簡述晶閘管的結(jié)構(gòu)和原理

今天總結(jié)了一下電力電子里面用到的晶閘管的基本結(jié)構(gòu)和觸發(fā)原理，和大家分享一下：

1.晶閘管的簡介：

晶閘管是晶體閘流管的簡稱，又稱作可控硅整流器，以前被稱為可控硅。1956年貝爾實驗室發(fā)明晶閘管，1957年通用電氣開發(fā)出第一個晶閘管產(chǎn)品。晶閘管有普通晶閘管及其派生的晶閘管，一般提起晶閘管指的是普通晶閘管。

2.晶閘管的基本結(jié)構(gòu)示意圖：

上圖中，a是晶閘管的外形，b是晶閘管的4層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，c是電氣符號。

內(nèi)部是PNPN4層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，分別命名為P1,N1,P2,N2四個區(qū)，P1區(qū)引出陽極A，N2區(qū)引出陰極K，P2區(qū)引出門極G，四個區(qū)（如上圖2-7）從上到下依次形成J1,J2,J3三個PN結(jié)。如果施加正向電壓，A接+，K接-，則J2處于反偏狀態(tài)，只有很小的漏電流通過，相當(dāng)于阻斷狀態(tài)；如果施加反向電壓，A接-，K接+，則J1和J3處于反偏狀態(tài)，器件仍然處于阻斷狀態(tài)，僅有極小的漏電流流過。

3.晶閘管導(dǎo)通的關(guān)斷的基本原理：

上圖中，a是晶閘管的晶體管等效模型，b是等效晶閘管電路及電流流向

在a）圖中，通過斜面將四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)分為2個PN結(jié)，這意味著晶閘管可以等效看成由P1N1P2和N1,P1,N2構(gòu)成的2個晶體管V1，V2的組合體，如b）圖所示，如果外電路向門極注入驅(qū)動電流IG，則IG流入三極管的基極，使得V2三極管導(dǎo)通，流過導(dǎo)通電流IC2,進一步引起V1三極管的基極導(dǎo)通，使的Ic2導(dǎo)通，注入V1基極，形成正反饋，最終使得V1和V2三極管完全導(dǎo)通，即圖中晶閘管（A點和K）導(dǎo)通，此時撤掉EG產(chǎn)生的IG，晶閘管仍然導(dǎo)通（可以看成自鎖效應(yīng)），因此想要使得晶閘管關(guān)斷，必須去掉陽極所加的正向電壓，或者給陽極施加反向電壓，或者使三極管的基極電流降低到導(dǎo)通門檻值以下，這樣才能使晶閘管關(guān)斷。

因此可看出晶閘管導(dǎo)通只需要一個觸發(fā)信號，即施加開通信號后，信號可以消失，但是晶閘管已經(jīng)被驅(qū)動，也不會因為觸發(fā)信號的消失而關(guān)斷或者改變狀態(tài)，仍然一直導(dǎo)通。

晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通的幾種其他情況：

（1） 陽極電壓升高的相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)（絕對高的電壓擊穿）；

（2） 陽極電壓上升率du/dt過高；

（3） 結(jié)溫過高；（熱損壞）

（4） 光直接照射硅片;（光觸發(fā)）

以上幾種導(dǎo)通方式，只有光觸發(fā)可以保證控制電路與主電路之間的良好絕緣，可以應(yīng)用于高壓電力設(shè)備，其他手段都難以控制，因此難以應(yīng)用于實踐。

另外光控晶閘管是由光信號觸發(fā)的晶閘管，是晶閘管的一種派生器