晶闸管

晶闸管一、可控硅的概念和结构？一种以硅单晶为基本材料的P1N1P2N2四层三端器件，创制于1957年，由于它特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称可控硅T。

又由于可控硅最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅SCR。

在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件（俗称“死硅”）更为可贵的可控性。

它只有导通和关断两种状态。

可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备，如果超过此频率，因元件开关损耗显著增加，允许通过的平均电流相降低，此时，标称电流应降级使用。

可控硅的优点很多，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、无噪音；效率高，成本低等等。

可控硅的弱点：静态及动态的过载能力较差；容易受干扰而误导通。

可控硅从外形上分类主要有：螺栓形、平板形和平底形。

1、可控硅元件的结构：不管可控硅的外形如何，它们的管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2结构。

见图1。

它有三个PN结（J1、J2、J3），从J1结构的P1层引出阳极A，从N2层引出阴级K，从P2层引出控制极G，所以它是一种四层三端的半导体器件。

2、工作原理可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图1所示当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。

此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。

因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。

此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。

这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。

由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。

晶闸管的工作条件概述及解释说明1. 引言1.1 概述:晶闸管作为一种重要的电子器件，在电力控制和电能转换领域发挥着关键的作用。

它具有可靠性高、功率损耗小、体积小等优点，被广泛应用于各个行业。

了解晶闸管的工作条件对于正确使用和设计相关电路至关重要。

1.2 文章结构:本文将首先介绍晶闸管的工作原理，包括其结构和PN结与工作条件之间的关系。

接下来，将详细讨论晶闸管的主要工作条件，包括阻抗匹配与负载电流、触发电压与触发电流以及关断特性及其影响因素。

然后，将探讨晶闸管的保护措施和需注意事项，包括过电流保护与故障检测、温度保护与散热设计要点以及隔离和绝缘性能要求。

最后，通过总结晶闸管的工作条件概述，并说明晶闸管在实际应用中的重要性和未来技术与应用展望，来结束整篇文章。

1.3 目的:本文旨在全面介绍晶闸管的工作条件，帮助读者深入了解晶闸管的原理和使用要点。

通过本文的阐述，读者可以掌握正确选择晶闸管和应用技巧，并能够设计合适的保护措施，确保晶闸管工作稳定可靠。

2. 晶闸管的工作原理:2.1 简介晶闸管:晶闸管是一种半导体器件，具有控制电流流动的特性。

它由四个半导体层构成，并带有三个接线端，即阳极、阴极和门极。

晶闸管可以实现自锁状态，在一定触发条件下将保持开启状态，直到触发信号停止或施加反向电压为止。

2.2 PN结与工作条件:在晶闸管中，两个PN结扮演重要角色。

当施加正向电压时，P区被加上正电压（阳极）而N区被加上负电压（阴极），形成一个正偏性结。

