晶閘管是晶體閘流管的簡稱，又可稱做可控硅整流器，以前被簡稱為可控硅；1957年美國通用電器公司開發(fā)出世界上晶閘管產(chǎn)品，并于1958年使其商業(yè)化；晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它有三個：陽，陰和門；晶閘管工作條件為：加正向電壓且門有觸發(fā)電流；其派生器件有：快速晶閘管，雙向晶閘管，逆導(dǎo)晶閘管，光控晶閘管等。它是一種大功率開關(guān)型半導(dǎo)體器件，在電路中用文字符號為“V”、“VT”表示（舊標(biāo)準(zhǔn)中用字母“SCR”表示）。晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中
晶閘管的工作過程
晶閘管是四層三端器件,它有J1、J2、J3三個PN結(jié),可以把它中間的NP分成兩部分,構(gòu)成一個PNP型三極管和一個NPN型三極管的復(fù)合管。
當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓時,為使晶閘管導(dǎo)通,必須使承受反向電壓的PN結(jié)J2失去阻擋作用。每個晶體管的集電極電流同時就是另一個晶體管的基極電流。因此是兩個互相復(fù)合的晶體管電路,當(dāng)有足夠的門極電流Ig流入時,就會形成強烈的正反饋,造成兩晶體管飽和導(dǎo)通。
設(shè)PNP管和NPN管的集電極電流分別為IC1和IC2,發(fā)射極電流相應(yīng)為Ia和Ik,電流放大系數(shù)相應(yīng)為α1=IC1/Ia和α2=IC2/Ik,設(shè)流過J2結(jié)的反相漏電流為ICO,晶閘管的陽極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和:
Ia=IC1+IC2+ICO
=α1Ia+α2Ik+ICO (1)
若門極電流為Ig,則晶閘管陰極電流為:Ik=Ia+Ig。
硅PNP管和硅NPN管相應(yīng)的電流放大系數(shù)α1和α2隨其發(fā)射極電流的改變而急劇變化。當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓,而門極未接受電壓的情況下,式(1)中Ig=0,(α1+α2)很小,故晶閘管的陽極電流Ia≈ICO,晶閘管處于正向阻斷狀態(tài);當(dāng)晶閘管在正向門極電壓下,從門極G流入電流Ig,由于足夠大的Ig流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié),從而提高放大系數(shù)α2,產(chǎn)生足夠大的集電極電流IC2流過PNP管的發(fā)射結(jié),并提高了PNP管的電流放大系數(shù)α1,產(chǎn)生更大的集電極電流IC1流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié),這樣強烈的正反饋過程迅速進(jìn)行。
當(dāng)α1和α2隨發(fā)射極電流增加而使得(α1+α2)≈1時,式(1)中的分母1-(α1+α2)≈0,因此提高了晶閘管的陽極電流Ia。這時,流過晶閘管的電流完全由主回路的電壓和回路電阻決定,晶閘管已處于正向?qū)顟B(tài)。晶閘管導(dǎo)通后,式(1)中1-(α1+α2)≈0,即使此時門極電流Ig=0,晶閘管仍能保持原來的陽極電流Ia而繼續(xù)導(dǎo)通,門極已失去作用。在晶閘管導(dǎo)通后,如果不斷地減小電源電壓或回路電阻,使陽極電流Ia減小到維持電流IH以下時,由于α1和α2迅速下降,晶閘管恢復(fù)到阻斷狀態(tài)。

