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2023-10-13 02:44:01
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可控硅
可控硅(Silicon Controlled Rectifier) 簡稱SCR，是一種大功率電器元件，也稱晶閘管。它具有體積小、效率高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。在自動(dòng)控制中，可作為大功率驅(qū)動(dòng)器件，實(shí)現(xiàn)用小功率控件控制大功率設(shè)備。它在交直流電機(jī)調(diào)速、調(diào)功及隨動(dòng)中了廣泛的應(yīng)用。
可控硅分單向可控硅和雙向可控硅兩種。雙向可控硅也叫三端雙向可控硅，簡稱TRIAC。雙向可控硅在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于兩個(gè)單向可控硅反向連接，這種可控硅具有雙向?qū)üδ?。其通斷狀態(tài)由控制極G決定。在控制極G上加正脈沖(或負(fù)脈沖)可使其正向(或反向)導(dǎo)通。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是控制電路簡單，沒有反向耐壓問題，因此特別適合做交流無觸點(diǎn)開關(guān)使用。
中文名 可控硅 外文名 Silicon Controlled Rectifier
簡 寫 SCR 別 稱 晶閘管 屬 性 化工術(shù)語
結(jié)構(gòu)
大家使用的是單向晶閘管，也就是人們常說的普通晶閘
可控硅
可控硅
管，它是由四層半導(dǎo)體材料組成的，有三個(gè)PN結(jié)，對外有三個(gè)電極〔圖2(a）〕：層P型半導(dǎo)體引出的電極叫陽極A，第三層P型半導(dǎo)體引出的電極叫控制極G，第四層N型半導(dǎo)體引出的電極叫陰極K。從晶閘管的電路符號(hào)〔圖2(b）〕可以看到，它和二極管一樣是一種單方向?qū)щ姷钠骷?，關(guān)鍵是多了一個(gè)控制極G，這就使它具有與二極管完全不同的工作特性。
以硅單晶為基本材料的P1N1P2N2四層三端器件,起始于1957年，因?yàn)樗奶匦灶愃朴谡婵臻l流管，所以上通稱為硅晶體閘流管，簡稱晶閘管T，又因?yàn)榫чl管初的在靜止整流方面，所以又被稱之為硅可控整流元件，簡稱為可控硅SCR。
在性能上，可控硅不僅具有單向?qū)щ娦?，而且還具有比硅整流元件（俗稱"死硅")更為可貴的可控性。它只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種狀態(tài)。
可控硅能以毫安級(jí)電流控制大功率的機(jī)電設(shè)備，如果過此功率，因元件開關(guān)損耗顯著，允許通過的平均電流相，此時(shí)，標(biāo)稱電流應(yīng)降級(jí)使用。
可控硅的優(yōu)點(diǎn)很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍數(shù)高達(dá)幾十萬倍；反應(yīng)極快，在微秒級(jí)內(nèi)開通、關(guān)斷；無觸點(diǎn)運(yùn)行，無火花、無噪音；效率高，成本低等等。
可控硅的弱點(diǎn)：靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的過載能力較差；容易受而誤導(dǎo)通。
可控硅從外形上分類主要有：螺栓形、平板形和平底形。
可控硅元件的結(jié)構(gòu)
不管可控硅的外形如何，它們的管芯都是由P型硅和N型硅組成的四層P1N1P2N2結(jié)構(gòu)。見圖1。它有三個(gè)PN結(jié)（J1、J2、J3），從J1結(jié)構(gòu)的P1層引出陽極A，從N2層引出陰級(jí)K，從P2層引出控制極G，所以它是一種四層三端的半導(dǎo)體器件。
