晶閘管主要參數(shù)

為了正確選用晶閘管元件，必須要了解它的主要參數(shù)，一般在產(chǎn)品的目錄上都給出了參數(shù)的平均值或極限值，產(chǎn)品合格證上標有元件的實測數(shù)據(jù)。 (1)斷態(tài)重復峰值電壓UDRM 在控制極斷路和晶閘管正向阻斷的條件下，可以重復加在晶閘管兩端的正向峰值電壓，其數(shù)值比正向轉(zhuǎn)折電壓小100V。 (2)反向重復峰值電壓URRM 在控制極斷路時，可以重復加在晶閘管元件上的反向峰值電壓，此電壓數(shù)值規(guī)定比反向擊穿電壓小100V。 通常把UDRM與UDRM中較小的一個數(shù)值標作器件型號上的額定電壓。由于瞬時過電壓也會使晶閘管遭到破壞，因而在選用的時候，額定電壓一個應該為正常工作峰值電壓的2~3倍，作為安全系數(shù)。 (3)額定通態(tài)平均電流(額定正向平均電流)IT 在環(huán)境溫度不大于40oC和標準散熱即全導通的條件下，晶閘管元件可以連續(xù)通過的工頻正弦半波電流(在一個周期內(nèi))的平均值，稱為額定通態(tài)平均電流IT，簡稱額定電流。 (4)維持電流IH

在規(guī)定的環(huán)境溫度和控制極斷路的條件下，維持元件繼續(xù)導通的最小電流稱為維持電流IH 。一般為幾十毫安~一百多毫安，其數(shù)值與元件的溫度成反比，在120攝氏度時維持電流約為25攝氏度時的一半。當晶閘管的正向電流小于這個電流時，晶閘管將自動關斷。

晶閘管按其關斷、導通及控制方式可分為普通晶閘管(SCR)、雙向晶閘管(TRIAC)、逆導晶閘管(RCT)、門極關斷晶閘管(GTO)、BTG晶閘管、溫控晶閘管(TT國外，TTS國內(nèi))和光控晶閘管(LTT)等多種。

晶閘管按其引腳和極性可分為二極晶閘管、三極晶閘管和四極晶閘管。

晶閘管按其封裝形式可分為金屬封裝晶閘管、塑封晶閘管和陶瓷封裝晶閘管三種類型。其中，金屬封裝晶閘管又分為螺栓形、平板形、圓殼形等多種;塑封晶閘管又分為帶散熱片型和不帶散熱片型兩種。

晶閘管按電流容量可分為大功率晶閘管、中功率晶閘管和小功率晶閘管三種。通常，大功率晶閘管多采用陶瓷封裝，而中、小功率晶閘管則多采用塑封或金屬封裝。

晶閘管按其關斷速度可分為普通晶閘管和快速晶閘管，快速晶閘管包括所有專為快速應用而設計的晶閘管，有常規(guī)的快速晶閘管和工作在更高頻率的高頻晶閘管，可分別應用于400HZ和10KHZ以上的斬波或逆變電路中。(備注:高頻不能等同于快速晶閘管)

它是由一個P-N-P-N四層 (4 layers) 半導體構成的，中間形成了三個PN結(jié)。

晶閘管導通條件為:加正向電壓且門極有觸發(fā)電流;其派生器件有:快速晶閘管，雙向晶閘管，逆導晶閘管，光控晶閘管等。它是一種大功率開關型半導體器件，在電路中用文字符號為"V"、"VT"表示(舊標準中用字母"SCR"表示)。

晶閘管(Thyristor)是一種開關元件，能在高電壓、大電流條件下工作，并且其工作過程可以控制、被廣泛應用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點電子開關、逆變及變頻等電子電路中，是典型的小電流控制大電流的設備。1957年，美國通用電器公司開發(fā)出世界上第一個晶閘管產(chǎn)品，并于1958年使其商業(yè)化。

(1)選擇晶閘管的類型:晶閘管有多種類型，應根據(jù)應用電路的具體要求合理選用。

若用于交直流電壓控制、可控整流、交流調(diào)壓、逆變電源、開關電源保護電路等，可選用普通單向晶閘管。

若用于交流開關、交流調(diào)壓、交流電動機線性調(diào)速、燈具線性調(diào)光及固態(tài)繼電器、固態(tài)接觸器等電路中，應選用雙向晶閘管。