晶閘管的種類？
1， 可關(guān)斷型晶閘管 KG
普通型晶閘管，在控制極G加上正向觸發(fā)信號普通型晶閘管導(dǎo)通后，控制極G就失去作用，要使普通型晶閘管關(guān)斷，必須陽極A與陰極K的正向電壓為零或加上負(fù)電壓。而可關(guān)斷型晶閘管只要在控制極G加上足夠大且較寬的負(fù)向觸發(fā)電流，就可以使晶閘管有效關(guān)斷。
用途：一般使用在斬波調(diào)速、變頻調(diào)速、逆變電源及直流控制電路中，如直流負(fù)載（繼電器線圈、電磁閥、電磁離合器、直流電機）的電源通斷、汽車點火器等。
2， 雙向晶閘管 KS
普通型晶閘管，如果在陽極A與陰極K的加上負(fù)向電壓，即使在控制極G加上正向觸發(fā)信號，普通型晶閘管也不會導(dǎo)通。而雙向晶閘管卻能夠?qū)āＲ闺p向晶閘管關(guān)斷，必須陽極A與陰極K的之間的電壓為零。
用途：一般使用在交/直流控制電路中，如調(diào)壓器；逆變器；交/直流負(fù)載開關(guān)等。
3， 逆導(dǎo)晶閘管KN（亦稱反向?qū)ňчl管）
在某些應(yīng)用場合（如逆變器、斬波器等）要求晶閘管陽極A與陰極K端并接反向二極管，而逆導(dǎo)晶閘管正是基于這個要求，在一個硅片材料上，將晶閘管與反向二極管集成在了一起。因而逆導(dǎo)晶閘管具有正向?qū)煽亍⒎聪蜃匀粚?dǎo)通且可通過大電流的不可控；具有耐高壓、耐高溫；關(guān)斷時間短、通態(tài)電壓低等優(yōu)良性能等特點。
用途：一般用于開關(guān)電源；UPS不間斷電源；高壓、大功率負(fù)載上。如軌道交通的電源。
4， 快速晶閘管KK
由于在某些應(yīng)用領(lǐng)域，要求晶閘管能夠快速響應(yīng)及通斷功能，而快速晶閘管是在普通晶閘管制作基礎(chǔ)上，改變了制作工藝，使得晶閘管在開通與關(guān)斷時間上大幅縮短，開通時間為8μs左右；關(guān)斷時間為50μs左右。主電路換向時間小于60ms，同時工作頻率也提升至幾千HZ。
用途：常用于UPS不間斷電源；三相變頻電源；中頻電源；超聲波電源；逆變器、斬波器；快速開關(guān)，脈寬調(diào)制器，多諧振蕩器等
5，光控晶閘管
光控晶閘管是既可利用光源激發(fā)導(dǎo)通；也可象普通晶閘管由控制極G觸發(fā)信號來導(dǎo)通的晶閘管，在結(jié)構(gòu)上有兩端（無控制極G）和三端之分。光控制是，其主電路與控制電路在電氣上完全絕緣。

晶閘管的發(fā)展歷史及制約因素
半導(dǎo)體的出現(xiàn)成為20世紀(jì)現(xiàn)代物理學(xué)其中一項重大的突破，標(biāo)志著電子技術(shù)的誕生。而由于不同領(lǐng)域的實際需要，促使半導(dǎo)體器件自此分別向兩個分支快速發(fā)展，其中一個分支即是以集成電路為代表的微電子器件，特點為小功率、集成化，作為信息的檢出、傳送和處理的工具；而另一類就是電力電子器件，特點為大功率、快速化。1955年，美國通用電氣公司研發(fā)了世界上個以硅單晶為半導(dǎo)體整流材料的硅整流器（SR），1957年又開發(fā)了全球用于功率轉(zhuǎn)換和控制的可控硅整流器（SCR）。由于它們具有體積小、重量輕、效率高、壽命長的優(yōu)勢，尤其是SCR能以微小的電流控制較大的功率，令半導(dǎo)體電力電子器件成功從弱電控制領(lǐng)域進(jìn)入了強電控制領(lǐng)域、大功率控制領(lǐng)域。在整流器的應(yīng)用上，晶閘管迅速取代了整流器（引燃管），實現(xiàn)整流器的固體化、靜止化和無觸點化，并獲得巨大的節(jié)能效果。從1960年始，由普通晶閘管相繼出了快速晶閘管、光控晶閘管、不對稱晶閘管及雙向晶閘管等各種特性的晶閘管，形成一個龐大的晶閘管家族。
但晶閘管本身存在兩個制約其繼續(xù)發(fā)展的重要因素。一是控制功能上的欠缺，普通的晶閘管屬于半控型器件，通過門極（控制極）只能控制其開通而不能控制其關(guān)斷，導(dǎo)通后控制極即不再起作用，要關(guān)斷必須切斷電源，即令流過晶閘管的正向電流小于維持電流。由于晶閘管的關(guān)斷不可控的特性，必須另外配以由電感、電容及開關(guān)器件等組成的強迫換流電路，從而使裝置體積，成本增加，而且系統(tǒng)更為復(fù)雜、可靠性降低。二是因為此類器件立足于分立元件結(jié)構(gòu)，開通損耗大，工作頻率難以提高，限制了其應(yīng)用范圍。1970年代末，隨著可關(guān)斷晶閘管（GTO）日趨成熟，成功克服了普通晶閘管的缺陷，標(biāo)志著電力電子器件已經(jīng)從半控型器件發(fā)展到全控型器件

晶閘管的工作條件
由于晶閘管只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài),所以它具有開關(guān)特性,這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化：
(1)晶閘管承受反向陽極電壓時,無論門極承受何種電壓,晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)。
(2)晶閘管承受正向陽極電壓時,僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導(dǎo)通。
(3)晶閘管在導(dǎo)通情況下,只要有一定的正向陽極電壓,無論門極電壓如何,晶閘管保持導(dǎo)通,即晶閘管導(dǎo)通后,門極失去作用。
(4)晶閘管在導(dǎo)通情況下,當(dāng)主回路電壓(或電流)減小到接近于零時,晶閘管關(guān)斷。

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