可控硅的用途及工作原理

可控硅又称为晶闸管，晶闸管是硅晶体闸流管的简称。可控硅是大功率变流器件，利用其整流可控特性可方便地对大功率电源进行控制和变换。它具有体积小、重量轻、耐压高、容量大，使用维护简单、控制灵敏等优点，所以在生产上得到了广泛应用。

一、可控硅的用途

1、可控整流

把交流电变换为大小可调的直流电称为可控整流。例如，直流电动机调压、调速，电解、电镀电源均可采用可控整流供电。

2、有源逆变

有源逆变是指把直流电变换成与电网同频率的交流电，并将电能返送给交流电源。例如，高压输电工程将三相交流电先变换成高压直流电，再进行远距离输送，到达目的地后，再利用有源逆变技术把直流电变换成与当地电网同频率的交流电供给用户。

3、交流调压

交流调压是指把不变的交流电压变换成大小可调的交流电压。例如，用于灯光控制、温度控制及交流电动机的调压、调速。

4、变频器

把某一频率的交流电变换成另一频率交流电的设备称为变频器。例如，可控硅中频电源、不间断电源(UPS)、异步电动机变频调速中均含有变频器。

5、无触点功率开关

用可控硅可组成无触点功率开关，取代接触器、继电器，用于操作频繁的场合。例如，可用于控制电动机正反转和防爆、防火的场合。

二、可控硅的结构

可控硅是用硅材料制成的半导体器件，它有3种结构形式：螺栓式、平板式和塑料封装式。

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1、可控硅的结构及符号如上图所示，它有阳极A、阴极K和门极G三个电极。螺栓式可控硅的阳极紧拴在铝制散热器上，平板式可控硅则用两个彼此绝缘、形状相同的散热器把阳极与阴极紧紧夹住。

2、可控硅的内部结构如上图所示，它的管芯由四层(P 1 、N 1 、P 2 、N2)、三端(A、K、G)半导体器件构成，具有3个PN结，即J 1 、J 2 、J 3 ，由此可见，可控硅是一个四层三端三结大功率半导体器件。

三、可控硅的工作原理

为了搞清可控硅的导通和关断条件，可用上图所示的电路做实验说明。可控硅与灯泡串联经开关S1接到电源Ea上，门极与阴极经开关S2接到电源Eg上。开关S 1 、S2皆为双掷开关，可有正、零、反3种位置。

1、电源Ea的正极接阳极A、负极接阴极K，称可控硅承受正向阳极电压。

2、电源Ea的负极接阳极A、正极接阴极K，称可控硅承受反向阳极电压。

3、电源Eg的正极接门极G、负极接阴极K，称可控硅承受正向门极电压。

4、电源Eg的负极接门极G、正极接阴极K，称可控硅承受反向门极电压。

四、可控硅的主要参数

1、正向重复峰值电压(断态重复峰值电压)UDRM

可控硅阳、阴极间加上正向电压而控制极不加电压时，可控硅处于正向阻断状态。

在门极断开或可控硅处于正向阻断的情况下，结温为额定值时，允许重复加到可控硅阳极与阴极之间的正向峰值电压，称为正向重复峰值电压，用符号UDRM表示。

2、反向重复峰值电压URRM

在门极断开的情况下，结温为额定值时，允许重复加到可控硅阳极与阴极之间的反向峰值电压，称为反向重复峰值电压，用符号URRM表示。

3、额定电压UT

通常取UDRM与URRM中的较小者作为可控硅的额定电压。在实际应用中，由于可控硅的过电压、过电流能力差，所以在选择可控硅额定电压值时，一般取实际工作时最大电压的2~3倍。例如，单相交流电路中的有效值为220V，最大值为311V，则可控硅的额定电压应选用600V、700V或者800V。

4、通态平均电压UT(AV)

在规定的环境温度和标准散热条件下，元件通以正弦半波额定电流时，阳极与阴极之间的电压降平均值称为通态平均电压,用符号U~T(AV)表示。UT(AV)~是有级别的，即从A级到I级，A级为0.4V，,I级为1.2V。

5、额定电流(额定通态平均电流)IT(AV)

在环境温度为40℃和规定的冷却条件下，当结温稳定且不超过额定结温时，可控硅阳极与阴极之间允许通过的正弦半波电流平均值，称为可控硅的额定电流，用符号I~T(AV)表示。实际中由于可控硅的过电流能力较差，选择额定电流时应考虑1.52倍的安全裕量。

6、维持电流IH

在规定的环境温度和门极断开的情况下，维持可控硅继续导通所需的最小阳极电流称为维持电流，用符号IH表示。当可控硅的阳极电流小于维持电流时，可控硅关断。