神奇的开关 — 可控硅

带大家认识下可控硅，以及可控硅的工作原理  ...... by 矜辰所致

前言

又是最近项目需求，需要用到可控硅进行电机调速，每次有这种机会，我都会稍微整理下资料分享给大家ヾ(◍°∇°◍)ﾉﾞ ！

那么本文的目的就是 给大家介绍一下可控硅！

我是矜辰所致，全网同名，尽量用心写好每一系列文章，不浮夸，不将就，认真对待学知识的我们，矜辰所致，金石为开！

一、什么是可控硅

1.1 基本概念

可控硅 简称SCR，也称 晶闸管 。

名词介绍没什么好说的，借用百度百科的截图：

感觉简单的几句话，基本上介绍完了，实际上可控硅也确实不复杂，大家只要重点记住，他是一种大功率电器元件，适用于一些大功率场合的开关控制，比如电机调速等等。

1.2 可控硅的结构

上面我们说到可控硅可以分为双向可控硅和单向可控硅，我们来看一下他们的结构：

1.2.1 单向可控硅

首先我们来看一下单向可控硅，可控硅在结构上的组成就是我们熟悉的 PN 结，单向可控硅的电路符号有点像二极管，如下图：

顾名思义，单向可控硅只能单向导通，从图标上也能看出来，导通后和一个二极管类似。

区别与二极管，可控硅可以通过 小触发电流的触发信号 来控制导通，导通后可通过大电流。

1.2.2 双向可控硅

双向可控硅，不再区分阳极和阴极，因为他可以双向导通，其结构如下图所示：

双向可控硅两个方向都能导通。

二、可控硅的工作原理

从上面我们可控硅的结构可以看出来，可控硅有一个 G 级，名为控制级，那么它是如何控制可控硅工作的呢？ 下面我们就来说明一下。

2.1 可控硅是如何工作的

导通条件

单向可控硅：

控制级（G）受到一个超过阈值的脉冲电压，并且 阳极（A）和 阴极（K）之间有大于最小导通电压的正向电压，可控硅就能导通。

双向可控硅：

和单向可控硅一样，导通的条件是给 G 级一个超过阈值的脉冲电压， 但是双向可控硅是给 G 级的电压超过阈值电压的绝对值就能导通，也就是不仅正电压可以，负电压也是可以的。

维持条件

单向可控硅：

阳极（A）和 阴极（K）之间 持续 有大于 最小导通电压 的正向电压， 并且流过的电流大于最小维持电流。

双向可控硅：

以导通过后那个状态的电流流向为依据，维持条件和单向可控硅一样。

关断条件

可控硅只能控制打开，不能控制关闭。但是如果导通后，达不到维持他导通的条件，可控硅就会关断。

不管双向还是单向都是一样的，导通后如果正向电压（双向可控硅以导通后的电流流向为依据）过小，达不到最小导通电压，或者电流达不到最小维持电流，可控硅会自行关断。

2.2 工作原理

上面我们说明了可控硅如何工作的，那么为什么是上面说的那样，给 G 极一个脉冲信号就可以，我们就来分析一下他的工作原理。

以单向可控硅为例说明，我们回顾可控硅的结构，它可以看做两个三极管的组合，上面一个 PNP ，下面一个 NPN 那么，他的结构可以等效为如下图：

我们使用可控硅搭建一个简单的电路，如下图：

上面图中说明了可控硅的导通原理，当然，可控硅导通以后，就无法关断了，即便 G 级拉低也不是可以的（导通后 G 级可以认为没用了，在正常的范围内不管他怎样都影响不了导通状态）。

要使得可控硅关断，在上面的电路中，只能把电源去掉，才能使得可控硅关断。

三、可控硅的参数

可控硅的参数，对于我们使用而言，尤为需要注意的参数有3个：

• VGT Gate trigger voltage ： 控制器触发电压

  控制级控制通断至少需要达到的电压

• IGT Gate trigger current ： 控制器触发电流

  控制器控制通断至少需要达到的电流

• IH Holding current ： 维持电流

  导通以后保持可控硅导通 的最小电流，小于这个电流可控硅就会关断

.

这里我找了一个可控硅的规格书：

当然，除了上面说到的几个参数，我们在实际应用的过程中，还需要根据自己的场合考虑，比如可控硅的 通态均方根电流， 耐压等等。

还是那句老话，实际电路设计，参数一定要有冗余，保证安全！

四、可控硅的应用

开头就说过，可控硅是一种或大功率电气元件，可控硅非常适用与大功率场合，它的耐压非常高，可达数千伏，流过的电流可达上百安。

可控硅的应用场合： 实现可控整流电路，交直流调速，无触点开关电路等等。

我说过我也是因为项目需求用到可控硅，所以才来给大家讲解一下可控硅，这里就举个自己项目需求的例子把，我需要对 220V 交流电机进行调速 。

可控硅对于 220V 交流的控制需要配合过零检测，所以我的上一篇文章写的就是过零检测：

聊聊 220V交流 过零检测

可控硅在这个项目中使用方式如下图：

使用可控硅对 220V 交流进行控制，可以调节输出功率。

有的小伙伴可能还是不太明白这里是怎么控制的，这里大家需要想一想，我们使用的市电，220V交流电频率是 50 HZ， 周期为 20ms ，如下图：

我们在上面电路中使用可控硅进行控制通断，我们可控硅导通的位置，交流电才能通过，比如我们在过 零点 后 5 ms 导通，那么上面的波形图会变成如下：

就像 PWM 一样，使得交流电 “占空比 ” 变小了，达到了调节有效电压的作用。

这里大家可以自己好好思考一下，不难理解。

最后还得说明一个问题，也是双向可控硅在交流电应用中的独特巧妙的地方，我们说过可控过可以控制打开，不能关断，那么在这个应用中，他是怎么关断的呢？

好好想想，这里是交流电，每次导通后，在下一次到达零点的位置的时候，就会达不到可控硅导通给的维持条件，他会自动关断，感觉很奇妙吧，这就是可控硅！

上面的这个示例是可控硅一个比较典型的应用，至于其他的应用方案，如果有机会，博主用到了，也会及时分享给大家！

结语

本文采用尽量简洁的语言说明，让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适的应用场合，记得有这么一个神奇的元器件！

好了，本文就到这里，谢谢大家！

审核编辑：汤梓红