晶闸管
晶闸管十大品牌
积极拓展市场，与多 家知名企业合作，提 供定制化服务。
拥有先进的晶闸管制 造工艺和技术，具备 批量生产能力。
中国电子科技集团
国内大型电子科技集团，业务 涵盖军工、民用等领域。
具备自主研发和生产晶闸管的 能力，产品性能稳定可靠。
承担多项国家重点工程项目的 研发和供应任务。
株洲中车时代电气股份有限公司
04
晶闸管品牌竞争格局及 未来发展
各品牌竞争优劣势分析
01
A品牌
该品牌在晶闸管市场上具有较高的市场份额，产品线完整，品质稳定。
其优势在于品牌知名度高，客户基础广泛。劣势在于相对于竞品，其产
品价格稍高。
02
B品牌
该品牌在晶闸管市场上拥有较强的研发实力，产品创新性强。其优势在
于技术领先，产品线不断延伸。劣势在于其品牌知名度尚待提高，市场
晶闸管的基本结构与工作原理
晶闸管由P型半导体和N型半导体构成 ，中间有一个P-N结。
当晶闸管两端加正向电压时，电流从P 型半导体流向N型半导体，当加反向电 压时，电流从N型半导体流向P型半导
体。
当晶闸管两端加正向电压且触发电流达 到一定值时，晶闸管会从截止状态转为 导通状态，这时即使去掉触发电流，晶 闸管仍会保持导通状态，直到电流降到
广东风华高新科技股份有限公司
01
国内领先的电子元器件制造商，产品涵盖电容、电感等领域。
02
具备晶闸管自主研发和生产能力，产品广泛应用于家电、工业
控制等领域。
与多家知名企业合作，提供一站式采购服务。
03
中芯国际
1
国内领先的集成电路制造商，具备晶闸管制造的 先进技术和生产线。
2
产品广泛应用于通信、消费电子、汽车电子等领 域。
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理晶闸管（Thyristor）是一种半导体器件，具有控制电流的能力。
它由四个半导体层构成，包括一个P型半导体层、一个N型半导体层和两个P型半导体层。
晶闸管可用于控制交流电流，实现电源的开关控制和功率调节。
晶闸管的工作原理可以分为四个阶段：关断状态、导通状态、保持状态和关断状态。
1. 关断状态：在关断状态下，晶闸管的两个PN结都处于反向偏置。
这时，晶闸管的控制端施加负电压，使得PN结之间的耗尽层扩展。
晶闸管处于高阻态，几乎没有电流通过。
2. 导通状态：当晶闸管的控制端施加正电压信号时，PN结之间的耗尽层被压缩，形成一个导电通道。
这时，晶闸管处于导通状态，电流可以通过晶闸管。
晶闸管的导通状态一直持续到电流通过晶闸管的正向电流为零时。
3. 保持状态：一旦晶闸管处于导通状态，即使控制端的电压信号消失，晶闸管也会继续保持导通状态。
这是因为PN结之间的耗尽层压缩，形成的导电通道使得电流可以继续通过。
4. 关断状态：要将晶闸管从导通状态切换到关断状态，需要施加一个反向电压信号或者将晶闸管的电流降至零。
一旦晶闸管处于关断状态，它将保持在该状态，直到下一次控制信号到来。
晶闸管的工作原理可以通过一个简单的电路来说明。
假设我们有一个交流电源和一个负载。
将晶闸管连接到电路中，通过控制端施加正电压信号，晶闸管处于导通状态，电流可以通过晶闸管，负载得到电源供电。
当控制信号消失时，晶闸管将保持导通状态，直到电流降至零或施加反向电压信号将其切换到关断状态。
晶闸管的工作原理使得它在电力控制和电子开关方面具有广泛的应用。
它可以用于调光、电机控制、电源开关和逆变器等领域。
晶闸管的可靠性高、效率高，因此在工业和家庭中得到广泛应用。
总结起来，晶闸管是一种具有控制电流能力的半导体器件。
它通过施加正电压信号来切换到导通状态，电流可以通过晶闸管。
一旦晶闸管处于导通状态，它将保持导通状态，直到电流降至零或施加反向电压信号将其切换到关断状态。
晶闸管
电压或正向脉冲(正向触发电压)。 晶闸管导通后，控制极便失去作用。 依靠正反
馈，晶闸管仍可维持导通状态。
晶闸管关断的条件： 1. 必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应
不能维持。 2. 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极
间加反相电压。
2019年7月21日星期日
2019年7月21日星期日
4、强触发
ig
作用：1）脉冲前沿越陡，导通面积
Ikm 0.9Ikm
扩展速度越快；
2）晶闸管串并联时，保证
晶闸管同时开通。
强触发形式：Ikm通常为Ik1的5倍。
Ik1
t1：脉冲前沿时间，上升速度>0.5A/us;
t1 t2 t3
t
t2：强触发脉冲宽度>50us;
t3：触发脉冲持续时间≥550us(10°)。
三相桥式全控整流电路
√=30时，晶闸管起始导通时刻推迟了30，组成ud的每
一段线电压因此推迟30，ud平均值降低，波形见图2。
√=60时，ud波形中每段线电压的波形继续向后移，ud平 均3。值继续降低。=60时ud出现了为零的点，波形见图 ☞当>60时
√因为id与ud一致，一旦ud降为至零，id也降至零，晶闸管 关断，输出整流电压ud为零，ud波形不能出现负值。