此时穿越PN结的少数载流子会被注入N区，并形成导电通道，使得晶闸管处于导通状态。

然而，在不适当的工作条件下，PN结可能会出现击穿现象，进而使整个晶闸管失效。

因此，在工作过程中需要注意：控制正向电流并维持适当的功耗、避免超过材料的最大额定电压、保持适当温度等。

2.3 准双向导通特性与工作条件:晶闸管具有准双向导通特性，即不论施加的电压是正向还是反向，只要触发条件满足，晶闸管都能够导通。

晶闸管的导通和关断条件(一)晶闸管的导通和关断条件晶闸管是一种电子元件，它具有较好的控制性，被广泛应用于电路中。

在使用晶闸管的时候，必须要掌握它的导通和关断条件。

晶闸管导通条件晶闸管导通时，电流流经晶闸管的主电路，晶闸管有一定的压降，且在导通状态下，具有很低的电压降。

当电流流经晶闸管的时候，晶闸管的正向电压Vak必须大于等于晶闸管的平均开启电压Vtm，才能实现导通状态。

另外，要注意晶闸管的门极触发电压Vgt，通常Vgt>0.7Vtm。

晶闸管关断条件晶闸管在导通状态下，如果在控制电压Ud下，断开了发射极的电源电流，那么晶闸管会自行关闭，也就是说它的关断条件是电流降为零。

同时，为了确保晶闸管能够快速关断，需要增加熄灭电路或者采用反并联二极管等方式来降低关断时间。

晶闸管的适用范围晶闸管能够实现高效率的开关控制，其适用范围相当广泛，在电力电子领域和各种电子设备中都得到了广泛的应用。

晶闸管可以用于直流电源控制器、开关电源、电动机控制器、发电机控制器等多种设备中。

通过掌握晶闸管的导通和关断条件，我们可以更好地理解和使用晶闸管这个电子元件，有效地提升电子设计的质量和效率。

晶闸管的特点晶闸管除了具有高效率、可靠性和稳定性等传统电子元件特点之外，还有以下几个显著的特点：•控制特性好：晶闸管的控制电流非常小，可以通过信号放大器、逻辑电路、门电路等多种方式实现；•恒流控制：当晶闸管处于稳定导通状态时，可以实现稳定的恒流输出；•动态响应快：晶闸管可以快速调节电路中的电压和电流，实现快速的开关控制；•向高功率、大电流方向发展：随着电子技术的不断发展，晶闸管的功率和电流承受能力不断提高，逐渐代替了传统的开关元件。

小结通过本文的介绍，我们了解了晶闸管的导通和关断条件，以及晶闸管的适用范围和特点。

在实际应用中，我们需要针对不同的电路设计和工作环境，选取合适的晶闸管，并结合合适的控制电路和熄灭电路，实现快速、精准的控制。

晶闸管作为一种非常实用的电子元件，将在各种电子设备和电路应用中发挥越来越重要的作用。

晶闸管的概念
晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅.
晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极；晶闸管工作条件为：加正向电压且门极有触发电流；其派生器件有：快速晶闸管，双向晶闸管，逆导晶闸管，光控晶闸管等。

它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。

晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。

简述晶闸管导通的条件
晶闸管导通的条件包括：
1. 网络瞬时电压大于晶闸管的导通电压。

即晶闸管的阳极电压大于其保持电压，同时阳极与阴极之间的电压大于晶闸管的触发电压。

2. 阴极到阳极的触发脉冲或触发电流。

晶闸管一般通过施加正向电流或者脉冲来触发导通。

晶闸管的触发电流需要超过其门极电流，才能确保导通。

3. 输入电流需要大于晶闸管的保持电流。

晶闸管在导通状态下，需要通过一个持续输送的电流来保持导通。

当输入电流小于保持电流时，晶闸管会自动关闭导通。

需要注意的是，晶闸管导通后的电流流过管子，会形成较大的电压降，并且晶闸管导通状态无法被自动关闭，需要通过外部断电或施加反向电压来切断导通。

晶闸管的原理、特性、主要参数及测试方法1.1 晶闸管晶闸管（Thyristor）是硅晶体闸流管的简称，也称为可控硅SCR（Semiconductor Control Rectifier）。

