可控硅

一、可控硅的定义

1．可控硅（SCR; Thyristor），也称为硅控整流器，是一种半导体器件，具有四层交替的P型和N型材料（PNPN）构成，亦称为晶闸管，并能在电路中作为开关使用。它通常用于交流电路中进行电流的控制。

上图为等效电路

二、基本原理：

1．触发方式：当可控硅的阳极与阴极之间施加正向电压，并且通过门极提供一个足够的正向脉冲电流时，可控硅就会从非导通状态进入导通状态。

2．导通状态：一旦可控硅导通，即使门极脉冲移除，它也将继续导通，直到阳极和阴极之间的电流降到下一个“持续电流”以下。

3．关断方式：要使可控硅停止导电，需要降低阳极和阴极之间的电流低于持续电流水平，例如通过减小负载或切换电源。

4．电流承受能力：可控硅能够处理的电流范围从几毫安到几千安，并且能承受高达数千伏的电压。

5．特性参数：主要参数包括触发电流、持续电流、极间最大正向电压和最大工作温度。

晶闸管导通的条件：1. 晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。2. 晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。晶闸管导通后，控制极便失去作用。依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。

晶闸管关断的条件： 1. 必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。2. 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反相电压。

三、主要参数

1．VDRM：断态重复峰值电压；晶闸管在反向阻断状态下能承受的最大峰值电压，超过此值可能导致损坏。（晶闸管耐压值，一般取VDRM=80%VDSM。普通晶闸管VDRM为100V-3000V)

2．VRRM：反向重复峰值电压；晶闸管在正向阻断状态下能承受的最大峰值电压。（控制极断路时，可以重复作用在品闸管上的反向重复电压。一般取VRRM=80%VRSM。普通晶闸管VRRM为100V-3000V)

3．I_TAV：通态平均电流，晶闸管在规定的散热条件下能够持续通过的平均正向电流。（环境温度为40°C时，在电阻性负载、单相工频正弦半波、导电角不小于170°的电路中，晶闸管允许的最大通态平均电流。普通品闸管I_TAV为1A--1000A.)

4．触发电流（IGT）：使晶闸管从截止状态转变为导通状态所需的最小门极电流。    

5．触发电压（VGT）：在门极和阴极之间施加的电压，用于使晶闸管导通。

6．峰值非重复正向浪涌电流（ITSM）：晶闸管能承受的最大瞬时正向电流，通常是指在特定的波形和周期数内的最大值。

7．临界率降电压（dv/dt）：晶闸管能承受的最大电压变化率，超过此值可能会误触发。

8．临界率升电流（di/dt）：晶闸管在导通时能承受的最大电流上升率，过高可能导致器件损坏。

9．维持电流（IH）和维持电压（VH）：晶闸管导通后，保持导通状态所需的最小电流和电压。

10．正向和反向漏电流（IR）：晶闸管在阻断状态下的漏电流，它是通过晶闸管的少量电流，通常非常小。

四、伏安特性曲线

五、应用领域：

1．功率调整：在电炉、照明设施、调光器和电机调速器等设备中，可控硅用于调节功率。

2．交流开关：用作AC开关来控制家电和工业设备中的电源。

3．整流器：在变频器和UPS（不间断电源）中作为整流器的一部分，将交流电转换为直流电。

4．相位控制：通过调节触发角来控制负载电压，广泛应用于调速、调光和调热等场合。

5．逆变器：在太阳能逆变器和其他逆变技术中，将直流电转换为交流电。

6．电力系统：用于高压直流输电（HVDC）系统中的逆变和整流。

7．电池充电器：在充电器中作为主要的控制元件，控制电池充电过程的电流和电压。

8．车辆驱动系统：在电动车和混合动力车的电动驱动系统中使用。

9．起动器和接触器：在工业控制系统中作为电动机的起动器和接触器使用。

10．选择和应用可控硅时，需要根据具体应用考虑其额定电流、额定电压、触发电流、热管理和散热要求，以及控制方法等因素。可控硅的应用提供了电力控制领域内极其灵活和高效的解决方案。

六、选型

1．最大工作电压：选择的晶闸管应该能承受应用中的最大电压，包括任何可能的瞬态过电压。峰值重复正向阻断电压（VDRM）和峰值重复反向阻断电压（VRRM）应高于系统的最高工作电压。    

2．最大工作电流：晶闸管的额定电流（比如平均正向电流IT(AV)）应高于预期的最大负载电流。同时还要考虑应用中可能出现的电流峰值，晶闸管应能处理这些瞭头电流而不受损害。

3．功率损耗和散热：计算晶闸管在正常工作下的功率损耗，并设计合适的散热措施来保持其在安全温度范围内工作。

4．触发参数：确保触发电流（IGT）和触发电压（VGT）与控制电路的输出相匹配。

5．最大浪涌电流：晶闸管的峰值非重复正向浪涌电流（ITSM）应足够大，以便在短时间内承受系统中可能出现的高电流。

6．电压和电流变化率：临界率降电压（dv/dt）和临界率升电流（di/dt）的额定值应高于应用中预期的最大电压和电流变化率。

7．门极触发特性：了解所需的触发电流和电压特性，以确保晶闸管能可靠触发。

8．工作温度范围：晶闸管应能在预期的环境温度范围内工作。

9．封装和安装：选择合适的封装形式使之能在特定的应用环境中物理上安装并提供足够的散热。

10．适应应用要求：例如，对于高频应用，可能需要特殊设计的晶闸管，能够在较高的开关频率下工作。

11．制造商和价格：考虑晶闸管的品牌、制造商的可靠性以及成本因素。    

七、应用电路

单相半波可控整流

电阻性负载的单相半控桥式整流电路

无触点开关

下图-晶闸管-浪涌电流抑制电路