或阴极之间加上适当器件，如电位器，光敏管，热敏电阻等，可以改变晶闸管的导通温度值。温控晶闸管一般用于50V以下低压场合。

　　 2．功率晶体管

　　(1)功率晶体管(也称为电力晶体管)的特点

　　①大功率晶体管不仅可以工作在开关状态，而且也可以工作在模拟状态，因而有着更广的工作范围，如声频功率放大，超声波功率放大，有源滤波器等。

　　②功率晶体管的开关速度远大于晶闸管。

　　③功率晶体管的控制比晶闸管容易。

　　④功率晶体管价格高于晶闸管。

　　(2)功率晶体管的结构

　　多管复合结构，功率可高达几千瓦。由于采用了复合结构，使功率晶体管有较大的电流放大系数。

　　(3)功率晶体管的应用

　　功率晶体管有开关状态和模拟状态两种工作状态，但在机电产品中，它基本被用来做高速开关器件。

　　 3．功率场效应晶体管

　　功率场效应晶体管又称功率MOSFET，是在大功率范围应用的场效应晶体管，在机电系统应用中，它有着比双极型功率晶体管更好的特性，主要表现在如下几个方面：

　　1)由于功率场效应晶体管尽多数载流子导电，故而不存在少数载流子的储存效应，从而有较高的开关速度；

　　2)具有较宽的安全工作区而不会产生热点，同时，由于它具有正的电阻温度系数，所以容易进行并联使用；

　　3)具有较高的可靠性和较强的过载能力，短时过载能力通常为额定值的四倍；

　　4)具有较高的控制电压，即阈值电压，这个阈值电压可达2—6V，因此，有较高的噪声容限和抗干扰能力，给电路设计带来极大的方便；

　　5)由于它是电压控制器件，具有很高的输入阻抗，因此驱动电流很小，接口容易。

　　功率场效应管的驱动

　　为保证有足够高的电平驱动功率场效应管导通，也为了保证它能迅速截止，在实际中常把上拉电阻接到+10～+15V电源。

　　在实际使用中，为避免干扰由执行元件处窜入控制微机，常采用脉冲变压器、光电耦合器等对控制信号进行隔离。

　　 4．固态继电器(SSR)

　　固态继电器是一种无触点功率型通断电子开关，又名固态开关。当在控制端输入触发信号后，主回路呈导通状态；无控制信号时主回路呈阻断状态。控制回路与主回路间采取了电隔离及信号耦合技术。

　　在使用时，应考虑其应用特性如下：

　　1)根据产品功能不同，固态继电器输出电路可接交流或直流，对交流负载的控制有过零与不过零控制功能。

　　2)由于固态继电器是一种电子开关，故有一定的通态压降和断态漏电流。

　　3)负载短路易损坏SSR，应特别注意避免。

　　国产SSR的驱动电流一般为0.5—20mA，最小工作电压3V，故可直接由TTL器件驱动。