申論題

SCR（Silicon-Controlled Rectifier）的原理及特性

結構圖

SCR 是一種四層半導體裝置，具有三個端子：陽極 (Anode, A)、陰極 (Cathode, K) 和控制極 (Gate, G)。

I-V 關係圖

SCR 的 I-V 特性曲線如下所示：

工作原理

• 觸發：當陽極對陰極加正向電壓，且控制極（Gate）端接收到觸發電流時，SCR 導通。
• 維持：一旦導通，即使控制極電流移除，SCR 仍保持導通，直到陽極電流降至維持電流以下。
• 關斷：要使 SCR 關斷，需將陽極電流降至零並保持一定時間（恢復時間）。

GTO（Gate Turn-Off Thyristor）的原理及特性

結構圖

GTO 的結構與 SCR 類似，但設計上允許使用控制極信號來關斷器件。

I-V 關係圖

GTO 的 I-V 特性曲線如下所示：

工作原理

• 觸發：當陽極對陰極加正向電壓，且控制極端接收到觸發電流時，GTO 導通。
• 關斷：GTO 可以通過在控制極施加反向電流來使其關斷，這是與 SCR 的主要區別。

SCR 和 GTO 的功率額定值差異

在相同的矽晶片大小及條件下，SCR 和 GTO 的功率額定值會有以下差異：

1. SCR 功率額定值較高：

   • 原因：SCR 的結構設計使其在導通狀態下具有較低的正向壓降和損耗，因此能夠處理較大的電流和功率。
   • 應用：適用於需要高功率且不需頻繁開關的應用，如電力整流和大功率控制。

2. GTO 功率額定值較低：

   • 原因：GTO 雖然可以通過控制極關斷，但其結構設計導致在導通狀態下的正向壓降和損耗較高，同時關斷過程中的功率耗散也較大，限制了其功率額定值。
   • 應用：適用於需要快速開關和控制的應用，如變頻器和開關電源。

總結

• SCR：結構簡單，功率額定值高，適用於高功率應用，但需外部電路來關斷。
• GTO：可通過控制極信號關斷，適用於需要快速開關的應用，但在相同晶片大小下，其功率額定值低於 SCR。