电力电子半导体器件SCR介绍
可控硅 波形
可控硅波形可控硅（SCR）是一种常用的半导体器件，广泛应用于电力电子领域。
它具有可控性强、耐压高、耐大电流等特点，被广泛应用于各种电力控制电路中。
我们来了解一下可控硅的基本结构和工作原理。
可控硅由4层半导体材料构成，其中有3个p型区域和1个n型区域。
两个p型区域被一个n型区域隔开，形成了一个pnpn的结构。
其中，两个p区被称为阳极（A）和阳极（K），而n区则被称为控制极（G）。
当可控硅的阳极与控制极之间施加一个正向电压时，可控硅处于导通状态。
而当施加一个负向电压时，可控硅处于截止状态。
接下来，我们来了解一下可控硅的波形特性。
可控硅的波形特性主要包括导通特性和截止特性。
在导通特性方面，当施加一个正向电压时，可控硅将开始导通，形成一个电流通路。
而在截止特性方面，当施加一个负向电压时，可控硅将停止导通，电流无法通过。
在实际应用中，可控硅通常与其他器件组成电力控制电路。
其中，最常见的一种电路是交流电压调节电路。
这种电路通常由可控硅、变压器和控制电路组成。
变压器用于将输入的交流电压降压到合适的电压范围，而控制电路则用于控制可控硅的导通和截止。
通过调节可控硅的导通角，可以实现对输出电压的调节。
可控硅还可以应用于交流电的控制开关。
在这种应用中，可控硅通常与触发电路和控制电路组成。
触发电路用于控制可控硅的导通，而控制电路则用于调节触发电路的触发角。
通过调节触发角，可以实现对交流电的控制开关。
总结起来，可控硅是一种常用的半导体器件，具有可控性强、耐压高、耐大电流等特点。
它的波形特性主要包括导通特性和截止特性。
在实际应用中，可控硅通常与其他器件组成电力控制电路，如交流电压调节电路和交流电的控制开关。
通过合理设计和控制，可控硅可以实现对电力的精确控制，广泛应用于各种领域。
电力电子技术第2章器件2_SCR
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s
t3 t Q2
• 门极正偏，Q2、Q1导通，再生正 反馈。电流超挚住电流后，门极 脉冲可去。（一维开通）。在低
发射极电流下 是很小的，而当 0 发射极电流建立起来之后， 迅
速增大。
Q1 Von
t
1-15
晶闸管的关断问题
• 导通后因门极面
积远小于阴极，
加负门极电流不 能影响阴极主体， J3
不能关断。
普通晶闸管的关断时间约 几百微秒。
trr URRM tgr
图1-9 晶闸管的开通和关断过程波形
1-14
晶闸管的开通特性 I A
2 I G I CBO1 I CBO2 1 ( 1 2 )
（2-5）
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注发t心s:入，射门触靠极极发门位电电极于部流流阴先极使增导晶晶大通片体，以中管
的 致
iA
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17、儿童是中心，教育的措施便围绕 他们而 组织起 来。上 午8时25 分7秒 上午8时 25分08 :25:072 1.6.14
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可控硅元件的工作原理及基本特性
可控硅元件的工作原理及基本特性可控硅元件（SCR）是一种半导体器件，也称为可控硅二极管。
它是一种四层结构的晶体管，由三个PN结与一个NPN结叠加而成。
SCR的工作原理基于控制极施加的电压，通过改变控制极电流来控制电流流过晶体管的能力。
SCR的工作原理如下：1.当控制极处于高电平时，SCR处于断开状态。
此时，控制极封闭了SCR的PNP结，使其无法导电。
2.当控制极处于低电平时，SCR处于导通状态。
此时，进一步控制极电压下降会使控制晶体二极管达到导通的临界电压。
一旦电压超过了临界电压，晶体管将开始导电并保持这种状态，直到通过SCR的电流下降到一个可接受的水平。
1.可控性：SCR可以通过控制极的电压来控制其导通状态。
调节控制极电压可以使SCR在开启和关闭电路的特定条件下工作。
