可控硅（Silicon controlled   rectifier) ，縮寫(xiě)為SCR，是一種半導(dǎo)體器件，主要用于需要小功率驅(qū)動(dòng)和控制大功率設(shè)備的場(chǎng)合它最早誕生于20世紀(jì)50年代，由貝爾實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家William Shockley在研究半導(dǎo)體時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)一個(gè)晶體管的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，并于1964年被科學(xué)家擴(kuò)展為晶閘管（thyristor），也就是現(xiàn)代可控硅的雛形。SCR的結(jié)構(gòu)由N型和P型硅材料組成，其間夾有pnp結(jié)和npn結(jié)在某些條件下，可以通過(guò)增加正向和反向電壓來(lái)控制電流。它可用作高效率的開(kāi)關(guān)或調(diào)節(jié)裝置、開(kāi)關(guān)損耗低、可靠性高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，其主要用途是用于交流控制和DC控制，如控制電視機(jī)、電冰箱、空調(diào)、電動(dòng)機(jī)等家電。此后，SCR不斷得到改進(jìn)和發(fā)展，包括提高其性能、減小體積、降低成本等，已成為電子電氣控制領(lǐng)域的重要器件之一。

可控硅整流器SCR是一種四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的器件，類似于晶體管。它由三個(gè) pn 接點(diǎn)組成（也就是 p 半導(dǎo)體、N 半導(dǎo)體和 p 半導(dǎo)體）夾在中間的 n 型半導(dǎo)體稱為觸發(fā)控制電極。在某些條件下，可以通過(guò)增加正負(fù)電壓來(lái)控制電流可控硅整流器通常有兩個(gè)主電極：陽(yáng)極和陰極以及控制電極（柵極）陰極摻雜最重，柵極和陽(yáng)極的摻雜程度較低。中心 N 型層僅輕度摻雜且比其他層厚，其優(yōu)點(diǎn)是增加或減少材料的電子或空穴濃度，從而改變半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能。在SCR器件中，陰極的重?fù)诫s可以使其提供足夠的電子到達(dá)P區(qū)的基極，從而成為驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)的觸發(fā)電流。然而，為了防止反向漏電流過(guò)大，柵極和陽(yáng)極的重?fù)诫s程度較低。

晶閘管有三個(gè)接點(diǎn)，即 J1、J2 和 J3。陽(yáng)極連接到具有 PNPN 結(jié)構(gòu)的 P 型材料，陰極連接到 N 型材料。柵極連接到陰極附近的 P 型材料。

當(dāng)觸發(fā)脈沖施加到晶閘管的控制電極時(shí)，器件開(kāi)始導(dǎo)通，電流從陽(yáng)極流向陰極。導(dǎo)通操作后，只有當(dāng)電流降至零或被反向阻斷時(shí)，設(shè)備才會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。可控硅的導(dǎo)通能力是雙向的作為開(kāi)關(guān)或調(diào)節(jié)裝置，它可以允許電流沿陽(yáng)極流入或流出。

可控硅的工作原理涉及到半導(dǎo)體材料的物理特性，可以分為三個(gè)階段

關(guān)態(tài)（Off State）：當(dāng)晶閘管的控制電極未被觸發(fā)時(shí)，器件處于關(guān)斷狀態(tài)。此時(shí)，p-n 結(jié)之間沒(méi)有電流流動(dòng)，即沒(méi)有電壓或電流可以施加于負(fù)載。該器件的電阻極高，即千兆歐姆的電阻，這是一種高度絕緣的狀態(tài)。

開(kāi)啟過(guò)程（Turn-  process）：

當(dāng)合適的電脈沖接入控制電極時(shí)，晶閘管可以開(kāi)始導(dǎo)通，電流從陽(yáng)極流向陰極，器件進(jìn)入導(dǎo)通過(guò)程。這個(gè)過(guò)程也稱為“觸發(fā)（Turn-on）通過(guò)在控制電極和陽(yáng)極之間填充高電壓，一些額外的能量被施加到中間半導(dǎo)體，并且它被接通。當(dāng)中間 n 半導(dǎo)體的實(shí)際電流長(zhǎng)度足夠高時(shí)，可以保持這種狀態(tài)。

