分析晶閘管的工作原理，晶閘管的作用
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晶閘管又稱可控硅整流器（SCR），是一種由三個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�，而且比只有�?dǎo)通和關(guān)斷兩種狀態(tài)的硅整流器具有更好的可控性。
晶閘管有很多優(yōu)點，如：
可以用少量的功率控制大量的功率，功率放大倍數(shù)高達數(shù)十萬倍。
響應(yīng)速度非�？�，在幾微秒內(nèi)開啟和關(guān)閉，非接觸式操作，無火花、無噪音。
效率高、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)、無觸點輸出開關(guān)等電路中。
1、晶閘管的基本結(jié)構(gòu)
晶閘管是一種四層結(jié)構(gòu)（PNPN）的大功率半導(dǎo)體器件，也稱為可控整流器或晶閘管元件。它具有三個引出電極：陽極(A)、陰極(K) 和柵極(G)。其符號表示及裝置剖面圖如圖1所示。
圖1 符號表示法和器件橫截面
典型的晶閘管是通過將P型雜質(zhì)（鋁或硼）雙向擴散到N型硅片中形成P1N1P2結(jié)構(gòu)，然后大面積擴散N型雜質(zhì)（磷或銻）來制成的。 P2.形成陰極。同時，將P2上的柵極拉出，與P1區(qū)域形成歐姆接觸，作為陽極。
2、晶閘管的工作原理
將內(nèi)部四層PNPN結(jié)構(gòu)的晶閘管視為PNP和NPN晶體管連接的等效電路，其連接形式如圖2所示。
圖2 晶閘管內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理等效電路
因此，控制電極的作用只是觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，導(dǎo)通后就失去了控制功能。關(guān)斷晶閘管的最基本方法是將陽極電流降低到無法維持正反饋的水平，即將晶閘管的陽極電流降低到其保持電流以下�？赡艿姆椒òㄇ袛嚓枠O電源、改變晶閘管陽極電壓的方向、或向陽極和陰極施加反向電壓。
3、晶閘管的工作特性
晶閘管電路由兩部分組成，一是陽極-陰極電路，二是門-陰極控制電路。陽極-陰極具有可控的單向傳導(dǎo)特性。柵極僅起到觸發(fā)導(dǎo)通的作用，不能控制關(guān)斷。晶閘管的通斷狀態(tài)對應(yīng)著開關(guān)的功能，也稱為無觸點開關(guān)。
四、晶閘管的基本特性1、晶閘管的電壓電流特性是指晶閘管陽極和陰極之間的電壓UA與陽極電流IA之間的關(guān)系，如圖3所示。
圖中各物理量的含義如下。
Udrm、Urrm—— 正向和反向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓。
Udsm、Ursm—— 正向和反向關(guān)斷狀態(tài)的非重復(fù)峰值電壓。
Ubo—— 的正向過渡電壓。
Uro—— 抗反向壓力。晶閘管具有正向和反向電壓和電流特性。 （一）積極特征
晶閘管的正向特性可分為截止狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)。
當柵極電流Ig=0時，晶閘管的正向陽極電壓逐漸增大，但此時晶閘管處于截止狀態(tài)，正向漏電流很小。
隨著正向陽極電壓增大，當達到正向轉(zhuǎn)電壓Ubo時，漏電流迅速增大，特性從正向阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎驅(qū)顟B(tài)。晶閘管在導(dǎo)通狀態(tài)下的正向特性與二極管類似，有很大的陽極電流流過，但晶閘管本身的壓降很小。
