晶閘管是高速固態(tài)器件，可用于控制電機，加熱器和燈具

在上一篇教程中，我們研究了可控硅整流器的基本結(jié)構(gòu)和操作通常稱為晶閘管。這次我們將看看如何使用晶閘管和晶閘管開關(guān)電路來控制更大的負載，如燈，電機或加熱器等。

我們之前說過，為了得到晶閘管轉(zhuǎn)向“接通”當晶閘管處于正向時，我們需要向柵極（G）端子注入一個小的觸發(fā)脈沖電流（不是連續(xù)電流），即陽極，（ A）相對于陰極（K）是正的，用于再生鎖存。

典型的晶閘管

通常，此觸發(fā)脈沖的持續(xù)時間僅需幾微秒，但柵極脈沖施加的時間越長，內(nèi)部雪崩擊穿的速度越快，晶閘管的“開啟”時間越快，但最大門限不得超過電流。一旦被觸發(fā)并完全導通，晶閘管（陽極到陰極）上的電壓降合理地恒定在大約1.0V，所有陽極電流值都達到其額定值。

但是請記住，雖然這是一次晶閘管開始導通，即使沒有門控信號也繼續(xù)導通，直到陽極電流降低到低于保持電流的設(shè)備（I H ），并且低于該值，它自動變?yōu)椤癘FF”。然后，與雙極晶體管和FET不同，晶閘管不能用于放大或控制開關(guān)。

晶閘管是專門設(shè)計用于高功率開關(guān)應用的半導體器件，不具備放大器的能力。晶閘管只能在開關(guān)模式下工作，其作用類似于開關(guān)或閉合開關(guān)。一旦通過其柵極端子觸發(fā)導通，晶閘管將始終保持導通（通過電流）。因此，在直流電路和一些高感應交流電路中，必須通過單獨的開關(guān)或關(guān)斷電路人為地減小電流。

直流晶閘管電路

當連接到直流電路時供電時，晶閘管可用作直流開關(guān)，以控制較大的直流電流和負載。當使用晶閘管作為開關(guān)時，它的行為類似于電子鎖存器，因為一旦激活它就會保持在“ON”狀態(tài)，直到手動復位?？紤]下面的直流晶閘管電路。

直流晶閘管開關(guān)電路

這個簡單的“開關(guān)“晶閘管觸發(fā)電路使用晶閘管作為開關(guān)來控制燈，但它也可以用作電動機，加熱器或一些其他這種直流負載的開關(guān)控制電路。晶閘管正向偏置，通過短暫關(guān)閉常開“ON”按鈕 S 1 觸發(fā)導通，通過該按鈕將柵極端子連接到直流電源。柵極電阻， R G 因此允許電流流入柵極。如果 R G 的值相對于電源電壓設(shè)置得太高，晶閘管可能不會觸發(fā)。

電路一旦轉(zhuǎn)動 - “ON”，即使釋放按鈕，它也會自鎖并保持“ON”，只要負載電流大于晶閘管鎖存電流。按鈕的其他操作， S 1 將對電路狀態(tài)沒有影響，因為一旦“鎖定”Gate失去所有控制。晶閘管現(xiàn)在完全“接通”（導通），允許滿載電路電流正向流過器件并返回電池電源。

在直流電路中使用晶閘管作為開關(guān)的主要優(yōu)點之一是它具有非常高的電流增益。晶閘管是電流操作設(shè)備，因為較小的柵極電流可以控制更大的陽極電流。

柵極 - 陰極電阻 R GK 以降低Gate的靈敏度并增加其dv / dt能力，從而防止誤觸發(fā)器件。

當晶閘管自鎖進入“ON”狀態(tài)時，電路只能通過中斷電源并將陽極電流降低到晶閘管最小保持電流（ I H ）值以下來復位。

打開常閉“OFF”按鈕， S 2 斷開電路，將流過晶閘管的電路電流減小到零，從而強制它“再關(guān)閉”直到另一個門信號再次應用為止。

然而，這種直流晶閘管電路設(shè)計的一個缺點是機械常閉“OFF”開關(guān) S 2 需要當觸點打開時，足夠大以處理流過晶閘管和燈的電路功率。如果是這種情況，我們可以用大型機械開關(guān)更換晶閘管。解決這個問題并減少對更強大的“OFF”開關(guān)的需求的一種方法是將開關(guān)與晶閘管并聯(lián)連接，如圖所示。