若用于交流電動機變頻調(diào)速、斬波器、逆變電源及各種電子開關電路等，可選用門極關斷晶閘管。

若用于鋸齒波發(fā)生器、長時間延時器、過電壓保護器及大功率晶體管觸發(fā)電路等，可選用BTG晶閘管。

若用于電磁灶、電子鎮(zhèn)流器、超聲波電路、超導磁能儲存系統(tǒng)及開關電源等電路，可選用逆導晶閘管。

若用于光電耦合器、光探測器、光報警器、光計數(shù)器、光電邏輯電路及自動生產(chǎn)線的運行監(jiān)控電路，可選用光控晶閘管。

2.選擇晶閘管的主要參數(shù):晶閘管的主要參數(shù)應根據(jù)應用電路的具體要求而定。

所選晶閘管應留有一定的功率裕量，其額定峰值電壓和額定電流(通態(tài)平均電流)均應高于受控電路的最大工作電壓和最大工作電流1.5~2倍。

晶閘管的正向壓降、門極觸發(fā)電流及觸發(fā)電壓等參數(shù)應符合應用電路(指門極的控制電路)的各項要求，不能偏高或偏低，否則會影響晶閘管的正常工作。

(1)判別各電極:根據(jù)普通晶閘管的結(jié)構可知，其門極G與陰極K極之間為一個PN結(jié)，具有單向?qū)щ娞匦?，而陽極A與門極之間有兩個反極性串聯(lián)的PN結(jié)。因此，通過用萬用表的R×100或R×1 k Q檔測量普通晶閘管各引腳之間的電阻值，即能確定三個電極。具體方法是:將萬用表黑表筆任接晶閘管某一極，紅表筆依次去觸碰另外兩個電極。若測量結(jié)果有一次阻值為幾千歐姆(kΩ)，而另一次阻值為幾百歐姆(Ω)，則可判定黑表筆接的是門極G。在阻值為幾百歐姆的測量中，紅表筆接的是陰極K，而在阻值為幾千歐姆的那次測量中，紅表筆接的是陽極A，若兩次測出的阻值均很大，則說明黑表筆接的不是門極G，應用同樣方法改測其他電極，直到找出三個電極為止。也可以測任兩腳之間的正、反向電阻，若正、反向電阻均接近無窮大，則兩極即為陽極A和陰極K，而另一腳即為門極G。普通晶閘管也可以根據(jù)其封裝形式來判斷出各電極。 螺栓形普通晶閘管的螺栓一端為陽極A，較細的引線端為門極G，較粗的引線端為陰極K。平板形普通晶閘管的引出線端為門極G，平面端為陽極A，另一端為陰極K。金屬殼封裝(T0-3)的普通晶閘管，其外殼為陽極A。塑封(T0-220)的普通晶閘管的中間引腳為陽極A，且多與自帶散熱片相連。

觸發(fā)能力檢測:對于小功率(工作電流為5 A以下)的普通晶閘管，可用萬用表R×1檔測量。測量時黑表筆接陽極A，紅表筆接陰極K，此時表針不動，顯示阻值為無窮大(∞)。用鑷子或?qū)Ь€將晶閘管的陽極A與門極短路(見圖2)，相當于給G極加上正向觸發(fā)電壓，此時若電阻值為幾歐姆至幾十歐姆(具體阻值根據(jù)晶閘管的型號不同會有所差異)，則表明晶閘管因正向觸發(fā)而導通。再斷開A極與G極的連接(A、K極上的表筆不動，只將G極的觸發(fā)電壓斷掉)。若表針示值仍保持在幾歐姆至幾十歐姆的位置不動，則說明此晶閘管的觸發(fā)性能良好。

雙向晶閘管TRIAC

從外表上看，雙向晶閘管和普通晶閘管很相似，也有三個電極。但是，它除了其中一個電極G仍叫做控制極外，另外兩個電極通常卻不再叫做陽極和陰極，而統(tǒng)稱為主電極Tl和T2。它的符號也和普通晶閘管不同，是把兩個晶閘管反接在一起畫成的，如圖2所示。它的型號，在我國一般用"3CTS"或"KS"表示;國外的資料也有用"TRIAC"來表示的。

