快速晶閘管

可以在 400Hz以上頻率工作的晶閘管。視電流容量大小，其開通時間為4~8微秒，關斷時間為10~60微秒。主要用于較高頻率的整流、斬波、逆變和變頻電路。

快速晶閘管是一個PNPN四層三端器件，其符號與普通晶閘管(見逆阻晶閘管)一樣，它不僅要有良好的靜態(tài)特性，尤其要有良好的動態(tài)特性。快速晶閘管的動態(tài)參數要求為開通速度和導通擴展速度快，反向恢復電荷少,關斷時間短，通態(tài)電流臨界上升率(dI/dt)及斷態(tài)電壓臨界上升率 (dV/dt)高。通態(tài)電流臨界上升率是在規(guī)定條件下，器件從斷態(tài)轉入通態(tài)時，對晶閘管不產生有害影響的最大通態(tài)電流上升率;斷態(tài)電壓臨界上升率是在規(guī)定條件下，器件從斷態(tài)不致轉向通態(tài)的最大斷態(tài)電壓上升率。快速晶閘管在額定頻率內其額定電流不隨頻率的增加而下降或下降很少。而普通晶閘管在 400Hz以上時，因開關損耗隨頻率的提高而增大，并且在總損耗中所占比重也增加，所以，其額定電流隨頻率增加而急速下降。

快速晶閘管的結構和工作原理與普通晶閘管相同，但在設計與制造中采取了特殊措施以減少開關耗散功率。通常采用增加門極-陰極周界長度、減薄基區(qū)厚度的辦法,增加初始導通面積，提高dI/dt耐量和提高擴展速度;采用陰極短路點、非對稱結構、摻金、鉑或用電子、快中子輻照技術等辦法降低少子壽命，提高dV/dt耐量,降低關斷時間。80年代，快速晶閘管已做到通態(tài)平均電流1000A，耐壓2500V，關斷時間30微秒。

一種對工作頻率有明確標定的快速晶閘管則稱為高頻晶閘管(中國型號為KG)。例如KG50(20kHz),表示該高頻管的標稱工作頻率為20kHz，通態(tài)平均電流為50A(20kHz下正弦半波平均電流值)。80年代中期,中國已能生產KG100(20kHz)和KG200(10kHz)，耐壓為1~1.2kV的高頻晶閘管。

快速晶閘管采取的特殊措施，在一定程度上降低了靜態(tài)特性(如升高了通態(tài)壓降)，故限制了它直接工作于更高頻率的大功率電子設備。為滿足更高頻率下工作對晶閘管提出的特殊要求，開發(fā)了門極輔助關斷晶閘管、可關斷晶閘管等。

晶閘管T在工作過程中，它的陽極A和陰極K與電源和負載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。

晶閘管的工作條件:

1. 晶閘管承受反向陽極電壓時，不管門極承受和種電壓，晶閘管都處于關短狀態(tài)。

2. 晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導通。

3. 晶閘管在導通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管保持導通，即晶閘管導通后，門極失去作用。

4. 晶閘管在導通情況下，當主回路電壓(或電流)減小到接近于零時，晶閘管關斷。

從晶閘管的內部分析工作過程:

晶閘管是四層三端器件，它有J1、J2、J3三個PN結圖1，可以把它中間的NP分成兩部分，構成一個PNP型三極管和一個NPN型三極管的復合管圖2

當晶閘管承受正向陽極電壓時，為使晶閘管導銅，必須使承受反向電壓的PN結J2失去阻擋作用。圖2中每個晶體管的集電極電流同時就是另一個晶體管的基極電流。因此，兩個互相復合的晶體管電路，當有足夠的門機電流Ig流入時，就會形成強烈的正反饋，造成兩晶體管飽和導通，晶體管飽和導通。

設PNP管和NPN管的集電極電流相應為Ic1和Ic2;發(fā)射極電流相應為Ia和Ik;電流放大系數相應為a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，設流過J2結的反相漏電電流為Ic0,

晶閘管的陽極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和:

Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0

若門極電流為Ig,則晶閘管陰極電流為Ik=Ia+Ig

從而可以得出晶閘管陽極電流為:I=(Ic0+Iga2)/(1-(a1+a2))(1-1)式

硅PNP管和硅NPN管相應的電流放大系數a1和a2隨其發(fā)射極電流的改變而急劇變化如圖3所示。

當晶閘管承受正向陽極電壓，而門極未受電壓的情況下，式(1-1)中，Ig=0,(a1+a2)很小，故晶閘管的陽極電流Ia≈Ic0 晶閘關處于正向阻斷狀態(tài)。當晶閘管在正向陽極電壓下，從門極G流入電流Ig,由于足夠大的Ig流經NPN管的發(fā)射結，從而提高起點流放大系數a2,產生足夠大的極電極電流Ic2流過PNP管的發(fā)射結，并提高了PNP管的電流放大系數a1,產生更大的極電極電流Ic1流經NPN管的發(fā)射結。這樣強烈的正反饋過程迅速進行。從圖3，當a1和a2隨發(fā)射極電流增加而(a1+a2)≈1時，式(1-1)中的分母1-(a1+a2)≈0,因此提高了晶閘管的陽極電流Ia.這時，流過晶閘管的電流完全由主回路的電壓和回路電阻決定。晶閘管已處于正向導通狀態(tài)。

式(1-1)中，在晶閘管導通后，1-(a1+a2)≈0,即使此時門極電流Ig=0,晶閘管仍能保持原來的陽極電流Ia而繼續(xù)導通。晶閘管在導通后，門極已失去作用。

在晶閘管導通后，如果不斷的減小電源電壓或增大回路電阻，使陽極電流Ia減小到維持電流IH以下時，由于a1和a1迅速下降，當1-(a1+a2)≈0時，晶閘管恢復阻斷狀態(tài)。

快速晶閘管

fast switching thyristor

逆導晶閘管RCT(Reverse-Conducting Thyristir)亦稱反向導通晶閘管。其特點是在晶閘管的陽極與陰極之間反向并聯一只二極管，使陽極與陰極的發(fā)射結均呈短路狀態(tài)。由于這種特殊電路結構，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。