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晶閘管的結構和工作原理

發布時間:

2022-02-24 16:15

  晶閘管(Thyristor)是晶體閘流管的簡稱,又稱作可控硅整流管(SCR),以前被簡稱為可控硅。晶閘管能夠通過信號控制其導通,但不能控制其關斷,所以稱為半控型器件。晶閘管這個名稱往往專指晶閘管的一種基本類型一普通晶閘管。但從廣義上講,晶閘管還包括許多派生器件,如雙向晶閘管(TRIAC)、快速晶閘管(FST)、逆導型晶閘管(RCT)和光控晶閘管(LTT)等。
  一、晶閘管的結構
  目前大功率晶閘管常用的外形結構有螺栓式和平板式,它具有三個PN結的四層結構,其外形、結構和圖形符號如圖所示。
  晶閘管內部是PNPN四層半導體結構,分別命名為P1、N1、P2、N2四個區。由最外的P層和N層引出的兩個電極,分別為陽極A和陰極K,由中間的P2層引出的電極是門極G(也稱控制極)。四個區形成J1、J2、J3三個PN結。因此,晶閘管可以用三個PN結串聯來等效,如圖8-2所示晶閘管的國際通用名稱為Thyristor,簡寫為VT。
  晶閘管是電力電子器件,在工作過程中會因損耗而發熱,因此必須安裝散熱器。對于螺栓型封裝,通常螺栓是其陽極,做成螺栓狀是為了能與散熱器緊密連接且安裝方便,通過陽極(螺栓)擰緊在鋁制散熱器上,為自然冷卻;平板式晶閘管則由兩個相互絕緣的散熱器夾緊晶閘管,靠冷風冷卻。
  平板式兩面散熱效果好,額定電流大于200 A的晶閘管都采用平板式結構。此外還可以通過水冷、油冷等冷卻方式進行冷卻。
  二、晶閘管的工作原理
  通過如圖所示電路做一個簡單的實驗,來說明晶閘管的工作原理。由電源Us、白熾燈、晶閘管的陽極、陰極組成晶閘管主電路。電源Uc、開關S、晶閘管門極和陰極組成控制電路也稱觸發電路。
  當晶閘管的陽極A接電源Us的正端。陰極K經白熾燈接電源的負端,此時晶閘管承受正向電壓。當控制電路中開關S斷開時,白熾燈不亮,說明晶閘管不導通。
  當晶閘管的陽極和陰極承受正向電壓,控制電路中開關S閉合,使控制極也加正向電壓,(控制極相對陰極間的電壓)。這時白熾燈亮,說明晶閘管導通。
  當品閘管導通后,將控制極上的電壓去掉(即將開美S斷開),白熾燈依然亮。說明一旦晶閘管導通后,控制極就失去控制作用。
  當品閘管的陽極和陰極間加反向電壓,不管控制極加不加電壓,燈都不亮,此時晶閘管截止。如果控制極加反向電壓,無論品閘管主電路加正向電壓還是反向電壓,晶閘管都不導通。
  通過上述實驗結果得出如下結論。
  (1)欲使晶閘管導通必須同時具備兩個條件:
 ?、倬чl管的陽極A和陰極K之間加上正向電壓,②品閘管的門極G與陰極K之間也加上合適的正向電壓和電流。
  (2)晶閘管一旦導通后,門極就失去控制作用,故晶閘管為半控型器件。
  (3)為使晶閘管關斷,必須使其陽極A電流降低到零或某一數值以下,這可以采用將陽極A電壓減少到零或者給陽極施加反向電壓。

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