分析晶闸管的工作原理，晶闸管的作用
chanong
|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。
晶闸管有很多优点，如：
可以用少量的功率控制大量的功率，功率放大倍数高达数十万倍。
响应速度非常快，在几微秒内开启和关闭，非接触式操作，无火花、无噪音。
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。
1、晶闸管的基本结构
晶闸管是一种四层结构（PNPN）的大功率半导体器件，也称为可控整流器或晶闸管元件。它具有三个引出电极：阳极(A)、阴极(K) 和栅极(G)。其符号表示及装置剖面图如图1所示。
图1 符号表示法和器件横截面
典型的晶闸管是通过将P型杂质（铝或硼）双向扩散到N型硅片中形成P1N1P2结构，然后大面积扩散N型杂质（磷或锑）来制成的。 P2.形成阴极。同时，将P2上的栅极拉出，与P1区域形成欧姆接触，作为阳极。
2、晶闸管的工作原理
将内部四层PNPN结构的晶闸管视为PNP和NPN晶体管连接的等效电路，其连接形式如图2所示。
图2 晶闸管内部结构及工作原理等效电路
因此，控制电极的作用只是触发晶闸管导通，导通后就失去了控制功能。关断晶闸管的最基本方法是将阳极电流降低到无法维持正反馈的水平，即将晶闸管的阳极电流降低到其保持电流以下。可能的方法包括切断阳极电源、改变晶闸管阳极电压的方向、或向阳极和阴极施加反向电压。
3、晶闸管的工作特性
晶闸管电路由两部分组成，一是阳极-阴极电路，二是门-阴极控制电路。阳极-阴极具有可控的单向传导特性。栅极仅起到触发导通的作用，不能控制关断。晶闸管的通断状态对应着开关的功能，也称为无触点开关。
四、晶闸管的基本特性1、晶闸管的电压电流特性是指晶闸管阳极和阴极之间的电压UA与阳极电流IA之间的关系，如图3所示。
图中各物理量的含义如下。
Udrm、Urrm—— 正向和反向断态重复峰值电压。
Udsm、Ursm—— 正向和反向关断状态的非重复峰值电压。
Ubo—— 的正向过渡电压。
Uro—— 抗反向压力。晶闸管具有正向和反向电压和电流特性。 （一）积极特征
晶闸管的正向特性可分为截止状态和导通状态。
当栅极电流Ig=0时，晶闸管的正向阳极电压逐渐增大，但此时晶闸管处于截止状态，正向漏电流很小。
随着正向阳极电压增大，当达到正向转电压Ubo时，漏电流迅速增大，特性从正向阻断状态转变为正向导通状态。晶闸管在导通状态下的正向特性与二极管类似，有很大的阳极电流流过，但晶闸管本身的压降很小。
正常工作时，正向阳极电压无法加到匝值Ubo上，晶闸管通过从栅极输入触发电流Ig来导通。栅极电流越高，阳极电压转折点越低。晶闸管正向导通后，恢复晶闸管截止的唯一方法是逐渐减小阳极电流。当Ia小到等于保持电流Ih时，晶闸管从导通变为截止。保持电流Ih是维持晶闸管导通所需的最小电流。 (2)逆特性
晶闸管的反向特性是指晶闸管反向阳极电压和阳极漏电流的伏安特性。晶闸管的反向特性与一般二极管相似。当向晶闸管施加反向阳极电压时，晶闸管始终处于截止状态。当反向电压增大到一定值时，反向漏电流迅速增大。如果反向阳极电压继续升高，就会使晶闸管发生反向击穿，导致晶闸管损坏。 2. 开关特性
晶闸管的开关特性曲线如图4所示。晶闸管的导通不是瞬时的，它导通时，有一个阳极和阴极之间的电压下降，阳极电流也增加的过程，这个过程可以分为三个阶段。
第一延迟时间td对应阳极电流上升到10%Ia的时间，但此时J2结仍处于反向偏压状态，晶闸管电流并不大。
第二部分是上升时间tr，对应阳极电流从10%Ia上升到90%Ia所需的时间。此时靠近栅极的局部区域导通，相应的J2也导通。结点从反向偏转变为正向偏转，电流迅速增加。
器件的开启时间ton通常定义为延迟时间td和上升时间tr之和，即ton=td+tr。晶闸管关断过程也如图4所示。电源电压反转后，从正向电流变为零到可以再次施加正向电压的时间定义为器件关断时间toff。通常，设备的关断时间被定义为等于反向阻塞恢复时间trr和前向阻塞恢复时间tgr之和。即toff=trr+tgr
图4 晶闸管的开关特性曲线5、晶闸管的基本参数
1、额定电压UTn
通常采用UDRM和URRM中较小的一个，将接近标准的电压等级设定为晶闸管类型的额定电压。选择真空管时，额定电压应为正常工作峰值电压的二至三倍，以保证电路安全。
晶闸管额定电压
UTn=(2~3) UTM
UTM：施加到工作电路中真空管的最大瞬时电压
2、额定电流IT(AV)
IT(AV)也称为额定通态平均电流。定义为室温40时，阻性负载以半正弦波流动且导通角大于或等于170的电路中，当结温不超过额定结温时的最大允许电导率。指定冷却条件下的平均电流值。晶闸管的额定电流与晶闸管的标准电流同级。
3. 维持当前IH
保持电流是指晶闸管维持导通所需的最小电流，一般为几十到几百毫安。保持电流与结温有关，结温越高，保持电流越小，晶闸管越难关断。
4. 保持当前IL
当晶闸管由截止变为导通且栅极触发信号撤去时，维持元件连续性所需的最小阳极电流称为保持电流。一般保持电流为保持电流的（24）倍。
5.运输状态下的平均管压降UT(AV)
是指在规定的工作温度条件下（一般为0.41.2V），晶闸管导通的正弦波半个周期内的阳极电压和阴极电压的平均值。
6.栅极触发电流Ig.在室温下，当阳极电压为6V时，用于完全导通晶闸管的栅极电流通常为毫安级。
7.断态电压du/dt的临界上升率。
在额定结温和打开栅极时，晶闸管不会从关断状态转变为导通状态的最大正向电压上升率。通常为每微秒数十伏。
8. 导通电流di/dt 的临界上升率。
晶闸管在规定条件下所能承受的最大导通电流上升率。如果晶闸管导通时电流上升过快，晶闸管刚导通时就会有大电流集中在靠近栅极的一小块区域，造成局部过热，损坏晶闸管。