√=90时的波形见图4。
2019年7月21日星期日
三相桥式全控整流电路
◆三相桥式全控整流电路的一些特点 ☞每个时刻均需2个晶闸管同时导通，形成向负载供电的 回路，共阴极组的和共阳极组的各1个，且不能为同一相 的晶闸管。
☞对触发脉冲的要求 相√位6个依晶次闸差管60的 脉。冲按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，
晶闸管
晶闸管一、可控硅的概念和结构？一种以硅单晶为基本材料的P1N1P2N2四层三端器件，创制于1957年，由于它特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称可控硅T。
又由于可控硅最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅SCR。
在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件（俗称“死硅”）更为可贵的可控性。
它只有导通和关断两种状态。
可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备，如果超过此频率，因元件开关损耗显著增加，允许通过的平均电流相降低，此时，标称电流应降级使用。
可控硅的优点很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪音；效率高，成本低等等。
可控硅的弱点：静态及动态的过载能力较差；容易受干扰而误导通。
可控硅从外形上分类主要有：螺栓形、平板形和平底形。
1、可控硅元件的结构：不管可控硅的外形如何，它们的管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2结构。
见图1。
它有三个PN结（J1、J2、J3），从J1结构的P1层引出阳极A，从N2层引出阴级K，从P2层引出控制极G，所以它是一种四层三端的半导体器件。
2、工作原理可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图1所示当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。
此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。
因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。
此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。
这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。
由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。
晶闸管的工作条件_概述及解释说明
晶闸管的工作条件概述及解释说明1. 引言1.1 概述:晶闸管作为一种重要的电子器件，在电力控制和电能转换领域发挥着关键的作用。
它具有可靠性高、功率损耗小、体积小等优点，被广泛应用于各个行业。
了解晶闸管的工作条件对于正确使用和设计相关电路至关重要。
1.2 文章结构:本文将首先介绍晶闸管的工作原理，包括其结构和PN结与工作条件之间的关系。
接下来，将详细讨论晶闸管的主要工作条件，包括阻抗匹配与负载电流、触发电压与触发电流以及关断特性及其影响因素。
然后，将探讨晶闸管的保护措施和需注意事项，包括过电流保护与故障检测、温度保护与散热设计要点以及隔离和绝缘性能要求。
最后，通过总结晶闸管的工作条件概述，并说明晶闸管在实际应用中的重要性和未来技术与应用展望，来结束整篇文章。
1.3 目的:本文旨在全面介绍晶闸管的工作条件，帮助读者深入了解晶闸管的原理和使用要点。
通过本文的阐述，读者可以掌握正确选择晶闸管和应用技巧，并能够设计合适的保护措施，确保晶闸管工作稳定可靠。
2. 晶闸管的工作原理:2.1 简介晶闸管:晶闸管是一种半导体器件，具有控制电流流动的特性。
它由四个半导体层构成，并带有三个接线端，即阳极、阴极和门极。
晶闸管可以实现自锁状态，在一定触发条件下将保持开启状态，直到触发信号停止或施加反向电压为止。
2.2 PN结与工作条件:在晶闸管中，两个PN结扮演重要角色。
当施加正向电压时，P区被加上正电压（阳极）而N区被加上负电压（阴极），形成一个正偏性结。
此时穿越PN结的少数载流子会被注入N区，并形成导电通道，使得晶闸管处于导通状态。
然而，在不适当的工作条件下，PN结可能会出现击穿现象，进而使整个晶闸管失效。
因此，在工作过程中需要注意：控制正向电流并维持适当的功耗、避免超过材料的最大额定电压、保持适当温度等。
2.3 准双向导通特性与工作条件:晶闸管具有准双向导通特性，即不论施加的电压是正向还是反向，只要触发条件满足，晶闸管都能够导通。
