晶閘管的結(jié)構(gòu)及工作原理

晶閘管（Thyristor）是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱，又稱作可控硅整流管（SCR），以前被簡(jiǎn)稱為可控硅。晶閘管能夠通過信號(hào)控制其導(dǎo)通，但不能控制其關(guān)斷，所以稱為半控型器件。晶閘管這個(gè)名稱往往專指晶閘管的一種基本類型一普通晶閘管。但從廣義上講，晶閘管還包括許多派生器件，如雙向晶閘管（TRIAC）、快速晶閘管（FST）、逆導(dǎo)型晶閘管（RCT）和光控晶閘管（LTT）等。

一、晶閘管的結(jié)構(gòu)

目前大功率晶閘管常用的外形結(jié)構(gòu)有螺栓式和平板式，它具有三個(gè)PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)，其外形、結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)如圖所示。

晶閘管內(nèi)部是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，分別命名為P1、N1、P2、N2四個(gè)區(qū)。由最外的P層和N層引出的兩個(gè)電極，分別為陽(yáng)極A和陰極K，由中間的P2層引出的電極是門極G（也稱控制極）。四個(gè)區(qū)形成J1、J2、J3三個(gè)PN結(jié)。因此，晶閘管可以用三個(gè)PN結(jié)串聯(lián)來等效，如圖8-2所示晶閘管的國(guó)際通用名稱為Thyristor，簡(jiǎn)寫為VT。

晶閘管是電力電子器件，在工作過程中會(huì)因損耗而發(fā)熱，因此必須安裝散熱器。對(duì)于螺栓型封裝，通常螺栓是其陽(yáng)極，做成螺栓狀是為了能與散熱器緊密連接且安裝方便，通過陽(yáng)極（螺栓）擰緊在鋁制散熱器上，為自然冷卻；平板式晶閘管則由兩個(gè)相互絕緣的散熱器夾緊晶閘管，靠冷風(fēng)冷卻。

平板式兩面散熱效果好，額定電流大于200A的晶閘管都采用平板式結(jié)構(gòu)。此外還可以通過水冷、油冷等冷卻方式進(jìn)行冷卻。

二、晶閘管的工作原理

通過如圖所示電路做一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，來說明晶閘管的工作原理。由電源Us、白熾燈、晶閘管的陽(yáng)極、陰極組成晶閘管主電路。電源Uc、開關(guān)S、晶閘管門極和陰極組成控制電路也稱觸發(fā)電路。

當(dāng)晶閘管的陽(yáng)極A接電源Us的正端。陰極K經(jīng)白熾燈接電源的負(fù)端，此時(shí)晶閘管承受正向電壓。當(dāng)控制電路中開關(guān)S斷開時(shí)，白熾燈不亮，說明晶閘管不導(dǎo)通。

當(dāng)晶閘管的陽(yáng)極和陰極承受正向電壓，控制電路中開關(guān)S閉合，使控制極也加正向電壓，（控制極相對(duì)陰極間的電壓）。這時(shí)白熾燈亮，說明晶閘管導(dǎo)通。

當(dāng)品閘管導(dǎo)通后，將控制極上的電壓去掉（即將開美S斷開），白熾燈依然亮。說明一旦晶閘管導(dǎo)通后，控制極就失去控制作用。

當(dāng)品閘管的陽(yáng)極和陰極間加反向電壓，不管控制極加不加電壓，燈都不亮，此時(shí)晶閘管截止。如果控制極加反向電壓，無(wú)論品閘管主電路加正向電壓還是反向電壓，晶閘管都不導(dǎo)通。

通過上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出如下結(jié)論。

（1）欲使晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備兩個(gè)條件：

①晶閘管的陽(yáng)極A和陰極K之間加上正向電壓，②品閘管的門極G與陰極K之間也加上合適的正向電壓和電流。

（2）晶閘管一旦導(dǎo)通后，門極就失去控制作用，故晶閘管為半控型器件。

（3）為使晶閘管關(guān)斷，必須使其陽(yáng)極A電流降低到零或某一數(shù)值以下，這可以采用將陽(yáng)極A電壓減少到零或者給陽(yáng)極施加反向電壓。