2.可逆性：SCR可以在两个方向上导通电流。
它既可以由正向电压触发，也可以由反向电压触发。
这使得SCR在控制交流电源的整流和直流电源的变流中非常有用。
3.放大效应：一旦SCR导通电流，它将保持导通状态，直到电流下降到一个可接受的水平。
这是因为SCR具有正反馈特性，其中一部分导通电流将进一步加热晶体管并推动更多电流流过。
SCR在电力控制和电力电子应用中具有广泛的用途。
它可以用作整流器、开关、电压稳定器和电压调节器。
此外，SCR还用于电子点火系统、变频器、电动机控制和照明控制等领域。
总之，SCR是一种可通过控制极电压来控制其导通状态的半导体器件。
它具有可逆性、可控性和放大效应的特点，常用于电力控制和电力电子应用。
通过了解SCR的工作原理和基本特性，我们可以更好地理解和应用这种重要的半导体器件。
可控硅(SCR)知识
可控硅（SCR）知识可控硅（SCR）国际通用名称为Thyyistoy，中文简称晶闸管。
它能在高电压、大电流条件下工作，具有耐压高、容量大、体积小等优点，它是大功率开关型半导体器件，广泛应用在电力、电子线路中。
1.可控硅的特性。
可控硅分单向可控硅、双向可控硅。
单向可控硅有阳极A、阴极K、控制极G 三个引出脚。
双向可控硅有第一阳极A1（T1），第二阳极A2（T2）、控制极G 三个引出脚。
只有当单向可控硅阳极A 与阴极K 之间加有正向电压，同时控制极G 与阴极间加上所需的正向触发电压时，方可被触发导通。
此时A、K 间呈低阻导通状态，阳极A 与阴极K 间压降约1V。
单向可控硅导通后，控制器G 即使失去触发电压，只要阳极A 和阴极K 之间仍保持正向电压，单向可控硅继续处于低阻导通状态。
只有把阳极A 电压拆除或阳极A、阴极K 间电压极性发生改变（交流过零）时，单向可控硅才由低阻导通状态转换为高阻截止状态。
单向可控硅一旦截止，即使阳极A 和阴极K 间又重新加上正向电压，仍需在控制极G 和阴极K 间有重新加上正向触发电压方可导通。
单向可控硅的导通与截止状态相当于开关的闭合与断开状态，用它可制成无触点开关。
双向可控硅第一阳极A1 与第二阳极A2 间，无论所加电压极性是正向还是反向，只要控制极G 和第一阳极A1 间加有正负极性不同的触发电压，就可触发导通呈低阻状态。
此时A1、A2 间压降也约为1V。
双向可控硅一旦导通，即使失去触发电压，也能继续保持导通状态。
只有当第一阳极A1、第二阳极A2 电流减小，小于维持电流或A1、A2 间当电压极性改变且没有触发电压时，双向可控硅才截断，此时只有重新加触发电压方可导通。
2.单向可控硅的检测。
万用表选电阻R*1Ω挡，用红、黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻直至找出读数为数十欧姆的一对引脚，此时黑表笔的引脚为控制极G，红表笔的引脚为阴极。
scr工艺说明
scr工艺说明SCR工艺是一种半导体器件的制造工艺，也被称为硅控整流器。
它是一种基于PN结的电子元器件，可用于交流电源的调整和直流电源的转换。
SCR工艺的制造过程包括多个步骤，其中每个步骤都是至关重要的，只有每个步骤都能正确完成，才能获得高质量的SCR 元器件。
SCR的制造需要使用高纯度的硅材料，通常为单晶硅或多晶硅。
这些硅材料需要经过多个步骤的加工，包括熔化、晶化、拉晶、切片、抛光等。
在这个过程中，需要注意保持材料的纯度和晶体结构的完整性，以确保SCR器件的性能和可靠性。
SCR芯片的制造需要使用光刻工艺。
这个过程可以将电路图案转移到硅片上，以形成PN结和金属电极。
在这个过程中，需要使用光刻机、曝光机、显影机等设备，同时需要使用光刻胶、掩膜等材料。
这个过程需要高度的精度和可重复性，以确保电路图案的正确性和一致性。
接下来，SCR芯片需要进行离子注入工艺。
这个过程可以在PN结区域注入掺杂剂，以改变硅片的导电性能。
在这个过程中，需要使用离子注入机、掺杂剂等材料，同时需要控制注入剂量和深度，以确保PN结的性能和质量。
SCR芯片需要进行封装工艺。
这个过程可以将芯片固定在一个外壳中，以保护芯片并提供连接引脚。
