晶閘管工作原理分析，晶閘管工作原理圖
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1.晶閘管（SCR）
晶閘管又稱可控硅整流器（SCR），是一種由三個(gè)PN結(jié)構(gòu)組成的大功率半導(dǎo)體器件。從性能上來說，晶閘管不僅具有單向?qū)щ娦裕冶戎挥袑?dǎo)通和關(guān)斷兩種狀態(tài)的硅整流器具有更好的可控性。
晶閘管包括：以低功率控制大功率，功率放大倍數(shù)可達(dá)數(shù)十萬倍，響應(yīng)速度極快，在微秒內(nèi)開通和關(guān)斷，非接觸操作，無火花，無噪音，具有許多優(yōu)點(diǎn)因?yàn)樾矢�。成本低等。因此，特別是在大功率UPS電源系統(tǒng)中，晶閘管廣泛應(yīng)用于整流電路、靜態(tài)旁路開關(guān)、無觸點(diǎn)輸出開關(guān)等電路中。
晶閘管：的缺點(diǎn)是靜態(tài)和動(dòng)態(tài)過載能力較低，容易產(chǎn)生干擾和誤導(dǎo)。
晶閘管按外觀主要分為螺栓型、平板型、平底型。
2.普通晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理
晶閘管是PNPN 4層3端器件，共有3個(gè)PN結(jié)。分析原理，可以認(rèn)為它是由PNP管和NPN管組成，等效圖如圖1(a)所示，晶閘管的電路符號(hào)如圖1(b)所示。
圖1 晶閘管等效圖
2.1. 晶閘管工作過程
晶閘管是四層三端器件，有三個(gè)PN結(jié)J1、J2、J3，中央NP可分為兩部分，組成PNP型晶體管和NPN型晶體管的復(fù)合管。
當(dāng)晶閘管受到正向陽極電壓時(shí)，承受反向電壓的PN結(jié)J2必須失去阻斷作用，才能使晶閘管導(dǎo)通。每個(gè)晶體管的集電極電流同時(shí)也是其他晶體管的基極電流。因此，該電路是兩個(gè)晶體管的組合，當(dāng)有足夠的柵極電流Ig流過時(shí)，施加強(qiáng)正反饋，兩個(gè)晶體管變得飽和并導(dǎo)通。
設(shè)PNP管和NPN管的集電極電流分別為IC1和IC2，發(fā)射極電流分別為Ia和Ik，電流放大系數(shù)分別為1=IC1/Ia和2=IC2/Ik。流經(jīng)J2結(jié)的相漏電流為ICO，晶閘管的陽極電流等于兩個(gè)真空管：的集電極電流和漏電流之和。
Ia=IC1+IC2+ICO
=1Ia+2Ik+ICO (1)
當(dāng)柵極電流為Ig時(shí)，晶閘管的陰極電流為：Ik=Ia+Ig。
因此，我們可以得出晶閘管陽極電流為：
(2)
硅PNP管和硅NPN管相應(yīng)的電流放大系數(shù)1和2隨著發(fā)射極電流的變化而迅速變化。當(dāng)晶閘管施加正向陽極電壓而柵極不施加電壓時(shí)，Ig=0，式(1)中的(1+2)很小，因此晶閘管陽極電流IaICO，當(dāng)晶閘管為在正向阻斷狀態(tài)下，當(dāng)晶閘管低于正向柵極電壓時(shí)，電流Ig從柵極G流出。由于有足夠大的Ig流過NPN管的發(fā)射結(jié)，放大倍數(shù)2增大，并且由于有足夠的集電極電流IC2流過PNP，所以NPN管的發(fā)射結(jié)增大，放大倍數(shù)1增大。 PNP管增大，流過NPN管發(fā)射結(jié)的集電極電流IC1增大。強(qiáng)大的正反饋過程迅速發(fā)展。
隨著發(fā)射極電流增大，1和2增大，當(dāng)(1+2)1時(shí)，式(1)的分母變?yōu)?-(1+2)0，晶閘管陽極電流Ia增大。此時(shí)流過晶閘管的電流完全由主電路電壓和回路電阻決定，晶閘管已正向?qū)�。晶閘管導(dǎo)通后，式（1）中1-（1+2）0，即使柵極電流Ig=0，晶閘管仍維持原來的陽極電流Ia，繼續(xù)導(dǎo)通，柵極已失去作用。功能。晶閘管導(dǎo)通后，如果電源電壓繼續(xù)降低或環(huán)路電阻增大，陽極電流Ia小于保持電流IH，則晶閘管因1迅速減小而回到截止?fàn)顟B(tài)。還有2。
2.2.晶閘管的使用條件
晶閘管具有開關(guān)特性，因?yàn)樗鼈冎挥袃煞N工作狀態(tài)：導(dǎo)通和關(guān)斷。轉(zhuǎn)換此特性需要一定的條件。有關(guān)這些條件，請參閱表1。
表1 晶閘管開通和關(guān)斷條件
(1)當(dāng)向晶閘管施加反向陽極電壓時(shí)，無論向其柵極施加什么電壓，晶閘管都會(huì)關(guān)斷。