晶闸管的导通和关断条件(一)
晶闸管的导通和关断条件(一)晶闸管的导通和关断条件晶闸管是一种电子元件，它具有较好的控制性，被广泛应用于电路中。
在使用晶闸管的时候，必须要掌握它的导通和关断条件。
晶闸管导通条件晶闸管导通时，电流流经晶闸管的主电路，晶闸管有一定的压降，且在导通状态下，具有很低的电压降。
当电流流经晶闸管的时候，晶闸管的正向电压Vak必须大于等于晶闸管的平均开启电压Vtm，才能实现导通状态。
另外，要注意晶闸管的门极触发电压Vgt，通常Vgt>0.7Vtm。
晶闸管关断条件晶闸管在导通状态下，如果在控制电压Ud下，断开了发射极的电源电流，那么晶闸管会自行关闭，也就是说它的关断条件是电流降为零。
同时，为了确保晶闸管能够快速关断，需要增加熄灭电路或者采用反并联二极管等方式来降低关断时间。
晶闸管的适用范围晶闸管能够实现高效率的开关控制，其适用范围相当广泛，在电力电子领域和各种电子设备中都得到了广泛的应用。
晶闸管可以用于直流电源控制器、开关电源、电动机控制器、发电机控制器等多种设备中。
通过掌握晶闸管的导通和关断条件，我们可以更好地理解和使用晶闸管这个电子元件，有效地提升电子设计的质量和效率。
晶闸管的特点晶闸管除了具有高效率、可靠性和稳定性等传统电子元件特点之外，还有以下几个显著的特点：•控制特性好：晶闸管的控制电流非常小，可以通过信号放大器、逻辑电路、门电路等多种方式实现；•恒流控制：当晶闸管处于稳定导通状态时，可以实现稳定的恒流输出；•动态响应快：晶闸管可以快速调节电路中的电压和电流，实现快速的开关控制；•向高功率、大电流方向发展：随着电子技术的不断发展，晶闸管的功率和电流承受能力不断提高，逐渐代替了传统的开关元件。
小结通过本文的介绍，我们了解了晶闸管的导通和关断条件，以及晶闸管的适用范围和特点。
在实际应用中，我们需要针对不同的电路设计和工作环境，选取合适的晶闸管，并结合合适的控制电路和熄灭电路，实现快速、精准的控制。
晶闸管作为一种非常实用的电子元件，将在各种电子设备和电路应用中发挥越来越重要的作用。
晶闸管的概念
晶闸管的概念
晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅.
晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极；晶闸管工作条件为：加正向电压且门极有触发电流；其派生器件有：快速晶闸管，双向晶闸管，逆导晶闸管，光控晶闸管等。
它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。
晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
第1章 晶闸管
有效值与平均值之比称为波形系数Kf则: Kf=I/Id或I= KfId 。 例:设晶闸管承受的电压有效值为２２０Ｖ，流过的电流平 均为１５７Ａ，波形系数为１.１１,考虑安全裕量，求晶 闸管电压、电流定额。 i 解：ＵＮ＝(2～3)1.414×220 IM =622 ～933Ｖ（取800Ｖ)
I K f Id I IT ( AV ) = (1.5 2) = (1.5 2) 1.57 1.57 1.11´ 157 0 （取 200 Ａ） = (1.5 2) = 166 222 A 图1-11 1.57
学习重点:
晶闸管的工作原理、基本特性、主要参数以 及选择和使用中应注意的一些问题。
1.1
引言
晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流 器（Silicon Controlled Rectifier——SCR）
1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管。 1957年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品。 1958年商业化。
第1章
1.1 引言
晶闸管
1.2 晶闸管的结构与工作原理 1.3 晶闸管的基本特性 1.4 晶闸管的主要参数 1.5 晶闸管的派生器件
1.6 电力二极管(整流二极管)
本章学习内容与重点
本章内容:
介绍晶闸管的工作原理、基本特性、主要参 数以及选择和使用中应注意的一些问题。 介绍电力二极管、晶闸管派生器件的基本特 性和使用中应注意的一些问题。
仿真实验
1.2 晶闸管的结构与工作原理
晶闸管的工作原理
⊕工作原理（从其内部四层结构来 A 分析） P1 ①定性分析 J1 N1 a. UG≤0，IG=0 G J2 P2 UAK＜0时，J1，J3反偏，J2正 J 3 偏，反向阻断，晶闸管不导通， N2 解释①。 K UAK＞0时，J1，J3正偏，J2反 偏，晶闸管不导通，解释⑤。图1-2 晶闸管的内部结构图
晶闸管的原理、特性、主要参数及测试方法
晶闸管的原理、特性、主要参数及测试方法1.1 晶闸管晶闸管（Thyristor）是硅晶体闸流管的简称，也称为可控硅SCR（Semiconductor Control Rectifier）。
