值得了解！可控硅的分类及应用

可控硅是一种半导体器件，是由多个PN结组成的，其主要作用是控制交流电或直流电的电流。可控硅工作原理是输入一个触发信号，通过控制电极与主电极之间的电流，使其工作于导通状态或截止状态，从而控制电流大小或电压大小。

近期，在一个控制加热项目上，需要以极低的投资成本完成，对比下来，采取了电加热的方式，连PLC都不需要;其中就用到了控制电加热装置的可控硅驱动器，那么你对他了解多少呢?下面干货告诉你：

一、SCR驱动器的概念

SCR(Silicon Controlled Rectifier)即可控硅，是一种具有可控开关特性的半导体器件。SCR驱动器则是用于控制SCR导通、关断以及相关功能实现的电路或设备。它能够根据不同的应用需求，提供合适的触发信号给SCR，从而实现对电流的控制等功能。

二、SCR驱动器的组成与原理

(一)组成部分触发电路：这是SCR驱动器的关键部分。它负责产生触发信号，使SCR从阻断状态转变为导通状态。触发电路可以根据不同的控制方式，如相位控制、过零触发等，生成相应的触发脉冲。例如在采用相位角控制SCR开关操作的电路中，触发电路按照设定的相位角产生脉冲信号来触发SCR，从而把PFC(功率因数校正)输出电容器的电压平稳地提高至交流线路的峰值电压2。控制电路：用于实现对触发电路的控制，根据外部输入信号(如来自控制器或者传感器的信号)来确定触发脉冲的参数，例如触发时刻、脉冲宽度等。保护电路：为了防止SCR在工作过程中受到过电压、过电流等异常情况的损坏。例如，当电路中出现浪涌电流时，保护电路可以限制电流大小，避免SCR因过大的电流而烧毁。

(二)工作原理

SCR是四层三端的半导体器件，具有三个电极：阳极(A)、阴极(K)和门极(G)。SCR驱动器通过在门极施加合适的触发信号，使得SCR内部的PN结导通，从而让阳极和阴极之间形成低阻通路，实现电流的导通。一旦SCR被触发导通后，只要阳极和阴极之间的电流保持在维持电流以上，SCR就会持续导通，直到阳极和阴极之间的电流减小到低于维持电流，SCR才会关断(或者通过外部电路强制关断)。

电力系统：电动机控制方面：在电动机的调速控制中，SCR驱动器可以根据控制信号调节提供给电动机的电压或者电流，从而实现对电动机转速的调节。例如在工业中的大型交流电动机调速场景下，SCR驱动器能够实现平滑的速度调整，满足不同的生产工艺需求。

加热器控制方面：对于电加热器，SCR驱动器可以控制加热器的功率。通过调节SCR的导通角来改变加在加热器上的有效电压，进而调整加热器的发热功率，达到精确控制温度的目的。

电子设备：在调光电路中，SCR驱动器能够改变加在灯具(如白炽灯)上的电压有效值，从而实现灯光亮度的调节。通过控制SCR的导通时间在交流电周期内的占比，改变灯具两端的平均电压，达到调光效果。在一些需要对直流电源进行控制的电子设备中，SCR驱动器也可以用于实现电压、电流的调节等功能。

可控硅(Silicon Controlled Rectifier, SCR)作为一种常用的功率半导体器件，具有良好的开关和控制特性，根据不同的结构、控制方式及应用场景，可控硅可以分为多个类别。以下是可控硅的主要分类及其在不同领域的应用：

1. 按结构分类

普通可控硅

特点：最基本的可控硅结构，适用于一般的电力开关和控制场合，主要用于整流和电压调节。

应用：在电机驱动、照明调节、温度控制、电源调节等场景中广泛使用。例如用于相控调光、家用电器调速等。

逆导可控硅(Reverse Conducting Thyristor, RCT)

特点：在结构中集成了反向二极管，能够同时导通正向电流和反向电流，无需额外添加反并联二极管。

应用：常用于交流电机控制中，如电机驱动和整流电路，省去了外部反向二极管的需求。

快速恢复可控硅(Fast Switching Thyristor)

