常见的晶闸管(可控硅)应用电路

晶闸管（可控硅）具有多种优点，例如能够响应低栅极电流从关断状态开启，能够切换高电压等，这就使得晶闸管（可控硅）可以用于各种应用。包括：开关、整流、调节、保护等，可控硅用于家电控制，包括照明、温度控制、风扇速度调节、加热和警报激活。对于工业应用，可控硅用于控制电机速度、电池充电和电源转换。

接下来将对一些常见的晶闸管（可控硅）应用电路进行总结讲解，希望能够对大家有帮助。

一、晶闸管应用电路--作为开关

开关操作是晶闸管（可控硅）最重要的应用之一。晶闸管（可控硅）通常用作固态继电器，并且由于晶闸管（可控硅）中没有移动部件，因此比电磁继电器或开关具有更多优势。

1、直流晶闸管开关电路

这个简单的“开关”晶闸管触发电路使用晶闸管作为开关来控制灯（如下图所示），但它也可以用作电机、加热器或其他一些此类直流负载的开关控制电路。

晶闸管正向偏置，并通过短暂关闭常开“ON”按钮S1触发导通，该按钮通过栅极电阻 RG将栅极端子连接到直流电源，从而允许电流流入栅极。如果 RG 的值相对于电源电压设置得太高，晶闸管可能不会触发。

一旦电路被打开 “ON”，它会自我锁定并保持“ON”，即使在释放按钮时，只要负载电流大于晶闸管的锁定电流。按钮的附加操作，S1 对电路状态没有影响，因为一旦“锁定”，门将失去所有控制。晶闸管现在完全“导通”（导通），允许满载电路电流正向流过器件并返回电池电源。

直流晶闸管开关电路

在直流电路中使用晶闸管作为开关的主要优点之一是它具有非常高的电流增益。晶闸管是电流操作器件，因为小的栅极电流可以控制大得多的阳极电流。

通常包含栅极-阴极电阻器RGK以降低栅极的灵敏度并增加其 dv/dt 能力，从而防止器件的误触发。

由于晶闸管已自锁到“ON”状态，因此只能通过中断电源并将阳极电流降低到晶闸管最小保持电流 ( I H ) 值以下来复位电路。

打开常闭的“OFF”按钮，S 2断开电路，将流过晶闸管的电路电流降至零，从而迫使它“关闭”，直到再次应用另一个门信号。

2、替代直流晶闸管开关电路

然而上述这种直流晶闸管电路设计的缺点之一是机械常闭“OFF”开关S2需要足够大，以在触点打开时处理流经晶闸管和灯的电路功率。如果是这种情况，我们可以用一个大型机械开关代替晶闸管。

克服这个问题并减少对更大更坚固的“OFF”开关的需求的一种方法是将开关与晶闸管并联，如下图所示。

这里的晶闸管开关像以前一样接收所需的端电压和栅极脉冲信号，但是先前电路中较大的常闭开关已被与晶闸管并联的较小的常开开关所取代。开关S2的激活会立即在晶闸管阳极和阴极之间产生短路，通过将保持电流降低到其最小值以下来阻止设备导通。

替代直流晶闸管开关电路

3、交流晶闸管电路

当连接到交流交流电源时，晶闸管的行为与之前的直流连接电路不同。这是因为交流电源会周期性地反转极性，因此交流电路中使用的任何晶闸管都会自动反向偏置，导致它在每个周期的一半时间内“关闭”，如下图的交流晶闸管电路。

下面晶闸管触发电路在设计上与 DC SCR 电路相似，只是省略了额外的“OFF”开关和包含防止反向偏压施加到栅极的二极管D1 。

在正弦波形的正半周期期间，器件正向偏置，但开关S 1打开，零栅极电流施加到晶闸管并保持“关断”。在负半周期，器件被反向偏置，并且无论开关S 1的状态如何，都将保持“关闭” 。

如果开关 S1 闭合，则在每个正半周期开始时，晶闸管完全“关断”，但不久之后将有足够的正触发电压，因此栅极上存在电流以打开晶闸管和灯“开” .

