晶闸管工作原理

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,成本低等。因此,特别是在大功率UPS供电系统中,晶闸管在整流电路、静态旁路开关、无触点输出开关等电路中得到广泛的应用。

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 晶闸管等效图解图

2.1 晶闸管的工作过程

晶闸管是四层三端器件,它有J1、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电路,当有足够的门极电流Ig流入时,就会形成强烈的正反馈,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Ia和Ik,电流放大系数相应为α1=IC1/Ia和α2=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:

Ia=IC1+IC2+ICO =α1Ia+α2Ik+ICO (1)

晶闸管(SCR)原理

作者：

时间：2007-12-17 来源:电子元器件网 浏览评论

推荐给好友 我有问题

个性化定制

关键词： 晶闸管 半导体材料

晶闸管(thyristor)是硅晶体闸流管的简称，俗称可控硅（SCR），其正式名称应是反向阻断三端晶闸管。除此之外，在普通晶闸管的基础上还派生出许多新型器件，它们是工作频率较高的快速晶闸管(fast switching thyristor，FST)、反向导通的逆导晶闸管(reverse conducting thyristor，RCT)、两个方向都具有开关特性的双向晶闸管(TRIAC)、门极可以自行关断的门极可关断晶闸管（gate turn off thyristor，GTO）、门极辅助关断晶闸管(gate assisted

turn off thytistor，GATO)及用光信号触发导通的光控晶闸管(light

controlled thyristor，LTT)等。

一、结构与工作原理

晶闸管是三端四层半导体开关器件，共有3个PN结，J1、J2、J3，如图1(a)所示。其电路符号为图1(b)，A(anode)为阳极，K(cathode)为阴极，G(gate)为门极或控制极。若把晶闸管看成由两个三极管T1(P1N1P2)和T2(N1P2N2)构成，如图1(c)所示，则其等值电路可表示成图1(d)中虚线框内的两个三极管T1和T2。对三极管T1来说，P1N1为发射结J1，N1P2为集电结J2；对于三极管T2，P2N2为发射结J3，N1P2仍为集电结J2；因此J2（N1P2）为公共的集电结。当A、K两端加正电压时，J1、J3结为正偏置，中间结J2为反偏置。当A、K两端加反电压时，J1、J3结为反偏置，中间结J2为正偏置。晶闸管未导通时，加正压时的外加电压由反偏值的J2结承担，而加反压时的外加电压则由J1、J3结承担。

晶闸管的结构与工作原理

一、晶闸管简介

晶闸管（Thyristor）：又称晶体闸流管，可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier——SCR）

1956年美国贝尔实验室（Bell Lab）发明了晶闸管

1957年美国通用电气公司（GE）开发出第一只晶闸管产品

1958年商业化，开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代

20世纪80年代以来，开始被性能更好的全控型器件取代

能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量的场合具有重要地位

晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型——普通晶闸管

广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件（如：双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等）

二、晶闸管的结构与封装

外形有螺栓型和平板型两种封装

引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端

对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便

平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间

晶闸管的外形、结构和电气图形符号

a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号三、晶闸管基本工作特性

三、晶闸管基本工作特性

晶闸管基本工作特性归纳：

承受反向电压时(UAK <0)，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；

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开通(即UAK >0， IGK >0才能开通)；

晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用；

要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下 。

从这个角度可以看出，SCR是一种电流控制型的电力电子器件。

四、晶闸管的工作机理

在分析SCR的工作原理时，常将其等效为两个晶体管V1和V2串级而成。

其工作过程如下：

UGK>0 → 产生IG → V2通→产生IC2 → V1通→ IC1↗ → IC2 ↗ → 出现强烈的正反馈，G极失去控制作用，V1和V2完全饱和，SCR饱和导通。

晶闸管导通后，即使去掉门极电流，仍能维持导通。

晶闸管工作原理

晶闸管（Thyristor）是一种具有双向导通特性的电子器件，常用于电力控制和电能变换领域。它由四层半导体材料构成，包括两个PN结，其中一个是P型材料，另一个是N型材料。晶闸管的工作原理可以分为四个阶段：关断状态、触发状态、导通状态和关断状态。

1. 关断状态：

当晶闸管未被触发时，处于关断状态。在这种状态下，PN结两侧的电压达到了反向击穿电压，使晶闸管处于高阻态。此时，惟独当外部触发信号到达时，晶闸管才会进入下一个阶段。

2. 触发状态：

当外部触发信号到达时，晶闸管进入触发状态。触发信号可以是电压脉冲、电流脉冲或者光信号等。在触发状态下，晶闸管的PN结会发生正反馈，使得晶闸管内部的电流增加。当电流增加到一定程度时，晶闸管会进入下一个阶段。

3. 导通状态：

一旦晶闸管被触发，它就会进入导通状态。在导通状态下，晶闸管的PN结两侧的电压降低到一个很低的值，使得晶闸管能够承受较大的电流。晶闸管的导通状态会向来保持，直到电流下降到一个很低的水平或者外部的关断信号到达。

4. 关断状态：

当电流下降到一个很低的水平或者外部的关断信号到达时，晶闸管会进入关断状态。在关断状态下，晶闸管的PN结两侧的电压恢复到初始的高阻值，晶闸管再也不导通。 晶闸管的工作原理可以通过控制触发信号的时机和持续时间来实现电力控制和电能变换。通过改变触发信号的时机，可以控制晶闸管的导通时间，从而改变电路中的电流波形。通过改变触发信号的持续时间，可以控制晶闸管的平均电流值，从而实现对电路的功率控制。

总结：

晶闸管的工作原理是基于PN结的正反馈效应，通过触发信号的控制来实现导通和关断。它在电力控制和电能变换领域有着广泛的应用，如交流调压、交流机电控制、逆变器等。了解晶闸管的工作原理对于理解电力电子设备的工作原理和应用具有重要意义。