在本教程中，我们将学习关于可控硅(SCR)。我们将学习它的符号，结构，工作原理，打开和关闭方法和一些应用。
大纲
介绍
可控硅(SCR)是可控硅家族中最重要和最常用的成员。可控硅可用于不同的应用，如整流，功率调节和逆变等。像二极管一样，可控硅是一个单向器件，允许电流在一个方向上，反方向上。
可控硅是一种三端器件;阳极、阴极和栅如图所示。可控硅具有通断功能，其开关由偏置条件和栅输入端控制。
这导致在SCR的ON时变化在负载下输送的平均功率。它可以处理几千多个电压和电流。SCR符号及其终端如图所示。
可控硅整流器的构造
SCR是四层和三个终端设备。由P和N层制成的四层交替布置，使得它们形成三个结J1，J2和J3。这些连接点是合金化的或基于结构的类型而扩散。
外层P和n层为重掺杂，中间层P和n层为轻掺杂。中间P层取栅端，外P层取阳极，N层取阴极。可控硅是由硅制成的，因为与锗相比，硅中的漏电流非常小。
为了制造可控硅，三种类型的结构，即平面型，台面型和压包型。对于低功耗的可控硅，采用平面结构，其中可控硅中的所有结都是分散的。在台面式结构中，结J2是通过扩散法形成的，因此外层是合金的。
这种结构主要用于大功率可控硅整流器。为了提供高的机械强度，SCR是用由钼或钨组成的板材支撑的。其中一个板被焊接到一个铜螺柱上，该螺柱是进一步螺纹连接散热器。
SCR的工作或运行模式
根据给SCR给出的偏置，SCR的操作分为三种模式。他们是
- 向前阻塞模式
- 正向传导模式和
- 反向阻止模式
向前阻塞模式
在这种操作模式下，可控硅整流器是连接这样的阳极端子是正极相对于阴极而栅极端子保持开放。在这种状态下，结J1和J3是正向偏置的，结J2是反向偏置的。
由于这一点，一个小泄漏电流流过可控硅。直到施加在可控硅上的电压超过它的击穿电压，可控硅提供了一个非常高的电阻的电流流。因此，在这种模式下，可控硅作为一个开路开关，通过阻断流过可控硅的正向电流，如图所示，可控硅的VI特性曲线。
正向传导模式
在此模式下，SCR或晶闸管从阻塞模式进入导通模式。可以通过将正脉冲应用于栅极端子或通过将正向电压（或阳极和阴极上的电压）应用于SCR的断裂电压来完成两种方式。
一旦应用了这些方法中的任何一种，就会在结j2处发生雪崩击穿。因此，SCR变成导通模式，充当闭合开关，从而电流开始流过它。
注意，在VI特性图中，如果栅极电流值高，最小值将是进入Ig3 > Ig2 > Ig1导通模式的时间。在这种模式下，最大电流流过可控硅，其值取决于负载电阻或阻抗。
还指出，如果栅极电流增加，如果首选栅极偏置，则打开可控硅所需的电压更小。当可控硅从阻塞模式变为导通模式时的电流称为锁存电流(IL)。
当正向电流达到SCR返回阻塞状态的水平时，称为保持电流(IH)。在这个保持电流水平，枯竭区开始在结J2周围发展。因此保持电流略小于锁存电流。
反向阻止模式
在这种工作模式中，阴极相对于阳极是正的。然后J1和J3是反向偏压，J2是正向偏压。这个反向电压驱动可控硅进入反向阻塞区域，结果流过一个小的漏电流，作为一个开路开关，如图所示。
因此，该器件在这种模式下提供高阻抗，直到施加的电压小于可控硅的反向击穿电压VBR。如果反向施加的电压增加到VBR之外，则雪崩击穿发生在结J1和J3，这导致通过可控硅的反向电流增加。
这种反向电流在可控硅中造成更多的损失，甚至增加它的热量。因此，当反向电压施加大于VBR时，将对可控硅产生相当大的损害。
可控硅的两个晶体管类比
可控硅的两个晶体管类比或两个晶体管模型表示了理解可控硅工作的最简单的方法，通过将其可视化为如图所示的两个晶体管的组合。每个晶体管的集电极连接到另一个晶体管的基部。
假设负载电阻连接在阳极和阴极端子之间，并且在栅极和阴极端子处施加小电压。当没有栅极电压时，由于零基电流，晶体管2处于截止模式。因此，没有电流流过收集器并因此流过集电器并因此流动晶体管T1的基极。因此，两个晶体管都是开放的，从而没有电流流过负载。
当栅极和阴极之间施加特定的电压时，一个小的基极电流流过晶体管2的基极，因此集电极电流将增加。因此，晶体管T1的基极电流驱动晶体管进入饱和模式，负载电流将从阳极流向阴极。
从上面的图来看，晶体管T2的基极电流变为晶体管T1的集电极电流，反之亦然。
因此
Ib2 = Ic1和Ic2 = Ib1
也电流通过阴极端子，Ik = Ig + Ia ......(1)
晶体管,