特点：具有较短的关断时间和快速的导通速度，适用于需要快速开关的场合。其关断时间通常在几个微秒内，适合高频应用。

应用：常用于开关电源、变频器等需要高频切换的电路中，尤其是工业控制和电力变换领域。

光控可控硅(Light Triggered Thyristor, LTT)

特点：通过光信号而非电流触发导通的可控硅，适用于需要电气隔离的场合。光电耦合技术保证了控制电路与高功率电路的电气隔离，增强了安全性和抗干扰能力。

应用：广泛用于高压直流输电(HVDC)系统、大型工业设备的功率控制和高压开关领域。

晶闸管(Gate Turn-Off Thyristor, GTO)

特点：可以通过门极控制关断的可控硅，相较于普通可控硅，GTO不仅能够触发导通，还能通过门极信号强制关断。其关断时需要较大的负向门极电流。

应用：用于需要关断能力的场合，如逆变器、直流电机驱动、可调电源和高压直流输电等领域。

双向可控硅(Triac)

特点：Triac是双向导通的可控硅，能够在交流电路中进行控制，既能在正半周期导通，也能在负半周期导通。它的结构实际上是两个SCR反向并联，但共用一个门极。

应用：广泛应用于交流电路的开关和调节，例如交流电机控制、家用电器调速、灯光调节、功率调节和交流电压调节。

2. 按功能和特性分类

控制型可控硅

特点：用于精确控制电压和电流的可控硅。它们可以通过外部控制电路调节导通角，从而调节输出功率。

应用：主要用于相控调节器、电机调速器、恒温控制器等场合。

高功率可控硅

特点：专为处理大电流和高电压而设计，具有极高的功率承受能力，能够处理数千安培的电流和上千伏的电压。

应用：高压直流输电(HVDC)、大功率整流电路、大型工业电机控制、变频器和电力转换设备等。

低功率可控硅

特点：适用于低电压、低电流场合，通常用于家用电器和小功率电子设备中。

应用：电动工具、家用电器、照明调节器、电子玩具等小功率设备中。

3. 按控制方式分类

电触发可控硅

特点：通过向门极施加电流来触发导通的可控硅。这是最常见的触发方式，广泛用于各种电力控制场合。

应用：用于大多数通用的电源调节、相控整流和功率调节应用。

光触发可控硅

特点：通过光信号触发导通的可控硅，使用光纤传输触发信号，能够实现高压大功率电路的隔离控制。

应用：高压、大功率电力系统，如高压直流输电系统、工业自动化设备等。

4. 可控硅的典型应用

4.1 整流电路

可控硅广泛用于控制整流电路，通过改变导通角可以调节整流后的直流电压。例如，在电力整流器中，可控硅用于将交流电整流为直流电并调节输出电压大小。

4.2 相控调节

在调节交流电源的功率时，可控硅通过改变相位控制来调节负载功率，例如灯光调光、电机调速等。它通过调节可控硅的导通角来控制电流流入的时间，从而实现功率调节。

4.3 逆变器

可控硅在逆变器中起到重要作用，它能将直流电转换为交流电，应用于不间断电源(UPS)和光伏发电系统中。

4.4 电机控制

可控硅在电机控制中用于调节电机的启动、调速和刹车。通过相控或斩波方式控制电流，可控硅能够实现精确的电机控制，常用于交流和直流电机驱动中。

4.5 调光器

在照明系统中，Triac(双向可控硅)被广泛应用于调光器中，允许用户通过改变电压的有效值来调节灯光的亮度。

4.6 变频器

可控硅变频器用于控制交流电动机的速度。通过调节电源频率，变频器能够有效地调节电机的速度，广泛应用于工业自动化、空调和风机系统中。

4.7 高压直流输电(HVDC)

在高压直流输电中，光触发可控硅(LTT)和高功率可控硅用于控制大功率电流的传输。它们通过控制导通时间和角度，帮助调节电力的传输和分配，确保稳定的电网运行。