晶閘管(Thyristor)是晶體閘流管的簡稱，又稱作可控硅整流器(Silicon Controlled Rectifier——SCR)，以前被簡稱為可控硅。

由于其能承受的電壓和電流容量仍然是目前電力電子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的應用場合仍然具有比較重要的地位。

1結構和工作原理

晶閘管的結構：

從外形看，晶閘管主要有螺栓型和平板型兩種封裝結構。有陽極A、陰極K和門極G(控制端)三個連接端。內部是PNPN四層半導體結構。

a) 外形b) 結構c) 電氣圖形符號

晶閘管的工作原理：

為了更好地分析晶閘管的工作原理，我們采用雙晶體管模型分析，具體見下圖

按照晶體管工作原理，可列出如下方程：

式中α1和α2分別是晶體管V1和V2的共基極電流增益;ICBO1和ICBO2分別是V1 和V2的共基極漏電流。由上面四個等式可得

晶體管的特性是：在低發射極電流下α是很小的，而當發射極電流建立起來之后，α迅速增大。在晶體管阻斷狀態下，IG =0，而α1 +
α2是很小的。由上式可看出，此時流過晶閘管的漏電流只是稍大于兩個晶體管漏電流之和。如果注入觸發電流使各個晶體管的發射極電流增大以致α1 +α2
趨近于1的話，流過晶閘管的電流IA(陽極電流)將趨近于無窮大，從而實現器件飽和導通。由于外電路負載的限制，IA實際上會維持有限值。

除門極觸發外其他幾種可能導通的情況：

陽極電壓升高至相當高的數值造成雪崩效應

陽極電壓上升率du/dt過高

結溫較高

光觸發

這些情況除了光觸發由于可以保證控制電路與主電路之間的良好絕緣而應用于高壓電力設備中之外，其它都因不易控制而難以應用于實踐。只有門極觸發是最精確、迅速而可靠的控制手段。

2基本特性

靜態特性

正常工作時的特性：當晶閘管承受反向電壓時，不論門極是否有觸發電流，晶閘管都不會導通。當晶閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發電流的情況下晶閘管才能開通。晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用，不論門極觸發電流是否還存在，晶閘管都保持導通。若要使已導通的晶閘管關斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數值以下。

晶閘管的伏安特性

伏安特性曲線;IG2 >IG1 >IG

正向特性：

當IG =0時，如果在器件兩端施加正向電壓，則晶 閘管處于正向阻斷狀態，只有很小的正向漏電流流過。

如果正向電壓超過臨界極限即正向轉折電壓Ubo ，則漏電流急劇增大，器件開通。

隨著門極電流幅值的增大，正向轉折電壓降低，晶閘管本身的壓降很 小，在1V左右。

如果門極電流為零， 并且陽極電流降至接近于 零的某一數值IH 以下，則晶閘管又回到正向阻斷狀態，IH 稱為維持電流。

反向特性：

其伏安特性類似二極管的反向特性。

晶閘管處于反向阻斷狀態時，只有極小的反向漏電流通過。

當反向電壓超過一定限度，到反向擊穿電壓后，外電路如無限制措施，則反向漏電 流急劇增大，導致晶閘管發熱 損壞。

動態特性

晶閘管的開通和關斷過程波形

開通過程

由于晶閘管內部的正反饋過程需要時間，再加上外電路電感的限制，晶閘管受到觸發后，其陽極電流的增長不可能是瞬時的。

延遲時間td (0.5~1.5us)

上升時間tr (0.5~3us)

開通時間tgt =td +tr

延遲時間隨門極電流的增大而減小,上升時間除反映晶閘管本身特性外，還受到外電路電感的嚴重影響。提高陽極電壓,延遲時間和上升時間都可顯著縮短。

關斷過程

由于外電路電感的存在，原處于導通狀態的晶閘管當外加電壓突然由正向變為反向時，其陽極電流在衰減時必然也是有過渡過程的。

反向阻斷恢復時間trr

正向阻斷恢復時間tgr

關斷時間tq =trr +tgr

關斷時間約幾百微秒。

在正向阻斷恢復時間內如果重新對晶閘管施加正向電壓，晶閘管會重新正向導通，而不是受門極電流控制而導通。

3主要參數

電壓參數：

斷態重復峰值電壓UDRM

在門極斷路而結溫為額定值時，允許重復加在器件上的正向峰值電壓(見伏安特性曲線)。國標規定斷態重復峰值電壓UDRM
為斷態不重復峰值電壓(即斷態最大瞬時電壓)UDSM 的90%。斷態不重復峰值電壓應低于正向轉折電壓Ubo 。