結(jié)構(gòu)原件
可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個(gè)PN結(jié)，分析原理時(shí)，可以把它看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成，其等效圖解如右圖所示。雙向可控硅：雙向可控硅是一種硅可控整流器件，也稱作雙向晶閘管。這種器件在電路中能夠?qū)崿F(xiàn)交流電的無觸點(diǎn)控制，以小電流控制大電流，具有無火花、快、壽命長、可靠性高以及簡化電路結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。從外表上看，雙向可控硅和普通可控硅很相似，也有三個(gè)電極。但是，它除了其中一個(gè)電極G仍叫做控制極外，另外兩個(gè)電極通常卻不再叫做陽極和陰極，而統(tǒng)稱為主電極Tl和T2。它的符號(hào)也和普通可控硅不同，是把兩個(gè)可控硅反接在一起畫成的，如圖2所示。它的型號(hào)，在我國一般用“3CTS”或“KS”表示；國外的資料也有用“TRIAC”來表示的。雙向可控硅的規(guī)格、型號(hào)、外形以及電極引腳排列依生產(chǎn)廠家不同而有所不同，但其電極引腳多數(shù)是按T1、T2、G的顧序從左至右排列(觀察時(shí)，電極引腳向下，面對標(biāo)有字符的一面)。市場上常見的幾種塑封外形結(jié)構(gòu)雙向可控硅的外形及電極引腳排列如下圖1所示。
閘管特性
可控硅
為了能夠直觀地認(rèn)識(shí)晶閘管的工作特性，大家先看這塊示教板（圖3）。晶閘管VS與小燈泡EL串聯(lián)起來，通過開關(guān)S接在直流電源上。注意陽極A是接電源的正極，陰極K接電源的負(fù)極，控制極G通過按鈕開關(guān)接在1.5V直流電源的正極（這里使用的是KP1型晶閘管，若采用KP5型，應(yīng)接在3V直流電源的正極）。晶閘管與電源的這種連接叫做正向連接，也就是說，給晶閘管陽極和控制極所加的都是正向電壓。合上電源開關(guān)S，小燈泡不亮，說明晶閘管沒有導(dǎo)通；再按一下按鈕開關(guān)，給控制極輸入一個(gè)觸發(fā)電壓，小燈泡亮了，說明晶閘管導(dǎo)通了。這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)給了我們什么啟發(fā)呢?
這個(gè)實(shí)驗(yàn)告訴我們，要使晶閘管導(dǎo)通，一是在它的陽極A與陰極K之間外加正向電壓，二是在它的控制極G與陰極K之間輸入一個(gè)正向觸發(fā)電壓。晶閘管導(dǎo)通后，松開按鈕開關(guān)，去掉觸發(fā)電壓，仍然維持導(dǎo)通狀態(tài)。
特性
常用的有阻容移相橋觸發(fā)電路、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、晶體三極管觸發(fā)電路、利用小晶閘管觸發(fā)大晶閘管的觸發(fā)電路，等等。
可控硅的主要參數(shù)有：
1、 額定通態(tài)平均電流IT 在一定條件下，陽極---陰極間可以連續(xù)通過的50赫茲正弦半波電流的平均值。
2、 正向峰值電壓VPF 在控制極開路未加觸發(fā)，陽極正向電壓還未過導(dǎo)能電壓時(shí)，可以重復(fù)加在可控硅兩端的正向峰值電壓?？煽毓璩惺艿恼螂妷悍逯?，不能過手冊給出的這個(gè)參數(shù)值。
3、 反向峰值電壓VPR 當(dāng)可控硅加反向電壓，處于反向關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，可以重復(fù)加在可控硅兩端的反向峰值電壓。使用時(shí)，不能過手冊給出的這個(gè)參數(shù)值。