晶闸管作为大功率的半导体器件，只要用几十至几百毫安的电流就可以控制几百至几千安的大电流，实现了弱电对强电的控制。
1.1.1 晶闸管的结构晶闸管是四层（P1N1P2N2）三端（阳极A、阴极K、门极G）器件，其内部结构和等效电路如图1-1所示。
图1-1 晶闸管的内部结构和等效电路晶闸管的符号及外形如图1-2所示，图1-2（a）为晶闸管的符号，图1-2（b）为晶闸管的外形。
晶闸管的类型大致有4种：塑封型、螺栓型、平板型和模块型。
塑封型晶闸管多用于额定电流5A以下；螺栓型晶闸管额定电流一般为5～200A；平板型晶闸管用于额定电流200A以上；模块型晶闸管额定电流可达数百安培。
晶闸管由于体积小、安装方便，常用于紧凑型设备中。
晶闸管工作时，由于器件损耗会产生热量，需要通过散热器降低管芯温度，器件外形是为便于安装散热器而设计的。
图1-2 晶闸管的符号及外形晶闸管的散热器如图1-3所示。
图1-3 晶闸管的散热器1.1.2 晶闸管的工作原理以图1-4所示的晶闸管的导通实验电路来说明晶闸管的工作原理。
在该电路中，由电源EA、晶闸管的阳极和阴极、白炽灯组成晶闸管主电路，由电源EG、开关S、晶闸管的门极和阴极组成控制电路（触发电路）。
图1-4 晶闸管的导通实验电路实验步骤及结果说明如下。
（1）将晶闸管的阳极接电源EA的正极，阴极经白炽灯接电源的负极，此时晶闸管承受正向电压。
当控制电路中的开关S断开时，灯不亮，说明晶闸管不导通。
（2）当晶闸管的阳极和阴极承受正向电压，控制电路中开关S闭合，使控制极也加正向电压（控制极相对阴极）时，灯亮说明晶闸管导通。
（3）当晶闸管导通时，将控制极上的电压去掉（即将开关S断开），灯依然亮，说明一旦晶闸管导通，控制极就失去了控制作用。
晶闸管额定电流计算公式
晶闸管额定电流计算公式
晶闸管的额定电流计算公式如下：
Irms = (η x Iavg) / (1 - D)
其中，Irms为晶闸管的额定电流，η为负载的波形系数，Iavg为负载的平均电流，D为晶闸管的导通角度。
在实际应用中，负载的波形系数η通常可以认为是1，因为大多数负载的波形是正弦波形，其有效值与平均值相等。
此时，晶闸管的额定电流可简化为：
Irms = Iavg / (1 - D)
需要注意的是，晶闸管的额定电流应小于其最大额定电流，以确保晶闸管在长时间运行过程中不会过载。
拓展：
除了晶闸管的额定电流，还有一些其他重要的额定参数，例如额定电压、额定功率和额定频率等。
这些参数是根据晶闸管的设计和制造过程进行确定的，并在使用时需要严格遵守。
此外，还有一些其他
因素也需要考虑，如散热和温度等，以确保晶闸管的正常运行和可靠性。
晶 闸 管
课堂思考
额定电流选择
对于特定电流波形，其有效值和平均值的比值成为波形 系数Kf=Irms/IAV，按有效值相等原则选择晶闸管额定电流
对于一只额定电流IT(AV)=100A的晶闸管，允许的电流有 效值应该为157A（考虑正弦半波波形系数）。
14
课堂思考
例：电流波形不同，而电流平均值均为IAV= 100A 时，晶闸管额定电流选择是否相同。
4
晶闸管
晶闸管的静态特性
➢ 晶闸管的关断
IAK<IH（维持电流），内部正反馈不能维持而关断 方法：①增大负载阻抗、②切断电流、③UAK < 0
➢ 门极伏安特性
G、K之间是PN结，特性类似二极管特性，但反 向电流较大
可靠触发的保证：IGK足够大（足够的UGK)、但不 超过极限功率
5
晶闸管
9
晶闸管
晶闸管主要参数
➢ 额定电流
擎住电流 IL
晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需 的最小电流
对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍
浪涌电流ITSM
指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性 最大正向过载电流
10
晶闸管
晶闸管主要参数
➢动态参数
晶闸管的开通时间tgt与关断时间 tq：含义如前所述 断态电压临界上升率du/dt
Kf
Irms I AV
1.11
100A的电流平均值对应的有效值: Irms 100 1.11 111A
额定电流选择：
IT(AV)
ksai
111 1.57
2
70.7A
(ksai 2)
18
课堂思考
（3）方波半波整流电流波形状态，阴影部分波形
晶闸管
概述
可控硅的优点很多，例如：以小功率控制 大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反 应极快，在微秒级内开通、关断；无触点 运行，无火花、无噪音；效率高，成本低 等等。 可控硅的弱点有静态及动态的过载能力较 差；容易受干扰而误导通。
概述
普通可控硅主要用于大功率的交直流变换、调压等。 双向可控硅主要用于电机控制、电磁阀控制、调温及调 光控制等方面 。 可控硅的三个电极分别用字母A(表示阳极)、K（表示 阴极）、G（表示门极）。