在这个过程中，需要使用封装机、焊接机等设备，同时需要使用塑料外壳、铜引脚等材料。
这个过程需要注意封装的可靠性和耐用性，以确保SCR器件的使用寿命和性能。
SCR工艺是一种复杂的半导体器件制造工艺，需要高度的技术和设备支持。
每个步骤都需要注意质量和可重复性，以确保SCR器件的性能和可靠性。
随着技术的发展和进步，SCR工艺也在不断更新和改进，以适应不断变化的市场需求和技术挑战。
SCR 特性介绍 详细版
通常用在交流电路中，因此不用平均值而用有效值来表示其额定电流值。
I
T1
IG=0 O U
G
T2
a)
b)
图6
双向晶闸管的电气图形符号和伏安特性 a) 电气图形符号 b) 伏安特性
3） 逆导晶闸管（Reverse Conducting Thyristor—RCT） 将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件； 具有正向压降小、关断时间短、高温特性好、额定结温高等优点； 逆导晶闸管的额定电流有两个，一个是晶闸管电流，一个是反并联二极管 的电流。
IA
A 强 G K 光强度 弱
O
UA K
a)
b)
图8
光控晶闸管的电气图形符号和伏安特性 a) 电气图形符号 b) 伏安特性
光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响， 因此目前在高压大功率的场合， 如高压直流输电和高压核聚变装置中， 占据重要 的地位。
IA
正向 导通
UA
U RSM U RRM
IH O
IG2
IG1
IG=0
U DRM U bo +U A U DSM
雪崩 击穿
-IA
图3
晶闸管阳极伏安特性 IG2>IG1>IG
IG=0 时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，只有很小的正向漏电流
流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压 Ubo，则漏电流急剧增大，器件开 通。这种开通叫“硬开通”，一般不允许硬开通； 随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低； 导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿； 晶闸管本身的压降很小，在 1V 左右； 导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值 IH 以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。IH 称为维持电流。 晶闸管上施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性； 阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端； 晶闸管的门极触发电流从门极流入晶闸管，从阴极流出，门极触发电流也 往往是通过触发电路在门极和阴极之间施加触发电压而产生的。 晶闸管的门极和阴极之间是 PN 结 J3，其伏安特性称为门极伏安特性，如图 4 所示。图中 ABCGFED 所围成的区域为可靠触发区；图中阴影部分为不触发区； 图中 ABCJIH 所围成的区域为不可靠触发区。 为保证可靠、安全的触发，触发电路所提供的触发电压、电流和功率应限 制在可靠触发区。
什么是可控硅(SCR)-什么叫晶闸管-晶闸管是什么
可控硅（SCR）是可控硅整流器的简称。
可控硅（SCR）国际通用名称为Thyyistoy，中文简称晶闸管。
它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。
可控硅有单向、双向、可关断和光控几种类型它具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、控制方便等优点，被用于可控整流、调压、逆变以及无触点开关等各种自动控制和大功率的电能转换的场合。
附上几个可控硅(SCR)实物图片