4、 觸發(fā)電壓VGT 在規(guī)定的溫度下，陽極---陰極間加有一定電壓時(shí)，可控硅從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)所需要的小控制極電流和電壓。
5、 維持電流IH 在規(guī)定溫度下，控制極斷路，維持可控硅導(dǎo)通所必需的小陽極正向電流。許多*可控硅元件相繼問世，如適于高頻應(yīng)用的快速可控硅，可以用正或負(fù)的觸發(fā)控制兩個(gè)方向?qū)ǖ碾p向可控硅，可以用正觸發(fā)使其導(dǎo)通，用負(fù)觸發(fā)使其關(guān)斷的可控硅等等。
可控硅有多種分類。
（一）按關(guān)斷、導(dǎo)通及控制分類：可控硅按其關(guān)斷、導(dǎo)通及控制可分為普通可控硅、雙向可控硅、逆導(dǎo)可控硅、門極關(guān)斷可控硅（GTO）、BTG可控硅、溫控可控硅和光控可控硅等多種。
（二）按引腳和極性分類：可控硅按其引腳和極性可分為二極可控硅、三極可控硅和四極可控硅。
（三）按封裝形式分類：可控硅按其封裝形式可分為金屬封裝可控硅、塑封可控硅和陶瓷封裝可控硅三種類型。其中，金屬封裝可控硅又分為螺栓形、平板形、圓殼形等多種；塑封可控硅又分為帶散熱片型和不帶散熱片型兩種。
可控硅開關(guān)
可控硅開關(guān)
（四）按電流容量分類：可控硅按電流容量可分為大功率可控硅、率可控硅和小功率可控硅三種。通常，大功率可控硅多采用金屬殼封裝，而中、小功率可控硅則多采用塑封或陶瓷封裝。
（五）按關(guān)斷速度分類：可控硅按其關(guān)斷速度可分為普通可控硅和高頻（快速）可控硅。
（六）過零觸發(fā)-一般是調(diào)功，即當(dāng)正弦交流電交流電電壓相位過零點(diǎn)觸發(fā)，必須是過零點(diǎn)才觸發(fā)，導(dǎo)通可控硅。
（七）非過零觸發(fā)-無論交流電電壓在什么相位的時(shí)候都可觸發(fā)導(dǎo)通可控硅，常見的是移相觸發(fā)，即通過改變正弦交流電的導(dǎo)通角（角相位），來改變輸出百分比。
主要參數(shù)
電流
⒈ 額定通態(tài)電流（IT）即大工作電流，俗稱電流。常用可控硅的IT一般為一安到幾十安。
⒉反向重復(fù)峰值電壓（VRRM）或斷態(tài)重復(fù)峰值電壓（VDRM），俗稱耐壓。常用可控硅的VRRM/VDRM一般為幾百伏到一千伏。
⒊ 控制極觸發(fā)電流（IGT），俗稱觸發(fā)電流。常用可控硅的IGT一般為幾微安到幾十毫安。
4，在規(guī)定溫度和散熱條件下，允許通過陰極和陽極的電流平均值。
可控硅調(diào)光是目前市面銷售比較多的調(diào)光。
我們先從原理和歷史發(fā)展分析一下
晶閘管(Thyristor)又叫可控硅,按照工作特性又分為單向可控硅(SCR)、雙向可控硅(TRIAC)。其中雙向可控硅又分為四象限雙向可控硅和三象限雙向可控硅。
同時(shí)可控硅又分為絕緣和費(fèi)絕緣兩大類,比如ST意法半導(dǎo)體的可控硅BT后面用A與B來區(qū)分;
雙向可控硅(TRIAC):Tribe Acsemiconductor,也有人用Bi-directional Controlled Recrifier(BCR)來表示雙向可控硅;
可控硅在電路中的作用有以下幾種:
1、變流/整流。
2、調(diào)壓。
3、變頻。
4、開關(guān)。
可控硅主要的作用就是穩(wěn)壓穩(wěn)流。 可控硅在自動(dòng)控制控制,機(jī)電領(lǐng)域,工業(yè)電氣及家電等方面都有廣泛的應(yīng)用?？煽毓枋且环N有源開關(guān)元件,平時(shí)它保持在非道通狀態(tài),直到由一個(gè)較少的控制對其觸發(fā)或稱“點(diǎn)火”使其道通,一旦被點(diǎn)火就算撤離觸發(fā)它也保持道通狀態(tài),要使其截止可在其陽極與陰極間加上反向電壓或?qū)⒘鬟^可控硅二極管的電某一個(gè)值以下。