值得了解！可控硅的分類及應用

可控硅是一種半導體器件，是由多個PN結組成的，其主要作用是控制交流電或直流電的電流?？煽毓韫ぷ髟硎禽斎胍粋€觸發(fā)信號，通過控制電極與主電極之間的電流，使其工作于導通狀態(tài)或截止狀態(tài)，從而控制電流大小或電壓大小。

近期，在一個控制加熱項目上，需要以極低的投資成本完成，對比下來，采取了電加熱的方式，連PLC都不需要;其中就用到了控制電加熱裝置的可控硅驅動器，那么你對他了解多少呢?下面干貨告訴你：

一、SCR驅動器的概念

SCR(Silicon Controlled Rectifier)即可控硅，是一種具有可控開關特性的半導體器件。SCR驅動器則是用于控制SCR導通、關斷以及相關功能實現(xiàn)的電路或設備。它能夠根據(jù)不同的應用需求，提供合適的觸發(fā)信號給SCR，從而實現(xiàn)對電流的控制等功能。

二、SCR驅動器的組成與原理

(一)組成部分觸發(fā)電路：這是SCR驅動器的關鍵部分。它負責產生觸發(fā)信號，使SCR從阻斷狀態(tài)轉變?yōu)閷顟B(tài)。觸發(fā)電路可以根據(jù)不同的控制方式，如相位控制、過零觸發(fā)等，生成相應的觸發(fā)脈沖。例如在采用相位角控制SCR開關操作的電路中，觸發(fā)電路按照設定的相位角產生脈沖信號來觸發(fā)SCR，從而把PFC(功率因數(shù)校正)輸出電容器的電壓平穩(wěn)地提高至交流線路的峰值電壓2?？刂齐娐罚河糜趯崿F(xiàn)對觸發(fā)電路的控制，根據(jù)外部輸入信號(如來自控制器或者傳感器的信號)來確定觸發(fā)脈沖的參數(shù)，例如觸發(fā)時刻、脈沖寬度等。保護電路：為了防止SCR在工作過程中受到過電壓、過電流等異常情況的損壞。例如，當電路中出現(xiàn)浪涌電流時，保護電路可以限制電流大小，避免SCR因過大的電流而燒毀。

(二)工作原理

SCR是四層三端的半導體器件，具有三個電極：陽極(A)、陰極(K)和門極(G)。SCR驅動器通過在門極施加合適的觸發(fā)信號，使得SCR內部的PN結導通，從而讓陽極和陰極之間形成低阻通路，實現(xiàn)電流的導通。一旦SCR被觸發(fā)導通后，只要陽極和陰極之間的電流保持在維持電流以上，SCR就會持續(xù)導通，直到陽極和陰極之間的電流減小到低于維持電流，SCR才會關斷(或者通過外部電路強制關斷)。

電力系統(tǒng)：電動機控制方面：在電動機的調速控制中，SCR驅動器可以根據(jù)控制信號調節(jié)提供給電動機的電壓或者電流，從而實現(xiàn)對電動機轉速的調節(jié)。例如在工業(yè)中的大型交流電動機調速場景下，SCR驅動器能夠實現(xiàn)平滑的速度調整，滿足不同的生產工藝需求。

加熱器控制方面：對于電加熱器，SCR驅動器可以控制加熱器的功率。通過調節(jié)SCR的導通角來改變加在加熱器上的有效電壓，進而調整加熱器的發(fā)熱功率，達到精確控制溫度的目的。

電子設備：在調光電路中，SCR驅動器能夠改變加在燈具(如白熾燈)上的電壓有效值，從而實現(xiàn)燈光亮度的調節(jié)。通過控制SCR的導通時間在交流電周期內的占比，改變燈具兩端的平均電壓，達到調光效果。在一些需要對直流電源進行控制的電子設備中，SCR驅動器也可以用于實現(xiàn)電壓、電流的調節(jié)等功能。

可控硅(Silicon Controlled Rectifier, SCR)作為一種常用的功率半導體器件，具有良好的開關和控制特性，根據(jù)不同的結構、控制方式及應用場景，可控硅可以分為多個類別。以下是可控硅的主要分類及其在不同領域的應用：

1. 按結構分類

普通可控硅

特點：最基本的可控硅結構，適用于一般的電力開關和控制場合，主要用于整流和電壓調節(jié)。

應用：在電機驅動、照明調節(jié)、溫度控制、電源調節(jié)等場景中廣泛使用。例如用于相控調光、家用電器調速等。

逆導可控硅(Reverse Conducting Thyristor, RCT)

特點：在結構中集成了反向二極管，能夠同時導通正向電流和反向電流，無需額外添加反并聯(lián)二極管。

應用：常用于交流電機控制中，如電機驅動和整流電路，省去了外部反向二極管的需求。

快速恢復可控硅(Fast Switching Thyristor)

