一、什么是可控硅

起源

可追溯到20世紀(jì)50年代初期，由貝爾實驗室的物理學(xué)家William Shockley在研究半導(dǎo)體時發(fā)現(xiàn)晶體三極管，1957年西門子公司的Heinrich Welker受其啟發(fā)發(fā)現(xiàn)早期的“硅控制器件”，1964年這一技術(shù)被擴(kuò)展成晶閘管，即現(xiàn)代可控硅的雛形。

基本概念

可控硅（Silicon Controlled Rectifier）簡稱SCR，也被稱為晶閘管，是一種具有控制接通和關(guān)斷功能的半導(dǎo)體器件.它具有體積小、 效率高、壽命長等優(yōu)點.在自動控制系統(tǒng)中，可作為大功率驅(qū)動器件，實現(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)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)及隨動系統(tǒng)中得到了廣泛的應(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)于兩個單向可控硅反向連接，這種可控硅具有雙向?qū)üδ堋Ｆ渫〝酄顟B(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開關(guān)使用。

大家只要重點記住，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。

二、可控硅的結(jié)構(gòu)

通常由四個層狀半導(dǎo)體材料構(gòu)成，有三個PN結(jié)，形成特殊結(jié)構(gòu)。一般有三個電極，分別是陽極（A）、陰極（K）和控制極（G）。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)：

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有點像二極管，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 來控制導(dǎo)通，導(dǎo)通后可通過大電流。

 雙向可控硅

雙向可控硅，不再區(qū)分陽極和陰極，因為他可以雙向?qū)?，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：

雙向可控硅兩個方向都能導(dǎo)通。

特性

具有正向?qū)ê头聪蚪刂固匦?，能在控制信號作用下切換導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)。特點包括控制性能好、能承受高電流和電壓適用于大功率電路、有一定開啟電壓、一旦導(dǎo)通需外部干預(yù)關(guān)斷、適用范圍廣。

三、可控硅的工作原理

涉及半導(dǎo)體材料物理特性，分三個階段。關(guān)態(tài)時控制極未觸發(fā)，器件處于關(guān)態(tài)；觸發(fā)階段，控制極加正向觸發(fā)電壓，器件從關(guān)態(tài)到導(dǎo)通；導(dǎo)通后，控制極失去作用，撤觸發(fā)信號仍導(dǎo)通，要關(guān)斷需撤除陽極電壓或改變陽極與陰極間電壓極性。從上面我們可控硅的結(jié)構(gòu)可以看出來，可控硅有一個 G 級，名為控制級，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。

導(dǎo)通條件

單向可控硅：

控制級（G）受到一個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 級一個超過閾值的脈沖電壓， 但是雙向可控硅是給 G 級的電壓超過閾值電壓的絕對值就能導(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)通過后那個狀態(tài)的電流流向為依據(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)通后的電流流向為依據(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，可控硅會自行關(guān)斷。

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 極一個脈沖信號就可以，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)，它可以看做兩個三極管的組合，上面一個 PNP ，下面一個 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 級拉低也不是可以的（導(dǎo)通后 G 級可以認(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。

當(dāng)然，除了上面說到的幾個參數(shù)，我們在實際應(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，實際電路設(shè)計，參數(shù)一定要有冗余，保證安全！

四、可控硅的應(yīng)用

工業(yè)領(lǐng)域

電爐工業(yè)：用于退火爐、烘干爐、淬火爐等各類電爐中，實現(xiàn)對加熱過程的精確控制，滿足不同工藝對溫度和功率的要求。

機(jī)械設(shè)備：在包裝、注塑、熱縮等機(jī)械中，能精準(zhǔn)控制溫度和功率，保證設(shè)備正常運(yùn)行。如塑料加工機(jī)械，通過可控硅精確控溫，使塑料達(dá)到合適的加工狀態(tài)。

玻璃工業(yè)：在玻璃纖維、成型、融化等環(huán)節(jié)，可控硅可控制加熱設(shè)備，確保玻璃生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。

汽車工業(yè)：應(yīng)用于噴涂烘干、熱成型等工序，實現(xiàn)對溫度和功率的精確調(diào)節(jié)，提高汽車生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。

化學(xué)工業(yè)：用于蒸餾蒸發(fā)、預(yù)熱系統(tǒng)、管道加熱等，為化學(xué)反應(yīng)提供穩(wěn)定的溫度和功率條件。

電力領(lǐng)域

電能轉(zhuǎn)換與分配：用于電力整流器，將交流電轉(zhuǎn)為直流電，為電解、電鍍設(shè)備供電；也用于不間斷電源（UPS），通過逆變功能維持關(guān)鍵設(shè)備的持續(xù)供電。

大功率電源控制：在工業(yè)電弧爐、電磁感應(yīng)加熱設(shè)備等大功率應(yīng)用場景中，高效調(diào)節(jié)電能輸出，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行效率。

照明領(lǐng)域

節(jié)能照明：用于隧道照明、路燈照明、攝影照明、舞臺燈光等，實現(xiàn)燈光亮度的無極調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)能和調(diào)光的效果。

家電領(lǐng)域

應(yīng)用于調(diào)光燈、調(diào)速風(fēng)扇、空調(diào)機(jī)、電視機(jī)、電冰箱等，實現(xiàn)對電壓和功率的調(diào)節(jié)，滿足不同的使用需求。

其他領(lǐng)域

觸發(fā)電路：如日光燈觸發(fā)電路中，可控硅可產(chǎn)生瞬時高壓使日光燈啟動。

電機(jī)調(diào)速：在電機(jī)調(diào)速電路中，控制電機(jī)定子繞組中的電流大小和相位，實現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。