可控硅模塊

概念
可控硅又稱晶閘管（Silicon Controlled Rectifier,SCR）。自從20世紀(jì)50年代問(wèn)世以來(lái)已經(jīng)發(fā)展成了一個(gè)大的家族，
它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、可關(guān)斷晶  可控硅
閘管、快速晶閘管，等等。
可控硅整流器件是一種非常重要的功率器件，可用來(lái)做高電壓和高電流的控制?？煽毓杵骷饕迷陂_(kāi)關(guān)方面，使器
件從關(guān)閉或是阻斷的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為開(kāi)啟或是導(dǎo)通的狀態(tài)，反之亦然?？煽毓杵骷c雙極型晶體管有密切的關(guān)系，二者的
傳導(dǎo)過(guò)程皆牽涉到電子和空穴，但可控硅的開(kāi)關(guān)機(jī)制和雙極晶體管是不同的，且因?yàn)槠骷Y(jié)構(gòu)不同，可控硅器件有較
寬廣范圍的電流、電壓控制能力?，F(xiàn)今的可控硅器件的額定電流可以從幾毫安到5000A以上，額定電壓可以超過(guò)10000
V。下面將討論基本可控硅器件的工作原理，然后給出一些高功率和高頻率的可控硅器件。

結(jié)構(gòu)
今天大家使用的是單向晶閘管，也就是人們常說(shuō)的普通晶閘管，它是由四層半導(dǎo)體材料組成的，有三個(gè)PN結(jié)，對(duì)外有
三個(gè)電極〔圖2(a）〕：**層P型半導(dǎo)體引出的電極叫陽(yáng)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，所以國(guó)際上通稱為
硅晶體閘流管，簡(jiǎn)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(jiǎn)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，如果超過(guò)此頻率，因元件開(kāi)關(guān)損耗顯著增加，允許通過(guò)的平均電流相
降低，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(wàn)倍；反應(yīng)極快，在微秒級(jí)內(nèi)開(kāi)通、關(guān)斷；
無(wú)觸點(diǎn)運(yùn)行，無(wú)火花、無(wú)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(guò)載能力較差；容易受干擾而誤導(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(jiàn)圖1.它有三個(gè)PN結(jié)（J1、J2、J
3），從J1結(jié)構(gòu)的P1層引出陽(yáng)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.

晶閘管的特點(diǎn)
“一觸即發(fā)”。但是，如果陽(yáng)極或控制極外加的是反向電壓，晶閘管就不能導(dǎo)通。控制極的作用是通過(guò)外加正向觸發(fā)
脈沖使晶閘管導(dǎo)通，卻不能使它關(guān)斷。那么，用什么方法才能使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷呢?使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，可以斷開(kāi)
陽(yáng)極電源（圖3中的開(kāi)關(guān)S）或使陽(yáng)極電流小于維持導(dǎo)通的*小值（稱為維持電流）。如果晶閘管陽(yáng)極和陰極之間外加
的是交流電壓或脈動(dòng)直流電壓，那么，在電壓過(guò)零時(shí)，晶閘管會(huì)自行關(guān)斷。
典型應(yīng)用電路
鎖存器電路[1]
單向可控硅SCR振蕩器
SCR半波整流穩(wěn)壓電源
SCR全波整流穩(wěn)壓電源
雙向可控硅和固體繼電器（SSR）
抑制RF干擾的輔助電路

測(cè)試
用萬(wàn)用表可以區(qū)分晶閘管的三個(gè)電極嗎?怎樣測(cè)試晶閘管的好壞呢?
普通晶閘管的三個(gè)電極可以用萬(wàn)用表歐姆擋R×100擋位來(lái)測(cè)。大家知道，晶閘管G、K之間是一個(gè)PN結(jié)〔圖2(a)〕，
相當(dāng)于一個(gè)二極管，G為正極、K為負(fù)極，所以，按照測(cè)試二極管的方法，找出三個(gè)極中的兩個(gè)極，測(cè)它的正、反向電阻
，電阻小時(shí)，（模擬）萬(wàn)用表黑表筆接的是控制極G，紅表筆接的是陰極K，剩下的一個(gè)就是陽(yáng)極A了。測(cè)試晶閘管的好
壞，可以用剛才演示用的示教板電路（圖3）。接通電源開(kāi)關(guān)S，按一下按鈕開(kāi)關(guān)SB，燈泡發(fā)光就是好的，不發(fā)光就是壞
的。

分類可控硅有多種分類方法。
（一）按關(guān)斷、導(dǎo)通及控制方式分類：可控硅按其關(guān)斷、導(dǎo)通及控制方式可分為普通可控硅、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(kāi)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。

封裝
常用可控硅的封裝形式有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
普通晶閘管*基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬于不可控整流電路。如果把二極管換成晶閘管，
就可以構(gòu)成可控整流電路。以*簡(jiǎn)單的單相半波可控整流電路為例，在正弦交流電壓U2的正半周期間，如果VS的控制
極沒(méi)有輸入觸發(fā)脈沖Ug，VS仍然不能導(dǎo)通，只有在U2處于正半周，在控制極外加觸發(fā)脈沖Ug時(shí)，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通。
畫(huà)出它的波形（c）及（d），只有在觸發(fā)脈沖Ug到來(lái)時(shí)，負(fù)載RL上才有電壓UL輸出。Ug到來(lái)得早，晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間
就早；Ug到來(lái)得晚，晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間就晚。通過(guò)改變控制極上觸發(fā)脈沖Ug到來(lái)的時(shí)間，就可以調(diào)節(jié)負(fù)載上輸出電壓
的平均值UL。在電工技術(shù)中，常把交流電的半個(gè)周期定為180°，稱為電角度。這樣，在U2的每個(gè)正半周，從零值開(kāi)始
到觸發(fā)脈沖到來(lái)瞬間所經(jīng)歷的電角度稱為控制角α；在每個(gè)正半周內(nèi)晶閘管導(dǎo)通的電角度叫導(dǎo)通角θ。很明顯，α和θ
都是用來(lái)表示晶閘管在承受正向電壓的半個(gè)周期的導(dǎo)通或阻斷范圍的。通過(guò)改變控制角α或?qū)ń铅?，改變?fù)載上脈沖
直流電壓的平均值UL，實(shí)現(xiàn)了可控整流。
1：小功率塑封雙向可控硅通常用作聲光控?zé)艄庀到y(tǒng)。額定電流：IA小于2A。
2：大；**率塑封和鐵封可控硅通常用作功率型可控調(diào)壓電路。像可調(diào)壓輸出直流電源等等。
3：大功率高頻可控硅通常用作工業(yè)中；高頻熔煉爐等。