晶闸管的工作原理视频讲解，晶闸管 工作原理

1、晶闸管（SCR） 晶闸管又称可控硅（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、典型晶闸管结构及工作原理晶闸管是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一个四层三端元件，有三个PN结J1、J2、J3，中央NP可分为两部分，组成PNP型复合管。晶体管和NPN型晶体管。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) ) 栅极电流If为Ig，则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 晶闸管的工作条件晶闸管只有导通和关断两种工作状态，因此具有开关特性，但转换此特性需要一定的条件。条件见表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如图2所示。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)反向特性：当栅极G打开并向阳极施加反向电压时(见图3)，J2结变为正向偏置，而J1和J2结变为反向偏置。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

(2) 正向特性：当门G打开，对阳极A施加正向电压时（见图4），J1和J3结将被正向偏置，但J2结将被反向偏置，通常与反向特性类似PN。只能流过很小的电流，这称为正向阻断条件。随着电压的升高，图2中特性曲线的OA段开始弯曲，此时的电压UBO称为正向阻断电压。 ”。

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) 触发导通当栅极G 施加正向电压时（见图5），由于J3 的正向偏压，P2 区的空穴进入N2 区，N2 区的电子进入P2 区，触发电流增加。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门极开路，重复频率50次/s，每次持续时间最大断态脉冲电压10ms以下，UDRM=90%UDSM，UDSM为断态状态最大脉冲电压峰值电压不重复的状态。 UDSM必须小于UBO，剩下的余量由制造商决定。 (2)反向重复峰值电压URRM与UDRM定义相同，URRM=90%URSM，URSM为反向非重复峰值电压。 (3)额定电压选择UDRM和URRM中较小的值，并选择正常工作峰值电压的23倍且能承受频繁过电压的额定电压。

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