一、模電知識(shí)復(fù)習(xí)

由于晶閘管在電力電子中討論的場(chǎng)景一般為高壓大電流場(chǎng)景，因此三極管放大區(qū)的相關(guān)描述在此略去不表，僅介紹截止區(qū)與飽和區(qū)狀態(tài)。

npn三極管的工作狀態(tài)：

當(dāng)UC>UB，UE>UB時(shí)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，ICE≈0(同樣由于電力電子討論場(chǎng)景的緣故，PN結(jié)的導(dǎo)通電壓在此忽略不計(jì))

當(dāng)UB>UC>UE時(shí)，三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。

pnp三極管的工作狀態(tài)：

當(dāng)UB>UE，UB>UC時(shí)三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。

當(dāng)UE>UB>UC時(shí)，三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。

二、晶閘管的構(gòu)造與等效電路

1.晶閘管的符號(hào)與構(gòu)造

晶閘管，又稱可控硅，是半控型器件。晶閘管共有三個(gè)端子，分別為陽(yáng)極(Anode)，門(mén)極(Gate)和陰極(Cathode)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)與電路等效示意圖也如圖中所示。

2.晶閘管工作原理的分析

參照單向晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖與等效電路圖可以看出，晶閘管實(shí)際上等效于一個(gè)pnp三極管與一個(gè)npn三極管將集電極與基極互聯(lián)形成的元件?；诖?，我們可以對(duì)元件的工作狀態(tài)進(jìn)行大致的分析：

1)當(dāng)UA

可以看到，此時(shí)無(wú)論怎么變換G極電壓，影響的只有等效電路圖中下方的npn三極管，上方的pnp三極管始終處于截止?fàn)顟B(tài)，因而在擊穿元件前電流不可能通過(guò)，可以看出晶閘管具有反向截止功能。

2)當(dāng)UA>UK，UG<=UK時(shí)

通過(guò)分析可以看到，下方npn三極管仍處于關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)僅有少部分漏電流通過(guò)器件，在正向電壓達(dá)到正向轉(zhuǎn)折電壓之前電流一直很小，晶閘管未開(kāi)通。

3)當(dāng)UA>UK，UG>UK時(shí)

由于門(mén)極有觸發(fā)電流(注意此電流必須大于晶閘管擎住電流IL)，下方的npn三極管首先打開(kāi)，由于兩三極管將基極與集電極互聯(lián)，三極管從發(fā)射極到集電極的電流也是另一個(gè)三極管從基極流入或流出的電流;通過(guò)三極管的工作特性可以知道，當(dāng)源極電流增大且未到達(dá)飽和區(qū)時(shí)，從發(fā)射極流向集電極的電流會(huì)以一定比例增大，由此再增大了基極電流，形成了一個(gè)正反饋的關(guān)系。此時(shí)如果在一定程度內(nèi)降低UG也無(wú)法關(guān)斷晶閘管，因此晶閘管為半控型器件。

3.晶閘管的關(guān)閉方式

晶閘管的關(guān)閉方式從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就是要破壞兩個(gè)三極管之間的正反饋關(guān)系與三極管的導(dǎo)通條件，這兩個(gè)條件必須同時(shí)滿足方可關(guān)閉晶閘管，在這里討論兩個(gè)關(guān)斷晶閘管的方法：

1)移除陽(yáng)極與陰極之間的電壓

移除電壓之后，pnp三極管的導(dǎo)通狀態(tài)被破壞，且陽(yáng)極與陰極之間的電流也一并被移除，達(dá)成了上述的兩個(gè)條件，晶閘管被關(guān)斷。

2)在門(mén)極與陰極之間施加反向電壓與反向電流

需要注意的是，必須同時(shí)施加反向電壓與反向電流。反向電壓用來(lái)破壞npn三極管的導(dǎo)通狀態(tài)，反向電流則是為了破壞兩個(gè)三極管之間的正反饋狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶閘管的關(guān)斷。

4.晶閘管的特性

1)伏安特性

正向特性：

可以看到，當(dāng)電壓小于正向轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，晶閘管內(nèi)流過(guò)的漏電流很小，小于維持電流IH，晶閘管不導(dǎo)通。當(dāng)正向電壓大于正向轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生類似于雪崩擊穿的效果，此時(shí)漏電流增大，通過(guò)我們前面的分析可以知道晶閘管可能會(huì)進(jìn)入正反饋狀態(tài)，晶閘管會(huì)進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。此時(shí)如果沒(méi)有門(mén)電流，且陽(yáng)極電流在維持電流以下，晶閘管會(huì)恢復(fù)到正向阻斷狀態(tài)。

反向特性：

當(dāng)反向電壓未達(dá)到反向擊穿電壓時(shí)，僅有極少的漏電流通過(guò)晶閘管，高于擊穿電壓后器件被擊穿損壞。

2)開(kāi)關(guān)特性

開(kāi)通特性：

當(dāng)陽(yáng)極電流小于擎住電流時(shí)，晶閘管未開(kāi)通，仍維持在較大水平(td階段);當(dāng)陽(yáng)極電流上升至穩(wěn)態(tài)值的90%左右時(shí)，陽(yáng)極與陰極之間的電壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。

關(guān)斷特性：

在關(guān)斷時(shí)，首先應(yīng)減小陽(yáng)極電流，與二極管的關(guān)斷過(guò)程類似，此時(shí)在P區(qū)與N區(qū)中仍存在電荷，因而電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了反向電流，在這個(gè)過(guò)程中電壓繼續(xù)下降，由于外電路電感作用電壓會(huì)出現(xiàn)一個(gè)波谷。從電壓開(kāi)始變化到電壓恢復(fù)至施加的反向電壓這段時(shí)間成為反向阻斷恢復(fù)時(shí)間，從反向阻斷恢復(fù)時(shí)間到晶閘管恢復(fù)正向阻斷能力的時(shí)間稱為正向阻斷恢復(fù)時(shí)間，反向阻斷恢復(fù)時(shí)間與正向阻斷恢復(fù)時(shí)間之和為關(guān)斷時(shí)間，約為幾百微秒(開(kāi)通時(shí)間的百倍左右)。

如果在晶閘管正向阻斷恢復(fù)時(shí)間內(nèi)對(duì)晶閘管再次施加正向電壓，晶閘管會(huì)再次導(dǎo)通，不受門(mén)電極控制。

5.晶閘管的電流關(guān)系

由三極管原理及KCL定律可得：

由上式可導(dǎo)出：

由于博主也是正在學(xué)習(xí)這一塊的內(nèi)容，講的有錯(cuò)漏的地方歡迎大家討論斧正，我們一同進(jìn)步。