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一文读懂晶闸管工作原理
- 发布日期：2024-11-18 08:04 点击次数：147 1.SCR晶闸管是晶闸管的简称，也称为可控硅元件，可控硅元件是由三个PN结组成的大功率半导体器件。就性能而言，晶闸管不仅具有单边导电性，而且比硅整流元件具有更有价值的可控性。他们只有两种状态，开和关。晶闸管有许多优点，如用低功率控制高功率，功率放大倍数高达几十万倍。反应极快，以微秒为单位开启和关闭。非接触操作，无火花，无噪音；高效低成本。因此，特别是在大功率UPS电源系统中，晶闸管广泛应用于整流电路、静态旁路开关、非接触输出开关等电路中。晶闸管的缺点:静态和动态过载能力差，容易被干扰误导。晶闸管主要分为螺栓形、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，有三个PN结。分析原理时，可以认为它由a PNP管和NPN管组成。其等效图如图1(a)所示，图1(b)是晶闸管的电路符号。
图1晶闸管等效图
. 2.1、晶闸管工作过程晶闸管是a四层三端器件，有三个PN结J1、J2和JBOY3乐队。中间的NP可分为两部分，形成a PNP三极管和NPN三极管复合管。当晶闸管承受正阳极电压时，为了导通晶闸管，承受反向电压的PN结J2必须失去其阻断效应。每个晶体管的集电极电流也是另一个晶体管的基极电流。因此，两个晶体管电路相互结合。当足够的栅极电流Ig流入时，将形成强正反馈，导致两个晶体管的饱和导通。将PNP管和NPN管的集电极电流分别设置为IC1和IC2，发射极电流分别设置为Ia和Ik，电流放大系数分别设置为α1 = IC1/1A和α 2 = IC2/IK，将流经J2结的反向漏电流设置为ICO，晶闸管的阳极电流设置为等于两个管的集电极电流和漏电流之和:Ia=IC1+IC2+ICO=α1Ia+α2Ik+ICO (1)如果栅极电流为Ig，晶闸管阴极电流为Ik = ia+ig。因此，可以得出结论，晶闸管阳极电流为:
(2)硅PNP和硅NPN管的电流放大系数α1和α2随发射极电流的变化而急剧变化。当晶闸管接收正阳极电压而栅极不接收电压时，公式(1)中Ig = 0，(α 1+α 2)非常小，因此晶闸管的阳极电流Ia≈ICO，晶闸管处于a正阻断状态；当晶闸管在正向栅极电压下从栅极G流入电流Ig时，由于流过NPN管发射极结的Ig足够大，放大系数α2增加，产生足够大的集电极电流IC2流过PNP管发射极结，PNP管电流放大系数α1增加，产生更大的集电极电流IC1流过NPN管发射极结，从而快速执行强正反馈过程。当α1和α2随着发射极电流的增加而使(α 1+α 2) ≈ 1时，公式(1)中的分母1-(α 1+α 2) ≈ 0增加晶闸管的阳极电流Ia。此时，流经晶闸管的电流完全由主电路的电压和电路电阻决定，晶闸管已经处于a正向导通状态。晶闸管导通后，公式(1)中的1-(α 1+α 2) ≈ 0，即使栅极电流Ig = 0，晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia并继续导通，栅极已失去其功能。晶闸管接通后，如果电源电压持续降低OR，回路电阻增加，以将阳极电流Ia降低到保持电流IH以下，晶闸管由于α1和α2的快速下降而返回阻塞状态。. 2.2、晶闸管工作条件因为晶闸管只有开和关两种工作状态，所以它们具有开关特性，需要转换某些条件，如表1所示。
表1晶闸管开和关条件(1)当晶闸管承受反向阳极电压时，不管施加到栅极的电压如何， 亿配芯城 晶闸管都处于关断状态。(2)当晶闸管受到正阳极电压时，晶闸管仅在栅极受到直流电压时导通。(3)当晶闸管导通时，只要有a一定的正阳极电压，不管栅极电压如何，晶闸管都将保持导通，即晶闸管导通后栅极将失去其功能。(4)当晶闸管导通时，当主回路的电压(或电流)降至接近零时，晶闸管关断。. 3晶闸管的伏安特性和主要参数. 3.1晶闸管的伏安特性晶闸管阳极a和阴极K之间的电压与晶闸管阳极电流之间的关系称为晶闸管伏安特性，如图2所示。正向特性位于第一象限，反向特性位于第三象限。
图2晶闸管伏安特性参数示意图
(1)反向特性当栅极G打开并且阳极被施加反向电压时(见图3)，J2结被正向偏置，但是J1和J2结被反向偏置。此时，只有a小反向饱和电流可以流动。当电压进一步增加到J1结的雪崩击穿电压时，JBOY3乐队结也击穿，并且电流迅速增加。如图2所示，特性曲线的OR部分开始弯曲，弯曲处的电压URO称为“反向转向电压”。此后，晶闸管将经历永久反向击穿。
图3阳极加反向电压
图4阳极加直流电压
(2)积极特征当栅极G打开并且阳极a被加上直流电压时(见图4)，J1和JBOY3乐队结被正向偏置，但是J2结被反向偏置。这类似于普通PN结的反向特性，只有a小电流可以流动。这被称为前向阻塞状态。当电压增加时，图2的特征曲线OA部分开始弯曲，弯曲处的电压UBO称为“正向转向电压”。当电压上升到J2结的雪崩击穿电压后，J2结产生雪崩倍增效应，在结区产生a大量电子和空穴，电子进入N1区，空穴进入P2区。进入N1区的电子与从P1区通过J1结注入N1区的空穴重新结合。类似地，进入P2区域的空穴与从N2区域通过JBOY3乐队结注入P2区域的电子重新结合。雪崩击穿后，进入N1区域的电子和进入P2区域的空穴不能全部复合。这样，在N1区域有电子积累，在P2区域有空穴积累。作为a的结果，P2区域的电势增加，N1区域的电势降低，并且J2结变得正偏置。如图2中的虚线AB所示，只要电流稍微增加，电压就会迅速降低，导致所谓的负电阻特性。此时，J1、J2和JBOY3乐队结都处于正向偏置，晶闸管进入正向导通状态。此时，其特性类似于正常PN结正向特性，如图2的BC部分所示。(3)触发传导当直流电压加到栅极G(如图5所示)时，由于JBOY3乐队正偏置，P2区的空穴进入N2区，N2区的电子进入P2区，基于晶闸管的内部正反馈效应(如图2所示)和IGT的效应，晶闸管提前导通，导致图2中伏安特性OA部分的左移。IGT越大，特性左移越快。
图5直流电压被加到阳极和栅极。
. 3.2晶闸管的主要参数(1)关断状态重复峰值电压UDRM打开门，重复频率为每秒50次，每次持续时间不超过关断状态下的最大脉冲电压10ms，UDRM = 90% UDRM=90%UDSM为关断状态下的峰值电压，不重复。UDSM应小于UBO，剩余余量由制造商决定。(2)反向重复峰值电压电流其定义类似于UDRM URRM = 90% URRM=90%URSM是反向非重复峰值电压。(3)额定电压选择UDRM和URRM中较小的值作为额定电压。选择时，额定电压应为正常工作峰值电压的2 ~ 3倍，并应能承受频繁过电压。
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