特點：具有較短的關斷時間和快速的導通速度，適用于需要快速開關的場合。其關斷時間通常在幾個微秒內，適合高頻應用。

應用：常用于開關電源、變頻器等需要高頻切換的電路中，尤其是工業(yè)控制和電力變換領域。

光控可控硅(Light Triggered Thyristor, LTT)

特點：通過光信號而非電流觸發(fā)導通的可控硅，適用于需要電氣隔離的場合。光電耦合技術保證了控制電路與高功率電路的電氣隔離，增強了安全性和抗干擾能力。

應用：廣泛用于高壓直流輸電(HVDC)系統(tǒng)、大型工業(yè)設備的功率控制和高壓開關領域。

晶閘管(Gate Turn-Off Thyristor, GTO)

特點：可以通過門極控制關斷的可控硅，相較于普通可控硅，GTO不僅能夠觸發(fā)導通，還能通過門極信號強制關斷。其關斷時需要較大的負向門極電流。

應用：用于需要關斷能力的場合，如逆變器、直流電機驅動、可調電源和高壓直流輸電等領域。

雙向可控硅(Triac)

特點：Triac是雙向導通的可控硅，能夠在交流電路中進行控制，既能在正半周期導通，也能在負半周期導通。它的結構實際上是兩個SCR反向并聯(lián)，但共用一個門極。

應用：廣泛應用于交流電路的開關和調節(jié)，例如交流電機控制、家用電器調速、燈光調節(jié)、功率調節(jié)和交流電壓調節(jié)。

2. 按功能和特性分類

控制型可控硅

特點：用于精確控制電壓和電流的可控硅。它們可以通過外部控制電路調節(jié)導通角，從而調節(jié)輸出功率。

應用：主要用于相控調節(jié)器、電機調速器、恒溫控制器等場合。

高功率可控硅

特點：專為處理大電流和高電壓而設計，具有極高的功率承受能力，能夠處理數(shù)千安培的電流和上千伏的電壓。

應用：高壓直流輸電(HVDC)、大功率整流電路、大型工業(yè)電機控制、變頻器和電力轉換設備等。

低功率可控硅

特點：適用于低電壓、低電流場合，通常用于家用電器和小功率電子設備中。

應用：電動工具、家用電器、照明調節(jié)器、電子玩具等小功率設備中。

3. 按控制方式分類

電觸發(fā)可控硅

特點：通過向門極施加電流來觸發(fā)導通的可控硅。這是最常見的觸發(fā)方式，廣泛用于各種電力控制場合。

應用：用于大多數(shù)通用的電源調節(jié)、相控整流和功率調節(jié)應用。

光觸發(fā)可控硅

特點：通過光信號觸發(fā)導通的可控硅，使用光纖傳輸觸發(fā)信號，能夠實現(xiàn)高壓大功率電路的隔離控制。

應用：高壓、大功率電力系統(tǒng)，如高壓直流輸電系統(tǒng)、工業(yè)自動化設備等。

4. 可控硅的典型應用

4.1 整流電路

可控硅廣泛用于控制整流電路，通過改變導通角可以調節(jié)整流后的直流電壓。例如，在電力整流器中，可控硅用于將交流電整流為直流電并調節(jié)輸出電壓大小。

4.2 相控調節(jié)

在調節(jié)交流電源的功率時，可控硅通過改變相位控制來調節(jié)負載功率，例如燈光調光、電機調速等。它通過調節(jié)可控硅的導通角來控制電流流入的時間，從而實現(xiàn)功率調節(jié)。

4.3 逆變器

可控硅在逆變器中起到重要作用，它能將直流電轉換為交流電，應用于不間斷電源(UPS)和光伏發(fā)電系統(tǒng)中。

4.4 電機控制

可控硅在電機控制中用于調節(jié)電機的啟動、調速和剎車。通過相控或斬波方式控制電流，可控硅能夠實現(xiàn)精確的電機控制，常用于交流和直流電機驅動中。

4.5 調光器

在照明系統(tǒng)中，Triac(雙向可控硅)被廣泛應用于調光器中，允許用戶通過改變電壓的有效值來調節(jié)燈光的亮度。

4.6 變頻器

可控硅變頻器用于控制交流電動機的速度。通過調節(jié)電源頻率，變頻器能夠有效地調節(jié)電機的速度，廣泛應用于工業(yè)自動化、空調和風機系統(tǒng)中。

4.7 高壓直流輸電(HVDC)

在高壓直流輸電中，光觸發(fā)可控硅(LTT)和高功率可控硅用于控制大功率電流的傳輸。它們通過控制導通時間和角度，幫助調節(jié)電力的傳輸和分配，確保穩(wěn)定的電網(wǎng)運行。