快速晶闸管

普通晶闸管的派生器件

快速晶闸管是普通晶闸管的一种派生器件，主要用于感应加热的中频电源装置。是用于较高频率的整流、逆变和变频电路的器具，并且可以在 400Hz以上频率工作的晶闸管。视电流容量大小，其开通时间为4～8微秒，关断时间为10～60微秒。主要用于较高频率的整流、斩波、逆变和变频电路。

简介

快速晶闸管是一个PNPN四层三端器件，其符号与普通晶闸管（见逆阻晶闸管）一样，它不仅要有良好的静态特性，尤其要有良好的动态特性。快速晶闸管的动态参数要求为开通速度和导通扩展速度快，反向恢复电荷少,关断时间短，通态电流临界上升率(dI/dt)及断态电压临界上升率 (dV/dt)高。通态电流临界上升率是在规定条件下，器件从断态转入通态时，对晶闸管不产生有害影响的最大通态电流上升率；断态电压临界上升率是在规定条件下，器件从断态不致转向通态的最大断态电压上升率。快速晶闸管在额定频率内其额定电流不随频率的增加而下降或下降很少。而普通晶闸管在 400Hz以上时，因开关损耗随频率的提高而增大，并且在总损耗中所占比重也增加，所以，其额定电流随频率增加而急速下降。

结构设计

快速晶闸管基本结构与普通晶闸管类似，只是为了适应中频应用的特点，其门极图形的设计更为复杂。由于采用了特殊的工艺降低了寿命，快速晶闸管开关特性得到很大改善，关断时间大大缩短，但这不利于器件通态特性，浪涌电流等性能。这些矛盾要在器件设计时总体考虑，使用者也应根据实际应用情况选择具体参教要求。国内最高规格的快速晶闸管是直径达125mm的KK500A/3000V，其关断时间小于60微秒。

快速晶闸管的通态峰值电压明显高于同规格的普通晶闸管，其通态损耗也明显大于同规格的普通晶闸管。随着工作额率的提高，开关损耗在器件总损耗中占主要地位。这些影响了器件在较高频率使用时的通流能力。

快速晶闸管承受通态临界电流上升率及断态临界电压上升率的能力强，否则，在高频应用时极易发生di/dt损坏关断失败。

工作原理

快速晶闸管的结构和工作原理与普通晶闸管相同，但在设计与制造中采取了特殊措施以减少开关耗散功率。通常采用增加门极－阴极周界长度、减薄基区厚度的办法,增加初始导通面积，提高dI/dt耐量和提高扩展速度；采用阴极短路点、非对称结构、掺金、铂或用电子、快中子辐照技术等办法降低少子寿命，提高dV/dt耐量,降低关断时间。80年代，快速晶闸管已做到通态平均电流1000A，耐压2500V，关断时间30微秒。

一种对工作频率有明确标定的快速晶闸管则称为高频晶闸管（中国型号为KG）。例如KG50（20kHz）,表示该高频管的标称工作频率为20kHz，通态平均电流为50A（20kHz下正弦半波平均电流值）。80年代中期,中国已能生产KG100(20kHz)和KG200(10kHz)，耐压为1～1.2kV的高频晶闸管。

快速晶闸管采取的特殊措施，在一定程度上降低了静态特性（如升高了通态压降），故限制了它直接工作于更高频率的大功率电子设备。为满足更高频率下工作对晶闸管提出的特殊要求，开发了门极辅助关断晶闸管、可关断晶闸管等。

开关过程

快速晶闸管主要特点是工作频率高，因此开关过程备受关注。快速晶闸管的开关过程电流电压波形类似于普通晶闸管。快速晶闸管的关断需要通过从电流过零到其正向能再次承受电压的这一段时间，在器件内部而言主要是器件在导通期间产生大量非平衡载流子复合消失的时间。由于快速晶闸管具有特殊门极结构，而且采用特殊工艺降低了器件载流子寿命，所以器件内部载流子复合速读大大加快，器件反向恢复电荷小，开关速度提高。

晶闸管的工作条件

1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受和种电压，晶闸管都处于关短状态。

2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。

3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。

4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。

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