什么是晶闸管(可控硅)及其分类
晶闸管(可控硅)的结构与工作原理
一、晶闸管的基本结构晶闸管(Semi ｃo ｎdu ｃｔo ｒC ｏnt ｒoll ｅｄ Ｒe ｃｔifier 简称SCR)是一种四层结构（PNPN ）的大功率半导体器件,它同时又被称作可控整流器或可控硅元件。
它有三个引出电极,即阳极（A ）、阴极(Ｋ）和门极（G)。
其符号表示法和器件剖面图如图1所示。
图１ 符号表示法和器件剖面图普通晶闸管是在N 型硅片中双向扩散Ｐ型杂质(铝或硼），形成211P N P 结构，然后在2P 的大部分区域扩散N 型杂质(磷或锑）形成阴极，同时在2P 上引出门极,在1P 区域形成欧姆接触作为阳极。
图2、晶闸管载流子分布二、晶闸管的伏安特性晶闸管导通与关断两个状态是由阳极电压、阳极电流和门极电流共同决定的。
通常用伏安特性曲线来描述它们之间的关系,如图3所示。
图3 晶闸管的伏安特性曲线当晶闸管AK V 加正向电压时，1J 和3J 正偏,2J 反偏,外加电压几乎全部降落在2J 结上,2J 结起到阻断电流的作用。
随着AK V 的增大，只要BO AK V V <，通过阳极电流A I 都很小，因而称此区域为正向阻断状态。
当AK V 增大超过BO V 以后,阳极电流突然增大,特性曲线过负阻过程瞬间变到低电压、大电流状态。
晶闸管流过由负载决定的通态电流T I ，器件压降为１Ｖ左右，特性曲线ＣＤ段对应的状态称为导通状态。
通常将BO V 及其所对应的BO I 称之为正向转折电压和转折电流。
晶闸管导通后能自身维持同态，从通态转换到断态，通常是不用门极信号而是由外部电路控制，即只有当电流小到称为维持电流H I 的某一临界值以下，器件才能被关断。
当晶闸管处于断态（BO AK V V <）时,如果使得门极相对于阴极为正,给门极通以电流G I ，那么晶闸管将在较低的电压下转折导通。
转折电压BO V 以及转折电流BO I 都是G I 的函数,G I 越大，BO V 越小。
如图3所示，晶闸管一旦导通后，即使去除门极信号,器件仍然然导通。
可控硅的工作原理与种类
可控硅的工作原理与种类可控硅（Silicon Controlled Rectifier，SCR）是一种用于控制大电流的半导体元件，广泛应用于电力电子领域。
其工作原理是基于PN结的特性，通过控制正向偏置电压和触发电流，实现对电流的控制。
可控硅由四个PN结组成，即两个正向接触的P区，中间夹着两个N区。
当P 区加上正向电压，N区加上反向电压时，PN结呈现出正向偏置特性，此时NPNPN结构的形成使电流能够通过。
但当P区加上负向电压，N区加上正向电压时，PN结的反向耐压特性生效，电流无法通过。
在可控硅导通之前，需要通过一个触发电流（Gate Current）来激活。
当触发电流Igt满足一定标准时，从低阻态（OFF态）向高阻态（ON态）切换，并开始导通电流，从而实现对电流的控制。
在可控硅中，还存在一个关键参数叫做触发电压（Gate Voltage）。
当触发电流通过后，正向电压达到一定值时，才能够激活并导通，这就是触发电压的作用。
触发电压的值取决于具体的可控硅型号与工作条件。
可控硅根据不同的工作状态和应用特性，可分为以下几种类型：1. 静态门极控制型可控硅（SGCR）静态门极控制型可控硅是最常见的一种可控硅类型。
当触发电流通过后，硅片的移动电荷会改变PN结的导电特性，从而实现硅片的导通。
通过改变触发信号来控制触发电流，可以实现对电流的调控。
2. 双向晶闸管（Thyristor）双向晶闸管是一种具有双向导通能力的可控硅。
与普通的单向可控硅不同，双向晶闸管可以实现两个方向上的导通和关断。
这种特性使其适用于交流电源的控制。
3. 光控硅（Light Controlled SCR，LSCR）光控硅是一种通过光控制触发电流的可控硅。
光控硅内部嵌入了一个光敏元件，当光敏元件受到光照时，产生电流以激活SCR。
通过改变光照强度和光敏元件的特性，可以实现对电流的控制。
4. 可控硅二极管（SCR-Diodes）可控硅二极管是一种由多个可控硅串联而成的电子元件。
晶闸管原理以及参数介绍
晶閘管結構可等效為一個 NPN型和一個PNP型三極管， 根據其連接方式等效電路 可以基本瞭解到晶閘管控 制導通方式
控制極G加正 向脉衝電壓
NPN管導通
PNP管導通
PNP管關閉
Y
N
NPN管關閉
IT>IH?
