可控硅

一、可控硅的定義

1．可控硅（SCR; Thyristor），也稱為硅控整流器，是一種半導體器件，具有四層交替的P型和N型材料（PNPN）構成，亦稱為晶閘管，并能在電路中作為開關使用。它通常用于交流電路中進行電流的控制。

上圖為等效電路

二、基本原理：

1．觸發方式：當可控硅的陽極與陰極之間施加正向電壓，并且通過門極提供一個足夠的正向脈沖電流時，可控硅就會從非導通狀態進入導通狀態。

2．導通狀態：一旦可控硅導通，即使門極脈沖移除，它也將繼續導通，直到陽極和陰極之間的電流降到下一個“持續電流”以下。

3．關斷方式：要使可控硅停止導電，需要降低陽極和陰極之間的電流低于持續電流水平，例如通過減小負載或切換電源。

4．電流承受能力：可控硅能夠處理的電流范圍從幾毫安到幾千安，并且能承受高達數千伏的電壓。

5．特性參數：主要參數包括觸發電流、持續電流、極間最大正向電壓和最大工作溫度。

晶閘管導通的條件：1. 晶閘管陽極電路(陽極與陰極之間)施加正向電壓。2. 晶閘管控制電路(控制極與陰極之間)加正向電壓或正向脈沖(正向觸發電壓)。晶閘管導通后，控制極便失去作用。依靠正反饋，晶閘管仍可維持導通狀態。

晶閘管關斷的條件： 1. 必須使可控硅陽極電流減小,直到正反饋效應不能維持。2. 將陽極電源斷開或者在晶閘管的陽極和陰極間加反相電壓。

三、主要參數

1．VDRM：斷態重復峰值電壓；晶閘管在反向阻斷狀態下能承受的最大峰值電壓，超過此值可能導致損壞。（晶閘管耐壓值，一般取VDRM=80%VDSM。普通晶閘管VDRM為100V-3000V)

2．VRRM：反向重復峰值電壓；晶閘管在正向阻斷狀態下能承受的最大峰值電壓。（控制極斷路時，可以重復作用在品閘管上的反向重復電壓。一般取VRRM=80%VRSM。普通晶閘管VRRM為100V-3000V)

3．I_TAV：通態平均電流，晶閘管在規定的散熱條件下能夠持續通過的平均正向電流。（環境溫度為40°C時，在電阻性負載、單相工頻正弦半波、導電角不小于170°的電路中，晶閘管允許的最大通態平均電流。普通品閘管I_TAV為1A--1000A.)

4．觸發電流（IGT）：使晶閘管從截止狀態轉變為導通狀態所需的最小門極電流。    

5．觸發電壓（VGT）：在門極和陰極之間施加的電壓，用于使晶閘管導通。

6．峰值非重復正向浪涌電流（ITSM）：晶閘管能承受的最大瞬時正向電流，通常是指在特定的波形和周期數內的最大值。

7．臨界率降電壓（dv/dt）：晶閘管能承受的最大電壓變化率，超過此值可能會誤觸發。

8．臨界率升電流（di/dt）：晶閘管在導通時能承受的最大電流上升率，過高可能導致器件損壞。

9．維持電流（IH）和維持電壓（VH）：晶閘管導通后，保持導通狀態所需的最小電流和電壓。

10．正向和反向漏電流（IR）：晶閘管在阻斷狀態下的漏電流，它是通過晶閘管的少量電流，通常非常小。

四、伏安特性曲線

五、應用領域：

1．功率調整：在電爐、照明設施、調光器和電機調速器等設備中，可控硅用于調節功率。

2．交流開關：用作AC開關來控制家電和工業設備中的電源。

3．整流器：在變頻器和UPS（不間斷電源）中作為整流器的一部分，將交流電轉換為直流電。

4．相位控制：通過調節觸發角來控制負載電壓，廣泛應用于調速、調光和調熱等場合。

5．逆變器：在太陽能逆變器和其他逆變技術中，將直流電轉換為交流電。

6．電力系統：用于高壓直流輸電（HVDC）系統中的逆變和整流。

7．電池充電器：在充電器中作為主要的控制元件，控制電池充電過程的電流和電壓。

8．車輛驅動系統：在電動車和混合動力車的電動驅動系統中使用。

9．起動器和接觸器：在工業控制系統中作為電動機的起動器和接觸器使用。

10．選擇和應用可控硅時，需要根據具體應用考慮其額定電流、額定電壓、觸發電流、熱管理和散熱要求，以及控制方法等因素。可控硅的應用提供了電力控制領域內極其靈活和高效的解決方案。

六、選型

1．最大工作電壓：選擇的晶閘管應該能承受應用中的最大電壓，包括任何可能的瞬態過電壓。峰值重復正向阻斷電壓（VDRM）和峰值重復反向阻斷電壓（VRRM）應高于系統的最高工作電壓。    

2．最大工作電流：晶閘管的額定電流（比如平均正向電流IT(AV)）應高于預期的最大負載電流。同時還要考慮應用中可能出現的電流峰值，晶閘管應能處理這些瞭頭電流而不受損害。

3．功率損耗和散熱：計算晶閘管在正常工作下的功率損耗，并設計合適的散熱措施來保持其在安全溫度范圍內工作。

4．觸發參數：確保觸發電流（IGT）和觸發電壓（VGT）與控制電路的輸出相匹配。

5．最大浪涌電流：晶閘管的峰值非重復正向浪涌電流（ITSM）應足夠大，以便在短時間內承受系統中可能出現的高電流。

6．電壓和電流變化率：臨界率降電壓（dv/dt）和臨界率升電流（di/dt）的額定值應高于應用中預期的最大電壓和電流變化率。

7．門極觸發特性：了解所需的觸發電流和電壓特性，以確保晶閘管能可靠觸發。

8．工作溫度范圍：晶閘管應能在預期的環境溫度范圍內工作。

9．封裝和安裝：選擇合適的封裝形式使之能在特定的應用環境中物理上安裝并提供足夠的散熱。

10．適應應用要求：例如，對于高頻應用，可能需要特殊設計的晶閘管，能夠在較高的開關頻率下工作。

11．制造商和價格：考慮晶閘管的品牌、制造商的可靠性以及成本因素。    

七、應用電路

單相半波可控整流

電阻性負載的單相半控橋式整流電路

無觸點開關

下圖-晶閘管-浪涌電流抑制電路