一、模電知識復(fù)習(xí)

由于晶閘管在電力電子中討論的場景一般為高壓大電流場景，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，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，ICE≈0(同樣由于電力電子討論場景的緣故，PN結(jié)的導(dǎo)通電壓在此忽略不計)

當(dāng)UB>UC>UE時，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時三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。

當(dāng)UE>UB>UC時，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。晶閘管共有三個端子，分別為陽極(Anode)，門極(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，晶閘管實際上等效于一個pnp三極管與一個npn三極管將集電極與基極互聯(lián)形成的元件。基于此，我們可以對元件的工作狀態(tài)進行大致的分析：

1)當(dāng)UA

可以看到，此時無論怎么變換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，可以看出晶閘管具有反向截止功能。

2)當(dāng)UA>UK，UG<=UK時

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

3)當(dāng)UA>UK，UG>UK時

由于門極有觸發(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，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三極管從基極流入或流出的電流;通過三極管的工作特性可以知道，當(dāng)源極電流增大且未到達飽和區(qū)時，從發(fā)射極流向集電極的電流會以一定比例增大，由此再增大了基極電流，形成了一個正反饋的關(guān)系。此時如果在一定程度內(nèi)降低UG也無法關(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)上來說就是要破壞兩個三極管之間的正反饋關(guān)系與三極管的導(dǎo)通條件，這兩個條件必須同時滿足方可關(guān)閉晶閘管，在這里討論兩個關(guān)斷晶閘管的方法：

1)移除陽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，且陽極與陰極之間的電流也一并被移除，達成了上述的兩個條件，晶閘管被關(guān)斷。

2)在門極與陰極之間施加反向電壓與反向電流

需要注意的是，必須同時施加反向電壓與反向電流。反向電壓用來破壞npn三極管的導(dǎo)通狀態(tài)，反向電流則是為了破壞兩個三極管之間的正反饋狀態(tài)，實現(xiàn)對晶閘管的關(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，晶閘管內(nèi)流過的漏電流很小，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，會產(chǎn)生類似于雪崩擊穿的效果，此時漏電流增大，通過我們前面的分析可以知道晶閘管可能會進入正反饋狀態(tài)，晶閘管會進入導(dǎo)通狀態(tài)。此時如果沒有門電流，且陽極電流在維持電流以下，晶閘管會恢復(fù)到正向阻斷狀態(tài)。

反向特性：

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

2)開關(guān)特性

開通特性：

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

關(guān)斷特性：

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

如果在晶閘管正向阻斷恢復(fù)時間內(nèi)對晶閘管再次施加正向電壓，晶閘管會再次導(dǎo)通，不受門電極控制。

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，講的有錯漏的地方歡迎大家討論斧正，我們一同進步。