可控硅等效图解图
单向可控硅的工作原理
当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。 此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便 有基流Ib2流过，经BG2放大，其集电极电流Ic2=β2Ib2。 因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以Ib1=Ic2。 此时，电流Ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流 Ic1=β1Ib1=β1β2Ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表 成正反馈，使Ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两 个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。 由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所 以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电 流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态， 由于触发信号只起触发作用，没有关断功 能，所以这种可控硅是不可关断的。
单向可控硅主要特性参数
1、额定通态平均电流（IT（AV）） 2 、断态重复峰值电压（VDRM） 3 、反向重复峰值电压（VRRM） 4 、断态重复平均电流（IDR（AV）） 5 、反向重复平均电流（IRR（AV）） 6、通态平均电压（VTM（AV）） 7 、门极触发电流（IGT） 8 、门极触发电压（VGT） 9 、断态电压临界上升率（du/d t） 10、维持电流（IH） 11、擎住电流（IL） 12、浪涌电流（ITSM） 13、额定结温（T j M）
中国晶闸管(可控硅)行业发展现状及竞争格局分析
中国晶闸管（可控硅）行业发展现状及竞争格局分析一、晶闸管产业概述1、晶闸管的定义及分类晶闸管又称可控硅，是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件，具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，可通过开关使用，但不易驱动，损耗大，难以实现高频化变流，可用于可控整流、交流调压、保护、无触点电子开关、逆变及变频领域等。
根据能否控制信号的关断，晶闸管可分为半控型和全控型。
其中，半控型晶闸管只能控制信号的导通而不能控制其关断，涵盖普通晶闸管、双向晶闸管、快速晶闸管、逆导晶闸管和光控晶闸管等绝大多数晶闸管品类，而全控型晶闸管则包括门极可关断晶闸管（GTO）和栅控晶闸管（MCT）等。
晶闸管的分类2、晶闸管发展历程晶闸管的发展经历了萌芽、发展和成熟三个阶段，朝大功率化、大容量化不断发展。
自1957年美国通用电气公司开发出第一款晶闸管器件以来，晶闸管的发展经历了“萌芽→发展→成熟”三个阶段，并朝大功率化、大容量化不断发展。
国内晶闸管行业真正取得发展在2000年以后，2000年，我国建成的首条300万千瓦直流输电工程采用5英寸晶闸管。
目前，我国晶闸管行业低端市场已经基本形成进口替代，行业内形成了一批规模大、实力雄厚的上市公司，如扬杰科技、捷捷微电子等；但在中高端产品领域，进口产品仍占据主要市场份额，仍具备较大的国产替代空间。
晶闸管发展历程二、晶闸管行业产业链1、晶闸管行业产业链示意图从晶闸管产业链来看，上游市场参与者有单晶硅、金属材料、化学试剂等原材料供应商及生产设备供应商等，下游主要为晶闸管的应用领域，晶闸管器件应用领域主要有汽车电子、计算机、消费电子、工业控制以及网络通信等。
受益于终端产品的更新换代及科技进步引导的新产品生产，晶闸管拥有了不断增长的市场空间。
晶闸管行业产业链示意图2、晶闸管行业下游应用分析晶闸管作为功率半导体中较为早期和成熟的产品，其技术门槛相对较低，但它具有制造成本低、可靠性高、相应配套电路结构简单、体积小和重量轻等特点，具备突出的性价比优势，因此仍广泛应用于工业、交运、军事科研、商业及民用电器等多个领域。
常见晶闸管的原理与运用
(一）普通晶闸管普通晶闸管（SCR）是由PNPN四层半导体材料构成的三端半导体器件，三个引出端分另为阳极A、阴极K和门极G、图8-4是其电路图形符号。
普通晶闸管的阳极与阴极之间具有单向导电的性能，其内部可以等效为由一只PNP晶闸管和一只NPN晶闸管组成的组合管，如图8-5所示。
当晶闸管反向连接（即A极接电源负端，K极接电源正端）时，无论门极G 所加电压是什么极性，晶闸管均处于阻断状态。