下为单向可控硅(晶闸管)结构示意及电路符号
下为双向可控硅(晶闸管)结构示意及电路符号。
scr工作原理
scr工作原理SCR（Silicon Controlled Rectifier）是一种半导体开关器件，通常用于电力电子系统中。
它的工作原理可以被概括如下：1. 原理概述SCR通常被用作开关元件，控制输入和输出之间的电流流动。
当 SCR 承受超过一定门极电压时，它会导通。
一旦导通，SCR 将保持自己导通状态，直到电流降至零点为止。
门极电压的大小决定了 SCR 的导通速度和维持电流的大小。
2. 工作过程当在 SCR 的控制极（门极）加上超过门槛电压的电压时，SCR 开始导通。
此时，SCR 的阳极（A）和阴极（K）之间形成了一个 P-N 结二极管，并有一个初始的起始电流。
当电流流过 SCR 时，它将在内部形成空穴和电子。
这些空穴和电子将在电场的作用下移动，并在 N 区的电阻中产生电压降。
当产生的电压降使得 P 区与 N 区的交界处电压大于扩散电压时，SCR 中的载流子将开始扩散。
此时，SCR 进入深饱和状态，并将阳极和阴极之间维持一个较大的导通态电流。
3. 门极控制通过控制 SCR 的门极电压，可以控制 SCR 的导通和关断。
当门极电压低于维持电压时，SCR 将关断，停止电流流动。
门极电压高于门槛电压时，SCR 将再次导通。
通过调节门极电压的大小，可以控制 SCR 的导通速度和维持电流的大小。
4. 应用场景SCR 广泛应用于电力电子系统中，例如交流电机调速系统、直流电机调速系统、电力系统中的无功功率补偿等。
在这些应用场景中，SCR 可以用来控制交流或直流电源的开关，从而实现电机调速、无功功率补偿等功能。
此外，SCR 也被用于整流器中，将交流电转换为直流电。
总之，SCR 的工作原理是基于半导体器件的物理效应和电路原理，通过控制门极电压的大小和极性来控制 SCR 的导通和关断，从而实现电力电子系统的开关和控制功能。
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IGD：门极不触发电流 VGT：最小门极触发电压
IGT：最小门极触发电流
VFGM：门极正向峰值电压 IFGM：门极正向峰值电流
VGT 不可触发区
说明： ①门极触发电压、电流应处于可靠触发区内，触发功率过大，
会使SCR结温上升，影响正常工作，甚至会烧坏门极。
②触发电压、电流应大于VGT和IGT，方可保证正常触发。 ③不触发时，触发电路输出电压应低于门极不触发电压VGD （0.2V）；为提高抗干扰能力，避免误触发，必要时可加负 偏压（1—3V；不大于5V），负偏压过大，会使器件触发灵 敏度下降，不利于快速导通，同时门极损耗增大。
2．关断条件：阳极电压减小/反向，使阳极电流减小到维持电流 以下，IA<IH时，管子自动关断。 二、特性
1．阳极伏安特性：VAK—IA关系
导通状态 阻断状态
VBO：正向转折电压 VRSM：反向转折电压
反向击穿
2．门极伏安特性：VG—IG关系（P3结二极管伏安特性）
VGDห้องสมุดไป่ตู้门极不触发电压
PGM 不可靠触发区 IGT 可靠触发区
３．反向不重复峰值电压VRSM 门极开路，加在SCR阳极反向电压上升到反向伏安特性曲线急 剧弯曲处所对应的电压值。不能重复，每次持续时间不大于10ms 的脉冲电压。 ４．反向重复峰值电压VRRM 门极开路，额定结温下，允许50次/s，持续时间不大于10ms， 重复施加在SCR上的反向最大脉冲电压。 VRRM ≈ 90% VRSM ５．额定电压
规定条件下，工频正弦半周期内所允许的最大过载峰值电 流。由电路发生故障引起，使管子超过结温损坏，用于设计保 护电路。 （三）门极参数 １．门极触发电压VGT
触发导通所需最小门极直流电压，1—5V。
２．门极反向峰值电压VRGM J3结反偏电压，小于10V。 ３．门极触发电流IGT 在规定条件下，触发SCR导通所需最小门极直流电流。
三、动态特性：
IA 0.9IA 0.1IA 0 UAK td tr ton ts
iA
td: 延迟时间 tr: 上升时间（局部导通)
