可控硅模块介绍

可控硅模块

概念
可控硅又称晶闸管（Silicon Controlled Rectifier,SCR）。自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，
它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶  可控硅
闸管、快速晶闸管，等等。
可控硅整流器件是一种非常重要的功率器件，可用来做高电压和高电流的控制。可控硅器件主要用在开关方面，使器
件从关闭或是阻断的状态转换为开启或是导通的状态，反之亦然。可控硅器件与双极型晶体管有密切的关系，二者的
传导过程皆牵涉到电子和空穴，但可控硅的开关机制和双极晶体管是不同的，且因为器件结构不同，可控硅器件有较
宽广范围的电流、电压控制能力。现今的可控硅器件的额定电流可以从几毫安到5000A以上，额定电压可以超过10000
V。下面将讨论基本可控硅器件的工作原理，然后给出一些高功率和高频率的可控硅器件。

结构
今天大家使用的是单向晶闸管，也就是人们常说的普通晶闸管，它是由四层半导体材料组成的，有三个PN结，对外有
三个电极〔图2(a）〕：**层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N型半
导体引出的电极叫阴极K。从晶闸管的电路符号〔图2(b）〕可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关
键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。
以硅单晶为基本材料的P1N1P2N2四层三端器件,起始于1957年，因为它的特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为
硅晶体闸流管，简称晶闸管T，又因为晶闸管*初的在静止整流方面，所以又被称之为硅可控整流元件，简称为可控
硅SCR.
在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件（俗称"死硅")更为可贵的可控性.它只有导通和关
断两种状态.
可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备，如果超过此频率，因元件开关损耗显着增加，允许通过的平均电流相
降低，此时，标称电流应降级使用.
可控硅的优点很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；
无触点运行，无火花、无噪音；效率高，成本低等等.
可控硅的弱点：静态及动态的过载能力较差；容易受干扰而误导通.
可控硅从外形上分类主要有：螺栓形、平板形和平底形.
可控硅元件的结构
不管可控硅的外形如何，它们的管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2结构.见图1.它有三个PN结（J1、J2、J
3），从J1结构的P1层引出阳极A，从N2层引出阴级K，从P2层引出控制极G，所以它是一种四层三端的半导体器件.

晶闸管的特点
“一触即发”。但是，如果阳极或控制极外加的是反向电压，晶闸管就不能导通。控制极的作用是通过外加正向触发
脉冲使晶闸管导通，却不能使它关断。那么，用什么方法才能使导通的晶闸管关断呢?使导通的晶闸管关断，可以断开
阳极电源（图3中的开关S）或使阳极电流小于维持导通的*小值（称为维持电流）。如果晶闸管阳极和阴极之间外加
的是交流电压或脉动直流电压，那么，在电压过零时，晶闸管会自行关断。
典型应用电路
锁存器电路[1]
单向可控硅SCR振荡器
SCR半波整流稳压电源
SCR全波整流稳压电源
双向可控硅和固体继电器（SSR）
抑制RF干扰的辅助电路

测试
用万用表可以区分晶闸管的三个电极吗?怎样测试晶闸管的好坏呢?
普通晶闸管的三个电极可以用万用表欧姆挡R×100挡位来测。大家知道，晶闸管G、K之间是一个PN结〔图2(a)〕，
相当于一个二极管，G为正极、K为负极，所以，按照测试二极管的方法，找出三个极中的两个极，测它的正、反向电阻
，电阻小时，（模拟）万用表黑表笔接的是控制极G，红表笔接的是阴极K，剩下的一个就是阳极A了。测试晶闸管的好
坏，可以用刚才演示用的示教板电路（图3）。接通电源开关S，按一下按钮开关SB，灯泡发光就是好的，不发光就是坏
的。

分类可控硅有多种分类方法。
（一）按关断、导通及控制方式分类：可控硅按其关断、导通及控制方式可分为普通可控硅、双向可控硅、逆导可控硅、
门极关断可控硅（GTO）、BTG可控硅、温控可控硅和光控可控硅等多种。
（二）按引脚和极性分类：可控硅按其引脚和极性可分为二极可控硅、三极可控硅和四极可控硅。
（三）按封装形式分类：可控硅按其封装形式可分为金属封装可控硅、塑封可控硅和陶瓷封装可控硅三种类型。
其中，金属封装可控硅又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种；塑封可控硅又分为带散热片型和不带散热片型两种。
 可控硅开关
（四）按电流容量分类：可控硅按电流容量可分为大功率可控硅、**率可控硅和小功率可控硅三种。通常，大功
率可控硅多采用金属壳封装，而中、小功率可控硅则多采用塑封或陶瓷封装。
（五）按关断速度分类：可控硅按其关断速度可分为普通可控硅和高频（快速）可控硅。

封装
常用可控硅的封装形式有TO-92、TO-126、TO-202AB、TO-220、TO-220ABC、TO-3P、SOT-89、TO-251、TO-252、SOT-23、
SOT23-3L等

主要用途
普通晶闸管*基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二极管整流电路属于不可控整流电路。如果把二极管换成晶闸管，
就可以构成可控整流电路。以*简单的单相半波可控整流电路为例，在正弦交流电压U2的正半周期间，如果VS的控制
极没有输入触发脉冲Ug，VS仍然不能导通，只有在U2处于正半周，在控制极外加触发脉冲Ug时，晶闸管被触发导通。
画出它的波形（c）及（d），只有在触发脉冲Ug到来时，负载RL上才有电压UL输出。Ug到来得早，晶闸管导通的时间
就早；Ug到来得晚，晶闸管导通的时间就晚。通过改变控制极上触发脉冲Ug到来的时间，就可以调节负载上输出电压
的平均值UL。在电工技术中，常把交流电的半个周期定为180°，称为电角度。这样，在U2的每个正半周，从零值开始
到触发脉冲到来瞬间所经历的电角度称为控制角α；在每个正半周内晶闸管导通的电角度叫导通角θ。很明显，α和θ
都是用来表示晶闸管在承受正向电压的半个周期的导通或阻断范围的。通过改变控制角α或导通角θ，改变负载上脉冲
直流电压的平均值UL，实现了可控整流。
1：小功率塑封双向可控硅通常用作声光控灯光系统。额定电流：IA小于2A。
2：大；**率塑封和铁封可控硅通常用作功率型可控调压电路。像可调压输出直流电源等等。
3：大功率高频可控硅通常用作工业中；高频熔炼炉等。