文档介绍：半控型器件——晶闸管
晶闸管的结构与工作原理
晶闸管的基本特性
晶闸管的主要参数
晶闸管的派生器件
11/22/2017
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半控器件—晶闸管·引言
■晶闸管(Thyristor)是晶体闸流管的简称,又称作可控硅整流器
(Silicon Controlled Rectifier——SCR),以前被简称为可控硅。
■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)开发出了世界上第一只
晶闸管产品,并于1958年使其商业化。
■由于其能承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子器件中最高
的,而且工作可靠,因此在大容量的应用场合仍然具有比较重要的地
位。
晶闸管及模块
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晶闸管的结构与工作原理
■晶闸管的结构
◆从外形上来看,晶闸管也主要有螺栓型和平板型两种封装结构。
◆引出阳极A、阴极K和门极(控制端)G三个联接端。
◆内部是PNPN四层半导体结构。
图2-7 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
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晶闸管的结构与工作原理
图2-8 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理
a) 双晶体管模型 b) 工作原理
■晶闸管的工作原理
◆按照晶体管工作原理,可列出如下方程:
(2-2)
(2-1)
(2-3)
(2-4)
式中1和2分别是晶体管V1和V2的共基极电流增益;ICBO1和ICBO2分别是V1和V2的共基极漏电流。
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晶闸管的结构与工作原理
◆晶体管的特性是:在低发射极电流下是很小的,而当
发射极电流建立起来之后,迅速增大。
◆在晶体管阻断状态下,IG=0,而1+2是很小的。由上式
可看出,此时流过晶闸管的漏电流只是稍大于两个晶体管
漏电流之和。
◆如果注入触发电流使各个晶体管的发射极电流增大以致
1+2趋近于1的话,流过晶闸管的电流IA(阳极电流)将
趋近于无穷大,从而实现器件饱和导通。
◆由于外电路负载的限制,IA实际上会维持有限值。
由以上式(2-1)~(2-4)可得
(2-5)
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晶闸管的结构与工作原理
■除门极触发外其他几种可能导通的情况
◆阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应
◆阳极电压上升率du/dt过高
◆结温较高
◆光触发
■这些情况除了光触发由于可以保证控制电路与
主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备中
之外,其它都因不易控制而难以应用于实践。只
有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。
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晶闸管的基本特性
■静态特性
◆正常工作时的特性
☞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开通。
☞晶闸管一旦导通,门极就失去控制作用,不论门极触发电流是否还存在,晶闸管都保持导通。
☞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。
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晶闸管的基本特性
◆晶闸管的伏安特性
☞正向特性
√当IG=0时,如果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。
√如果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。
√随着门极电流幅值的增大,正向转折电压降低,晶闸管本身的压降很小,在1V左右。
√如果门极电流为零,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。
图2-9 晶闸管的伏安特性
IG2 >IG1 >IG
正向转折电压Ubo
正向
导通
雪崩
击穿
O
+
U
A
-
U
A
-
I
A
I
A
I
H
I
G2
I
G1
I
G
=
0
U
bo
U
DSM
U
DRM
U
RRM
U
RSM
+
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晶闸管的基本特性
☞反向特性
√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时,只有极小的反向漏电流通过。
√当反向电压超过一定限度,到反向击穿电压后,外电路如无限制措施,则反向漏电流急剧增大,导致晶闸管发热损坏。
图2-9 晶闸管的伏安特性 IG2>IG1>IG
正向转折电压Ubo
正向
导通