反向重復峰值電壓URRM

在門極斷路而結溫為額定值時，允許重復加在器件上的反向峰值電壓。規定反向重復峰值電壓URRM 為反向不重復峰值電壓(即反向最大瞬態電壓)URSM
的90%。反向不重復峰值電壓應低于反向擊穿電壓。

通態(峰值)電壓UT

晶閘管通以某一規定倍數的額定通態平均電流時的瞬態峰值電

壓。通常取晶閘管的UDRM 和URRM 中較小的標值作為該器件的額定電壓。選用時，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓2~3倍。

電流參數:

通態平均電流IT(AV)

國標規定通態平均電流為晶閘管在環境溫度為40℃和規定的冷

卻狀態下，穩定結溫不超過額定結溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。按照正向電流造成的器件本身的通態損耗的發熱效應來定義的。一般取其通態平均電流為按發熱效應相等(即有效值相等)的原則所得計算結果的1.5~2倍。

維持電流IH

維持電流是指使晶閘管維持導通所必需的最小電流，一般為幾十到幾百毫安。結溫越高，IH越小。

擎住電流IL

擎住電流是晶閘管剛從斷態轉入通態并移除觸發信號后，能維持導通所需的最小電流。約為IH的2~4倍

浪涌電流ITSM

指由于電路異常情況引起的并使結溫超過額定結溫的不重復性最大正向過載電流。

動態參數：

開通時間tgt和關斷時間tq

斷態電壓臨界上升率du/dt

在額定結溫和門極開路的情況下，不導致晶閘管從斷態到通態轉換的外加電壓最大上升率。電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會使晶閘管誤導通 。

通態電流臨界上升率di/dt

在規定條件下，晶閘管能承受而無有害影響的最大通態電流上升率。如果電流上升太快，可能造成局部過熱而使晶閘管損壞。

4派生器件

快速晶閘管(Fast Switching Thyristor——FST)

有快速晶閘管和高頻晶閘管。

快速晶閘管的開關時間以及du/dt和di/dt的耐量都有了明顯改善。

從關斷時間來看，普通晶閘管一般為數百微秒，快速晶閘管為數十微秒，而高頻晶閘管則為10us左右。

高頻晶閘管的不足在于其電壓和電流定額都不易做高。

由于工作頻率較高，選擇快速晶閘管和高頻晶閘管的通態平均電流時不能忽略其開關損耗的發熱效應。

雙向晶閘管(Triode AC Switch——TRIAC或Bidirectional triode thyristor)

電氣符號和伏安特性曲線

可以認為是一對反并聯聯接的普通晶閘管的集成。

門極使器件在主電極的正反兩方向均可觸發導通，在第 I和第III象限有對稱的伏安特性。

雙向晶閘管通常用在交流電路中，因此不用平均值而用 有效值來表示其額定電流值。

逆導晶閘管(Reverse Conducting Thyristor—— RCT)

電氣符號和伏安特性曲線

將晶閘管反并聯一個二極管制作在同一管芯上的功率集成器件，不具有 承受反向電壓的能力，一旦承受反向電壓即開通。

具有正向壓降小、關斷時間短、高溫特性好、額 定結溫高等優點，可用于 不需要阻斷反向電壓的電 路中。

光控晶閘管(Light Triggered Thyristor—— LTT)

電氣符號和伏安特性曲線

是利用一定波長的光照信號觸發導通的晶閘管。

由于采用光觸發保證了主電路與控制電路之間 的絕緣，而且可以避免電磁干擾的影響，因此光控 晶閘管目前在高壓大功率的場合。

以上是針對半控型器件晶閘管的一個介紹，從結構原理到基本特性，再到主要參數，最后是其派生器件。這里只是簡單的介紹，讓我們在后面的應用中慢慢熟悉它。