晶闸管现在在正半周期内锁定为“ON”，当正半周期结束且阳极电流低于保持电流值时，晶闸管将再次自动变为“OFF”。

交流晶闸管电路

在下一个负半周期期间，器件完全“关闭”，直到下一个正半周期，当该过程自身重复并且晶闸管再次导通时，只要开关闭合。

然后在这种情况下，灯将仅从交流电源接收一半的可用功率，因为晶闸管的作用类似于整流二极管，并且仅在正向偏置时的正半周期内传导电流。晶闸管继续为灯提供一半的功率，直到开关打开。

如果可以快速打开和关闭开关 S1，以便晶闸管在每个正半周期的“峰值”（90 度）点接收其栅极信号，则器件将仅导通正半周半周期。换句话说，传导只会在正弦波的二分之一期间发生，并且这种情况会导致灯接收“四分之一”或从交流电源获得的总功率的四分之一。

通过准确地改变栅极脉冲和正半周期之间的时序关系，晶闸管可以提供负载所需的任何百分比的功率，介于 0% 和 50% 之间。显然，使用这种电路配置，它不能为灯提供超过 50% 的功率，因为当它被反向偏置时，它不能在负半周期内导通。考虑下面的电路。

二、晶闸管应用电路--进行功率控制电路

晶闸管能够控制传输到负载的功率。通常需要根据负载要求（例如电机速度控制和调光器）来改变提供给负载的功率。

在这种情况下，用传统的可调电位器改变功率不是一种可靠的方法，因为功耗很大。为了降低大功率电路中的这种功耗，晶闸管是功率控制器件的最佳选择。

1、晶闸管交流功率控制电路--半波相位控制

相位控制是晶闸管交流功率控制的最常见形式，可以如下图所示构建基本的交流相位控制电路。这里晶闸管栅极电压通过触发二极管D1从 RC 充电电路获得。

在晶闸管正向偏置的正半周期期间，电容 C 通过电阻 R1 随交流电源电压充电。只有当A点的电压上升到足以使触发二极管 D1导通并且电容器放电到晶闸管的栅极时，栅极才会被激活，从而将其“导通”。导通开始的正半周期的持续时间由可变电阻 R1设置的 RC 时间常数控制。

交流相位功率控制电路

增加 R1 的值会延迟提供给晶闸管栅极的触发电压和电流，这反过来会导致器件导通时间滞后。因此，可以将器件导通的半周期的分数控制在 0 到 180 o之间，这意味着可以调整灯消耗的平均功率。但是，晶闸管是单向器件，因此在每个正半周期内最多只能提供 50% 的功率。

有多种方法可以使用“晶闸管”实现 100% 全波交流控制。一种方法是在二极管桥式整流器电路中包含单个晶闸管，将交流电转换为通过晶闸管的单向电流，而更常见的方法是使用两个反向并联的晶闸管。更实用的方法是使用单个双向可控硅，因为该设备可以双向触发，因此适合交流开关应用。

三、晶闸管应用电路--半波整流

下面的电路显示了使用了晶闸管的单相半波整流电路，与可变电阻串联的二极管连接到负责触发 晶闸管的栅极。

晶闸管应用电路--半波整流

在交流输入信号的负半周期期间，可控硅反向偏置。因此，没有电流流过负载。

在输入的负半周期期间，晶闸管正向偏置。如果改变电阻以使最小触发电流施加到栅极，则 晶闸管将打开。因此电流开始流向负载。

如果栅极电流较高，则 晶闸管开启时的电源电压将较低。晶闸管开始导通的角度称为触发角。对于这个整流器电路，触发角只能在正半周期内变化。

因此，通过改变触发角或栅极电流（通过改变该电路中的电阻），可以使 晶闸管导通部分或全部正半周期，从而改变馈入负载的平均功率。

四、晶闸管应用电路--全波整流

在全波整流器中，输入电源的正波和负波都被整流。因此，与半波整流器相比，直流电压的平均值较高，纹波含量也较少。

下图显示了由两个与中心抽头变压器相连的可控硅组成的全波整流电路。

晶闸管应用电路--全波整流

在输入的正半周期内，SCR1 正向偏置，SCR2 反向偏置。通过施加适当的栅极信号，SCR1 开启，因此负载电流开始流过它。

在输入的负半周期，SCR2 正向偏置，SCR1 反向偏置。栅极触发时，SCR2 开启，因此负载电流流过 SCR2。

因此，通过改变 SCR 的触发电流，传递给负载的平均功率会发生变化。

五、晶闸管应用电路--全波桥式整流

除了使用中心抽头变压器，还可以在桥式配置中使用四个 SCR 来获得全波整流。在输入的正半周期内，SCR1 和 SCR2 处于导通状态。在负半周期间，SCR3 和 SCR4 处于导通状态。每个晶闸管的导通角通过改变各自的栅极电流来调整。因此，负载两端的输出电压会发生变化。

晶闸管应用电路--全波桥式整流

除了以上所说的，晶闸管还可以应用于电池充电器、AC加热器控制、简单的雨报警电路、防盗报警电路等。

审核编辑：汤梓红