一、什么是可控硅

起源

可追溯到20世纪50年代初期，由贝尔实验室的物理学家William Shockley在研究半导体时发现晶体三极管，1957年西门子公司的Heinrich Welker受其启发发现早期的“硅控制器件”，1964年这一技术被扩展成晶闸管，即现代可控硅的雏形。

基本概念

可控硅（Silicon Controlled Rectifier）简称SCR，也被称为晶闸管，是一种具有控制接通和关断功能的半导体器件.它具有体积小、 效率高、寿命长等优点.在自动控制系统中，可作为大功率驱动器件，实现用小功率控件控制大功率设备.它在交直流电机调速系统、调功系统及随动系统中得到了广泛的应用。

可控硅分单向可控硅和双向可控硅两种。双向可控硅也叫三端双向可控硅，简称TRIAC。双向可控硅在结构上相当于两个单向可控硅反向连接，这种可控硅具有双向导通功能。其通断状态由控制极G决定。在控制极G上加正脉冲(或负脉冲)可使其正向 (或反向)导通。这种装置的优点是控制电路简单，没有反向耐压问题，因此特别适合做交流无触点开关使用。

大家只要重点记住，他是一种大功率电器元件，适用于一些大功率场合的开关控制，比如电机调速等等。

二、可控硅的结构

通常由四个层状半导体材料构成，有三个PN结，形成特殊结构。一般有三个电极，分别是阳极（A）、阴极（K）和控制极（G）。上面我们说到可控硅可以分为双向可控硅和单向可控硅，我们来看一下他们的结构：

单向可控硅

首先我们来看一下单向可控硅，可控硅在结构上的组成就是我们熟悉的 PN 结，单向可控硅的电路符号有点像二极管，如下图：

顾名思义，单向可控硅只能单向导通，从图标上也能看出来，导通后和一个二极管类似。

区别与二极管，可控硅可以通过 小触发电流的触发信号 来控制导通，导通后可通过大电流。

 双向可控硅

双向可控硅，不再区分阳极和阴极，因为他可以双向导通，其结构如下图所示：

双向可控硅两个方向都能导通。

特性

具有正向导通和反向截止特性，能在控制信号作用下切换导通或关断状态。特点包括控制性能好、能承受高电流和电压适用于大功率电路、有一定开启电压、一旦导通需外部干预关断、适用范围广。

三、可控硅的工作原理

涉及半导体材料物理特性，分三个阶段。关态时控制极未触发，器件处于关态；触发阶段，控制极加正向触发电压，器件从关态到导通；导通后，控制极失去作用，撤触发信号仍导通，要关断需撤除阳极电压或改变阳极与阴极间电压极性。从上面我们可控硅的结构可以看出来，可控硅有一个 G 级，名为控制级，那么它是如何控制可控硅工作的呢？ 下面我们就来说明一下。

导通条件

单向可控硅：

控制级（G）受到一个超过阈值的脉冲电压，并且 阳极（A）和 阴极（K）之间有大于最小导通电压的正向电压，可控硅就能导通。

双向可控硅：

和单向可控硅一样，导通的条件是给 G 级一个超过阈值的脉冲电压， 但是双向可控硅是给 G 级的电压超过阈值电压的绝对值就能导通，也就是不仅正电压可以，负电压也是可以的。

维持条件

单向可控硅：

阳极（A）和 阴极（K）之间 持续 有大于 最小导通电压 的正向电压， 并且流过的电流大于最小维持电流。

双向可控硅：

以导通过后那个状态的电流流向为依据，维持条件和单向可控硅一样。

关断条件

可控硅只能控制打开，不能控制关闭。但是如果导通后，达不到维持他导通的条件，可控硅就会关断。

不管双向还是单向都是一样的，导通后如果正向电压（双向可控硅以导通后的电流流向为依据）过小，达不到最小导通电压，或者电流达不到最小维持电流，可控硅会自行关断。

上面我们说明了可控硅如何工作的，那么为什么是上面说的那样，给 G 极一个脉冲信号就可以，我们就来分析一下他的工作原理。

以单向可控硅为例说明，我们回顾可控硅的结构，它可以看做两个三极管的组合，上面一个 PNP ，下面一个 NPN 那么，他的结构可以等效为如下图：

我们使用可控硅搭建一个简单的电路，如下图：

上面图中说明了可控硅的导通原理，当然，可控硅导通以后，就无法关断了，即便 G 级拉低也不是可以的（导通后 G 级可以认为没用了，在正常的范围内不管他怎样都影响不了导通状态）。

要使得可控硅关断，在上面的电路中，只能把电源去掉，才能使得可控硅关断。

当然，除了上面说到的几个参数，我们在实际应用的过程中，还需要根据自己的场合考虑，比如可控硅的 通态均方根电流， 耐压等等。

还是那句老话，实际电路设计，参数一定要有冗余，保证安全！

四、可控硅的应用

工业领域

电炉工业：用于退火炉、烘干炉、淬火炉等各类电炉中，实现对加热过程的精确控制，满足不同工艺对温度和功率的要求。

机械设备：在包装、注塑、热缩等机械中，能精准控制温度和功率，保证设备正常运行。如塑料加工机械，通过可控硅精确控温，使塑料达到合适的加工状态。

玻璃工业：在玻璃纤维、成型、融化等环节，可控硅可控制加热设备，确保玻璃生产的质量和效率。

汽车工业：应用于喷涂烘干、热成型等工序，实现对温度和功率的精确调节，提高汽车生产的质量和效率。

化学工业：用于蒸馏蒸发、预热系统、管道加热等，为化学反应提供稳定的温度和功率条件。

电力领域

电能转换与分配：用于电力整流器，将交流电转为直流电，为电解、电镀设备供电；也用于不间断电源（UPS），通过逆变功能维持关键设备的持续供电。

大功率电源控制：在工业电弧炉、电磁感应加热设备等大功率应用场景中，高效调节电能输出，优化设备运行效率。

照明领域

节能照明：用于隧道照明、路灯照明、摄影照明、舞台灯光等，实现灯光亮度的无极调节，达到节能和调光的效果。

家电领域

应用于调光灯、调速风扇、空调机、电视机、电冰箱等，实现对电压和功率的调节，满足不同的使用需求。

其他领域

触发电路：如日光灯触发电路中，可控硅可产生瞬时高压使日光灯启动。

电机调速：在电机调速电路中，控制电机定子绕组中的电流大小和相位，实现电机转速的调节。