替代直流晶閘管電路

這里晶閘管開關(guān)像以前一樣接收所需的端電壓和門脈沖信號，但前一電路的較大的常閉開關(guān)是替換為與晶閘管并聯(lián)的較小的常開開關(guān)。激活開關(guān) S 2 會暫時在晶閘管陽極和陰極之間產(chǎn)生短路，從而通過將保持電流降至最小值以下來阻止器件導通。

交流晶閘管電路

當連接到交流電源時，晶閘管的行為與之前的直流連接電路不同。這是因為交流電源周期性地反轉(zhuǎn)極性，因此交流電路中使用的任何晶閘管將自動反向偏置，使其在每個周期的一半中轉(zhuǎn)為“關(guān)閉”?？紤]下面的交流晶閘管電路。

交流晶閘管電路

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上述晶閘管觸發(fā)電路在設(shè)計上類似于DC SCR電路，除了省略額外的“OFF”開關(guān)和包含二極管 D 1 以防止反向偏置應用于門。在正弦波形的正半周期期間，器件正向偏置，但開關(guān) S 1 打開，零柵極電流施加到晶閘管并保持“OFF” ”。在負半周期，器件反向偏置，無論開關(guān) S 1 的條件如何，都將保持“OFF”。

如果切換 S 1 關(guān)閉，在每個正半周期開始時，晶閘管完全“關(guān)閉”但不久之后將有足夠的正觸發(fā)電壓，因此電流出現(xiàn)在閘門將晶閘管和燈“打開”。

晶閘管現(xiàn)在在正半周期內(nèi)鎖定 - “ON”，當正半周結(jié)束且陽極電流低于保持電流值時，晶閘管將自動再次“關(guān)閉”。

在下一個負半周期內(nèi)，器件完全“關(guān)閉”，直到下一個正半周期，此過程重復，并且只要開關(guān)閉合，晶閘管就會再次導通。

然后在這種情況下，燈將僅接收來自AC電源的一半可用功率，因為晶閘管像整流二極管一樣工作，并且僅在正向半周期正向偏置時傳導電流。晶閘管繼續(xù)為燈提供半功率，直到開關(guān)打開。

如果可以快速轉(zhuǎn)動開關(guān) S 1 ON和OFF為了使晶閘管在每個正半周期的“峰值”（90 o ）點接收到其柵極信號，器件僅導通正半周期的一半。換句話說，傳導僅發(fā)生在正弦波的一半的一半中，這種情況會導致燈接收“四分之一”或交流電源可用總功率的四分之一。

通過精確改變門脈沖和正半周期之間的時序關(guān)系，可以使晶閘管提供負載所需的任何百分比功率，介于0％和50之間％。顯然，使用這種電路配置，它不能為燈提供超過50％的功率，因為它在反向偏置的負半周期內(nèi)不能導通?？紤]下面的電路。

半波相位控制

相位控制最多通常形式的晶閘管AC功率控制和基本AC相位控制電路可以如上所示構(gòu)造。這里晶閘管的柵極電壓來自RC充電電路，通過觸發(fā)二極管， D 1 。

在晶閘管的正半周期內(nèi)正向偏置，電容， C 通過電阻 R 1 在AC電源電壓之后充電。僅當 A 點的電壓上升到足以使觸發(fā)半導體D 1 導通并且電容放電到晶閘管的柵極將其“接通”。導通開始周期正半周的持續(xù)時間由可變電阻設(shè)定的RC時間常數(shù)控制， R 1 。

增加 R 1 的值具有延遲提供給晶閘管Gate的觸發(fā)電壓和電流的效果，這又導致器件導通時間的滯后。結(jié)果，器件導通的半周期的分數(shù)可以控制在0和180 o 之間，這意味著可以調(diào)節(jié)燈消耗的平均功率。但是，晶閘管是一個單向器件，因此在每個正半周期內(nèi)只能提供最大50％的功率。

有多種方法可以實現(xiàn)100％全波AC控制“晶閘管”。一種方法是在二極管橋式整流器電路中包括單個晶閘管，其將AC轉(zhuǎn)換為通過晶閘管的單向電流，而更常見的方法是使用反向并聯(lián)連接的兩個晶閘管。更實用的方法是使用單個Triac，因為該器件可以在兩個方向上觸發(fā)，因此適合AC開關(guān)應用。