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可控硅全稱(chēng)可控硅，縮寫(xiě)為SCR，或晶閘管，是一種三PN結(jié)四層的大功率半導(dǎo)體器件?？煽毓?SCR)體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大。它可以起到多種作用，如變頻、整流、逆變、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等。因此，它被廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中，如調(diào)光燈、照相機(jī)、無(wú)線(xiàn)電遙控器、音響等。

可控硅電源(可控硅工作原理及參數(shù)詳解)

可控硅全稱(chēng)可控硅，縮寫(xiě)為SCR，或晶閘管，是一種三PN結(jié)四層的大功率半導(dǎo)體器件?？煽毓?SCR)體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大。它可以起到多種作用，如變頻、整流、逆變、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等。因此，它被廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中，如調(diào)光燈、照相機(jī)、無(wú)線(xiàn)電遙控器、音響等。

其示意符號(hào)如下圖所示:

從SCR的電路符號(hào)可以看出，它和二極管一樣是單向?qū)ǖ钠骷?，但是它有一個(gè)控制電極G，這使得SCR具有和二極管完全不同的工作特性?？煽毓枵髌?SCR)是一種能夠處理高電壓和大電流的大功率器件。隨著設(shè)計(jì)技術(shù)和制造技術(shù)的發(fā)展，其容量越來(lái)越大。

SCR的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示:

具有由三個(gè)PN結(jié)(JJJBOY3樂(lè)隊(duì))組成的四層P1-N1-P2-N2結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件具有三個(gè)外部電極。從最外面的P型半導(dǎo)體材料引出的電極作為陽(yáng)極A，從中間的P型半導(dǎo)體材料引出的電極稱(chēng)為控制電極G，從最外面的N型半導(dǎo)體材料引出的電極稱(chēng)為陰極k，可以等效為如圖所示的兩個(gè)三極管電路。

我們來(lái)看看SCR的工作原理:

如下圖所示，在初始狀態(tài)下，電壓VAK施加在晶閘管的A端和K端。此時(shí)，三極管Q1和Q2都處于截止?fàn)顟B(tài)，兩個(gè)晶體管的位置互不侵犯。

此時(shí)，在A極和K極之間施加VAK電壓，最大允許電壓VAK為關(guān)態(tài)重復(fù)峰值電壓VDRM(峰值重復(fù)關(guān)態(tài)電壓)和對(duì)應(yīng)的關(guān)態(tài)重復(fù)峰值電流IDRM(峰值重復(fù)關(guān)態(tài)電流)。

如下圖所示，電壓VGK施加到G、K極后，Q2的發(fā)射極結(jié)由于正向偏置而導(dǎo)通，從而產(chǎn)生基極電流IB2。此時(shí)，晶閘管陽(yáng)極電流IA為0，Q1的基極電流IB1也為0，并且電阻器R2上沒(méi)有電壓降。因此，Q2的集電極-發(fā)射極電壓VCE2為VAK，通常遠(yuǎn)高于VBE2。即使測(cè)試數(shù)據(jù)手冊(cè)中的參數(shù)，VAK也至少是6V，而在實(shí)際應(yīng)用中，VAK將是幾百v。因此，晶體管Q2的發(fā)射極結(jié)正向偏置，集電極結(jié)反向偏置，開(kāi)始處于放大狀態(tài)。

只有在G和K上加上直流電壓后，晶閘管才能導(dǎo)通。這個(gè)觸發(fā)電壓的最小值稱(chēng)為柵極觸發(fā)電壓VGT(Gate Trigger Voltage)，它是PN結(jié)的結(jié)電壓(不是電池電壓VGK)。此時(shí)，流過(guò)柵極的電流稱(chēng)為柵極觸發(fā)電流IGT(柵極觸發(fā)電壓)。

剛剛進(jìn)入放大狀態(tài)(微導(dǎo)通)的晶體管Q2放大基極電流IB2，對(duì)應(yīng)的集電極電流為IC2，數(shù)值為(IB2×β2)。雖然放大了β2倍，但此時(shí)IC2還是比較小，所以IA和IB1也比較小(但不再為零)。電阻R2中也有小電流，可視為完整的電流回路。然而，此時(shí)Q2的收藏家

同時(shí)，晶體管Q1的發(fā)射極總是VAK(最高電壓)，集電極總是處于較低電壓(VBE2)。只要給基極設(shè)置一個(gè)合適的電壓，它就可以進(jìn)入放大狀態(tài)，所以它一直在徘徊，休眠備用。Q2集電極電流IC2的出現(xiàn)使晶體管Q1有機(jī)化。

