可控硅的工作原理

• 前言
• 一、什么是可控硅
  • 1.1 基本概念
  • 1.2 可控硅的結(jié)構(gòu)
• 二、可控硅的工作原理
  • 2.1 可控硅是如何工作的
  • 2.2 工作原理
• 三、可控硅的參數(shù)
• 四、可控硅的應(yīng)用
• 結(jié)語

前言

又是最近項(xiàng)目需求，需要用到可控硅進(jìn)行電機(jī)調(diào)速，每次有這種機(jī)會(huì)，我都會(huì)稍微整理下資料分享給大家ヾ(?°?°?)?? ！

那么本文的目的就是 給大家介紹一下可控硅！

我是矜辰所致，全網(wǎng)同名，盡量用心寫好每一系列文章，不浮夸，不將就，認(rèn)真對(duì)待學(xué)知識(shí)的我們，矜辰所致，金石為開！

一、什么是可控硅

1.1 基本概念

可控硅 簡稱SCR，也稱 晶閘管 。

名詞介紹沒什么好說的，借用百度百科的截圖：

感覺簡單的幾句話，基本上介紹完了，實(shí)際上可控硅也確實(shí)不復(fù)雜，大家只要重點(diǎn)記住，他是一種大功率電器元件，適用于一些大功率場合的開關(guān)控制，比如電機(jī)調(diào)速等等。

1.2 可控硅的結(jié)構(gòu)

上面我們說到可控硅可以分為雙向可控硅和單向可控硅，我們來看一下他們的結(jié)構(gòu)：

1.2.1 單向可控硅

首先我們來看一下單向可控硅，可控硅在結(jié)構(gòu)上的組成就是我們熟悉的 PN 結(jié)，單向可控硅的電路符號(hào)有點(diǎn)像二極管，如下圖：

顧名思義，單向可控硅只能單向?qū)?，從圖標(biāo)上也能看出來，導(dǎo)通后和一個(gè)二極管類似。

區(qū)別與二極管，可控硅可以通過 小觸發(fā)電流的觸發(fā)信號(hào) 來控制導(dǎo)通，導(dǎo)通后可通過大電流。

1.2.2 雙向可控硅

雙向可控硅，不再區(qū)分陽極和陰極，因?yàn)樗梢噪p向?qū)?，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：

雙向可控硅兩個(gè)方向都能導(dǎo)通。

二、可控硅的工作原理

從上面我們可控硅的結(jié)構(gòu)可以看出來，可控硅有一個(gè) G 級(jí)，名為控制級(jí)，那么它是如何控制可控硅工作的呢？ 下面我們就來說明一下。

2.1 可控硅是如何工作的

導(dǎo)通條件

單向可控硅：

控制級(jí)（G）受到一個(gè)超過閾值的脈沖電壓，并且 陽極（A）和 陰極（K）之間有大于最小導(dǎo)通電壓的正向電壓，可控硅就能導(dǎo)通。

雙向可控硅：

和單向可控硅一樣，導(dǎo)通的條件是給 G 級(jí)一個(gè)超過閾值的脈沖電壓， 但是雙向可控硅是給 G 級(jí)的電壓超過閾值電壓的絕對(duì)值就能導(dǎo)通，也就是不僅正電壓可以，負(fù)電壓也是可以的。

維持條件

單向可控硅：

陽極（A）和 陰極（K）之間 持續(xù) 有大于 最小導(dǎo)通電壓 的正向電壓， 并且流過的電流大于最小維持電流。

雙向可控硅：

以導(dǎo)通過后那個(gè)狀態(tài)的電流流向?yàn)橐罁?jù)，維持條件和單向可控硅一樣。

關(guān)斷條件

可控硅只能控制打開，不能控制關(guān)閉。但是如果導(dǎo)通后，達(dá)不到維持他導(dǎo)通的條件，可控硅就會(huì)關(guān)斷。

不管雙向還是單向都是一樣的，導(dǎo)通后如果正向電壓（雙向可控硅以導(dǎo)通后的電流流向?yàn)橐罁?jù)）過小，達(dá)不到最小導(dǎo)通電壓，或者電流達(dá)不到最小維持電流，可控硅會(huì)自行關(guān)斷。

2.2 工作原理

上面我們說明了可控硅如何工作的，那么為什么是上面說的那樣，給 G 極一個(gè)脈沖信號(hào)就可以，我們就來分析一下他的工作原理。

以單向可控硅為例說明，我們回顧可控硅的結(jié)構(gòu)，它可以看做兩個(gè)三極管的組合，上面一個(gè) PNP ，下面一個(gè) NPN 那么，他的結(jié)構(gòu)可以等效為如下圖：