Ib1 = Ie1 - Ic1 ......(2)
和ic1 =α1ie1+ ico1 ......（3）
其中Ico1为泄漏电流。
将方程3代入方程2，得到
Ib1 = Ie1 (1 - α1) - Ico1 .......(4)
由图可知，阳极电流是晶体管T1的发射极电流，
Ia = Ie1
然后IB1 = IA（1 - α1） - ICO1
对T2晶体管也是一样
IC2 =α2ie2+ ICO2
但是Ik = Ie2
因此Ic2 = α2Ik + Ico2
Ic2 = α2 (Ig + Ia) + Ico2 .....(5)
但是Ib1 = Ic2 .....(6)
将方程4和5代入方程6，我们得到
Ia (1 - α1) - Ico1 = α2 (Ig + Ia) + Ico2
IA = [α2IG + ICO1 + ICO2] / [1-（α1+α2）]
通过假设两个晶体管在我们得到的晶体管中可以忽略不计
Ia = [α2Ig] / [1-（α1+α2）]
其中α1和α2分别是两个晶体管的增益。
开启方法
由上式可知，如果(α1 + α2) = 1，则Ia为无限大。这意味着阳极电流突然上升到一个高值，并从非导电状态锁存到导电模式。这被称为SCR的再生作用。因此，对于可控硅的触发，栅极电流值(α1 + α2)必须趋于统一。从得到的方程可以得到可控硅开启的条件
1.当器件温度很高时，通过可控硅的漏电流会增加。这将可控硅转化为传导。
2.当流过器件的电流非常小时，α1和α2也非常小。在J2结附近，电子倍增因子Mn和空穴倍增因子Mp值较大时，就会产生击穿电压。因此，通过增加跨设备的电压击穿过电压VBO导致结J2击穿，因此可控硅打开。
3.并且通过增加α1和α2达到突破条件。晶体管的电流增益依赖于Ig的值，因此通过增加Ig，可以开启可控硅。
SCR关闭方法
一个可控硅不能通过栅极终端关闭像打开过程。为了关闭可控硅，阳极电流必须降低到低于可控硅的保持电流水平。关闭可控硅的过程称为换向。两种主要类型的整流可控硅是，
- 自然换向和
- 强制换向
强制换向再次分为几种类型，如
- 追加追加
- B类减刑
- C类换向
- 类D变换
- C类换向
采用可控硅的直流电机控制
考虑下面的图，其中可控硅被用来控制直流电机的速度。正如我们所知，直流电动机由磁场和电枢绕组组成。通过控制施加在电枢上的电压，直流电机的速度被控制。
交流电源电源连接到变压器初级和次级绕组，两个SCR并联连接，如图所示。这些SCR的输出驱动DC电机。现场绕组通过二极管连接，这为现场绕组提供了无法控制的直流电源。
在正半周期的输入，sc1是正向偏置，当触发脉冲给门，sc1开始导电。因此负载电流通过sc1流向直流电机。在输入的负半周期内，SCR 2是正向偏置，而SCR1是反向偏置，因此SCR1被关闭。
当栅极触发给SCR2时，它开始进行。通过改变对各个SCR的触发输入，改变了直流电机的平均输出，因此控制其速度。
用可控硅控制交流电机
交流感应电机的转速是通过改变施加于它的定子电压来控制的。下图显示了用于改变感应电机定子电压的可控硅的连接。
每个阶段由两个反平行SCR组成，一个用于正峰，另一个用于负峰值。因此，总共六种SCR配置用于生产可变功率。
输入三相AC电源通过这些晶闸管给出三相感应电动机。当这些SCR触发延迟脉冲时，平均电压应用于感应电动机是得到变化的，因此速度。
硅控制整流器的优点
- 与机电或机械开关相比，SCR没有移动部件。因此，具有高效率，可以提供无噪声操作。
- 切换速度非常快，每秒可以进行1纳米操作。
- 这些可以操作在高电压和额定电流与一个小的门电流。
- 更适合AC操作，因为在AC循环的每个零位置处，SCR将自动关闭。
- 体积小，安装方便，维修方便。
概括
- 硅控制整流器的行为类似于具有两种状态的开关，即不导通或导通。
- SCR的工作模式有三种。分别为正向阻断模式、正向导通模式和反向阻断模式。
- 主要有两种方法来开启可控硅，这意味着要么通过增加在可控硅上的电压超过可控硅的开路过电压，要么通过施加一个小电压到栅极。栅极的典型值是1.5 V, 30 mA。如果栅极电流增加，可控硅将在大大降低的供电电压下打开。
- 可控硅不能通过栅极关闭，因此打开可控硅，施加的电压必须降低到零。
- 硅控制整流器可用于AC和DC开关应用。
一个反应
你能发SCR和IGBT的通知给我吗