晶闸管作为大功率的半导体器件，只要用几十至几百毫安的电流就可以控制几百至几千安的大电流，实现了弱电对强电的控制。

1.1.1 晶闸管的结构晶闸管是四层（P1N1P2N2）三端（阳极A、阴极K、门极G）器件，其内部结构和等效电路如图1-1所示。

图1-1 晶闸管的内部结构和等效电路晶闸管的符号及外形如图1-2所示，图1-2（a）为晶闸管的符号，图1-2（b）为晶闸管的外形。

晶闸管的类型大致有4种：塑封型、螺栓型、平板型和模块型。

塑封型晶闸管多用于额定电流5A以下；螺栓型晶闸管额定电流一般为5～200A；平板型晶闸管用于额定电流200A以上；模块型晶闸管额定电流可达数百安培。

晶闸管由于体积小、安装方便，常用于紧凑型设备中。

晶闸管工作时，由于器件损耗会产生热量，需要通过散热器降低管芯温度，器件外形是为便于安装散热器而设计的。

图1-2 晶闸管的符号及外形晶闸管的散热器如图1-3所示。

图1-3 晶闸管的散热器1.1.2 晶闸管的工作原理以图1-4所示的晶闸管的导通实验电路来说明晶闸管的工作原理。

在该电路中，由电源EA、晶闸管的阳极和阴极、白炽灯组成晶闸管主电路，由电源EG、开关S、晶闸管的门极和阴极组成控制电路（触发电路）。

图1-4 晶闸管的导通实验电路实验步骤及结果说明如下。

（1）将晶闸管的阳极接电源EA的正极，阴极经白炽灯接电源的负极，此时晶闸管承受正向电压。

当控制电路中的开关S断开时，灯不亮，说明晶闸管不导通。

（2）当晶闸管的阳极和阴极承受正向电压，控制电路中开关S闭合，使控制极也加正向电压（控制极相对阴极）时，灯亮说明晶闸管导通。

（3）当晶闸管导通时，将控制极上的电压去掉（即将开关S断开），灯依然亮，说明一旦晶闸管导通，控制极就失去了控制作用。

晶闸管额定电流计算公式
晶闸管的额定电流计算公式如下：
Irms = (η x Iavg) / (1 - D)
其中，Irms为晶闸管的额定电流，η为负载的波形系数，Iavg为负载的平均电流，D为晶闸管的导通角度。

在实际应用中，负载的波形系数η通常可以认为是1，因为大多数负载的波形是正弦波形，其有效值与平均值相等。

此时，晶闸管的额定电流可简化为：
Irms = Iavg / (1 - D)
需要注意的是，晶闸管的额定电流应小于其最大额定电流，以确保晶闸管在长时间运行过程中不会过载。

拓展：
除了晶闸管的额定电流，还有一些其他重要的额定参数，例如额定电压、额定功率和额定频率等。

这些参数是根据晶闸管的设计和制造过程进行确定的，并在使用时需要严格遵守。

此外，还有一些其他
因素也需要考虑，如散热和温度等，以确保晶闸管的正常运行和可靠性。

中国晶闸管（可控硅）行业发展现状及竞争格局分析一、晶闸管产业概述1、晶闸管的定义及分类晶闸管又称可控硅，是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件，具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，可通过开关使用，但不易驱动，损耗大，难以实现高频化变流，可用于可控整流、交流调压、保护、无触点电子开关、逆变及变频领域等。

根据能否控制信号的关断，晶闸管可分为半控型和全控型。

其中，半控型晶闸管只能控制信号的导通而不能控制其关断，涵盖普通晶闸管、双向晶闸管、快速晶闸管、逆导晶闸管和光控晶闸管等绝大多数晶闸管品类，而全控型晶闸管则包括门极可关断晶闸管（GTO）和栅控晶闸管（MCT）等。

晶闸管的分类2、晶闸管发展历程晶闸管的发展经历了萌芽、发展和成熟三个阶段，朝大功率化、大容量化不断发展。

自1957年美国通用电气公司开发出第一款晶闸管器件以来，晶闸管的发展经历了“萌芽→发展→成熟”三个阶段，并朝大功率化、大容量化不断发展。

国内晶闸管行业真正取得发展在2000年以后，2000年，我国建成的首条300万千瓦直流输电工程采用5英寸晶闸管。

目前，我国晶闸管行业低端市场已经基本形成进口替代，行业内形成了一批规模大、实力雄厚的上市公司，如扬杰科技、捷捷微电子等；但在中高端产品领域，进口产品仍占据主要市场份额，仍具备较大的国产替代空间。

晶闸管发展历程二、晶闸管行业产业链1、晶闸管行业产业链示意图从晶闸管产业链来看，上游市场参与者有单晶硅、金属材料、化学试剂等原材料供应商及生产设备供应商等，下游主要为晶闸管的应用领域，晶闸管器件应用领域主要有汽车电子、计算机、消费电子、工业控制以及网络通信等。

