6.4晶闸管 (课件）-高二《汽车电工电子基础》同步教学（大连理工大学出版社）

任务4 晶闸管 别名：可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier）是一种大功率半导体器件，出现于70年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。 特点：体积小、重量轻、无噪声、寿命长、 容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。 应用领域： 整流（交流  直流） 逆变（直流  交流） 变频（交流  交流） 斩波（直流  直流） 一、普通晶闸管 晶闸管的种类很多，有普通型晶闸管、双向型晶闸管、可关断型晶闸管以及快速型晶闸管等。 在此以普通型为例，介绍晶闸管的结构。 1．普通晶闸管的结构 晶闸管采用铝片或铂片作为衬底，由PNPN四层半导体组成，每两层半导体交界面处都会形成一个PN结，这样在内部会形成三个PN结（J1、J2、J3） 可将晶闸管看成是由PNP和NPN型两个管连接而成，前面PNP基极与后面NPN集电极相连，后面NPN的基极与前面的PNP的集电极相连 2、晶闸管的工作原理 P1 P2 N1 N2 四 层 半 导 体 K（阴极） G（控制极） A（阳极） 内部为PNPN四层半导体结构 三 个 PN 结 电路符号 A K G G K P1 P2 N1 N2 A P P N N N P A G K 阳极 阴极 控制极 内部等效为两个三极管组成 晶闸管的主电路：电源Ea（-）→灯HL→晶闸管阳极A→阴极K→电源Ea（+）； 晶闸管的控制电路：电源Eg（+）→开关S→晶闸管控制极G→阴极K→电阻R→电源Eg（-）。 1）晶闸管的导电特性 ①晶闸管导通条件：在阳极正向电压的前提下，门极加足够大的瞬间正向（UGK＞0）触发电压。 ②晶闸管关断条件：使IA＜IH（IH为维持电流，关于维持电流在后面有解释）或将阳极电压降至零或使其反向。 2）晶闸管的导电工作原理 晶闸管是由P型和N型半导体交替叠合成P—N—P—N四层而构成，它有三个PN结（J1、J2、J3），如图6-49（a）所示。 图6-49 晶闸管结构 图6-49 晶闸管结构及其导电特性的比喻 （a）晶闸管结构 （b）门极开路时 将晶闸管的四层半导体和三个PN结比喻成水管和阀门，便容易理解晶闸管的导电特性。 ①门极开路（IG=0）。当晶闸管门极开路（IG=0）时，相当于没有顶开阀门J2的水流（阀门J2未打开），如图6-49b所示。 因此,当晶闸管门极开路时，无论阳极加正向电压还是加反向电压，它都处于关断状态。 ②门极加正向电压UGK（门极为高电位，阴极为低电位）。当晶闸管门极加足够大的正向电压（UGK＞0）时，相当于有了足以顶开阀门J2并使其上翻的水流IG，如图6-49c所示。 晶闸管一旦导通，门极便失去控制作用。 图6-49 晶闸管结构及其导电特性的比喻 （c）门极加正向电压时 （3）怎样才能将导通后的晶闸管关断 方法一：减小阳极电流IA，使其小于晶闸管维持导通所需的最小电流（称为维持电流，用IH表示），即IA＜IH。 方法二：将阳极电压降至零或使其反向。 （4）晶闸管的主要参数 1）额定正向平均电流IT（或叫通态平均电流）。 2）正向重复峰值电压UDRM。 3）反向重复峰值电压URRM 。 4）维持电流IH。 5）通态平均电压UT。 5）晶闸管的型号 根据机械工业部颁发标准JB1144—75规定，KP系列普通晶闸管的型号及含义如下： K P □—□□ 第1项：K——晶闸管；P——普通型。 第2项：额定通态平均电流 第3项：正反向重复峰值电压级数 第4项：通态平均电压组别（小于100A时不标级） 二、双向晶闸管 G仍叫做控制极外，另外两个电极通常却不叫做阳极和阴极，而称为主电极Tl和T2。 双向晶闸管内部由五层半导体组成，五层三端半导体器件。 对于双向晶闸管来说，两个主电极无所谓哪个是阳极，哪个是阴极。无论给双向晶闸管主电极T1、T2之间加正向还是反向电压，只要控制极有触发信号（无论触发信号的极性如何），它都能被触发导通。 三、可关断晶闸管 可关断晶闸管（GTO）可关断晶闸管也称门控晶闸管， 可关断晶闸管（以P型门极为例）是由 PNPN四层半导体材料构成，其外部也是有三个电极分别为阳极A、阴极K、控制极（门极）G。 它的导通条件与普通晶闸管的导通条件相同。在导通状态时，若在其门极G上加一个适当的负电压，就能使导通的晶闸管自行关断，它和普通晶闸管的关断原理及关断方式是截然不同的。 四、光控晶闸管 是一种用光信号或光电信号进行触发的晶闸管。 当在光控晶闸管的阳极加上正向电压，阴极加上负向电压时光控晶闸管可以等效成图 (d) 。只要用足够强的光线照射到受光窗口，光电二极管会立即导通，这个光电