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1.7 晶闸管或SCR应用

SCR应用 | SCR开关、交流与直流功率控制​

在本教程中，我们将学习一些常见的SCR应用。SCR的应用包括开关、交流与直流电路中的功率控制、过电压保护等。

由于SCR具有多种优势，例如能够在低门极电流的响应下从关断状态导通，并且能够切换高电压，这使得SCR或晶闸管被广泛应用于多种场合。让我们详细了解一下这些SCR应用：

SCR应用：​

SCR的应用包括开关、整流、调节、保护等。SCR用于家用电器控制，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，SCR用于控制电机速度、电池充电和功率转换。以下是一些具体应用的解释。

SCR作为开关​

开关操作是SCR最重要的应用之一。SCR常被用作固态继电器，与电磁继电器或开关相比，SCR具有更多优势，因为SCR中没有活动部件。

下图展示了SCR作为开关的应用，用于控制负载的供电。通过向SCR施加交替的触发脉冲来控制施加到负载的交流电源。电阻R1和R2分别保护二极管D1和D2。电阻R限制门极电流的流动。

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在输入信号的正半周期间，SCR1正向偏置，而SCR2反向偏置。如果闭合开关S，通过二极管D1向SCR1施加门极电流，因此SCR1导通。因此，电流通过SCR1流向负载。

同样，在信号的负半周期间，SCR2正向偏置，而SCR1反向偏置。如果闭合开关S，门极电流通过二极管D2流向SCR2。因此，SCR2导通，负载电流通过它流动。

因此，通过控制开关S，可以在任何期望的位置控制负载电流。可以观察到，这个开关处理几毫安的电流来控制负载中几百安的电流。因此，这种开关方法比机械或机电开关更有优势。

使用SCR进行功率控制​

SCR能够控制传输到负载的功率。通常需要根据负载需求（如电机速度控制和调光器）来改变传输到负载的功率。

在这种情况下，使用传统的可调电位器来改变功率并不可靠，因为会消耗大量功率。为了减少高功率电路中的功率损耗，SCR是作为功率控制器件的最佳选择。

使用SCR进行交流功率控制​

在交流电路中，相位控制是SCR功率控制最常见的方式。在相位控制中，通过改变门极端子处的触发角α，实现功率控制。

下图展示了一个全交流波控制电路，说明了相位控制方法。假设交流电源被施加到两个反并联的SCR上。在信号的正半周期间，SCR1导通；而在负半周期间，当施加适当的门极脉冲时，SCR2导通。

通过改变施加到相应SCR的触发角，改变导通时间。这导致负载消耗的功率发生变化。在下图中，SCR在延迟脉冲（即触发角增加）时被触发，结果是传输到负载的功率减少。

相位控制的主要优点是，SCR在交流电流的每个零点位置都会自动关断。因此，不需要换流电路来关断SCR。

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使用SCR进行直流功率控制​

在直流电路中，通过改变SCR的导通和关断持续时间来改变传输到负载的功率。这种方法被称为斩波或ON-OFF控制。下图展示了使用SCR对负载进行简单ON-OFF控制的电路。

也可以以一定的触发频率切换SCR，从而使流向负载的电流发生变化。这种电路的一个例子是基于PWM的SCR电路，用于向负载提供可变输出。

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通过使用相位控制整流器电路，可以向负载提供可变的直流功率。通过控制SCR的导通瞬间，控制传输到负载的平均直流功率。以下是一些整流器电路：

单相半波整流器​

下图展示了使用SCR的单相半波整流器电路。一个与可变电阻串联的二极管连接到门极，负责触发SCR。

  • 在交流输入信号的负半周期间，SCR反向偏置。因此，没有电流通过负载。
  • 在输入信号的正半周期间，SCR正向偏置。如果调节电阻，使得最小触发电流施加到门极，那么SCR导通。因此，电流开始流向负载。
  • 如果门极电流更高，SCR导通时的电源电压将更低。SCR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间调节。
  • 因此，通过改变触发角或门极电流（通过改变此电路中的电阻），可以使SCR导通部分或整个正半周期，从而使传输到负载的平均功率发生变化。
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单相全波整流器​

在全波整流器中，输入电源的正负半波都被整流。因此，与半波整流器相比，直流电压的平均值更高，且纹波含量更少。下图展示了一个由两个SCR和中心抽头变压器组成的全波整流器电路。

  • 在输入信号的正半周期间，SCR1正向偏置，而SCR2反向偏置。通过施加适当的门极信号，SCR1导通，因此负载电流开始通过它流动。
  • 在输入信号的负半周期间，SCR2正向偏置，而SCR1反向偏置。通过门极触发，SCR2导通，因此负载电流通过SCR2流动。
  • 因此，通过改变施加到SCR的触发电流，改变传输到负载的平均功率。
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单相全波桥式整流器​

除了使用中心抽头变压器外，还可以使用四个SCR以桥式配置来实现全波整流。在输入信号的正半周期间，SCR1和SCR2导通。在负半周期间，SCR3和SCR4导通。通过改变各自的门极电流来调节每个晶闸管的导通角。因此，负载两端的输出电压发生变化。

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使用SCR进行过电压保护​

由于SCR的快速开关动作，SCR的一个常见应用是作为保护器件。用于过电压保护的电路称为Crowbar电路。

下图展示了一个使用SCR的Crowbar电路。这个Crowbar电路连接在要保护的电路或负载两端。这个电路由一个由齐纳二极管触发的SCR组成。这个齐纳二极管被选为在正常工作条件下，它作为一个断开的开关。

因此，电阻两端的电压为零，因此SCR保持在关断状态。

每当电源电压超过规定范围时，齐纳二极管开始导通，电阻两端出现足够的电压。这将SCR驱动到导通模式。由于SCR处于导通状态，其两端的电压降低，从而保护负载免受过电压的影响。

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