晶闸管(Thyristor,俗称可控硅)的导通需要满足特定的电压和电流条件,其机制涉及双晶体管正反馈模型。以下是晶闸管导通的详细条件及工作原理:
晶闸管(以普通单向晶闸管为例)导通必须同时满足以下两个条件:
阳极-阴极间施加正向电压(VAK>0):
阳极(A)电位高于阴极(K),使PN结(J1、J3)正偏,但中间PN结(J2)反偏,此时晶闸管处于正向阻断状态。
门极-阴极间注入触发电流(IG>IGT):
门极(G)施加正向脉冲电流(需超过触发电流阈值 IGT),提供足够的载流子触发正反馈过程。
晶闸管可等效为PNP和NPN两个晶体管的互联(如图):
触发过程:
门极电流 IG 流入NPN管的基极,使其导通,产生集电极电流 IC1。
IC1 作为PNP管的基极电流,进一步导通PNP管,产生集电极电流 IC2。
IC2 又反馈给NPN管的基极,形成正反馈循环,使两晶体管迅速饱和,晶闸管完全导通。
自锁效应:
一旦导通,即使移除门极信号(IG=0),晶闸管仍维持导通,直到阳极电流低于维持电流(IH)或阳极-阴极电压反向。
除门极触发外,晶闸管还可能通过以下方式导通:
正向电压超过转折电压(( V_{BO} \):
当 VAK 极高时,J2结发生雪崩击穿,直接导通(但会损坏器件,应避免)。
高温或光照触发:
结温过高或强光照可能产生载流子,导致误触发。
dv/dt过高:
阳极电压突变(dv/dt 过大)可能通过结电容耦合触发导通。
晶闸管一旦导通,门极失去控制作用,关断需满足:
阳极电流降至维持电流以下(IA<IH)。
阳极-阴极电压反向(VAK≤0)或强制反向偏置。
参数 | 符号 | 说明 |
---|---|---|
触发电流 | IGT | 门极触发电流(典型值:几mA~几百mA)。 |
维持电流 | IH | 维持导通的阳极电流(通常几mA~几十mA)。 |
转折电压 | VBO | 无门极触发时,使晶闸管击穿的阳极电压(避免使用)。 |
通态压降 | VT | 导通后阳极-阴极间电压(约1~2V)。 |
门极触发设计:
触发脉冲需足够幅值(IG>IGT)和宽度(确保正反馈建立)。
抗干扰措施:
避免高温、高 dv/dt 或电磁干扰导致误触发。
关断方法:
交流电路中利用过零关断,直流电路中需强制换流(如LC谐振或反向电压)。
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