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晶闸管

2018-07-26 10:32:30     所属分类:功率电子学

大陆 晶闸管、晶体闸流管
港台 闸流体、闸流器
大陆 可控硅
港台 矽控整流器
单向晶闸管SCR的电路符号
一枚装载散热器上的SCR, 耐压1200V最大电流100A, 小接线是用来做闸极触发控制

晶体闸流管英语:Thyristor),简称晶闸管,指的是具有四层交错P、N层的半导体装置。最早出现与主要的一种是硅控整流器(Silicon Controlled Rectifier,SCR),大陆通常简称可控硅,又称半导体控制整流器,是一种具有三个PN结的功率型半导体器件,为第一代半导体电力电子器件的代表。晶闸管的特点是具有可控的单向导电,即与一般的二极管相比,可以对导通电流进行控制。晶闸管具有以小电流(电压)控制大电流(电压)作用,并体积小、轻、功耗低、效率高、开关迅速等优点,广泛用于无触点开关、可控整流、逆变、调光、调压、调速等方面。

发展历史

半导体的出现成为20世纪现代物理学其中一项最重大的突破,标志着电子技术的诞生。而由于不同领域的实际需要,促使半导体器件自此分别向两个分支快速发展,其中一个分支即是以集成电路为代表的微电子器件,特点为小功率、集成化,作为信息的检出、传送和处理的工具;而另一类就是电力电子器件,特点为大功率、快速化。1955年,美国通用电气公司发表了世界上第一个以硅单晶为半导体整流材料的硅整流器(SR),1957年又发表了全球首个用于功率转换和控制的可控硅整流器(SCR)。由于它们具有体积小、重量轻、效率高、寿命长的优势,尤其是SCR能以微小的电流控制较大的功率,令半导体电力电子器件成功从弱电控制领域进入了强电控制领域、大功率控制领域。在整流器的应用上,晶闸管迅速取代了水银整流器(引燃管),实现整流器的固体化、静止化和无触点化,并获得巨大的节能效果。从1960年代开始,由普通晶闸管相继衍生出了快速晶闸管、光控晶闸管、不对称晶闸管及双向晶闸管等各种特性的晶闸管,形成一个庞大的晶闸管家族。

但晶闸管本身存在两个制约其继续发展的重要因素。一是控制功能上的欠缺,普通的晶闸管属于半控型器件,通过门极(控制极)只能控制其开通而不能控制其关断,导通后控制极即不再起作用,要关断必须切断电源,即令流过晶闸管的正向电流小于维持电流。由于晶闸管的关断不可控的特性,必须另外配以由电感、电容及辅助开关器件等组成的强迫换流电路,从而使装置体积增大,成本增加,而且系统更为复杂、可靠性降低。二是因为此类器件立足于分立元件结构,开通损耗大,工作频率难以提高,限制了其应用范围。1970年代末,随着可关断晶闸管(GTO)日趋成熟,成功克服了普通晶闸管的缺陷,标志着电力电子器件已经从半控型器件发展到全控型器件。

类型

晶闸管一词有时单指SCR;有时泛指具有四层或以上交错P、N层的半导体装置,如单向晶闸管(SCR)、双向晶闸管(TRIAC)、可关断晶闸管(GTO)、SIT、及其他种类等。

Thyristor.svg

单向晶闸管是PNPN四层结构,形成三个PN结,可以等效为PNP、NPN两晶体管组成的复合管,具有三个外电极:阳极A(Anode),阴极K(Cathode)和控制极G(Gate)。在A、K之间加上正电压后,管子并不导通;当控制极G加上正电压(相对于阴极K而言)后才导通;此时再去掉控制极的电压,管子依然能够保持导通。

双向晶闸管可以等效为两个单向晶闸管反向并联。因双向晶闸管正负双向均可以控制导通,故控制极G外的另外两个电极不再称阴极阳极,而改称为主电极MT1、MT2或T1、T2。当G与MT1间给予适当的讯号时,MT2与MT1间即可导通。

参看

  • 可关断晶闸管(GTO, Gate Turn-Off thyristor)
  • 绝缘闸异极晶状管(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor)

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