(2)當(dāng)向晶閘管施加正向陽極電壓時(shí)，只有當(dāng)向其柵極施加正向電壓時(shí)，晶閘管才導(dǎo)通。
(3)晶閘管一旦導(dǎo)通，只要有恒定的正向陽極電壓，無論柵極電壓如何，晶閘管都會(huì)繼續(xù)導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通后，柵極就失去作用。
(4)當(dāng)晶閘管導(dǎo)通且主電路電壓(或電流)降至接近于零時(shí)，晶閘管關(guān)斷。
3、晶閘管電壓電流特性及主要參數(shù)
3.1. 晶閘管電壓-電流特性
如圖2所示，晶閘管陽極A和陰極K之間的電壓與晶閘管陽極電流的關(guān)系稱為晶閘管的伏安特性。前向特征位于第一象限，后向特征位于第三象限。
圖2 晶閘管電壓-電流特性參數(shù)示意圖
(1) 逆特性
當(dāng)柵極G 打開并且反向電壓施加到陽極時(shí)（見圖3），J2 結(jié)將被正向偏置，而J1 和J2 結(jié)將被反向偏置。此時(shí)只有很小的反向飽和電流流過，但當(dāng)電壓進(jìn)一步增大到J1結(jié)的雪崩擊穿電壓時(shí)，J3結(jié)也被擊穿，電流迅速增大。 2開始彎曲，開始彎曲時(shí)的電壓URO稱為“反轉(zhuǎn)電壓”。然后晶閘管經(jīng)歷永久反向投降。
圖3 陽極加反向電壓
圖4 陽極與正向電壓關(guān)系
（二）積極特征
當(dāng)柵極G 打開并且向陽極A 施加正向電壓時(shí)（見圖4），J1 和J3 結(jié)正向偏置，而J2 結(jié)反向偏置，類似于正常PN 的反向特性。它與一個(gè)連接點(diǎn)相連，只有少量的水流過它。由于電流較小，因此稱為正向阻斷條件。隨著電壓的升高，圖2中特性曲線的OA段開始彎曲，彎曲處的電壓UBO變?yōu)椋核环Q為“正轉(zhuǎn)電壓”。
當(dāng)電壓上升到J2結(jié)的雪崩擊穿電壓時(shí)，J2結(jié)處發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)，結(jié)區(qū)產(chǎn)生大量電子和空穴，電子流入N1區(qū)，空穴流入流入P2區(qū)域。馬蘇。進(jìn)入N1區(qū)的電子與從P1區(qū)通過J1結(jié)注入N1區(qū)的空穴重新結(jié)合。同樣，進(jìn)入P2區(qū)的空穴與從N2區(qū)經(jīng)J3結(jié)注入P2區(qū)的電子復(fù)合，但雪崩擊穿后，進(jìn)入N1區(qū)的電子和進(jìn)入P2區(qū)的空穴無法復(fù)合。這樣，電子在N1區(qū)的積累和空穴在P2區(qū)的積累，使P2區(qū)的電位升高，N1區(qū)的電位降低，使J2結(jié)正向偏置。當(dāng)電流稍微增大時(shí)，電壓迅速增大，當(dāng)減小時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)所謂的負(fù)阻特性（見圖2中的虛線AB）。此時(shí)，三個(gè)結(jié)J1、J2、J3全部正向偏置，晶閘管處于正向?qū)顟B(tài)——。此時(shí)的特性與正常PN結(jié)的正向特性類似，如圖所示。圖2 BC 部分。
(3) 觸發(fā)連續(xù)性
當(dāng)柵極G施加正向電壓時(shí)（如圖5所示），J3的正向偏壓使P2區(qū)的空穴進(jìn)入N2區(qū)，N2區(qū)的電子進(jìn)入P2區(qū)，形成觸發(fā)。將完成。當(dāng)前IGT。基于晶閘管內(nèi)部正反饋效應(yīng)（見圖2）和IGT的作用，晶閘管提前導(dǎo)通，圖2中電壓電流特性的OA段變化如下： IGT 越大，特性向左移動(dòng)的越多。
圖5 陽極和柵極均施加正電壓。
3.2 晶閘管主要參數(shù)
(1)斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM
柵極開路，重復(fù)率為每秒50次，關(guān)斷狀態(tài)下最大脈沖電壓持續(xù)時(shí)間小于10ms，UDRM=90%UDSM，UDSM為關(guān)斷狀態(tài)下的非重復(fù)峰值電壓狀態(tài)。 UDSM必須小于UBO，剩下的余量由制造商決定。
(2) 反方向重復(fù)峰值電壓URRM
其定義與UDRM類似，URRM=90%URSM，其中URSM為反向不重復(fù)峰值電壓。
(3) 額定電壓
額定電壓應(yīng)為UDRM和URRM中較小的一個(gè)，為正常工作峰值電壓的2至3倍，并能承受頻繁的過電壓。