晶闸管工作原理53726

1、1晶闸管(scr)晶体闸流管简称晶闸管，也称为可控硅整流元件(scr),是由三个pn结构成的一 种大功率半导体器件。在性能上，晶闸管不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整 流元件更为可贵的可控性，它只有导通和关断两种状态。晶闸管的优点很多,例如：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍;反 应极快，在微秒级内开通、关断;无触点运行,无火花、无噪声;效率高，成木低等。 因此，特别是在大功率ups供电系统屮，晶闸管在整流电路、静态旁路开关、无触 点输出开关等电路屮得到广泛的应用。晶闸管的弱点:静态及动态的过载能力较差，容易受干扰而误导通。晶闸管从外形上分类主要有:螺栓形、平板形和平底形。2普通晶

2、闸管的结构和工作原理晶闸管是pnpn四层三端器件，共有三个pn结。分析原理时,可以把它看作是由一 个pnp管和一个npn管所组成，其等效图解如图1 (a)所示，图1 (b)为晶闸管的电 路符号。图1品闸管等效图解图2.1晶闸管的工作过程晶闸管是四层三端器件，它有ji、j2、j3三个pn结，可以把它中间的np分成两 部分，构成一个pnp型三极管和一个npn型三极管的复合管。当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承受反向电压的pn结j2 失去阻挡作用。每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因 此是两个互相复合的晶体管屯路，当有足够的门极电流tg流入时，就会形成强烈 的正

3、反馈，造成两晶体管饱和导通。设pnp管和npn管的集电极电流分别为ic1和ic2,发射极电流相应为la和ik, 电流放大系数相应为a l=icl/ia和a 2=ic2/ik,设流过j2结的反相漏电流为 ico,晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：la 二 jlc1+ic2+ic0k+tco若门极电流为ig,则晶闸管阴极电流为：ik二ia+ig。因此，可以得出晶闸管阳极电流为：z _，8 +勺珀'_ 1-（心2）硅pnp管和硅npn管相应的电流放人系数a 1和a 2随其发射极电流的改变而急 剧变化。当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未接受电压的情况下，式（1）中 ig=0,

4、 （ a 1+ a 2）很小，故晶闸管的阳极电流iaico, uu闸管处于正向阻断状态； 当晶闸管在正向门极电压下，从门极g流入电流ig,由于足够大的ig流经npn管 的发射结，从而提高放人系数a 2,产生足够人的集电极电流tc2流过pnp管的发 射结，并提高了 pnp管的电流放大系数a 1,产生更大的集电极电流ic1流经npn 管的发射结,这样强烈的正反馈过程迅速进行。当a 1和a 2随发射极电流增加而使得（a 1+a 2）"1时,式中的分母1-（ a 1+a 2）0,因此提高了晶闸管的阳极电流iao这时,流过晶闸管的电流完 全由主回路的电压和回路电阻决定，晶闸管已处于正向导通状态

5、。晶闸管导通后， 式屮1-（1 1+a 2）0,即使此时门极电流ig二0,晶闸管仍能保持原来的阳极 电流la而继续导通，门极己失去作用。在晶闸管导通后，如果不断地减小电源电 压或增大回路电阻，使阳极电流b减小到维持电流th以下时，由于al和（12 迅速下降，晶闸管恢复到阻断状态。2.2晶闸管的工作条件由于晶闸管只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性,这种特性需要 一定的条件才能转化，此条件见表lo表1晶闸管导通和关断条件衰i品闸管导逋和关断条件从关斷対寻通维持甘通从导通到关斷（£阳根电位高于例极电位；（2）控制楼和足畔的正向电压和里理阳极电位為于网楼电位；阳极电淹大于维持电漁

6、仃）阳极电位低于附楼电位；（2）阳慢电流小于：:捡w亡晶闸管承受反向阳极电压时，无论门极承受何种电压，品闸管都处于关断状态。晶闸管承受正向阳极电压时,仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。(3)晶闸管在导通悄况卜；只要有一定的正向阳极电压，无论门极屯压如何，晶闸 管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。(4)晶闸管在导通情况下，当主冋路电压(或电流)减小到接近于零时，晶闸管关断。3晶闸管的伏安特性和主要参数 3.1晶闸管的伏安特性晶闸管阳极a与阴极kz间的电压与晶闸管阳极电流z间关系称为晶闸管伏安特 性,如图2所所示。正向特性位于第一象限，反向特性位于第三象限。«/h ug(/

7、rum ic 1 ro lc/mur图2晶闸管伏安特性参数示意图(1)反向特性当门极g开路，阳极加上反向电压时(见图3), j2结正偏，但ji、j2结反偏。此时 只能流过很小的反向饱和电流,当电压进一步提高到j1结的雪丿册击穿电压后，同 时j3结也击穿，电流迅速增加，如图2的特性曲线or段开始弯曲，弯曲处的电压 uro称为“反向转折电压”。此后，品闸管会发生永久性反向击穿。g ?gji j2 j3ji j2 j3图4阳极加正图3阳极加反向电压向电压(2)正向特性当门极g开路，阳极a加上正向电压时(见图4), ji、j3结正偏，但j2结反偏，这 与普通pn结的反向特性相似，也只能流过很小电流，这

8、叫正向阻断状态，当电压 増加,如图2的特性曲线0a段开始弯曲，弯曲处的电压ubo称为“正向转折电 压”。由于电压升高到j2结的雪崩击穿电压后,j2结发生雪崩倍增效应，在结区产生大 屋的电子和空穴，电子进入n1 ix,空穴进入p2区进入n1区的电子与由p1区通 过j1结注入n1区的空穴复合。同样，进入p2区的空穴与出n2区通过j3结注入 p2区的电子复合，雪崩击穿后，进入n1区的电子与进入p2区的空穴各不能 全部复合掉。这样，在n1区就有电子积累，在p2区就有空穴积累，结果使p2 区的电位升高，n1区的电位下降，j2结变成正偏，只要电流稍有增加，电压便迅 速下降，出现所谓负阻特性，见图2屮的虚线

9、ab段。这时ji、j2、j3三个结均 处于正偏，晶闸管便进入正向导电状态通态，此时，它的特性与普通的pn 结正向特性相似，如图2的bc段。(3)触发导通在门极g上加入正向电压时(如图5所示)，因j3正偏,p2区的空穴进入n2区小2 区的电子进入p2区，形成触发电流igto在晶闸管的内部正反馈作用(如图2)的 基础上，加上igt的作用，使晶闸管提前导通，导致图2中的伏安特性0a段左 移，1gt越大，特性左移越快。ji j2 j3图5阳极和门极均加正向电压3.2晶闸管的主要参数(1) 断态重复峰值电压udrm门极开路,重复率为每秒50次,每次持续时间不大于10ms的断态最大脉冲电 压,udrm=90%udsm, udsm为断态不重复峰值电压。udsm