正常工作時，正向陽極電壓無法加到匝值Ubo上，晶閘管通過從柵極輸入觸發(fā)電流Ig來導(dǎo)通。柵極電流越高，陽極電壓轉(zhuǎn)折點越低。晶閘管正向?qū)ê�，恢�?fù)晶閘管截止的唯一方法是逐漸減小陽極電流。當Ia小到等于保持電流Ih時，晶閘管從導(dǎo)通變?yōu)榻刂埂１３蛛娏鱅h是維持晶閘管導(dǎo)通所需的最小電流。 (2)逆特性
晶閘管的反向特性是指晶閘管反向陽極電壓和陽極漏電流的伏安特性。晶閘管的反向特性與一般二極管相似。當向晶閘管施加反向陽極電壓時，晶閘管始終處于截止狀態(tài)。當反向電壓增大到一定值時，反向漏電流迅速增大。如果反向陽極電壓繼續(xù)升高，就會使晶閘管發(fā)生反向擊穿，導(dǎo)致晶閘管損壞。 2. 開關(guān)特性
晶閘管的開關(guān)特性曲線如圖4所示。晶閘管的導(dǎo)通不是瞬時的，它導(dǎo)通時，有一個陽極和陰極之間的電壓下降，陽極電流也增加的過程，這個過程可以分為三個階段。
第一延遲時間td對應(yīng)陽極電流上升到10%Ia的時間，但此時J2結(jié)仍處于反向偏壓狀態(tài)，晶閘管電流并不大。
第二部分是上升時間tr，對應(yīng)陽極電流從10%Ia上升到90%Ia所需的時間。此時靠近柵極的局部區(qū)域?qū)ǎ鄳?yīng)的J2也導(dǎo)通。結(jié)點從反向偏轉(zhuǎn)變?yōu)檎蚱D(zhuǎn)，電流迅速增加。
器件的開啟時間ton通常定義為延遲時間td和上升時間tr之和，即ton=td+tr。晶閘管關(guān)斷過程也如圖4所示。電源電壓反轉(zhuǎn)后，從正向電流變?yōu)榱愕娇梢栽俅问┘诱螂妷旱臅r間定義為器件關(guān)斷時間toff。通常，設(shè)備的關(guān)斷時間被定義為等于反向阻塞恢復(fù)時間trr和前向阻塞恢復(fù)時間tgr之和。即toff=trr+tgr
圖4 晶閘管的開關(guān)特性曲線5、晶閘管的基本參數(shù)
1、額定電壓UTn
通常采用UDRM和URRM中較小的一個，將接近標準的電壓等級設(shè)定為晶閘管類型的額定電壓。選擇真空管時，額定電壓應(yīng)為正常工作峰值電壓的二至三倍，以保證電路安全。
晶閘管額定電壓
UTn=(2~3) UTM
UTM：施加到工作電路中真空管的最大瞬時電壓
2、額定電流IT(AV)
IT(AV)也稱為額定通態(tài)平均電流。定義為室溫40時，阻性負載以半正弦波流動且導(dǎo)通角大于或等于170的電路中，當結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時的最大允許電導(dǎo)率。指定冷卻條件下的平均電流值。晶閘管的額定電流與晶閘管的標準電流同級。
3. 維持當前IH
保持電流是指晶閘管維持導(dǎo)通所需的最小電流，一般為幾十到幾百毫安。保持電流與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高，保持電流越小，晶閘管越難關(guān)斷。
4. 保持當前IL
當晶閘管由截止變?yōu)閷?dǎo)通且柵極觸發(fā)信號撤去時，維持元件連續(xù)性所需的最小陽極電流稱為保持電流。一般保持電流為保持電流的（24）倍。
5.運輸狀態(tài)下的平均管壓降UT(AV)
是指在規(guī)定的工作溫度條件下（一般為0.41.2V），晶閘管導(dǎo)通的正弦波半個周期內(nèi)的陽極電壓和陰極電壓的平均值。
6.柵極觸發(fā)電流Ig.在室溫下，當陽極電壓為6V時，用于完全導(dǎo)通晶閘管的柵極電流通常為毫安級。
7.斷態(tài)電壓du/dt的臨界上升率。
在額定結(jié)溫和打開柵極時，晶閘管不會從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)的最大正向電壓上升率。通常為每微秒數(shù)十伏。
8. 導(dǎo)通電流di/dt 的臨界上升率。
晶閘管在規(guī)定條件下所能承受的最大導(dǎo)通電流上升率。如果晶閘管導(dǎo)通時電流上升過快，晶閘管剛導(dǎo)通時就會有大電流集中在靠近柵極的一小塊區(qū)域，造成局部過熱，損壞晶閘管。