晶闸管的工作原理与应用.docx

晶闸管的工作原理与应用.docx晶闸管的工作原理与应用1晶闸管(SCR)晶体闸流管简称晶闸管,也称为可控硅整流元件(SCR),是由三个PN结构成的一种大功率半导体器件。在性能上,晶闸管不仅具有单向导电性,而且还具有比硅-整流元件更为可贵的可控性,它只有导通和关断两种状态。晶闸管的优点很多,例如:以小功率控制大功率,功率放大倍数高达儿I•万倍;反应极快,在微秒级内开通、关断;无触点运行,无火花、无噪声;效率高,成木低等。因此,特别是在人功率UPS供电系统屮,晶闸管在整流电路、静态旁路开关、无触点输出开关等电路屮得到广泛的应用。晶闸管的弱点:静态及动态的过载能力较差,容易受干扰而误导通。晶闸管从外形上分类主要有:螺栓形、平板形和平底形。2普通晶闸管的结构和工作原理晶闸管是PNPN四层三端器件,共冇三个PN结。分析原理时,可以把它看作是由一个PNP管和一个NPN管所组成,其等效图解如图1(a)所示,图1(b)为晶闸管的电路符号。A人厂VT.》|/«|p-A——PNPNPNHI极A0门极G(,它冇JI、J2、J3三个PN结,可以把它中间的NP分成两部分,构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管。当晶闸管承受正向阳极电压时,为使晶闸管导通,必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。每个晶体管的集电极电流同时就是另一•个晶体管的基极电流。因此是两个互相复合的晶体管电路,当有足够的门极电流Ig流入时,就会形成强烈的止反馈,造成两晶体管饱和导通。设PNP管和NPN管的集电极电流分别为1C1和1C2,发射极电流相应为la和Ik,电流放大系数相应为al=lCl/la和a2二IC2/lk,设流过J2结的反相漏电流为ICO,晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和:▲=/ci+/c2+/cO=oti厶+a厶+人0 (1)若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为:Tk=Ia+Igo因此,可以得出品闸管阳极电流为:T_【co+31-(6+©)⑵硅P\P管和硅NPN管相应的电流放人系数a1和u2随其发射极电流的改变而急剧变化。当晶闸管承受正向阳极电压,而门极未接受电压的情况下,式⑴中Tg=0,(al+a2)很小,故晶闸管的阳极电流Ta^TCO,晶闸管处于正向阻断状态;当晶闸管在正向门极电压下,从门极G流入电流Tg,由于足够大的Tg流经XPN管的发射结,从而提高放人系数a2,产生足够人的集电极电流IC2流过PNP管的发射结,并提高了PNP管的电流放人系数a1,产生更人的集电极电流IC1流经NPN管的发射结,这样强烈的正反馈过程迅速进行。当a1和a2随发射极电流增加而使得(a1十°2)〜1吋,式⑴中的分母1-(。1+a2)^0,因此提高了晶闸管的阳极电流Tao这时,流过晶闸管的电流完全由主I叫路的电压和冋路电阻决定,晶闸管已处于正向导通状态。晶闸管导通后,式⑴屮1-2l+u2)~0,即使此时门极电流Tg二0,晶闸管仍能保持原来的阳极电流b而继续导通,门极已失去作用。在晶闸管导通麻,如果不断地减小电源电压或增大回路电阻,便阳极电流la减小到维持电流IH以下吋,由于a1和a2迅速下降,晶闸管恢复到阻断状态。,所以它具有开关特性,这种特性需耍一定的条件才能转化,此条件见表1。晶闸管承受反向阳极电压时,无论门极承受何种电压,晶闸管都处于关断状态。晶闸管承受正向阳极电压时,仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。晶闸管在导通情况下,只要有-定的正向阳极电压,无论门极电压如何,晶闸管保持导通,即晶闸管导通后,门极失去作用。晶闸管在导通情况下,当主回路电压(或电流)减小到接近于零时,晶闸竹关断。,如图2所示。正向特性位于第一象限,反向特性位于第三象限。反向特性当门极G开路,阳极加上反向电压时(见图3),J2结正偏,但JI、J2结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流,当电压进一步提高到J1结的雪丿期击穿电压麻,,电流迅速增加,如图2的特性曲线OR段开始弯曲,弯曲处的电压URO称为“反向转折电压”。此后,晶闸管会发牛永久性反向击穿。正向特性当门极G开路,阳极A加上正向电压时(见图4),JI、J3结正偏,但J2结反偏,这与普通PN结的反向特性相似,也只能流过很小电流,这叫正向阳•断状态,当电压增加,如图2的特性曲线0A段开始弯曲,弯曲处的电压UBO称为“正向转折电压”。图3阳极加反向电压图4阳极加正向电压由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压示,J2结发生雪购倍增效应,在结区产生人量的电子和空穴,电子进入N1区,空穴进入P2区。进