關(guān)斷過(guò)程（Turn-Off   process）：相應(yīng)地，關(guān)斷過(guò)程將晶閘管從導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。這是通過(guò)短路控制電極和陽(yáng)極來(lái)實(shí)現(xiàn)的（或增加陰極電壓）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在這個(gè)過(guò)程中，中間的 n 半導(dǎo)體要損失足夠的電流來(lái)恢復(fù)堵塞。此時(shí)，p-n 結(jié)之間的電流可以被離子逆轉(zhuǎn)（流向陽(yáng)極的電流）來(lái)維持。可控硅的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的電子運(yùn)動(dòng)和電場(chǎng)，有靜態(tài)運(yùn)行、動(dòng)態(tài)反饋和保持功能可以實(shí)現(xiàn)精確的功率控制。

導(dǎo)通特性

它可以分為單向可控硅整流器（Uni-Direction   thyristor）和雙向可控硅（Bi-Direction   thyristor）

單向可控硅：又稱單向晶閘管，只能單向?qū)щ姡娏髦荒軓年?yáng)極流向陰極。它適用于大多數(shù)交流電源應(yīng)用，如電磁爐、交流電機(jī)控制等。

雙向可控硅：也稱為雙向晶閘管，它可以雙向?qū)щ姡娏骺梢詮年?yáng)極流向陰極、它也可以從陰極流向陽(yáng)極。它廣泛應(yīng)用于地區(qū)電網(wǎng)的交流調(diào)節(jié)、直流變流器、電力電子調(diào)節(jié)、在線圈驅(qū)動(dòng)器等領(lǐng)域，無(wú)論柵極直流電壓還是反向電壓，只要施加的柵極電壓和柵極驅(qū)動(dòng)電流足夠大，雙向晶閘管就會(huì)被觸發(fā)導(dǎo)通。根據(jù)雙向晶閘管的主電路電壓和正負(fù)門(mén)極電壓，雙向晶閘管的觸發(fā)情況可分為四種情況。用坐標(biāo)系表示，它可以在右邊分成四個(gè)象限。

T2連接到正極，T1連接到負(fù)極；g觸發(fā)信號(hào)是正電壓——的第一象限

T2連接到正極，T1連接到負(fù)極；g連續(xù)觸發(fā)負(fù)電壓——第二種現(xiàn)象

T2連接到負(fù)電極，T1連接到正電極；g觸發(fā)信號(hào)是正電壓——的第四象限

T2連接到負(fù)電極，T1連接到正電極；g觸發(fā)信號(hào)是負(fù)電壓——的第三象限

封裝形式

外觀類別：通常有螺栓形、扁平形和平底形根據(jù)其表面的覆蓋層又可分為塑封可控硅和金屬層可控硅塑封可控硅由于體積小，表面覆蓋一層塑料外殼、價(jià)格低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常用于批量生產(chǎn)。金屬封裝表面覆蓋一層穩(wěn)定的金屬層，可以有效保護(hù)晶閘管，防止其被靜電損壞它具有穩(wěn)定性和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備中、高壓電源等領(lǐng)域。

加工封裝類型：可控硅的封裝形式如下：TO-92、TO-126、TO-202AB、TO-220、TO-220AB、TO-3P、SOT-89、TO-251、TO-252等

電流容量

小電流可控硅：小于數(shù)十安：多用于廣告牌、照明控制等小功率電器的驅(qū)動(dòng)。

中電流可控硅：數(shù)百安至數(shù)千安：能夠控制中等功率設(shè)備的開(kāi)關(guān)，如電機(jī)控制、變頻器等。

大電流可控硅：數(shù)萬(wàn)安：主要用于電力設(shè)備、工業(yè)設(shè)備控制等領(lǐng)域。

斷速度分類

標(biāo)準(zhǔn)可控硅：其關(guān)斷速度較慢，主要用于功率控制、電氣負(fù)荷和中頻爐及焊接設(shè)備等。

高速可控硅：GTO、IGCT具有高開(kāi)關(guān)速度和強(qiáng)關(guān)斷特性，主要用于電力電子設(shè)備、高壓直流輸電等領(lǐng)域。

根據(jù)可控硅的觸發(fā)類型，其應(yīng)用電路可分為三類

可控硅

直流(DC)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路：電壓源EG接通開(kāi)關(guān)S，產(chǎn)生的電流流經(jīng)RG向SCR提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加到SCR的G極以接通SCR，然后柵極信號(hào)被移除，SCR保持接通。

