可控硅（Silicon Controlled Rectifier，簡稱SCR），是可控硅整流元件的簡稱，是一種具有三個PN結的四層結構的大功率半導體器件，亦稱為晶閘管。具有體積小、結構相對簡單、功能強等特點，是比較常用的半導體器件之一。

家用電器中的調光燈、調速風扇、空調機、電視機、電冰箱、洗衣機、照相機、組合音響、聲光電路、定時控制器、玩具裝置、無線電遙控、攝像機及工業控制等都大量使用了可控硅器件。

  

假如沒有電流無法隨時關斷的缺點，那晶閘管就是完美的半導體開關。下面小編就為大家簡單介紹一下晶閘管吧！

晶閘管的結構和工作原理

本文主要是想簡單聊聊晶閘管的觸發條件及特性，在此之前，需要先了解一下它的結構和工作原理。 

晶閘管的基本結構和由兩個雙極型晶體管組成的等效模型 

晶體管工作原理

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觸發條件

晶閘管可分成兩個子晶體管，一個pnp晶體管和一個npn晶體管，這兩個晶體管的共基極電流增益分別為α1和α2。 

晶閘管分解成兩個子晶體管及其等效電路

晶體管的觸發條件為：α1+α2≥1，現在我們來推導一下這個觸發的基本條件：

施加一個門極電流IG，會在晶體管2中產生一個集電極電流，即：IC2=β2IG

式中β2是晶體管2的共射極電流放大倍數。由于IC1=IB2，故門極電流增量為ΔIG的電流增益為：

βthyr=ΔIB2/ΔIG=β1β2

只有當基極電流IB2持續增長時晶閘管才能擎住。要達到這種效果，反饋信號ΔIB2必須必原輸入信號ΔIG大，故下面的式子應當滿足：βthyr=β1β2≥1

雙極型晶體管的共射極電流放大倍數β和共基極電流放大倍數的關系是：

β=α/1-α

從而得到晶閘管的觸發條件為：

α1+α2≥1

靜態伏安特性

接下來，我們討論一下晶閘管的I(V)特性。完整的晶閘管電流-電壓特性曲線如下圖所示，整條I(V)曲線由一個亞穩態區域和三個穩態區域組成。 

 

晶閘管的電流-電壓特性

晶閘管觸發（穩態）：在這個區域，晶閘管擎住，即電流只由外電路限制；

正向阻斷（穩態）：在這個模式下施加的是正陽極電壓，但沒有電流（只有小的漏電流）；

過渡階段（亞穩態）：過渡階段處于正向阻斷和擎住階段之間，在這個過程中要經歷一個亞穩態階段，這時晶閘管對條件的微小變化都很敏感，發展趨勢是正向阻斷或完全擎住的狀態；

反向阻斷（穩態）：施加一個反向電壓（陽極相對陰極是負的），晶閘管不導通。通常晶閘管的反向阻斷電壓接近最大正向阻斷電壓的范圍內。

開通特性

通過上文，我們已經非常清楚為了開通一個晶閘管必須滿足的觸發條件（α1+α2=1）。達到這一目的有多種辦法，下面簡要了解一下可能采用的開通技術：

控制電流觸發（門極觸發）：這是最廣泛應用的方法，施加一個足夠大的門極電流使晶閘管導通。

靜態電壓觸發（也叫轉折電壓觸發）：當陽極-陰極電壓上升到轉折電壓時，早期效應會導致晶閘管的自發開通。

動態電壓觸發（dv/dt觸發）：如果陽極-陰極電壓的導數超過了某個值，則容性位移電流會觸發晶閘管。

光觸發：晶閘管必須經特殊工藝處理才能實現這種觸發。它的機理非常簡單：光照射到阻斷的pn結J2上，激發電子空穴對。電子和空穴被耗盡層電場分開，電子移向n基區，空穴移向p基區。光激發電流和外部施加的大觸發電流有著相同的效果。

溫度觸發：事實上所有決定雙極型晶體管放大倍數的參量都有一個正的溫度系數。因此α1+α2隨溫度的升高而增大，直到最終觸發發生。一般來說，這種開通模式是非常不希望出現的，它是決定晶閘管運行溫度上限的幾個主要決定因素之一。

關斷特性

為了使晶閘管從導通狀態進入阻斷狀態，必須移除基極中的過量載流子，在反向偏置pn結J2上重新建立耗盡層。有多種移除過量載流子的方法：

晶閘管電流中斷，通過復合移除存儲電荷；

借用負載終端主動移除過程電荷，方法是使陽極-陰極電壓反向；

通過門極主動移除過量電荷（門極輔助關斷）。

為了詳細考察強制關斷，請大家考慮下圖所示的電路。圖中電壓突然改變，因此利用圖中電路進行關斷叫作突變換流。 

 

突變換流測試電路

在t=0-時刻，即關斷前一瞬間，假設開關S位于位置“1”，晶閘管擎住，電流為IA0。

在t=0時刻，開關S打向“2”。下圖給出了這是應該出現的電壓電流波形以及等離子移除過程。

 

突變關斷過程中的電流電壓曲線

突變關斷過程中晶閘管內的等離子移除過程

晶閘管的關斷和二極管的關斷有諸多共同點。特別的，高速關斷的時候，動態雪崩擊穿或瞬變效應可能發生。進一步的必須注意到t4時刻后的功率密度（同時存在高電壓大電流導致的）不能超過晶閘管的SOA區。一個可靠布局的L-RS-CS保護電流對于避免過應力是非常重要的。