当晶闸管正向连接（即A极接电源正端，K极接电源负端）时，若门极G所加触发电压为负时，则晶闸管也不导通，只有其门极G加上适当的正向触发电压时，晶闸管才能由阻断状态变为导通状态。
此时，晶闸管阳极A极与阴极K极之间呈低阻导通状态，A、K 极之间压降约为1V。
普通晶闸管受触发导通后，其门极G即使失去触发电压，只要阳极A和阴极K 之间仍保持正向电压，晶闸管将维持低阻导通状态。
只有把阳极A电压撤除或阳极A、阴极K之间电压极性发生改变（如交流过零）时，普通晶闸管才由低阻导通状态转换为高阻阻断状态。
普通晶闸管一旦阻断，即使其阳极A与阴极K之间又重新加上正向电压，仍需在门极G和阴极K之间重新加上正向触发电压后方可导通。
普通晶闸管的导通与阻断状态相当于开关的闭合和断开状态，用它可以制成无触点电子开关，去控制直流电源电路。
（二）双向晶闸管双向晶闸管（TRIAC）是由NPNPN五层半导体材料构成的，相当于两只普通晶闸管反相并联，它也有三个电极，分别是主电极T1、主电极T2和门极G。
图8-6是双向晶闸管的结构和等效电路，图8-7是其电路图形符号。
双向晶闸管可以双向导通，即门极加上正或负的触发电压，均能触发双向晶闸管正、反两个方向导通。
图8-8是其触发状态。
当门极G和主电极T2相对于主电极T1的电压为正（V T2＞V T1、V G＞V T1）或门极G和主电极T1相对于主电极T2的电压为负（V T1＜V T2、V G＜V T2）时，晶闸管的导通方向为T2→T1此时T2为阳极，T1为阴极。
第一章：电力电子器件晶闸管
2．反向重复峰值电压URRM：在门极断路而结温为额定值时，允许 重复加在器件上的反向峰值电压。
3．通态（峰值）电压UTM：晶闸管通以某一规定倍数的额定通态 平均电流时的瞬态峰值电压。
4．额定电压：取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件 的额定电压。选用晶闸管时，额定电压要留有一定裕量。
最小门极电流； ● UGr：指产生触发电流 IGr 所需门极电压值； ● 环境温度高时需要的 Igr 和 Ugr 要小些；
环境温度低时需要的 IGr 和 Ugr 要大些； ● 同一型号晶闸管门极特性分散性较大，因此触发电路送出的
触发电流和触发电压应适当大于额定值的上限，但不能超过 最大电流、电压和功率极限。
雪崩 击穿
IH
IG2
IG1 IG=0
O
UDRM Ubo +UA
UDSM
-IA
一．静态特性
§1.3.2 晶闸管的基本特性
1．正向特性：器件施加正向电压，IG=0 时，正向阻断状态，只有 很小的正向漏电流流过；正向电压超过临界极限——正向转折
电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通； ● 随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低；
IC2＝2 IK ＋ ICBO2
（1－2） ICBO：共基极漏电流
I K＝IA＋IG
（1－3）
IA＝Ic1＋Ic2
（1－4）
IA
2 I G I CBO1 I CBO2 1 ( 1 2 )
（1－5）
★ 晶闸管中的晶体管特性为：
● 在低发射极电流下 是很小的； ● 而当发射极电流建立起来之后， 迅速增大。
晶闸管的导通原理
晶闸管的导通原理
晶闸管（SCR）是一种具有控制特性的半导体器件，可以用于
电力控制和开关电路中。
它由四个半导体层（P-N-P-N）组成，具有三个电极：阳极（A），阴极（K）和门极（G）。
其中，阳极与阴极之间是主电流路径。
当发生以下条件时，晶闸管处于导通状态：
1. 正向偏置：阳极正电压高于阴极，使得PN结极化为正。
2. 闸流（I_G）的注入：当在门极施加一个较高电压时，会引
起低电阻区（正向偏置区）的电流注入。
这通常通过一个电压源和一个电阻来实现，其中，电压源用于提供电流注入所需的电压，电阻用于限制电流注入的大小。
3. 肖特基二极管的反向偏置：正向偏置引发的电流注入穿过晶闸管的PN结，也会反向偏置与之相连的肖特基二极管。
这将
导致肖特基二极管结锁定，并进一步增加电流注入。
4. 端电压大于保持电压：当从阳极到阴极的电压大于晶闸管的保持电压时，导通状态将保持。
综上所述，只有满足以上条件，晶闸管才能导通。
通过控制闸流的大小和时序，可以在电路中实现精确的电力控制和开关操作。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
要正确使用一个晶闸管，除了了解晶闸管的静态、动态特性外，还必须定量地掌握晶闸管的一些主要参数。
现对经常使用的几个晶闸管的参数作一介绍。
1.电压参数信息来自:(1) 断态重复峰值电压UDRM 信息来源:门极开路，元件额定结温时，从晶闸管阳极伏安特性正向阻断高阻区(图1-10中的曲线①)漏电流急剧增长的拐弯处所决定的电压称断态不重复峰值电压UDSM，“不重复”表明这个电压不可长期重复施加。