整個晶閘管關閉
整個晶閘管 導通
晶閘管的分類
基本分類
按关断导通控制 方式 普通晶闸管(SCR)、双向晶闸管(TRIAC)、逆导晶闸管(RCT)、门极关断晶闸 管(GTO)、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管(LTT)等多种。
普通晶闸管最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二极管整 流电路属于不可控整流电路。如果把二极管换成晶闸管，就可 以构成可控整流电路。
晶閘管的基本應用
1.单相半波相控整流电路 下图为单相半波相控整流电路（Single-phase half wave
controllable rectifier），整流变压器二次电压有效值用U2表 示，瞬时值用u2表示，负载上输出电压用uo表示。
（2）维持电流IH（Holding current） 指在室温和门极开路时，逐渐减小导通状态下晶闸管的
阳极电流，最后能维持晶闸管持续导通所必须的最小阳极电 流，结温越高，维持电流IH越小，晶闸管越难关断。
晶閘管的參數介紹
2. 晶闸管的电流参数
（3）掣住电流IL（Latching current） 指晶闸管触发后，刚从正向阻断状态转入导通状态，在立
（6）通态正向平均电压UF
在规定的环境温度和标准散热条件下，器件正向通过正弦 半波额定电流时，其两端的电压降在一周期内的平均值，又称 管压降，其值在0.6~1.2V之间。
晶閘管的參數介紹
2. 晶闸管的电流参数
可控硅
一、可控硅概述可控硅（SCR）国际通用名称为Thyristor，中文称为硅晶体闸流管，简称晶闸管。
由于晶闸管最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅（SCR）。
在电路中用文字符号“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。
晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
可控硅的优点很多，例如：能在高电压、大电流条件下工作，体积小；以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪音；效率高，成本低等等。
可控硅的缺点：静态及动态的过载能力较差；容易受干扰而误导通。
二、晶闸管（thyristor）的分类晶闸管（thyristor）有多种分类方法。
（一）按关断、导通及控制方式分类晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管（SCR）即单向可控硅、双向晶闸管（TRIAC）、逆导晶闸管、门极关断晶闸管（GTO）、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。
（二）按引脚和极性分类晶闸管按其引脚和极性可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。
（三）按封装形式分类晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管三种类型。
其中，金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种；塑封晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种。
（四）按电流容量分类晶闸管按电流容量可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三种。
通常，大功率晶闸管多采用金属壳封装，而中、小功率晶闸管则多采用塑封或陶瓷封装。
（五）按关断速度分类晶闸管按其关断速度可分为普通晶闸管和高频（快速）晶闸管三、单向可控硅（SCR）（一）单向晶闸管的特性普通晶闸管（SCR）是由PNPN四层半导体材料构成的三端半导体器件，三个引出端分别为阳极A、阴极K和门极G。
电路符号如下图：当单向晶闸管反向连接（即A极接电源负端，K极接电源正端）时，无论门极G所加电压是什么极性，晶闸管均处于阻断状态。
晶闸管介绍
晶闸管1.晶闸管概念 (2)2.晶闸管工作原理 (2)3.晶闸管特性 (3)4.晶闸管参数 (4)5.双向可控硅象限 (6)6.双向可控硅应用 (7)7.DIAC (9)8.SIDAC (10)1.晶闸管概念可控硅(Silicon Controlled Rectifier) 简称SCR，是一种大功率电器元件，也称晶闸管。
