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晶闸管,晶閘管,Thyristor (SCR)
来源: | 作者:LiLi | 发布时间: 2024-01-12 | 559 次浏览 | 分享到:

晶闸管(Thyristor)又称作可控硅整流器(Silicon Controlled Rectifier,SCR),是一种pnpn 四层结构的三端器件。晶闸管同时具有正向阻断和反向阻断的能力,施加一个较小的栅极电流就可触发它由正向阻断状态进入导通状态,并保持稳定的导通特性。SCR 在导通状态时可以被看作一个导通状态的 PiN 整流二极管。单个功率 SCR 的额定电流值已达 5000A,额定电压可达 8000V(即功率能够达到 40MW)。将多个功率SCR 串联在一起可以承受超过 100kV 以上的电压,以配合高压电力传输的需求。SCR 可在大电流低电压,或高电压小电流的稳定状态下工作,具有功耗低及效率高的节能优点,非常适用于交流电源电路,是大功率电子系统中常用的器件。已由 SCR 衍生出栅极关断晶闸管和集成栅极换流晶闸管等多种电力电子器件。

一个n⁺pn⁻p⁺晶闸管是由三个pn结J¹ 、J² 和J³组成的,如图 2-63 所示。在晶闸管的阳极加上负电压就进入反向阻断状态,此时J¹和J³结反偏,J²结正偏;由于J³结两侧掺杂浓度较高,只能承受较低的电压,所以加在阳极的反向阻断电压主要是由结来承受。n漂移区的摻杂浓度和厚度决定功率SCR 的反向阻断电压值,晶闸管在结和J² 结之间形成类似一个基极开路的双极晶体管;SCR 器件的击穿电压是由基极开路pnp 双极晶体管结的击穿电压决定的,而不是由pn结的雪崩击穿电压决定的。在晶闸管的阳极施加正电压就进入正向阻断状态,此时J¹ 结和J³结正偏,而结则反偏,所加的正电压几乎全由n漂移区承受。正向阻断电压主要由基极开路 npn 双极晶体管 结的击穿电压决定,而不是由 pn 结的雪崩击穿电压来决定。

SCR 在正向阻断状态的工作原理如图 2-64所示,图中npn 晶体管的基极与pnp晶体管的集电极相连,而pnp 晶体管的基极则与 npn晶体管的集电极相连。在正向阻断状态,施加一个小的栅极电流I可增大 npn 晶体管的基极电流Iᴮ²提高电流增益,因此使Iᶜ² 变大;而Iᶜ²又是pnp 晶体管的基极电流I ᴮ¹,增大的I ᴮ¹则再放大pnp 晶体管的 lᶜ¹,进而得到更大的Iᴮ² 。 这种正反馈强制晶体管进入饱和区而使 SCR 的三个结都处在正偏,此时 SCR 处在导通状态。