從內(nèi)部結(jié)構來看，雙向晶閘管是一種N-P-N-P-N型五層結(jié)構的半導體器件，見圖3(a)。為了便于說明問題，我們不妨把圖3(a)看成是由左右兩部分組合而成的，如圖3(b)。這樣一來，原來的雙向晶閘管就被分解成兩個P-N-P-N型結(jié)構的單向晶閘管了。如果把左邊從下往上看的p1-N1-P2-N2部分叫做正向的話，那么右邊從下往上看的N3-P1-N1-P2部分就成為反向，它們之間正好是一正一反地并聯(lián)在一起。我們把這種聯(lián)接叫做反向并聯(lián)。因此，從電路功能上可以把它等效成圖3(c)，也就是說，一個雙向晶閘管在電路中的作用是和兩只普通晶閘管反向并聯(lián)起來等效的。這也正是雙向晶閘管為什么會有雙向控制導通特性的根本原因。

雙向晶閘管不象普通晶閘管那樣，必須在陽極和陰極之間加上正向電壓，管子才能導通。對雙向晶閘管來說，無所謂陽極和陰極。它的任何一個主電極，對圖3(b)中的兩個晶閘管管子來講，對一個管子是陽極，對另一個管子就是陰極，反過來也一樣。因此，雙向晶閘管無論主電極加上的是正向或是反向電壓，它都能被觸發(fā)導通。不僅如此，雙向晶閘管還有一個重要的特點，這就是:不管觸發(fā)信號的極性如何，也就是不管所加的觸發(fā)信號電壓UG對T1是正向還是反向，雙向晶閘管都能被觸發(fā)導通。雙向晶閘管的這個特點是普通晶閘管所沒有的。

快速晶閘管

普通晶閘管不能在較高的頻率下工作。因為器件的導通或關斷需要一定時間，同時陽極電壓上升速度太快時，會使元件誤導通;陽極電流上升速度太快時，會燒毀元件。人們在制造工藝和結(jié)構上采取了一些改進措施，做出了能適應于高頻應用的晶閘管，我們將它稱為快速晶閘管。它具有以下幾個特點。

一、關斷時間(toff)短

導通的晶閘管，當切斷正向電流時。并不能馬上"關斷"，這時如立即加上正向電壓，它還會繼續(xù)導通。從切斷正向電流直到控制極恢復控制能力需要的時間，叫做關斷時間。用t0仟表示。

晶閘管的關斷過程，實際上是儲存載流子的消失過程。為了加速這種消失過程，制造快速晶閘管時采用了摻金工藝，把金摻到硅中減少基區(qū)少數(shù)載流子的壽命。硅中摻金量越多，t0仟越小，但摻金量過多會影響元件的其它性能。

二、導通速度快.能耐較高的電流上升率(dI/dt)

控制極觸發(fā)導通的晶閘管?？偸窃诳拷刂茦O的陰極區(qū)域首先導通，然后逐漸向外擴展，直到整個面積導通。大面積的晶閘管需要50~100微秒以上才能全面積導通。初始導通面積小時，必須限制初始電流的上升速度，否則將發(fā)生局部過熱現(xiàn)象，影響元件的性能，甚至燒壞。高頻工作時這種現(xiàn)象更為嚴重。為此，仿造了集成電路的方法，在晶閘管同一硅片上做出一個放大觸發(fā)信號用的小晶閘管?？刂茦O觸發(fā)小晶閘管后，小晶閘管的初始導通電流將橫向經(jīng)過硅片流向主晶閘管陰極，觸發(fā)主晶閘管。從而實際強觸發(fā)，加速了元件的導通，提高了耐電流上升率的能力。

三、能耐較高的電壓上升率(dv/dt)

晶閘管是由三個P-N結(jié)組成的。每個結(jié)相當于一個電容器。結(jié)電壓急劇變化時，就有很大的位移電流流過元件，它等效于控制極觸發(fā)電流的作用?？赡苁咕чl管誤導通。這就是普通晶閘管不能耐高電壓上升率的原因。

