晶闸管工作原理分析，晶闸管工作原理图

1.晶闸管（SCR）

晶闸管又称可控硅整流器（SCR），是一种由三个PN结构组成的大功率半导体器件。从性能上来说，晶闸管不仅具有单向导电性，而且比只有导通和关断两种状态的硅整流器具有更好的可控性。

晶闸管包括：以低功率控制大功率，功率放大倍数可达数十万倍，响应速度极快，在微秒内开通和关断，非接触操作，无火花，无噪音，具有许多优点因为效率高。成本低等。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、无触点输出开关等电路中。

晶闸管：的缺点是静态和动态过载能力较低，容易产生干扰和误导。

晶闸管按外观主要分为螺栓型、平板型、平底型。

2.普通晶闸管的结构和工作原理

晶闸管是PNPN 4层3端器件，共有3个PN结。分析原理，可以认为它是由PNP管和NPN管组成，等效图如图1(a)所示，晶闸管的电路符号如图1(b)所示。

图1 晶闸管等效图

2.1. 晶闸管工作过程

晶闸管是四层三端器件，有三个PN结J1、J2、J3，中央NP可分为两部分，组成PNP型晶体管和NPN型晶体管的复合管。

当晶闸管受到正向阳极电压时，承受反向电压的PN结J2必须失去阻断作用，才能使晶闸管导通。每个晶体管的集电极电流同时也是其他晶体管的基极电流。因此，该电路是两个晶体管的组合，当有足够的栅极电流Ig流过时，施加强正反馈，两个晶体管变得饱和并导通。

设PNP管和NPN管的集电极电流分别为IC1和IC2，发射极电流分别为Ia和Ik，电流放大系数分别为1=IC1/Ia和2=IC2/Ik。流经J2结的相漏电流为ICO，晶闸管的阳极电流等于两个真空管：的集电极电流和漏电流之和。

Ia=IC1+IC2+ICO

=1Ia+2Ik+ICO (1)

当栅极电流为Ig时，晶闸管的阴极电流为：Ik=Ia+Ig。

因此，我们可以得出晶闸管阳极电流为：

(2)

硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数1和2随着发射极电流的变化而迅速变化。当晶闸管施加正向阳极电压而栅极不施加电压时，Ig=0，式(1)中的(1+2)很小，因此晶闸管阳极电流IaICO，当晶闸管为在正向阻断状态下，当晶闸管低于正向栅极电压时，电流Ig从栅极G流出。由于有足够大的Ig流过NPN管的发射结，放大倍数2增大，并且由于有足够的集电极电流IC2流过PNP，所以NPN管的发射结增大，放大倍数1增大。 PNP管增大，流过NPN管发射结的集电极电流IC1增大。强大的正反馈过程迅速发展。

随着发射极电流增大，1和2增大，当(1+2)1时，式(1)的分母变为1-(1+2)0，晶闸管阳极电流Ia增大。此时流过晶闸管的电流完全由主电路电压和回路电阻决定，晶闸管已正向导通。晶闸管导通后，式（1）中1-（1+2）0，即使栅极电流Ig=0，晶闸管仍维持原来的阳极电流Ia，继续导通，栅极已失去作用。功能。晶闸管导通后，如果电源电压继续降低或环路电阻增大，阳极电流Ia小于保持电流IH，则晶闸管因1迅速减小而回到截止状态。还有2。

2.2.晶闸管的使用条件

晶闸管具有开关特性，因为它们只有两种工作状态：导通和关断。转换此特性需要一定的条件。有关这些条件，请参阅表1。

表1 晶闸管开通和关断条件

(1)当向晶闸管施加反向阳极电压时，无论向其栅极施加什么电压，晶闸管都会关断。

(2)当向晶闸管施加正向阳极电压时，只有当向其栅极施加正向电压时，晶闸管才导通。

(3)晶闸管一旦导通，只要有恒定的正向阳极电压，无论栅极电压如何，晶闸管都会继续导通，即晶闸管导通后，栅极就失去作用。

(4)当晶闸管导通且主电路电压(或电流)降至接近于零时，晶闸管关断。

3、晶闸管电压电流特性及主要参数

3.1. 晶闸管电压-电流特性

如图2所示，晶闸管阳极A和阴极K之间的电压与晶闸管阳极电流的关系称为晶闸管的伏安特性。前向特征位于第一象限，后向特征位于第三象限。

图2 晶闸管电压-电流特性参数示意图

(1) 逆特性

当栅极G 打开并且反向电压施加到阳极时（见图3），J2 结将被正向偏置，而J1 和J2 结将被反向偏置。此时只有很小的反向饱和电流流过，但当电压进一步增大到J1结的雪崩击穿电压时，J3结也被击穿，电流迅速增大。 2开始弯曲，开始弯曲时的电压URO称为“反转电压”。然后晶闸管经历永久反向投降。

图3 阳极加反向电压

图4 阳极与正向电压关系

（二）积极特征

当栅极G 打开并且向阳极A 施加正向电压时（见图4），J1 和J3 结正向偏置，而J2 结反向偏置，类似于正常PN 的反向特性。它与一个连接点相连，只有少量的水流过它。由于电流较小，因此称为正向阻断条件。随着电压的升高，图2中特性曲线的OA段开始弯曲，弯曲处的电压UBO变为：它被称为“正转电压”。

当电压上升到J2结的雪崩击穿电压时，J2结处发生雪崩倍增效应，结区产生大量电子和空穴，电子流入N1区，空穴流入流入P2区域。马苏。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。同样，进入P2区的空穴与从N2区经J3结注入P2区的电子复合，但雪崩击穿后，进入N1区的电子和进入P2区的空穴无法复合。这样，电子在N1区的积累和空穴在P2区的积累，使P2区的电位升高，N1区的电位降低，使J2结正向偏置。当电流稍微增大时，电压迅速增大，当减小时，就会出现所谓的负阻特性（见图2中的虚线AB）。此时，三个结J1、J2、J3全部正向偏置，晶闸管处于正向导通状态——。此时的特性与正常PN结的正向特性类似，如图所示。图2 BC 部分。

(3) 触发连续性

当栅极G施加正向电压时（如图5所示），J3的正向偏压使P2区的空穴进入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发。将完成。当前IGT。基于晶闸管内部正反馈效应（见图2）和IGT的作用，晶闸管提前导通，图2中电压电流特性的OA段变化如下： IGT 越大，特性向左移动的越多。

图5 阳极和栅极均施加正电压。

3.2 晶闸管主要参数

(1)断态重复峰值电压UDRM

栅极开路，重复率为每秒50次，关断状态下最大脉冲电压持续时间小于10ms，UDRM=90%UDSM，UDSM为关断状态下的非重复峰值电压状态。 UDSM必须小于UBO，剩下的余量由制造商决定。

(2) 反方向重复峰值电压URRM

其定义与UDRM类似，URRM=90%URSM，其中URSM为反向不重复峰值电压。

(3) 额定电压

额定电压应为UDRM和URRM中较小的一个，为正常工作峰值电压的2至3倍，并能承受频繁的过电压。