受益于终端产品的更新换代及科技进步引导的新产品生产，晶闸管拥有了不断增长的市场空间。

晶闸管行业产业链示意图2、晶闸管行业下游应用分析晶闸管作为功率半导体中较为早期和成熟的产品，其技术门槛相对较低，但它具有制造成本低、可靠性高、相应配套电路结构简单、体积小和重量轻等特点，具备突出的性价比优势，因此仍广泛应用于工业、交运、军事科研、商业及民用电器等多个领域。

(一）普通晶闸管普通晶闸管（SCR）是由PNPN四层半导体材料构成的三端半导体器件，三个引出端分另为阳极A、阴极K和门极G、图8-4是其电路图形符号。

普通晶闸管的阳极与阴极之间具有单向导电的性能，其内部可以等效为由一只PNP晶闸管和一只NPN晶闸管组成的组合管，如图8-5所示。

当晶闸管反向连接（即A极接电源负端，K极接电源正端）时，无论门极G 所加电压是什么极性，晶闸管均处于阻断状态。

当晶闸管正向连接（即A极接电源正端，K极接电源负端）时，若门极G所加触发电压为负时，则晶闸管也不导通，只有其门极G加上适当的正向触发电压时，晶闸管才能由阻断状态变为导通状态。

此时，晶闸管阳极A极与阴极K极之间呈低阻导通状态，A、K 极之间压降约为1V。

普通晶闸管受触发导通后，其门极G即使失去触发电压，只要阳极A和阴极K 之间仍保持正向电压，晶闸管将维持低阻导通状态。

只有把阳极A电压撤除或阳极A、阴极K之间电压极性发生改变（如交流过零）时，普通晶闸管才由低阻导通状态转换为高阻阻断状态。

普通晶闸管一旦阻断，即使其阳极A与阴极K之间又重新加上正向电压，仍需在门极G和阴极K之间重新加上正向触发电压后方可导通。

普通晶闸管的导通与阻断状态相当于开关的闭合和断开状态，用它可以制成无触点电子开关，去控制直流电源电路。

（二）双向晶闸管双向晶闸管（TRIAC）是由NPNPN五层半导体材料构成的，相当于两只普通晶闸管反相并联，它也有三个电极，分别是主电极T1、主电极T2和门极G。

图8-6是双向晶闸管的结构和等效电路，图8-7是其电路图形符号。

双向晶闸管可以双向导通，即门极加上正或负的触发电压，均能触发双向晶闸管正、反两个方向导通。

图8-8是其触发状态。

当门极G和主电极T2相对于主电极T1的电压为正（V T2＞V T1、V G＞V T1）或门极G和主电极T1相对于主电极T2的电压为负（V T1＜V T2、V G＜V T2）时，晶闸管的导通方向为T2→T1此时T2为阳极，T1为阴极。

晶闸管的导通原理
晶闸管（SCR）是一种具有控制特性的半导体器件，可以用于
电力控制和开关电路中。

它由四个半导体层（P-N-P-N）组成，具有三个电极：阳极（A），阴极（K）和门极（G）。

其中，阳极与阴极之间是主电流路径。

当发生以下条件时，晶闸管处于导通状态：
1. 正向偏置：阳极正电压高于阴极，使得PN结极化为正。

2. 闸流（I_G）的注入：当在门极施加一个较高电压时，会引
起低电阻区（正向偏置区）的电流注入。

这通常通过一个电压源和一个电阻来实现，其中，电压源用于提供电流注入所需的电压，电阻用于限制电流注入的大小。

3. 肖特基二极管的反向偏置：正向偏置引发的电流注入穿过晶闸管的PN结，也会反向偏置与之相连的肖特基二极管。

这将
导致肖特基二极管结锁定，并进一步增加电流注入。

4. 端电压大于保持电压：当从阳极到阴极的电压大于晶闸管的保持电压时，导通状态将保持。

综上所述，只有满足以上条件，晶闸管才能导通。

通过控制闸流的大小和时序，可以在电路中实现精确的电力控制和开关操作。