晶闸管的工作原理及应用

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)

第四章 晶闸管及其应用

第一节 晶闸管的构造、工作原理、特性和参数

晶闸管—可控硅，是一种受控硅二极管。

优点：体积小、重量轻、耐压高、容量大、响应速度快、控制灵活、寿命长、使用维护方便。

缺点：大多工作与断续的非线性周期工作状态，产生大量谐波干扰电网；过载能力和抗扰能力较差、控制电路复杂。（由于技术进步，近年有改善）

1.1晶闸管的基本结构：晶闸管是具有三个PN结的四层结构,

其外形、结构及符号如图。

1.2晶闸管的工作原理

在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。晶闸管导通后，去掉EG ， 依靠正反馈，仍可维持导通状态。

晶闸管导通必须同时具备两个条件：

1. 晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。

2. 晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。

晶闸管导通后，控制极便失去作用。 依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。

晶闸管关断的条件：

1. 必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。

2. 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反向电压。

1.3晶闸管的伏安特性

静态特性

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；

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；

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。

晶闸管的阳极伏安特性是指晶闸管阳极电流和阳极电压之间的关系曲线，如图3所示。其中：第I象限的是正向特性；第III象限的是反向特性

正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM

图3 晶闸管阳极伏安特性IG2>IG1>IG

IG=0时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。这种开通叫“硬开通”，一般不允许硬开通；

晶闸管行业概况分析 (一)

晶闸管作为一种半导体器件，是传统电子元器件领域内的重要组成部分。在目前的市场环境中，晶闸管的使用范围愈来愈广泛，这主要得益于晶闸管在工业控制、能源领域等方面的广泛应用。接下来，本文将对晶闸管行业的发展状况进行概述。

一、晶闸管的市场需求

在整个电子元器件市场中，晶闸管是需求最高的产品之一。晶闸管在各行业的广泛应用，直接推动了其市场的发展。据统计，在人工智能、5G通讯、新能源、新零售、新基建等领域中，晶闸管的需求增长趋势比较明显，市场前景非常广阔。

二、晶闸管的技术升级

晶闸管的技术不断更新迭代，从单晶、多晶到晶圆制备过程以及工艺的改进，其技术已经取得了巨大的进步。目前，晶闸管主要的技术革新是晶体管的制程、封装技术、封装材料以及设计工艺等。随着科技的不断发展，晶闸管的制造和封装成本也在不断降低。

三、晶闸管市场发展困境

晶闸管在市场上的发展困境主要集中在以下几个方面。

1.市场竞争激烈，产品同质化严重。

随着晶闸管市场的扩大，很多企业加入其中，导致市场竞争愈发激烈。因为产品同质化现象比较严重，这让很多企业在市场中失去了优势。

2.国内企业在技术开发和创新上相对滞后。

目前，晶闸管市场的主要竞争者是国外品牌，在市场上的份额较大。国内企业在技术开发和创新上相对滞后，产品品质和技术水平有待提高。

3.市场需求瞬息万变，晶闸管企业面临较大的风险。

市场需求是瞬息万变的，工业市场并没有统一的规范标准。这使得晶闸管企业在生产销售时面临较大的风险。

四、晶闸管行业的发展前景

尽管晶闸管市场上存在一定的竞争和同质化问题，但其市场需求持续增长，市场前景值得期待。未来，随着人工智能领域、5G通讯领域、新能源领域的快速发展，晶闸管市场将迎来更为广阔的空间。

总之，晶闸管是一项重要的半导体器件，其在工业控制、能源领域等方面的应用令人瞩目。尽管晶闸管市场上存在一些难题，但未来市场的潜力还是很大的。我们可以通过进行技术研发和创新来提高产品品质，积极面对市场的变化和挑战，推动晶闸管行业的稳步发展。

有哪些晶闸管本身特性会造成晶闸管误导通？

晶闸管正常导通是门极信号触发。当门极触发信号强度达到晶闸管国标规定时，晶闸管正向导通。此时，正向电流一定要超过标准规定的维持电流，否则，无法导通。

有两种情况可使晶闸管误导通：选用的晶闸管“断态不重复峰值电压”即俗称正向峰值耐压(或称正向转折电压)偏低。所加正向电压峰值超过正向转折电压，晶闸管立即导通。因此时正向漏电流大幅上升(称正向雪崩电流)，输入载流子满足导通条件。使用过压保护措施可避免误导通。2，所加正向电压上升率dV/dt超过标准规定值。晶闸管阻断时其阴阳极之间相当于一个结电容当突加阳极电压时会产生充电电容电流，此电流可能导致晶闸管误导。

因此对管子的最大正向电压上升率必须加以限制，一般采用阻容吸收元件并联在晶闸管两端的办法加以限制。