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1、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。

2、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。

3、 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、无噪声;效率高,成本低等。

4、因此,特别是在大功率UPS供电系统中,晶闸管在整流电路、静态旁路开关、无触点输出开关等电路中得到广泛的应用。

5、 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。

6、 晶闸管从外形上分类主要有:螺栓形、平板形和平底形。

7、 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,共有三个PN结。

8、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 2.2 晶闸管的工作条件 由于晶闸管只有导通和关断两种工作状态,所以它具有开关特性,这种特性需要一定的条件才能转化,此条件见表1。

9、 表1 晶闸管导通和关断条件 (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。

10、 (2)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。

11、 (3)晶闸管在导通情况下,只要有一定的正向阳极电压,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。

12、 (4)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,晶闸管关断。

13、 3 晶闸管的伏安特性和主要参数 图2 晶闸管伏安特性参数示意图 (1) 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JJ2结反偏。

14、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结的雪崩击穿电压后,同时J3结也击穿,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”。

15、此后,晶闸管会发生永久性反向击穿。

16、 (2) 正向特性 当门极G开路,阳极A加上正向电压时(见图4),JJ3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,这叫正向阻断状态,当电压增加,如图2的特性曲线OA段开始弯曲,弯曲处的电压UBO称为“正向转折电压”。

17、 由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压后,J2结发生雪崩倍增效应,在结区产生大量的电子和空穴,电子进入N1区,空穴进入P2区。

18、进入N1区的电子与由P1区通过J1结注入N1区的空穴复合。

19、同样,进入P2区的空穴与由N2区通过J3结注入P2区的电子复合，雪崩击穿后，进入N1区的电子与进入P2区的空穴各自不能全部复合掉。

20、这样，在N1区就有电子积累，在P2区就有空穴积累，结果使P2区的电位升高，N1区的电位下降，J2结变成正偏，只要电流稍有增加,电压便迅速下降，出现所谓负阻特性，见图2中的虚线AB段。

21、这时JJ2、J3三个结均处于正偏，晶闸管便进入正向导电状态——通态,此时，它的特性与普通的PN结正向特性相似，如图2的BC段。

22、 (3) 触发导通 在门极G上加入正向电压时(如图5所示),因J3正偏,P2区的空穴进入N2区,N2区的电子进入P2区,形成触发电流IGT。

23、在晶闸管的内部正反馈作用(如图2)的基础上,加上IGT的作用,使晶闸管提前导通,导致图2中的伏安特性OA段左移,IGT越大,特性左移越快。

24、 图5 阳极和门极均加正向电压 3.2 晶闸管的主要参数 (1)断态重复峰值电压UDRM 门极开路,重复率为每秒50次,每次持续时间不大于10ms的断态最大脉冲电压,UDRM=90%UDSM,UDSM为断态不重复峰值电压。

25、UDSM应比UBO小,所留的裕量由生产厂家决定。

26、 (2)反向重复峰值电压URRM 其定义同UDRM相似,URRM=90%URSM,URSM为反向不重复峰值电压。

27、 (3)额定电压 选UDRM和URRM中较小的值作为额定电压,选用时额定电压应为正常工作峰值电压的2～3倍,应能承受经常出现的过电压。

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