脈沖（PULSE）信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路：可控硅DC信號(hào)驅(qū)動(dòng)的功耗較大，容易導(dǎo)致元件溫度過(guò)高為了降低工作期間的溫升，SCR觸發(fā)電路可以產(chǎn)生單個(gè)脈沖或多個(gè)脈沖來(lái)精確控制SCR觸發(fā)。通常這種觸發(fā)方式會(huì)和光耦一起使用，一方面起到電氣隔離的作用，在電路工作時(shí)可以減少干擾信號(hào)的影響，因?yàn)榫чl管容易受到外界噪聲的干擾，造成自身的誤導(dǎo)。

交流信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路：可控硅交流信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路是日常應(yīng)用中最常用的電路，它從同一個(gè)交流電源獲得觸發(fā)信號(hào)在正半周，SCR處于正向阻斷狀態(tài)，只有在一定的電壓值下，驅(qū)動(dòng)電極電流才能高到導(dǎo)通SCR。SCR的精確觸發(fā)時(shí)間由電阻器R控制，而二極管D確保只有正電流施加于驅(qū)動(dòng)電極。此外，在實(shí)際電路應(yīng)用中，交流和脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)常一起使用。

常見(jiàn)故障

開(kāi)路失效（Open circuit   circuit   fault）：當(dāng)SCR裝置發(fā)生故障時(shí)，開(kāi)路故障是最常見(jiàn)的故障之一。這種失效模式會(huì)導(dǎo)致器件完全失效，無(wú)法控制任何電流或電壓此時(shí)，必須更換整個(gè)設(shè)備，才能再次使用。

短路失效（Short circuit   circuit fault）：短路故障是另一種常見(jiàn)的晶閘管故障模式，它發(fā)生在過(guò)載或器件使用異常的情況下。這種失效模式會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極和陰極之間短路，從而導(dǎo)致器件燒毀或損壞。

熱失效（Thermal   fault）：由于晶閘管在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，因此在高負(fù)載條件下運(yùn)行時(shí)可能會(huì)發(fā)生熱故障。這種失效模式會(huì)導(dǎo)致器件性能的退化或損壞，表現(xiàn)為漏電流或電沉積等缺陷。

壽命衰竭（Aging   failed）：SCR器件的壽命是有限的，其固有特性會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生微小的變化。隨著使用次數(shù)的增加，器件性能可能會(huì)下降，出現(xiàn)漏電流電阻變大等問(wèn)題。

電壓擊穿（Voltage   breakdown）：在使用可控硅時(shí)，當(dāng)電壓過(guò)高時(shí)，電流可能被電暈或電擊穿，導(dǎo)致器件失效或燒毀。

熱管理：在SCR的安裝和使用過(guò)程中，需要有效地控制電流和電壓，防止溫度過(guò)高。可控硅在高負(fù)載或高溫下使用時(shí)，需要使用散熱器或風(fēng)扇等工具來(lái)維持元器件的正常工作。

過(guò)電壓保護(hù)：過(guò)電壓是SCR失效的主要原因之一。為了防止這種情況發(fā)生，可以使用過(guò)壓保護(hù)器、電壓調(diào)節(jié)器或電容器和其他組件來(lái)保護(hù)SCR。

過(guò)流保護(hù)：過(guò)電流也是導(dǎo)致SCR失效的原因之一。當(dāng)電流過(guò)大時(shí)，為了降低熱損壞和擊穿可控硅的風(fēng)險(xiǎn)，有必要使用過(guò)電流保護(hù)電路或斷路器。

觸發(fā)電路保護(hù)：可控硅的觸發(fā)電路受到電流或電壓干擾，可能導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正確觸發(fā)。為了避免這種情況，可以增加一個(gè)電容或電感來(lái)抑制瞬時(shí)干擾電壓或電流。

選擇合適的規(guī)格：選擇合適的SCR規(guī)格非常重要。應(yīng)根據(jù)負(fù)載電壓、電流和頻率等參數(shù)，選擇合適的晶閘管。同時(shí)，在使用過(guò)程中，必須遵循SCR的規(guī)范和說(shuō)明，以避免過(guò)載、高壓、在高溫和其他條件下使用。