如何使用晶闸管和可控硅整流电路来控制更大的负载 「可控硅整流器作用」

今天带来如何使用晶闸管和可控硅整流电路来控制更大的负载 「可控硅整流器作用」，关于如何使用晶闸管和可控硅整流电路来控制更大的负载 「可控硅整流器作用」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

大家好，我是李工，希望大家多多支持我。

今天给大家讲一下如何使用晶闸管和可控硅整流电路来控制更大的负载，例如灯、电机等。

在这之前会简单地介绍一下晶闸管和可控硅整流电路。

什么是可控硅？

可控硅整流电路（SCR）是市场最受欢迎的设备之一。可控硅整流电路（SCR）可以应用于各种场景，例如：整流、功率调节、逆变等。

可控硅整流电路（SCR）与二极管一样，是一种单向器件，允许一个方向上的电流，但在另一个栅极中与它相反，可控硅具有开启或关闭的能力，它们的开关由偏置条件和栅极输入端子控制。

通过改变SCR的开启周期，可以改变在负载上传输的平均功率，可以处理数以万计的电压和电流。下图就是可控硅的符号及端子，如图所示，可控硅具有三个端子：阳极、阴极、栅极。

可控硅

可控硅电路设计

可控硅使用了三种不同类型的结构制造：平面制造、台面结构、压装结构。

平面结构，其中 SCR 中的所有结都是扩散的，用于低功率 SCR。在台面型结构中，结 J2 通过扩散形成，因此外层与其合金化。

下图的设计主要用于大功率可控硅整流电路。SCR 由钼或钨制成的板支撑，用来提高机械强度。其中一个板焊接到铜螺柱上，该螺柱通过螺纹连接到散热器。

可控硅电路设计

什么是晶闸管？

晶闸管是一种由P和N材料制成的四层固态半导体器件，当栅极接收到触发电流时，就开始导通，直到晶闸管器件两端的电压正向偏置。

晶闸管

在这种情况下，晶闸管起到双稳态开关的作用。为了控制流过两条引线的大量电流，我们必须通过将少量电流与该电流组合来创建一个三引线晶闸管。这被称为控制引线。如果两条引线之间的电位差小于击穿电压，则使用双引线晶闸管开启器件。

晶闸管开关电路

直流晶闸管开关电路

当连接到直流电源时，我们使用晶闸管来控制更大的直流负载和电流。在直流电路中使用晶闸管作为开关的主要优点是它提高了电流增益。由于较小的栅极电流可以控制较大的阳极电流，因此晶闸管被归类为电流操作器件。

直流晶闸管电路

交流晶闸管电路

当连接到交流电源时，晶闸管的行为会有所不同，因为它与直流连接的电路不同。晶闸管在半个周期内用作交流电路，由于其反向偏置条件，使其自动关闭。

交流晶闸管电路

可控硅整流电路如何与晶闸管一起工作？

直流晶闸管/可控硅电路

在电路设计中，可控硅电路经常会被用来控制直流负载的运行，可以用来切换直流电机、灯或者任何其他负载。下图的电路就是基本的可控硅通过使用一个小开关来启动负载的电源应用来控制负载的电源。

基本直流晶闸管/可控硅电路

在 S1 闭合和 S2 断开的情况下，一开始没有电流流过。只有当 S2 闭合时，可控硅电路才会开启，电流才会流入负载，并通过使栅极电流流动来触发栅极。

直到阳极电路断开，电流才会继续流动，S1 就是用在这里。另一种方法是将开关 S1 置于可控硅电路两端并且短暂闭合，使可控硅两端的电压消失，可控硅停止导通。

由于它们在这个可控硅电路中的作用，S1 和 S2 可以分别称为关闭开关和开启开关。

在这种配置中，S1 必须能够承载满载电流，而 S2 必须只承载栅极电流。一旦可控硅电路开启，开关可以被释放并保持打开状态，因为可控硅的动作保持电流流过器件，从而保持负载。

R1 通过开关将栅极连接到电源。当 S2 闭合时，电流流过电阻进入栅极并激活可控硅。必须计算电阻器 R1 以提供足够的栅极电流来开启可控硅电路。

包含 R2 降低可控硅的灵敏度，使其不会因检测到任何噪音而触发。

交流晶闸管与可控硅电路

当使用交流晶闸管电路时，必须要进行一些更改。如下图所示。

这是因为交流电在整个周期中会反转极性，这就意味着可控硅电路将变为反向偏置，有效地将阳极电压降低到0，并且在每个周期的一半时间内关闭。因此不需要关闭开关。

交流晶闸管/可控硅电路

该电路的工作方式与第一个电路略有不同。当开关打开时，随着交流波形沿其路径前进，电路必须等待足够的阳极电压可用。此外，可控硅电路必须等到电路栅极部分内的电压高到可以触发的时候，开关必须处于关闭位置才能工作。

一旦触发，可控硅整流电路将在周期的正半部分持续导通。随着电压下降，阳极-阴极电压将变得不足以支持导通。此时，可控硅整流电路将停止运行。

然后可控硅整流电路将不会在周期的负半部分运行。只有在下一个正半周期返回时才会重复该过程。结果，该电路将仅在门开关闭合时工作。

使用这种类型的可控硅电路的一个缺点是它不能为负载提供超过 50% 的功率，因为它在交流周期的负半部分不导通，因为可控硅是反向偏置的。

具有栅极相位控制的交流可控硅电路

通过改变可控硅导通的半周期的比例，可以控制到达负载的功率量。这可以通过使用具有输入栅极信号相位控制的可控硅电路来实现。

交流晶闸管电路波形

当使用带相位控制的可控硅整流电路（SCR ）时，它的栅极信号来自由 R1、VR1 和 C1 在二极管 D1 之前组成的RC电路。

因为可控硅整流电路（SCR）是正向偏置的，所以只有波形的正半周期是有意义的，就像基本的交流可控硅SCR 电路一样。在这半个周期内，电容器 C1 通过 R1 和 VR1 的电阻网络从交流电源电压充电。C1 正端的波形滞后于输入波形，只有当电容器高端的电压上升到足以通过 D1 触发 可控硅整流电路（SCR）时，才会触发栅极。因此，与 RC 网络不存在时相比，可控硅整流电路（SCR ）开启时间会有所延迟。VR1 值会改变延迟，从而改变可控硅整流电路( SCR）运行的周期比例。因此可以以这种方式调节进入负载的功率。

具有栅极相位控制的交流晶闸管电路

R1 是一个串联电阻，用于将电阻网络的最小值限制为可为 SCR 提供可接受的栅极电流水平的值。栅极波形的相位角通常必须在 0° 和 180° 之间变化，以完全控制 50% 用于 SCR 导通的周期。

以上的这些电路简单展示了一些可控硅整流晶闸管电路设计的一些基本概念，主要是展示了如何工作以及如何以最基本的形式使用。

设计晶闸管电路时最重要的考虑因素之一就是功耗，由于这些电路经常用来处理高电压和高功率电平，因此功耗时电路设计和操作中的一个重要因素。

关于可控硅整流电路和晶闸管，大家有什么意见和建议，欢迎在评论留言。