我們使用可控硅搭建一個(gè)簡單的電路，如下圖：

上面圖中說明了可控硅的導(dǎo)通原理，當(dāng)然，可控硅導(dǎo)通以后，就無法關(guān)斷了，即便 G 級(jí)拉低也不是可以的（導(dǎo)通后 G 級(jí)可以認(rèn)為沒用了，在正常的范圍內(nèi)不管他怎樣都影響不了導(dǎo)通狀態(tài)）。

要使得可控硅關(guān)斷，在上面的電路中，只能把電源去掉，才能使得可控硅關(guān)斷。

三、可控硅的參數(shù)

可控硅的參數(shù)，對(duì)于我們使用而言，尤為需要注意的參數(shù)有3個(gè)：

• VGT Gate trigger voltage ： 控制器觸發(fā)電壓 控制級(jí)控制通斷至少需要達(dá)到的電壓
• IGT Gate trigger current ： 控制器觸發(fā)電流 控制器控制通斷至少需要達(dá)到的電流
• IH Holding current ： 維持電流 導(dǎo)通以后保持可控硅導(dǎo)通 的最小電流，小于這個(gè)電流可控硅就會(huì)關(guān)斷

這里我找了一個(gè)可控硅的規(guī)格書：

當(dāng)然，除了上面說到的幾個(gè)參數(shù)，我們在實(shí)際應(yīng)用的過程中，還需要根據(jù)自己的場合考慮，比如可控硅的 通態(tài)均方根電流， 耐壓等等。

還是那句老話，實(shí)際電路設(shè)計(jì)，參數(shù)一定要有冗余，保證安全！

四、可控硅的應(yīng)用

開頭就說過，可控硅是一種或大功率電氣元件，可控硅非常適用與大功率場合，它的耐壓非常高，可達(dá)數(shù)千伏，流過的電流可達(dá)上百安。

可控硅的應(yīng)用場合： 實(shí)現(xiàn)可控整流電路，交直流調(diào)速，無觸點(diǎn)開關(guān)電路等等。

我說過我也是因?yàn)轫?xiàng)目需求用到可控硅，所以才來給大家講解一下可控硅，這里就舉個(gè)自己項(xiàng)目需求的例子把，我需要對(duì) 220V 交流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速 。

可控硅對(duì)于 220V 交流的控制需要配合過零檢測，所以我的上一篇文章寫的就是過零檢測：

聊聊 220V交流 過零檢測

可控硅在這個(gè)項(xiàng)目中使用方式如下圖：

使用可控硅對(duì) 220V 交流進(jìn)行控制，可以調(diào)節(jié)輸出功率。

有的小伙伴可能還是不太明白這里是怎么控制的，這里大家需要想一想，我們使用的市電，220V交流電頻率是 50 HZ， 周期為 20ms ，如下圖：

我們在上面電路中使用可控硅進(jìn)行控制通斷，我們可控硅導(dǎo)通的位置，交流電才能通過，比如我們在過 零點(diǎn) 后 5 ms 導(dǎo)通，那么上面的波形圖會(huì)變成如下：

就像 PWM 一樣，使得交流電 “占空比 ” 變小了，達(dá)到了調(diào)節(jié)有效電壓的作用。

這里大家可以自己好好思考一下，不難理解。

最后還得說明一個(gè)問題，也是雙向可控硅在交流電應(yīng)用中的獨(dú)特巧妙的地方，我們說過可控過可以控制打開，不能關(guān)斷，那么在這個(gè)應(yīng)用中，他是怎么關(guān)斷的呢？

好好想想，這里是交流電，每次導(dǎo)通后，在下一次到達(dá)零點(diǎn)的位置的時(shí)候，就會(huì)達(dá)不到可控硅導(dǎo)通給的維持條件，他會(huì)自動(dòng)關(guān)斷，感覺很奇妙吧，這就是可控硅！

上面的這個(gè)示例是可控硅一個(gè)比較典型的應(yīng)用，至于其他的應(yīng)用方案，如果有機(jī)會(huì)，博主用到了，也會(huì)及時(shí)分享給大家！

結(jié)語

本文采用盡量簡潔的語言說明，讓大家快速的了解了可控硅以及他的使用。

希望大家以后在遇到合適的應(yīng)用場合，記得有這么一個(gè)神奇的元器件！

好了，本文就到這里，謝謝大家！