trr
toff tGr
ts: 扩展时间（全导通）
trr: 反向恢复时间
非平衡少子耗散时间
0
tGr: 门极恢复时间
P(功耗） 正向阻断恢复时间
通态损耗 0 开通损耗 关断损耗
*此时，即使再为0，晶闸管仍继续导通——半控型器件。
1．晶闸管导通的几种情况：
①门极触发：Ａ－Ｋ极之间加正向电压；Ｇ－Ｋ极间加正向电压
和电流。——通用方法 ②阳极电压作用：阳极电压上升到相当数值时，J3结击穿，IB2 增大，由正反馈作用导致导通。——会引起局部过 热，易击穿，不易控制。
③du/dt作用：阳极电压上升速率快， J3结电容C产生位移电流
导致射极电流增大，引起导通。 ——控制困难，过大的du/dt会损坏管子。 ④温度作用：结温增高，漏电流增大，引起导通。 ⑤光触发：光照射下，产生电子空穴对，形成触发电流。 ——光触发晶闸管
1．晶闸管导通的几种情况： ①门极触发：Ａ－Ｋ极之间加正向电压；Ｇ－Ｋ极间加正向 电压和电流。——通用方法 ②阳极电压作用：阳极电压上升到相当数值时，J3结击穿， IB2增大，由正反馈作用导致导通。 ——会引起局部过热，易击穿，不易控制。 ③du/dt作用：阳极电压上升速率快， J3结电容C产生位移电 流 导致射极电流增大，引起导通。 ——控制困难，过大的du/dt会损坏管子。 ④温度作用：结温增高，漏电流增大，引起导通。 ⑤光触发：光照射下，产生电子空穴对，形成触发电流。 ——光触发晶闸管
令：两个晶体管共基极电流放大数 α1 、 α2
J2结反向漏电流为IC0 则：
共基极电流放大系数α1 、α2 与发射极电流变化关系：
①IG=0时， α1 、α2 约为0，
IA≈ IC0，晶闸管正向阻断。 ②IG>0时， α1 、α2 随射极电流 增大而上升，当α1 +α2 ≈1时， IA迅速增大，正向导通。
三、参数 （一）电压参数
1．断态不重复峰值电压VDSM
门极开路，加在SCR阳极正向电压上升到正向伏安特性曲线 急剧弯曲处所对应的电压值。不能重复，每次持续时间不大于 10ms的脉冲电压。（转折电压，小于VBO) ２．断态重复峰值电压VDRM 门极开路，额定结温下，允许50次/s，持续时间不大于10ms， 重复施加在阳极上的正向最大脉冲电压。 VDRM ≈ 90% VDSM
断态损耗
①开通时间：ton = td + tr 普通SCR，td为：0.5—1.5us；tr 为：0.5—3us； IG越大，ton越小。 ②关断时间：toff = trr + tGr ；一般为几百us。 说明： 1．开通时间ton随门极电流增大而减小；阳极电压提高，可使 内部正反馈加速，上升时间、延迟时间显著缩短。 2．正向电流越大，关断时间toff越长；外加反向电压越高，反 向电流越大，关断时间可缩短；结温越高，关断时间越长。 3．关断时，过早施加正向电压，会引起误导通。
将VDRM和VRRM中较小的一个取整后，做额定电压。（使用时， 选择2—3倍；π 倍）
６．通态峰值电压VTM
SCR通以两倍/或规定倍数额定通态平均电流时，在额定结温下， A—K之间瞬态峰值电压（管压降）。越小，通态损耗越小。
（二）电流参数
1．通态平均电流I T(AV) 环境温度400C，规定冷却条件下，θ 不少于1700，电阻性负 载，额定结温时；允许通过的工频正弦半波电流的平均值。取 整后为额定电流。（选择管子以有效值相同的原则） ２．维持电流IH
导通后，室温下，G极开路，维持通态所需最小阳极电流。
３．擎住电流IL 门极触发， SCR刚从断态转入通态时，去掉触发信号，能 使SCR维持导通所需最小电流。 IL ≈（2—4） IH ４．断态重复峰值电流IDRM；反向重复峰值电流IRRM； 对应于VDRM和VRRM电压下的峰值电流。
５．浪涌电流ITSM
第三章
晶闸管
§3.1 普通晶闸管
Thyristor 硅可控整流器，可控硅，SCR。
一、结构：四层PNPN结构，三端器件
正向阻断：A—K接正电压， J2反偏，漏电流很小。 反向阻断：A—K接负电压，
J1，J3反偏，漏电流很小。
符号
等效电路：由PNP和NPN两个晶体管互联，内部正反馈连接。
正反馈过程