可控硅（Silicon Controlled Rectifier，簡(jiǎn)稱SCR），是可控硅整流元件的簡(jiǎn)稱，是一種具有三個(gè)PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件，亦稱為晶閘管。具有體積小、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，是比較常用的半導(dǎo)體器件之一。

家用電器中的調(diào)光燈、調(diào)速風(fēng)扇、空調(diào)機(jī)、電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)、照相機(jī)、組合音響、聲光電路、定時(shí)控制器、玩具裝置、無線電遙控、攝像機(jī)及工業(yè)控制等都大量使用了可控硅器件。

  

假如沒有電流無法隨時(shí)關(guān)斷的缺點(diǎn)，那晶閘管就是完美的半導(dǎo)體開關(guān)。下面小編就為大家簡(jiǎn)單介紹一下晶閘管吧！

晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理

本文主要是想簡(jiǎn)單聊聊晶閘管的觸發(fā)條件及特性，在此之前，需要先了解一下它的結(jié)構(gòu)和工作原理。 

晶閘管的基本結(jié)構(gòu)和由兩個(gè)雙極型晶體管組成的等效模型 

晶體管工作原理

小編不想在此占用過多篇幅，想了解更多內(nèi)容可以直接百度，這方面并不是什么秘密，很容易搜到！

觸發(fā)條件

晶閘管可分成兩個(gè)子晶體管，一個(gè)pnp晶體管和一個(gè)npn晶體管，這兩個(gè)晶體管的共基極電流增益分別為α1和α2。 

晶閘管分解成兩個(gè)子晶體管及其等效電路

晶體管的觸發(fā)條件為：α1+α2≥1，現(xiàn)在我們來推導(dǎo)一下這個(gè)觸發(fā)的基本條件：

施加一個(gè)門極電流IG，會(huì)在晶體管2中產(chǎn)生一個(gè)集電極電流，即：IC2=β2IG

式中β2是晶體管2的共射極電流放大倍數(shù)。由于IC1=IB2，故門極電流增量為ΔIG的電流增益為：

βthyr=ΔIB2/ΔIG=β1β2

只有當(dāng)基極電流IB2持續(xù)增長(zhǎng)時(shí)晶閘管才能擎住。要達(dá)到這種效果，反饋信號(hào)ΔIB2必須必原輸入信號(hào)ΔIG大，故下面的式子應(yīng)當(dāng)滿足：βthyr=β1β2≥1

雙極型晶體管的共射極電流放大倍數(shù)β和共基極電流放大倍數(shù)的關(guān)系是：

β=α/1-α

從而得到晶閘管的觸發(fā)條件為：

α1+α2≥1

靜態(tài)伏安特性

接下來，我們討論一下晶閘管的I(V)特性。完整的晶閘管電流-電壓特性曲線如下圖所示，整條I(V)曲線由一個(gè)亞穩(wěn)態(tài)區(qū)域和三個(gè)穩(wěn)態(tài)區(qū)域組成。 

 

晶閘管的電流-電壓特性

晶閘管觸發(fā)（穩(wěn)態(tài)）：在這個(gè)區(qū)域，晶閘管擎住，即電流只由外電路限制；

正向阻斷（穩(wěn)態(tài)）：在這個(gè)模式下施加的是正陽極電壓，但沒有電流（只有小的漏電流）；

過渡階段（亞穩(wěn)態(tài)）：過渡階段處于正向阻斷和擎住階段之間，在這個(gè)過程中要經(jīng)歷一個(gè)亞穩(wěn)態(tài)階段，這時(shí)晶閘管對(duì)條件的微小變化都很敏感，發(fā)展趨勢(shì)是正向阻斷或完全擎住的狀態(tài)；

反向阻斷（穩(wěn)態(tài)）：施加一個(gè)反向電壓（陽極相對(duì)陰極是負(fù)的），晶閘管不導(dǎo)通。通常晶閘管的反向阻斷電壓接近最大正向阻斷電壓的范圍內(nèi)。

開通特性

通過上文，我們已經(jīng)非常清楚為了開通一個(gè)晶閘管必須滿足的觸發(fā)條件（α1+α2=1）。達(dá)到這一目的有多種辦法，下面簡(jiǎn)要了解一下可能采用的開通技術(shù)：

控制電流觸發(fā)（門極觸發(fā)）：這是最廣泛應(yīng)用的方法，施加一個(gè)足夠大的門極電流使晶閘管導(dǎo)通。

靜態(tài)電壓觸發(fā)（也叫轉(zhuǎn)折電壓觸發(fā)）：當(dāng)陽極-陰極電壓上升到轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，早期效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致晶閘管的自發(fā)開通。

動(dòng)態(tài)電壓觸發(fā)（dv/dt觸發(fā)）：如果陽極-陰極電壓的導(dǎo)數(shù)超過了某個(gè)值，則容性位移電流會(huì)觸發(fā)晶閘管。

光觸發(fā)：晶閘管必須經(jīng)特殊工藝處理才能實(shí)現(xiàn)這種觸發(fā)。它的機(jī)理非常簡(jiǎn)單：光照射到阻斷的pn結(jié)J2上，激發(fā)電子空穴對(duì)。電子和空穴被耗盡層電場(chǎng)分開，電子移向n基區(qū)，空穴移向p基區(qū)。光激發(fā)電流和外部施加的大觸發(fā)電流有著相同的效果。

溫度觸發(fā)：事實(shí)上所有決定雙極型晶體管放大倍數(shù)的參量都有一個(gè)正的溫度系數(shù)。因此α1+α2隨溫度的升高而增大，直到最終觸發(fā)發(fā)生。一般來說，這種開通模式是非常不希望出現(xiàn)的，它是決定晶閘管運(yùn)行溫度上限的幾個(gè)主要決定因素之一。

關(guān)斷特性

為了使晶閘管從導(dǎo)通狀態(tài)進(jìn)入阻斷狀態(tài)，必須移除基極中的過量載流子，在反向偏置pn結(jié)J2上重新建立耗盡層。有多種移除過量載流子的方法：

晶閘管電流中斷，通過復(fù)合移除存儲(chǔ)電荷；

借用負(fù)載終端主動(dòng)移除過程電荷，方法是使陽極-陰極電壓反向；

通過門極主動(dòng)移除過量電荷（門極輔助關(guān)斷）。

為了詳細(xì)考察強(qiáng)制關(guān)斷，請(qǐng)大家考慮下圖所示的電路。圖中電壓突然改變，因此利用圖中電路進(jìn)行關(guān)斷叫作突變換流。 

 

突變換流測(cè)試電路

在t=0-時(shí)刻，即關(guān)斷前一瞬間，假設(shè)開關(guān)S位于位置“1”，晶閘管擎住，電流為IA0。

在t=0時(shí)刻，開關(guān)S打向“2”。下圖給出了這是應(yīng)該出現(xiàn)的電壓電流波形以及等離子移除過程。

 

突變關(guān)斷過程中的電流電壓曲線

突變關(guān)斷過程中晶閘管內(nèi)的等離子移除過程

晶閘管的關(guān)斷和二極管的關(guān)斷有諸多共同點(diǎn)。特別的，高速關(guān)斷的時(shí)候，動(dòng)態(tài)雪崩擊穿或瞬變效應(yīng)可能發(fā)生。進(jìn)一步的必須注意到t4時(shí)刻后的功率密度（同時(shí)存在高電壓大電流導(dǎo)致的）不能超過晶閘管的SOA區(qū)。一個(gè)可靠布局的L-RS-CS保護(hù)電流對(duì)于避免過應(yīng)力是非常重要的。