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晶闸管

晶闸管是晶体闸流管的简称，通常又称作可控硅整流器(SCR--silicon controlerd rectifier),以前被简称为可控硅。在电力二极管开始得到应用后不久，1956年美国贝尔实验室(Bell Laboratories)发明了晶闸管，到1957年美国通用电气公司(General Electric Company)开发出了世界上***只晶闸管产品，并于1958年使其商业化。由于其开通时刻可以控制，而且各方面性能均明显胜过以前的汞弧整流器，因而立即受到普遍欢迎，从此开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代，有人把以晶闸管为代表的电力半导体器件的广泛应用，称之为继晶体管发明和应用之后的又一次电子技术革命。

晶闸管是一种大功率半导体器件，它具有体积小、重量轻、耐压高、容量大、使用简单和控制灵敏等优点。单独用晶闸管或者用晶/闸管与整流二极管相结合构成的各种整流电路可以通过控制电路方便地调节输出电压，达到可控整流的目的。因而晶闸管被广泛用于直流稳压电源、电机调速、直流斩波器、交流调压器和无触点开关等方面。

2.2.2 

2.2.1工作原理

如图2-6所示为晶闸管的外形、结构和电气图形符号。从外形上看，晶闸管主要有螺栓型和平板型两种封装形式，均引出三个电极:阳极A、阴极K和门极(或称控制极)G。

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晶闸管是大功率半导体器件，它在工作过程中会有比较大的损耗，因而产生大量的执需需依靠与晶闸管紧密接触的散热器，将这些热量传递给冷却介质。对于螺栓型晶闸管来说，螺栓是晶闸管的阳极A(它与散热器紧密连接)，粗辫子线是晶闸管的阴极K，细辫子线是门极G。螺栓型晶闸管在安装和更换时比较方便，但散热效果较差。对于平板型晶闸管来说，它的两个平面分别是阳极和阴极，而细辫子线则是门极。使用时，两个互相绝缘的散执器把晶闸管紧紧地夹在中间。平板型晶闸管的散热效果较好，但安装和更换比较麻烦。额定通态平均电流小于200A的一般不采用平板型结构。

都将

电流

晶闸管内部是PNPN 四层半导体结构，分别命名为P1、N1、P,、N,四个区P，区引

于第阻断漏电正向: 流，至接: 晶闸

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第2章常用电力电子器件

用示的，否电压月不

出阳极A，N2区引出阴极K，P2区引出门极G。四个区形成J1、J2、J3三个PN结。如果正向电压(阳极电压高于阴极电压)加到器件上，则J2处于反向偏置状态，器件A、K两端之间处于阻断状态，只能流过很小的漏电流。如果反向电压加到器件上，则J1和J3处于反向偏置状态，器件A、K两端之间同样处于阻断状态，也只有很小的漏电流通过。

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晶/闸管导通的工作原理可以用双晶体管模型来解释，如图2-7所示。如在器件上取-倾斜的截面，则晶闸管可以看作由P1N1P2和N1P2N2构成的两个晶体管VT1、VT2组合而成。如果外电路向门极注入电流IG，也就是注人驱动电流，则IG流人晶体管VT2的基极，即产生集电极电流Ic2,它构成晶体管VT1的基极电流，进而放大成集电极电流Ic1,Ic1 又进一步增大VT2的基极电流，如此形成强烈的正反馈，***VT1和VT2进人完全饱和状态，即晶/闸管导通。此时如果撤掉外电路注入门极的电流IG，晶闸管内部形成的强烈正反馈仍然会维持其导通状态。而要使其关断，就必须去掉阳极所加的正电压，或者给阳极施加反压，或者设法使流过晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值以下，晶闸管才能关断。所以，对晶闸管的驱动过程更多的是称为触发，产生注人门极触发电流Ic的电路称为门极触发电路。也正是由于通过门极只能控制其开通，不能控制其关断，晶闸管才被称为半控型器件。

(a)外形

(b)结构

(c)电气图形符号图2-6晶闸管的外形、结构和电气图形符号

(a)双晶体管模型

(b)工作原理

图2-7晶闸管的双晶体管模型及其工作原理

H 

2.2.2伏安特性

总结前述晶闸管的工作原理，可以归纳出晶闸管正常工作时的特性如下。1当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下，晶闸管才能导通。

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晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论其门极触发电流是否还存在，晶闸管都将保持导通状态。

若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用，使流过晶闸管的

电流降到接近于零的某一数值以下。

以上特性反映到晶闸管的伏安特性上则如图2-8所示。位于第I象限的是正向特性，位于第I象限的是反向特性。当Ic=0时，若在器件两端施加正向电压，则晶闸管处于正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过。若正向电压超过临界极限即正向转折电压Uh，则漏电流急剧增大，器件开通(由高阻区经虚线负阻区到低阻区)。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿。即使通过较大的阳极电流，晶闸管本身的压降也很小，在1V左右。导通期间，若门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH 以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。IH称为维持电流。当在晶闸管上施加反向电压时，其伏安特性类似二极管的反向特性。晶闸管处于反向阻断状态

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UPS电源技术及应用

时，只有极小的反向漏电流通过。当反向电压超过一定P限！如***制措施，则反向漏电流急剧增大，必将导致晶闸管发热损坏。

平均电流时的

5门极角变为导通所需闸管可靠触发

通常取压要留有一

(2)电

1通态定的冷却状值。这也是极管一样，用时同样应则来选取昌得计算结果

图2-8晶闸管的伏安特性(I G2>IG1≥>IG) 

晶闸管的门极触发电流是从门极流入晶闸管，从阴极流出的。阴极是晶闸管主电路与持

制电路的公共端。门极触发电流也往往是通过触发电路在门极与阴极之间施加触发电压而产生的。