晶闸管的基本结构和过电保护详解

晶闸管基本结构

功率电子电路是以功率电子器件为基础在近十多年所发展起来的一种含有多种学科交叉的电子电路。而功率电子器件是用于对大功率电能进行变换和控制的大功率（通常指电流为数十安至数千安，电压为数百伏以上）电子器件。

各种功率电子器件均具有导通和阻断两种工作特性。根据其对导通与阻断的可控性，功率电子器件可分为3类：不可控型器件、半控型器件、全控型器件。

其中由于半控型功率电子器件中普通晶闸管的应用最普遍。

晶闸管（Thyristor）是硅晶体闸流管的简称，又被称作可控硅（Silicon Controlled RecTIfier，SCR）。主要应用在可控整流、交流调压、无触点交直流开关、逆变和直流斩波等方面。

晶闸管由四层半导体PNPN、三个PN结（J1、J2和J3）构成，具有三个电极。由P1和N2分别引出阳极A及阴极K，由P2引出门极G。

下图是晶闸管的外形及符号。图（a）为螺栓式结构，螺栓为阳极A。图（b）为平板式，中间金属环为门极G，靠近门极的平面为阴极K。图（c）是晶闸管的符号。

晶闸管的过电流保护

造成晶闸管过电流的主要原因有：负载端过载或短路，某个晶闸管被击穿短路，触发电路工作不正常或受干扰使晶闸管误触发而引起过电流等等。晶闸管允许过电流的时间短，例如一个100A的晶闸管，过电流为400A时，仅允许持续0.02s时间，否则将因过热而烧毁。过电流保护的作用就在于一旦发生过电流时，能快速地在允许时间内将过电流切断，以防止器件损坏。

安装快速熔断器是晶闸管过流保护的主要措施。快速熔断器采用银质熔丝，其熔断时间比普通熔丝短得多，在同样的过电流倍数下，它可以在晶闸管损坏之前先行熔断，起到保护作用。

表 1 选择快速熔丝的参考数据
　　

必须指出，快速熔断器的额定电流 是以有效值标称的，而晶闸管的额定电流是以平均值 标称的，因此采用快速熔断器时，一般可按 ＝来选择。表1列出了几种晶闸管的额定正向平均电流与快速熔断丝额定电流的对应关系。 快速熔断器在电路中接入的方式有三种。如图1所示。

图7.3.1 快速熔断器在可控整流电路中的位置

（1）接在交流侧，如图1（a）所示。这种接法对输出端短路和元件短路起保护作用。但是熔断器熔断之后，不能立即判断出是何处故障。

（2）接在直流侧，如图1（b）所示。这种接法只对输出端过载或短路起保护作用，对晶闸管本身短路不起保护作用。

（3）与晶闸管串联，如图1（c）所示。当某一晶闸管短路时，与其串联的熔断器熔断，其他部分不受影响。