可实现用小功率控件控制大功率设备。
可控硅分单向可控硅和双向可控硅两种。
双向可控硅也叫三端双向可控硅，简称TRIAC。
双向可控硅在结构上相当于两个单向可控硅反向连接，这种可控硅具有双向导通功能。
其通断状态由控制极G决定。
在控制极G上加正脉冲(或负脉冲)可使其正向(或反向)导通。
晶闸管的开关时间较长，允许的电流上升率较小，因此工作频率受到限制。
当在较高频率工作时，因开关损耗随频率升高而增加，导致器件发热。
它是由四层半导体材料组成的，有三个PN结，对外有三个电极：第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N 型半导体引出的电极叫阴极K。
单向可控硅（SCR）：1）单向可控硅承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，单向可控硅都处于反向阻断状态。
2）单向可控硅承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下单向可控硅才导通。
这时单向可控硅处于正向导通状态。
3）单向可控硅在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，单向可控硅保持导通，即单向可控硅导通后，门极失去作用。
门极只起触发作用。
4）单向可控硅在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零（维持电流以下）时，单向可控硅自动关断。
双向可控硅（TRIAC）：2.晶闸管工作原理通过等效电路分析:若T2管的基极电流为i B2，则集电极电流为β2i B2；进一步有i B1=i C2=β2i B2，从而i C1=β1i B1=β1β2i B2，又由于i B2=i C1，再一次进行上述放大过程，形成正反馈。
双向晶闸管(可控硅)
双向晶闸管(可控硅)
1双向晶闸管的概念
双向晶闸管(可控硅)是一种用在电力系统中的电力调控装置，它
主要负责调节电力系统中输出到负荷的电源，可以调整电压和电流，
保持电源和负载的稳定性和稳定性。
主要有三种工作模式：3桥可控硅(SCR)，源极可控硅(D性SCR)和共极可控硅(G性SCR)。
23桥可控硅
3桥可控硅是最常用的一种双向晶闸管，它由三个可控二极管(SCR)以序号顺序排列组成，从而实现单向和双向的电源调节和控制，确保
电源和用电设备的稳定性和稳定性。
另外，它还具有抗电弧能力，能
够在极短时间内阻断高电流，避免因大电流而引发的火灾事故。
3源极可控硅
源极可控硅是一种结构较简单的双向晶闸管，与3桥可控硅相
比，它只有源极和漏极两个极线，而没有控制极，因此在一定条件
下，可以使电流不经过控制极，避免了因控制极的输入延时而引起的
故障。
另外，这种可控硅的反馈电阻容量较低，能够快速控制电源，
可以较好地满足传输系统的高频过载需求。
4共极可控硅
共极可控硅的结构和源极可控硅类似，只有源极和漏极，但是它
把控制极又设置在源极和漏极之间，在一定条件可以绕过控制极。
由
于控制极的反馈电阻较高，因此它的延时要比源极可控硅要大，因此效率要低一些，但是它的抗电弧能力更好，可以有效的防止电弧引起的损坏。
总之，双向晶闸管(可控硅)是电力系统中一种重要的电源调节装置，能够很好地满足系统的调节和稳定性要求，并可防止因电弧而产生的危害。
晶匣管
(1) 晶闸管加阳极负电压-UA时，晶闸管处于反向
阻断状态 。
(2) 晶闸管加阳极正电压UA，控制极不加电压时，
晶闸管处于正向阻断状态。
(3) 晶闸管加阳极正电压+UA，同时也加控制极
正电压+UG，晶闸管导通。
(4) 要使导通的晶闸管截止，必须将阳极电压降
至零或为负，使晶闸管阳极电流降至维持电流IH以下。
晶匣管
晶闸管是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整 流器，以前被简称为可控硅；晶闸管是PNPN四 层半导体结构，它有三个极：阳极（A），阴极 （K）和控制极（G）; 晶闸管具有硅整流器件的 特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工 作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流 调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路 中。 晶闸管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）。