為了有效防止上述誤導通現(xiàn)象發(fā)生，快速晶閘管采取了短路發(fā)射結(jié)結(jié)構。把陰極和控制極按一定幾何形狀短路。這樣一來，即使電壓上升率較高，晶閘管的電流放大系數(shù)仍幾乎為零，不致使晶閘管誤導通。只是在電壓上升率進一步提高，結(jié)電容位移電流進一步增大，在短路點上產(chǎn)生電壓降足夠大時，晶閘管才能導通。

具有短路發(fā)射結(jié)結(jié)構的晶閘管，用控制極電流觸發(fā)時，控制極電流首先也是從短路點流向陰極。只是當控制極電流足夠大，在短路點電阻上的電壓降足夠大，PN結(jié)正偏導通電流時，才同沒有短路發(fā)射結(jié)的元件一樣，可被觸發(fā)導通。因此，快速晶閘管的抗干擾能力較好。

快速晶閘管的生產(chǎn)和應用都進展很快。目前，已有了電流幾百安培、耐壓1千余伏，關斷時間僅為20微妙的大功率快速晶閘管，同時還做出了最高工作頻率可達幾十千赫茲供高頻逆變用的元件。其產(chǎn)品廣泛應用于大功率直流開關、大功率中頻感應加熱電源、超聲波電源、激光電源、雷達調(diào)制器及直流電動車輛調(diào)速等領域。

逆導晶閘管

以往的城市電車和地鐵機車為了便于調(diào)速采用直流供電，用直流開關動作增加或減小電路電阻，改變電路電流來控制車輛的速度。但它有不能平滑起動和加速。開關體積大、壽命短，而且低速運行時耗電大(減速時消耗在啟動電阻上)等缺點。自有了逆導晶閘管，采用了逆導晶閘管控制、調(diào)節(jié)車速，不僅克服了上述缺點，而且還降低了功耗，提高了機車可靠性。

逆導晶閘管是在普通晶閘管上反向并聯(lián)一只二極管而成(同做在一個硅片上。它的等效電路和符號如圖1所示。它的特點是能反向?qū)ù箅娏?。由于它的陽極和陰極接入反向并聯(lián)的二極管，可對電感負載關斷時產(chǎn)生的大電流、高電壓進行快速釋放。

目前已經(jīng)能生產(chǎn)出耐壓達到1500~2500V正向電流達400A。吸收電流達150A，關斷時間小于30微秒的逆導晶閘管。

可關斷晶閘管GTO

(Gate Turn-Off Thyristor)亦稱門控晶閘管。其主要特點為，當門極加負向觸發(fā)信號時晶閘管能自行關斷。

前已述及，普通晶閘管(SCR)靠門極正信號觸發(fā)之后，撤掉信號亦能維持通態(tài)。欲使之關斷，必須切斷電源，使正向電流低于維持電流IH，或施以反向電壓強迫關斷。這就需要增加換向電路，不僅使設備的體積重量增大，而且會降低效率，產(chǎn)生波形失真和噪聲。可關斷晶閘管克服了上述缺陷，它既保留了普通晶閘管耐壓高、電流大等優(yōu)點，以具有自關斷能力，使用方便，是理想的高壓、大電流開關器件。GTO的容量及使用壽命均超過巨型晶體管(GTR)，只是工作頻率比GTR低。目前，GTO已達到3000A、4500V的容量。大功率可關斷晶閘管已廣泛用于斬波調(diào)速、變頻調(diào)速、逆變電源等領域，顯示出強大的生命力。

可關斷晶閘管也屬于PNPN四層三端器件，其結(jié)構及等效電路和普通晶閘管相同，因此圖1僅繪出GTO典型產(chǎn)品的外形及符號。大功率GTO大都制成模塊形式。

盡管GTO與SCR的觸發(fā)導通原理相同，但二者的關斷原理及關斷方式截然不同。這是由于普通晶閘管在導通之后即處于深度飽和狀態(tài)，而GTO在導通后只能達到臨界飽和，所以GTO門極上加負向觸發(fā)信號即可關斷。GTO的一個重要參數(shù)就是關斷增益，βoff，它等于陽極最大可關斷電流IATM與門極最大負向電流IGM之比，有公式

