IGBT、二極管、整流橋、IPM、電容
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晶閘管(SCR)
晶體閘流管簡(jiǎn)稱晶閘管,也稱為可控硅整流元件(SCR),是由三個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的一種大功率半導(dǎo)體器件。在性能上,晶閘管不僅具有單向?qū)щ娦?而且還具有比硅整流元件更為可貴的可控性,它只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種狀態(tài)。
晶閘管的優(yōu)點(diǎn)很多,例如:以小功率控制大功率,功率放大倍數(shù)高達(dá)幾十萬倍;反應(yīng)極快,在微秒級(jí)內(nèi)開通、關(guān)斷;無觸點(diǎn)運(yùn)行,無火花、無噪聲;效率高,成本低等。因此,特別是在大功率UPS供電系統(tǒng)中,晶閘管在整流電路、靜態(tài)旁路開關(guān)、無觸點(diǎn)輸出開關(guān)等電路中得到廣泛的應(yīng)用。
晶閘管的弱點(diǎn):靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的過載能力較差,容易受干擾而誤導(dǎo)通。
晶閘管從外形類主要有:螺栓形、平板形和平底形。

晶閘管的發(fā)展歷史及制約因素
半導(dǎo)體的出現(xiàn)成為20世紀(jì)現(xiàn)代物理學(xué)其中一項(xiàng)重大的突破，標(biāo)志著電子技術(shù)的誕生。而由于不同領(lǐng)域的實(shí)際需要，促使半導(dǎo)體器件自此分別向兩個(gè)分支快速發(fā)展，其中一個(gè)分支即是以集成電路為代表的微電子器件，特點(diǎn)為小功率、集成化，作為信息的檢出、傳送和處理的工具；而另一類就是電力電子器件，特點(diǎn)為大功率、快速化。1955年，美國(guó)通用電氣公司研發(fā)了世界上個(gè)以硅單晶為半導(dǎo)體整流材料的硅整流器（SR），1957年又開發(fā)了全球用于功率轉(zhuǎn)換和控制的可控硅整流器（SCR）。由于它們具有體積小、重量輕、效率高、壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，尤其是SCR能以微小的電流控制較大的功率，令半導(dǎo)體電力電子器件成功從弱電控制領(lǐng)域進(jìn)入了強(qiáng)電控制領(lǐng)域、大功率控制領(lǐng)域。在整流器的應(yīng)用上，晶閘管迅速取代了整流器（引燃管），實(shí)現(xiàn)整流器的固體化、靜止化和無觸點(diǎn)化，并獲得巨大的節(jié)能效果。從1960年始，由普通晶閘管相繼出了快速晶閘管、光控晶閘管、不對(duì)稱晶閘管及雙向晶閘管等各種特性的晶閘管，形成一個(gè)龐大的晶閘管家族。
但晶閘管本身存在兩個(gè)制約其繼續(xù)發(fā)展的重要因素。一是控制功能上的欠缺，普通的晶閘管屬于半控型器件，通過門極（控制極）只能控制其開通而不能控制其關(guān)斷，導(dǎo)通后控制極即不再起作用，要關(guān)斷必須切斷電源，即令流過晶閘管的正向電流小于維持電流。由于晶閘管的關(guān)斷不可控的特性，必須另外配以由電感、電容及輔助開關(guān)器件等組成的強(qiáng)迫換流電路，從而使裝置體積增大，成本增加，而且系統(tǒng)更為復(fù)雜、可靠性降低。二是因?yàn)榇祟惼骷⒆阌诜至⒃Y(jié)構(gòu)，開通損耗大，工作頻率難以提高，限制了其應(yīng)用范圍。1970年代末，隨著可關(guān)斷晶閘管（GTO）日趨成熟，成功克服了普通晶閘管的缺陷，標(biāo)志著電力電子器件已經(jīng)從半控型器件發(fā)展到全控型器件

晶閘管的工作過程
晶閘管是四層三端器件,它有J1、J2、J3三個(gè)PN結(jié),可以把它中間的NP分成兩部分,構(gòu)成一個(gè)PNP型三極管和一個(gè)NPN型三極管的復(fù)合管。
當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓時(shí),為使晶閘管導(dǎo)通,必須使承受反向電壓的PN結(jié)J2失去阻擋作用。每個(gè)晶體管的集電極電流同時(shí)就是另一個(gè)晶體管的基極電流。因此是兩個(gè)互相復(fù)合的晶體管電路,當(dāng)有足夠的門極電流Ig流入時(shí),就會(huì)形成強(qiáng)烈的正反饋,造成兩晶體管飽和導(dǎo)通。
設(shè)PNP管和NPN管的集電極電流分別為IC1和IC2,發(fā)射極電流相應(yīng)為Ia和Ik,電流放大系數(shù)相應(yīng)為α1=IC1/Ia和α2=IC2/Ik,設(shè)流過J2結(jié)的反相漏電流為ICO,晶閘管的陽極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和:
Ia=IC1+IC2+ICO
=α1Ia+α2Ik+ICO (1)
若門極電流為Ig,則晶閘管陰極電流為:Ik=Ia+Ig。
硅PNP管和硅NPN管相應(yīng)的電流放大系數(shù)α1和α2隨其發(fā)射極電流的改變而急劇變化。當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓,而門極未接受電壓的情況下,式(1)中Ig=0,(α1+α2)很小,故晶閘管的陽極電流Ia≈ICO,晶閘管處于正向阻斷狀態(tài);當(dāng)晶閘管在正向門極電壓下,從門極G流入電流Ig,由于足夠大的Ig流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié),從而提高放大系數(shù)α2,產(chǎn)生足夠大的集電極電流IC2流過PNP管的發(fā)射結(jié),并提高了PNP管的電流放大系數(shù)α1,產(chǎn)生更大的集電極電流IC1流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié),這樣強(qiáng)烈的正反饋過程迅速進(jìn)行。
當(dāng)α1和α2隨發(fā)射極電流增加而使得(α1+α2)≈1時(shí),式(1)中的分母1-(α1+α2)≈0,因此提高了晶閘管的陽極電流Ia。這時(shí),流過晶閘管的電流完全由主回路的電壓和回路電阻決定,晶閘管已處于正向?qū)顟B(tài)。晶閘管導(dǎo)通后,式(1)中1-(α1+α2)≈0,即使此時(shí)門極電流Ig=0,晶閘管仍能保持原來的陽極電流Ia而繼續(xù)導(dǎo)通,門極已失去作用。在晶閘管導(dǎo)通后,如果不斷地減小電源電壓或增大回路電阻,使陽極電流Ia減小到維持電流IH以下時(shí),由于α1和α2迅速下降,晶閘管恢復(fù)到阻斷狀態(tài)。