20
(1)反向阻断：晶闸管加反向电压（即阳极a接电源负极， 阴极b接正极），晶闸管不导通。
s + L a k g
Ug
反向阻断
21
(2)正向阻断：晶闸管加正向电压（即阳极a接电源正极， 阴极b接负极），但开关S断开时，控制极g无触发电压， 灯不亮，说明晶闸管不导通。
S + L a k g
Ug
正向阻断
一、晶匣管的结构
晶闸管是具有三个PN结 的四层结构, 其外形、结构 及符号如图。 四 层 半 导 体
A 阳极
P1
A
三 个
PN
N1
P2 N2
K 阴极
结
G 控制极
G
K
(a) 外形 (b) 符号
晶闸管可控硅
工作原理
工作原理
晶闸管可控硅由PNPN四层半导体结 构组成，通过控制门极电压来控制内 部晶体管的通断状态，从而实现电流 的调节和控制。
工作过程
当门极电压达到一定阈值时，晶闸管 可控硅内部晶体管导通，电流可以通 过器件；当门极电压消失或低于阈值 时，内部晶体管断开，电流截止。
种类与用途
种类
按照功能和应用，晶闸管可控硅可分为普通晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等。
总结词
控制无功补偿
详细描述
通过晶闸管可控硅控制无功补偿装置，能够动态调节无 功功率，改善电力系统的功率因数，降低线损，提高供 电质量。
总结词
保护和控制变压器
详细描述
晶闸管可控硅可以用于保护和控制变压器，通过控制变 压器两侧的开关，实现变压器的远程控制和自动投切。
在电机控制中的应用
01
总结词：调速控制
用途
在电机控制中，晶闸管可控硅常用于直流电机、交流电机、步进电机等的驱动和控制；在电力电子中，用于整流、 逆变、斩波等电路中实现电能的转换和调节；在自动控制中，用于温度、压力、流量等控制系统中实现信号的放 大和处理。
02
晶闸管可控硅的应用
在电力系统中的应用
总结词
调节电压和电流
详细描述
晶闸管可控硅在电力系统中主要用于调节电压和电流， 实现无触点控制，提高电力系统的稳定性和可靠性。
晶闸管可控硅
• 晶闸管可控硅简介 • 晶闸管可控硅的应用 • 晶闸管可控硅的优缺点 • 晶闸管可控硅的发展趋势与未来展
望
01
晶闸管可控硅简介
定义与特性
定义
晶闸管可控硅是一种半导体器件 ，通过控制电流的通断来实现电 能的转换和调节。
特性
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什么是晶闸管(可控硅)及其分类
晶闸管是晶体闸流管(Thyristor)的简称，俗称可控硅，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)。
晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作
过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及
变频等电子电路中。
一、晶闸管的种类
晶闸管有多种分类方法：
1.按关断、导通及控制方式分类
晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶
闸管、门极关断晶闸管(GTO)、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。
2.按引脚和极性分类
晶闸管按其引脚和极性可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。
3.按封装形式分类
晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管
三种类型。
其中，金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种;塑封
晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种。
4.按电流容量分类
晶闸管按电流容量可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三种。
通常，大功率晶闸管多采用金属壳封装，而中、小功率晶闸管则多采用塑封或
陶瓷封装。