βoff =IATM/IGM

βoff一般為幾倍至幾十倍。βoff值愈大，說明門極電流對陽極電流的控制能力愈強。很顯然，βoff與昌盛 的hFE參數(shù)頗有相似之處。

下面分別介紹利用萬用表判定GTO電極、檢查GTO的觸發(fā)能力和關斷能力、估測關斷增益βoff的方法。

判定GTO的電極

將萬用表撥至R×1檔，測量任意兩腳間的電阻，僅當黑表筆接G極，紅表筆接K極時，電阻呈低阻值，對其它情況電阻值均為無窮大。由此可迅速判定G、K極，剩下的就是A極。(此處指的模擬表，電子式萬用表紅表筆與電池正極相連，模擬表紅表筆與電池負極相連)

光控晶閘管

光控晶閘管(Light Triggered Thyristor--LTT)，又稱光觸發(fā)晶閘管。國內(nèi)也稱GK型光開關管，是一種光敏器件。

1.光控晶閘管的結(jié)構

通常晶閘管有三個電極:控制極G、陽極A和陰極K。而光控晶閘管由于其控制信號來自光的照射，沒有必要再引出控制極，所以只有兩個電極(陽極A和陰極K)。但它的結(jié)構與普通可控硅一樣，是由四層PNPN器件構成。

從外形上看，光控晶閘管亦有受光窗口，還有兩條管腳和殼體，酷似光電二極管。

2.光控晶閘管的工作原理

當在光控晶閘管的陽極加上正向電壓，陰極加上負向電壓時，控晶閘管可以等效成的電路。

可推算出下式:

Ia = Il / [1-(a1+a2)]

式中， Il為光電二極管的光電流;Ia為光控晶閘管陽極電流，即光控晶閘管的輸出電流;a1、a2分別為BGl、BG2的電流放大系數(shù)。

由上式可知，Ia與Il成正比，即當光電二極管的光電流增大時，光控晶閘管的輸出電流也相應增大，同時Il的增大，使BGl、BG2的電流放大系數(shù)a1、a2也增大。當al與a2之和接近l時，光控晶閘管的Ia達到最大，即完全導通。能使光控晶閘管導通的最小光照度，稱其為導通光照度。光控晶閘管與普通晶閘管一樣，一經(jīng)觸發(fā)，即成通導狀態(tài)。只要有足夠強度的光源照射一下管子的受光窗口，它就立即成為通導狀態(tài)，而后即使撤離光源也能維持導通，除非加在陽極和陰極之間的電壓為零或反相，才能關閉。

3.光控晶閘管的特性

為了使光控晶閘管能在微弱的光照下觸發(fā)導通，因此必須使光控晶閘管在極小的控制電流下能可靠地導通。這樣光控晶閘管受到了高溫和耐壓的限制，在目前的條件下，不可能與普通晶閘管一樣做成大功率的。

光控晶閘管除了觸發(fā)信號不同以外，其它特性基本與普通晶閘管是相同的，因此在使用時可按照普通晶閘管選擇，只要注意它是光控這個特點就行了。光控晶閘管對光源的波長有一定的要求，即有選擇性。波長在0.8--0.9um的紅外線及波長在1um左右的激光，都是光控晶閘管較為理想的光源。

選用可控硅的額定電壓時，應參考實際工作條件下的峰值電壓的大小，并留出一定的余量。

1、選用可控硅的額定電流時，除了考慮通過元件的平均電流外，還應注意正常工作時導通角的大小、散熱通風條件等因素。在工作中還應注意管殼溫度不超過相應電流下的允許值。

2、使用可控硅之前，應該用萬用表檢查可控硅是否良好。發(fā)現(xiàn)有短路或斷路現(xiàn)象時，應立即更換。

3、嚴禁用兆歐表(即搖表)檢查元件的絕緣情況。

4、電流為5A以上的可控硅要裝散熱器，并且保證所規(guī)定的冷卻條件。為保證散熱器與可控硅管心接觸良好，它們之間應涂上一薄層有機硅油或硅脂，以幫于良好的散熱。