取断态不重复峰值电压的90%定义为断态重复峰值电压UDRM，“重复”表示这个电压可以以每秒50次，每次持续时间不大于10ms的重复方式施加于元件上。
信息请登陆:输配电设备网(2) 反向重复峰值电压URRM信息来源:门极开路，元件额定结温时，从晶闸管阳极伏安特性反向阻断高阻区(图1-10中曲线④)反向漏电流急剧增长的拐弯处所决定的的电压称为反向不重复峰值电压URSM，这个电压是不能长期重复施加的。
取反向不重复峰值电压的90%定义为反向重复峰值电压URRM，这个电压允许重复施加。
信息请登陆:输配电设备网(3) 晶闸管的额定电压UR 信息来源:取UDRM和URRM中较小的一个，并整化至等于或小于该值的规定电压等级上。
电压等级不是任意决定的，额定电压在1000V以下是每100V一个电压等级，1000V至3000V则是每200V一个电压等级。
信息来源:由于晶闸管工作中可能会遭受到一些意想不到的瞬时过电压，为了确保管子安全运行，在选用晶闸管时应使其额定电压为正常工作电压峰值UM的2~3倍，以作安全余量。
信息来源:UR =(2~3)UM (1-4)信息来自:(4) 通态平均电压UT(AV)信息请登陆:输配电设备网指在晶闸管通过单相工频正弦半波电流，额定结温、额定平均电流下，晶闸管阳极与阴极间电压的平均值，也称之为管压降。
在晶闸管型号中，常按通态平均电压的数值进行分组，以大写英文字母A～I表示。
通态平均电压影响元件的损耗与发热，应该选用管压降小的元件来使用。
信息来自:输配电设备网2.电流参数信息来源:(1) 通态平均电流IT(AV)信息来自:输配电设备网在环境温度为+40℃、规定的冷却条件下，晶闸管元件在电阻性负载的单相、工频、正弦半波、导通角不小于170°的电路中，当结温稳定在额定值125℃时所允许的通态时的最大平均电流称为额定通态平均电流IT(AV)。
选用晶闸管时应根据有效电流相等的原则来确定晶闸管的额定电流。
由于晶闸管的过载能力小，为保证安全可靠工作，所选用晶闸管的额定电流IT(AV)应使其对应有效值电流为实际流过电流有效值的1.5～2倍。
按晶闸管额定电流的定义，一个额定电流为100A的晶闸管，其允许通过的电流有效值为157A。
信息来自:输配电设备网(2) 维持电流IH 信息来自:输配电设备网维持电流是指晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百毫安。
维持电流与结温有关，结温越高，维持电流越小，晶闸管越难关断。
(3) 掣住电流IL晶闸管刚从阻断状态转变为导通状态并撤除门极触发信号，此时要维持元件导通所需的最小阳极电流称为掣住电流。
一般掣住电流比维持电流大(2～4)倍。
晶闸管(可控硅）应用指南技术部一. 参数说明1. 参数表中所给出的数据，I TSM 、I 2t 、dv/dt 、di/dt 指的是元件所能满足的最小值, Q r 、V TM 、V TO 、r T 指元件可满足(不超过)的最大值。
2. 通态平均电流额定值I TAV (I FAV )I TAV (I FAV )指在双面冷却条件下，保证散热器温度55℃时，允许元件流过的最大正弦半波电流平均值。
I TAV (I FAV )对应元件额定有效值I RMS =1.57 I TAV 。
实际使用中，若不能保证散热器温度低于55℃或散热器与元件接触热阻远大于规定值，则元件应降额使用。
3. 晶闸管通态电流上升率di/dt参数表中所给的为元件通态电流上升率的临界重复值。
其对应不重复测试值为重复值的2倍以上，在使用过程中，必须保证元件导通期任何时候的电流上升率都不能超过其重复值。
4. 晶闸管使用频率晶闸管可工作的最大频率由其工作时的电流脉冲宽度t p ，关断时间t q 以及从关断后承受正压开始至其再次开通的时间t V 决定。
f max =1/(t q +t p +t V )。
根据工作频率选取元件时必须保证元件从正向电流过零至开始承受正压的时间间隔t H >t q ，并留有一定的裕量。
随着工作频率的升高，元件正向损耗E pf 和反向恢复损耗E pr 随之升高，元件通态电流须降额使用。
二. 元件的选择正确地选择晶闸管、整流管等电力电子器件对保证整机设备的可靠性及降低设备成本具有重要意义。
元件的选择要综合考虑其使用环境、冷却方式、线路型式、负载性质等因素，在保证所选元件各参数具有裕量的条件下兼顾经济性。
由于电力电子器件的应用领域十分广泛，具体应用形式多种多样，下面仅就晶闸管元件在整流电路和单项中频逆变电路中的选择加以说明。
1. 整流电路器件选择工频整流是晶闸管元件最常用的领域之一。
元件选用主要考虑其额定电压和额定电流。
(1) 晶闸管器件的正反向峰值电压V DRM 和V RRM ：应为元件实际承受最大峰值电压UM 的2-3倍，即V DRM/RRM =(2-3)U M 。
各种整流线路对应的U M 值见表1。
(2) 晶闸管器件的额定通态电流I T(AV)：晶闸管的I T(AV)值指的是工频正弦半波平均值，其对应的有效值I TRMS =1.57I T(AV)。
