可控硅工作解析

可控硅又叫晶閘管，和其它半導體器件一樣，具有體積小、效率高、穩定性好、工作可靠等優點。可控硅作為非常成熟的半導體器件，從弱電到強調，消費電子到工業等都得到廣泛應用，可以作為整流、無觸點電路開關以及逆變應用等，本章重點對于其結構以及等效電路展開分析，有助于讀者加深對于可控硅產品的了解與認知。

可控硅從電氣符號上相比于二極管多了一個門極引腳，從功能上來說都屬于整流器，可控硅通過門極的控制可以實現導通角的調整。四層PN結的結合，可以拆成PNP三極管與NPN三極管復合結構，其中PNP的基極與NPN集電極連接，PNP集電極與NPN基極連接，構成了自鎖回路。

當門極有足夠驅動信號給到時，下管NPN導通工作，上管PNP門極通過下管NPN集電極給到的驅動電流，使得上官PNP也導通，通過互鎖電路的正反饋，使得兩個三極管進入飽和導通模式，此時已經無需外部繼續提供驅動信號。從工作原理上來看，可控硅屬于半控型器件，只可控制其開通，關斷條件為主回路中電流過零時。

可控硅分單向可控硅和雙向可控硅兩種。雙向可控硅也叫三端雙向可控硅，簡稱TRIAC。雙向可控硅在結構上相當于兩個單向可控硅反向連接，這種可控硅具有雙向導通功能。其通斷狀態由門極決定，在門極上加正脈沖（或負脈沖）可使其正向（或反向）導通。下圖為正向與反向可控硅以及兩者結合起來的雙向可控硅。

從結構上可以看到雙向可控硅PN結的結合方式要復雜很多，不管是陰極、陽極還是門極，其中都是由PN兩個結同時構成，下面對于其工作象限展開解析，就能更容易理解其工作機理。

第一象限

門極與MT1兩端施加正驅動信號，門極的P結與MT1的N結構成導通路徑，此時在MT2與MT1兩端施加正向電壓，即Vmt2-mt1>0，相應的MT2 P結介入導通，因此構成了自上而下的PNN與NPN結構與電流路徑，因此工作在第一象限，驅動電壓與主回路工作電壓同為正。

第二象限

門極與MT1兩端施加負驅動信號，主電路當中Vmt2-mt1為正，等效電路如下圖，可見此時左側NPN1電壓Vmt1-g為正壓，此時左側NPN1三極管導通，對應的上管PNP基極得到驅動信號從而導通，繼而NPN2基極得到驅動信號導通，此時去掉門極信號，上管PNP與下管NPN2已經構成正反饋自鎖電路，第二象限工作電壓為負，驅動電壓為正。

第三象限

門極與MT1繼續施加負壓驅動信號，主電路Vmt2-mt1為負，等效電路圖如下，此時NPN1因為驅動負壓的存在而開始導通工作，NPN2基極與NPN1基極相通，因此NPN2有了驅動信號而導通，PNP基極在NPN2導通之后有了驅動電流導通，拉動NPN3導通，之后構成正反饋自鎖電路。此時工作在第三象限，工作電壓與驅動電壓同時為負。

第四象限

門極與MT1施加正壓驅動信號，主電路Vmt2-mt1為負，等效電路圖如下，其中NPN1在門極驅動信號加持下導通，NPN2基極與NPN1共用，因此NPN2導通，給PNP基極帶來驅動電流，同樣的NPN3導通，從而構成正反饋自鎖電路，此時的門極電壓為正，主電路工作電壓為負。

常用的雙向可控硅有兩種類型，標準的四象限、優化型型的三象限，三象限可控硅是通過在MT2端發射極做了特殊處理，防止其在第四象限導通，提高了換流能力，對于變化較大的負載，尤其是感性負載具有較大的dv/dt變化，容易引起可控硅的誤導通，因此三象限可控硅增強了抗噪性，減少對保護電路的要求，以及提高防誤觸發能力。

可控硅變形：Sidactor，也叫固體放電管，是一種不需要觸發引腳就能工作的可控硅。

可控硅常用的觸發方式為門極觸發，但還有一些不被人所熟知的觸發方式，比如：高dv/dt，溫度觸發，光觸發等，固體放電管就是利用可控硅的特性，在觸發方式做了優化，因此去除了對于門極引腳的需求，結構如下，在工作電壓超過擊穿電壓時，固體放電管導通，工作特性跟雷擊常用的氣體放電管類似，作為半導體產品，其具有響應速度快、漏電流小、無壽命衰減以及可靠性高等優點，常用于通信端口的浪涌保護，以及與壓敏電阻搭配作為電源輸入端的雷擊保護，可以有效降低殘壓，對于功率器件有更好的保護效果。