5、按規(guī)定對主電路中的可控硅采用過壓及過流保護裝置。

6、要防止可控硅控制極的正向過載和反向擊穿。

當晶閘管損壞后需要檢查分析其原因時，可把管芯從冷卻套中取出，打開芯盒再取出芯片，觀察其損壞后的痕跡，以判斷是何原因。下面介紹幾種常見現(xiàn)象分析。

1、電壓擊穿。晶閘管因不能承受電壓而損壞，其芯片中有一個光潔的小孔，有時需用擴大鏡才能看見。其原因可能是管子本身耐壓下降或被電路斷開時產(chǎn)生的高電壓擊穿。

2、電流損壞。電流損壞的痕跡特征是芯片被燒成一個凹坑，且粗糙，其位置在遠離控制極上。

3、電流上升率損壞。其痕跡與電流損壞相同，而其位置在控制極附近或就在控制極上。

4、 邊緣損壞。他發(fā)生在芯片外圓倒角處，有細小光潔小孔。用放大鏡可看到倒角面上有細細金屬物劃痕。這是制造廠家安裝不慎所造成的。它導致電壓擊穿。

普通晶閘管最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬于不可控整流電路。如果把二極管換成晶閘管，就可以構成可控整流電路、逆變、電機調(diào)速、電機勵磁、無觸點開關及自動控制等方面?，F(xiàn)在我畫一個最簡單的單相半波可控整流電路〔圖4(a)〕。在正弦交流電壓U2的正半周期間，如果VS的控制極沒有輸入觸發(fā)脈沖Ug，VS仍然不能導通，只有在U2處于正半周，在控制極外加觸發(fā)脈沖Ug時，晶閘管被觸發(fā)導通。現(xiàn)在，畫出它的波形圖〔圖4(c)及(d)〕，可以看到，只有在觸發(fā)脈沖Ug到來時，負載RL上才有電壓UL輸出(波形圖上陰影部分)。Ug到來得早，晶閘管導通的時間就早;Ug到來得晚，晶閘管導通的時間就晚。通過改變控制極上觸發(fā)脈沖Ug到來的時間，就可以調(diào)節(jié)負載上輸出電壓的平均值UL(陰影部分的面積大小)。在電工技術中，常把交流電的半個周期定為180°，稱為電角度。這樣，在U2的每個正半周，從零值開始到觸發(fā)脈沖到來瞬間所經(jīng)歷的電角度稱為控制角α;在每個正半周內(nèi)晶閘管導通的電角度叫導通角θ。很明顯，α和θ都是用來表示晶閘管在承受正向電壓的半個周期的導通或阻斷范圍的。通過改變控制角α或?qū)ń铅?，改變負載上脈沖直流電壓的平均值UL，實現(xiàn)了可控整流。

晶閘管

晶體閘流管(英語:Thyristor)，簡稱晶閘管，指的是具有四層交錯P、N層的半導體裝置。最早出現(xiàn)與主要的一種是硅控整流器(Silicon Controlled Rectifier，SCR)，中國大陸通常簡稱可控硅，又稱半導體控制整流器，是一種具有三個PN結(jié)的功率型半導體器件，為第一代半導體電力電子器件的代表。晶閘管的特點是具有可控的單向?qū)щ?，即與一般的二極管相比，可以對導通電流進行控制。晶閘管具有以小電流(電壓)控制大電流(電壓)作用，并體積小、輕、功耗低、效率高、開關迅速等優(yōu)點，廣泛用于無觸點開關、可控整流、逆變、調(diào)光、調(diào)壓、調(diào)速等方面。

逆導晶閘管RCT(Reverse-Conducting Thyristir)亦稱反向?qū)ňчl管。其特點是在晶閘管的陽極與陰極之間反向并聯(lián)一只二極管，使陽極與陰極的發(fā)射結(jié)均呈短路狀態(tài)。由于這種特殊電路結(jié)構，使之具有耐高壓、耐高溫、關斷時間短、通態(tài)電壓低等優(yōu)良性能。例如，逆導晶閘管的關斷時間僅幾微秒，工作頻率達幾十千赫，優(yōu)于快速晶閘管（FSCR）。該器件適用于開關電源、UPS不間斷電源中，一只RCT即可代替晶閘管和續(xù)流二極管各一只，不僅使用方便，而且能簡化電路設計。