为使元件在工作过程中不因过热损坏，流经元件的实际有效值应在乘以安全系数1.5-2后才能等于1.57I T(AV)。
假设整流电路负载平均电流为I d ，流经每个器件的电流有效值为K Id ，则所选器件的额定通态电流应为： I T(AV)=(1.5-2)K Id / 1.57=K fd *I dK fd 为计算系数。
对于控制角α=0O 时，各种整流电路下的K fd 值见表1。
选择元件I T(AV)值还应考虑元件散热方式。
一般情况下风冷比水冷相同元件的额定电流值要低；自然冷却情况下，元件的额定电流要降为标准冷却条件下的三分之一。
表1：整流器件的最大峰值电压U M 及通态平均电流计算系数K fd整流电路单相半波单项双半波单项桥式 三相半波三相桥式带平衡电抗器 的双反星型U M U 2 U 2 U 2 U 2 U 2 U 2 K fdα=0O 电阻负载1 0.5 0.5 0.375 0.368 0.185 电感负载0.450.450.450.3680.3680.184注：U 2为主回路变压器二次相电压有效值;单项半波电感负载电路带续流二极管。
2. 中频逆变元件的选择一般400HZ 以上的工作条件下，应考虑使用KK 器件；频率在4KHz 以上时，可考虑使用KA 器件。
这里主要介绍一下并联逆变电路中元件的选择(见图一)。
(1) 元件正向和反向峰值电压V DRM 、V RRM元件正向和反向峰值电压应取其实际承受最大正、反向峰值电压的1.5-2倍。
假设逆变器直流输入电压为U d ，功率因数为cosψ则： V DRM/RRM =(1.5-2)πU d /(2cosψ) (2) 元件的额定通态电流I T(AV)考虑到元件在较高频率下工作时，其开关损耗非常显著，元件的额定通态电流应按实际流过其有效值I 的2-3倍来考虑，即 I T(AV)=(2-3)I/1.57假设逆变器直流输入电流为I d ，则所选器件I T(AV)为 I T(AV)=(2-3)×I d /(1.57 ) (3) 关断时间t q并联逆变线路中，KK元件的关断时间选择要根据触发引前时间tf 和换流时间tr来决定。
一般取：t q =(tf-tr)×(当功率因数为0.8时t f约为周期的十分之一，t r按元件di/dt小于或等于100A/μS来确定)在频率较高时，可通过减小换流时间tr ，并适当牺牲功率因数增加tf的方法来选择具有合适tq值的元件以上简略介绍了整流和逆变工作条件下元件的选择。
在许多情况下，除了元件的额定电压、电流外，还要根据具体条件选择元件的门极参数、通态压降以及断态电压临界上升率dv/dt和通态电流临界上升率di/dt。
三. 元件的保护晶闸管元件的电压和电流过载能力极差，尤其是耐压能力，瞬时的过压就会造成元件永久性的损坏。
为了使元件能长期可靠地运行，必须针对过压和过电流发生的原因采取保护措施。
1. 过压保护晶闸管工作过程中可能承受的过压主要有以下几种：一种是由于装置拉、合闸、负载打火等引起的过压；一种是由于元件关断时产生的关断电压；还有因雷击等原因从电网侵入的浪涌电压。
为限制过电压的幅值低于元件的正反向峰值电压，可采取以下保护措施(见图二)。
(1) 在变压器一次侧接上避雷器，在二次侧加装阻容保护、硒堆、压敏电阻等非线性电阻元件进行保护。
在整流直流侧采取压敏电阻和泄能保护装置，以防止元件承受过电压。
(2) 在晶闸管阴阳极两端直接进行保护。
晶闸管关断过程中主电流过零反向后迅速由反向峰值恢复至零电流，此过程可在元件两端产生达正常工作峰值电压5-6倍的尖峰电压。
一般建议在尽可能靠近元件本身的地方接上阻容吸收回路。
电阻R选无感电阻，通常取5-30Ω；电容C通常在0.1-1μF，耐压选元件耐压的1.1-1.5倍。
具体R、C取值可根据元件型号及工作情况调试决定。
注意保证电阻R的功率，尤其在中频逆变电路中，使之不会因发热而损坏。
2. 过流保护晶闸管元件在短时间内具有一定的过流能力，但在过流严重时，不采取保护措施，就会造成元件损坏。
在线路设计和元件选择时应考虑负载短路和过载情况，确保在异常情况下设备能自动保护。
一般有以下几种措施(见图三)。
(1) 在进线中串接电抗器限制短路电流，使其他保护方式切断电流前元件短时间内不致损坏； (2) 线路采用过流检测装置，由过流信号控制触发器抑制过流，或接入过流继电器。
(3) 安装快速熔断器。
快速熔断器的动作时间要求在10ms 以内，熔断体的额定电流IKR 可按以下原则选取： 1.57I T(AV)≥I KR ≥I T I T(AV)为元件额定电流，I T 为元件实际工作电流有效值 四. 晶闸管门极触发参数表中所给晶闸管IGT 、VGT 为能触发元件至通态的最小值，实际使用中，晶闸管门极触发IGT 、VGT 应远大于此值。
应用中门极触发电流波形对晶闸管开通时间、开通损耗以及di/dt 承受能力，都有较大影响。
为保证元件工作在最佳状态，并增强抗干扰性能，对仪元公司所有晶闸管，建议门极触发脉冲电流幅值：IGM=2～5A(<10A)，上升率：diG/dt≥2A/μs，上升时间：tr≤1μs。