晶體管Q2在微導(dǎo)通狀態(tài)下形成的電路使晶體管Q1基極缺乏的電壓一步到位，時(shí)機(jī)終于成熟，所以晶體管Q1剛剛進(jìn)入放大狀態(tài)(微導(dǎo)通)！因?yàn)镮B1和IC2相同，所以Q1放大的IB1的集電極電流IC1 =(ib2×β2×β1)，比IC2高β1倍。

晶體管Q1放大的集電極電流IC1無(wú)處可逃，只好鉆到晶體管Q2的基極(不會(huì)到電阻R1這邊來(lái)，因?yàn)殡妷篤GK肯定比VBE2高，水下去了)，IC1變成IB2，晶體管Q2的基極電流IB2換成(IB2×β2×β1)，增加了(β2×β1)倍。

俗話(huà)說(shuō)，人多好辦事。這個(gè)較大的基極電流IB2被晶體管Q2第二次放大。此時(shí)IC2為(IB2×β2×β1×β2)，然后被兩個(gè)晶體管正反饋反復(fù)放大，周而復(fù)始。

在這個(gè)過(guò)程中，晶體管Q2的集電極-發(fā)射極壓降越來(lái)越小，陽(yáng)極電流IA的電流越來(lái)越大。最后Q2飽和(Q1也不甘示弱，適當(dāng)保持節(jié)奏)，最后變成下圖所示:

Q1和Q2全導(dǎo)通時(shí)(晶閘管開(kāi)通)，A和K之間的壓降很小，實(shí)際上是Q1發(fā)射極結(jié)電壓VBE1+Q2集電極-發(fā)射極飽和電壓VCE2，稱(chēng)為正向?qū)妷篤TM(Forward On-State Voltage)。

可以看出，VAK的電壓值最終加到了電阻R2上，整個(gè)過(guò)程就是一個(gè)由電壓VGK引起的“血案”。電阻器R2上沒(méi)有電壓降，在VGK電壓觸發(fā)晶閘管后，VAK電壓全部加到電阻器R2上。

晶閘管全通后，流過(guò)A、K極的電流就是通態(tài)電流IT(通態(tài)電流)。在實(shí)際應(yīng)用中，VAK通常為交流電壓(如220VAC)，因此該參數(shù)常被標(biāo)注為通態(tài)平均電流IT(RMS)，它是指晶閘管能連續(xù)通過(guò)的工頻正弦半波電流(在一個(gè)周期內(nèi))的平均值。此時(shí)流過(guò)G極和K極的電流為柵極電流IG(柵極電流)，該電流不應(yīng)超過(guò)最大峰值柵極電流IGM(正向峰值柵極電壓)。

當(dāng)VAK是交流電源的負(fù)半周時(shí)，晶閘管被阻斷，因?yàn)锳極和K極被施加了反向電壓。此時(shí)允許施加的最大電壓稱(chēng)為峰值重復(fù)反向阻斷電壓VRRM(峰值重復(fù)反向阻斷電壓)。由于晶閘管的電阻不是無(wú)窮大，此時(shí)的電流稱(chēng)為峰值重復(fù)反向阻斷電流IRRM(峰值重復(fù)反向阻斷電流)。

這兩個(gè)值和之前介紹的IDRM和VDRM是一樣的，只不過(guò)IDRM和VDRM是在G極關(guān)斷、可控硅阻斷的情況下測(cè)得的，而IRRM和VRRM是在可控硅A、K極反向電壓下測(cè)得的。

如果在晶閘管的陽(yáng)極A和陰極K之間加一個(gè)反向電壓，晶閘管起初會(huì)處于反向阻斷狀態(tài)，只有很小的反向漏電流流過(guò)。當(dāng)反向電壓增加到一定值時(shí)，反向漏電流急劇增加。此時(shí)，相應(yīng)的電壓稱(chēng)為峰值非重復(fù)電壓VRSM(峰值非重復(fù)電壓)。

我們只是用R2(和R1)作為一個(gè)象征性的限流電阻。其實(shí)R2可以是一個(gè)負(fù)載，比如一個(gè)燈泡，如下圖所示:

當(dāng)G、K極不加直流電壓時(shí)，A、K斷開(kāi)，燈泡不亮。

當(dāng)直流電壓加在G和K上時(shí)，A和K之間的電壓就相當(dāng)于短路，于是所有的VAK電壓都加在燈泡上，使其發(fā)光。

地盤(pán)之爭(zhēng)引發(fā)的“血案”結(jié)束了！

但是還是有下面的！

如果在A和K之間充分導(dǎo)通之后，我們拿掉電壓VGK以試圖使燈泡熄滅，如下所示:

不幸的是，它沒(méi)有成功，但燈泡仍然走在前面，發(fā)出耀眼的光嘲笑我們，因?yàn)閂GK在這個(gè)時(shí)候是無(wú)用的。盡管沒(méi)有VGK，晶閘管內(nèi)部仍然會(huì)有三極管電流的正反饋來(lái)保持晶閘管導(dǎo)通。

當(dāng)G門(mén)打開(kāi)時(shí)，使晶閘管保持導(dǎo)通狀態(tài)所需的最小正向電流稱(chēng)為保持電流IH(保持電流)。還有一個(gè)鎖存電流IL(Latch current)，它是在晶閘管從關(guān)斷狀態(tài)切換到導(dǎo)通狀態(tài)并且G極觸發(fā)信號(hào)被移除之后保持晶閘管導(dǎo)通所需的最小電流。對(duì)于同一個(gè)晶閘管，IL通常是IH的幾倍。

導(dǎo)演，我不明白這兩者的區(qū)別！其實(shí)這和數(shù)字電路中的電平差不多，如下圖所示:

如果一個(gè)低電平要被對(duì)方認(rèn)為是高電平，就必須超過(guò)VOH(上圖中的5V)。這個(gè)低電平一旦變成高電平，只需要不低于VIH(上圖5V)就可以繼續(xù)被對(duì)方認(rèn)為是高電平。維持這種高水平的成本較低。

那么有什么辦法可以讓燈泡熄滅呢？

有一個(gè)明顯的辦法，就是把電流IA降低到不足以維持內(nèi)部正反饋過(guò)程的水平，晶閘管自然會(huì)被阻斷，燈泡也會(huì)熄滅，也就是VAK電壓會(huì)降低。地球人都知道，雖然你的VAK是個(gè)大老板，但我得留些錢(qián)給你買(mǎi)路！只要降低電壓VAK，使IA小于IH，晶閘管就關(guān)斷(或者對(duì)A、K極施加反向電壓，實(shí)際上與降低電壓VAK相同)。

但問(wèn)題是，很多時(shí)候，VAK的電壓不會(huì)那么容易(主動(dòng))下降。我是個(gè)好幫手，為什么要下臺(tái)？我有的是錢(qián)！

狡兔死，走狗烹，電壓VGK知道真相。他還早早買(mǎi)了一個(gè)簡(jiǎn)單的辦法，把燈泡從“門(mén)極關(guān)斷晶閘管”熄滅。丫的，我為你立下了汗馬功勞，不讓我當(dāng)王，只好把你拆了。如下圖所示:

電壓VGK反接G、K極后，晶體管Q2關(guān)斷，然后晶閘管截止，但仍然失效，因?yàn)榫чl管導(dǎo)通后處于深度飽和狀態(tài)，即使施加反向電壓也無(wú)效。

如果反向電壓增加到一定值，反向漏電流急劇增加。此時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓稱(chēng)為反向峰值柵壓IGM(反向峰值柵壓)，使用時(shí)不應(yīng)超過(guò)此值。

上面我們討論的是常用的P柵陰極控制的SCR，還有一種不常用的N柵陽(yáng)極控制的SCR。其示意符號(hào)如下圖所示。兩者原理完全相同，讀者可以自行分析。

下圖所示的典型SCR應(yīng)用電路可用于調(diào)節(jié)燈泡的亮度。電路輸入的220V交流電壓經(jīng)橋式整流得到脈沖DC電壓VP，此時(shí)晶閘管VT處于阻斷狀態(tài)，電路不導(dǎo)通；

由于脈沖DC電壓VP通過(guò)可調(diào)電阻RP1和R1給電容器C1充電，當(dāng)電容器C1上的電壓足以觸發(fā)晶閘管VT時(shí)，晶閘管導(dǎo)通后負(fù)載電路被解除阻塞，從而點(diǎn)亮燈泡，如下圖所示:

調(diào)節(jié)可調(diào)電位器RP1可以控制電容C1的充電速度(充電常數(shù)越大，充電速度越慢)，從而可以相應(yīng)地調(diào)節(jié)施加在燈泡上的交流電壓的平均值，從而調(diào)節(jié)燈泡的高度。

目前上述的內(nèi)容應(yīng)該能夠?yàn)榇蠹医獯鸪龃蠹覍?duì)于可控硅電源（可控硅工作原理及參數(shù)詳解）的疑惑了，所以如果大家還想要了解更多的知識(shí)內(nèi)容，也可以關(guān)注本站其他文章進(jìn)行了解哦。

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