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晶闸管软起动的原理及应用林燕一、引言1977年美国航空航天局(NASA)FrankNole工程师获得了一项节电器专利，初期称为“功率因数控制器”，此后又有许多公司和个人开发了十几种节电器。
1982年FrankNole又作了二点改进，一是省掉取样电阻而改为监视晶闸管两端电压，二是采取了反馈控制技术，使空载时电动机电压进一步减小，节电率大大提高，正式定名为“节电器”（POWERSAVER）。
我国也开发了节电器，但实际使用效果不佳，未能广泛推广使用。
1983年后，上海市相继引进了一系列的节电器产品，在对引进的节电器消化吸收的基础上，上海，西安等地研制出了新型节电器，其性能达到并超过引进的同类产品，为进一步推广节电器创造了条件，国内市场上从上世纪90年代开始把软启动器作为电机节能的首选产品。
晶闸管软起动产品问世不过30年左右的时间。
它是当今电力电子器件长足进步的结果。
10年前，电气工程界就有人指出，晶闸管软起动将引发软起动行业的一场革命。
晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电器公司开发出世界上第一晶闸管产品，并于1958年使其商业化。
它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。
二、晶闸管软起动的原理晶闸管软起动通过控制单元发出PWM波来控制晶闸管触发脉冲，以控制晶闸管的导通，从而实现对电机起动的控制。
在分析软起动原理之前先强调以下几个术语：(1)触发角α：指从晶闸管正向电压起到加触发脉冲为止的这一期间对应的电角度。
(2)导通角θ：指晶闸管在一个周期内导通的时间所对应的角度。
(3)续流角φ：感性负载电流滞后于它所对应的相电压的相角。
目录1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1。
2 直流电动机调压调速可控整流电源设计简介 (1)1。
3 课题设计要求 (1)1.4 课题主要内容 (2)2 主电路设计 (3)2.1 总体设计思路 (3)2.2 系统结构框图 (3)2。
3 系统工作原理 (4)2。
4 对触发脉冲的要求 (5)3 主电路元件选择 (6)3.1 晶闸管的选型 (6)4 整流变压器额定参数计算 (7)4。
1 二次相电压U2 (7)4.2 一次与二次额定电流及容量计算 (8)5 触发电路的设计 (10)6 保护电路的设计 (12)6.1 过电压的产生及过电压保护 (13)6。
2 过电流保护 (13)7 缓冲电路的设计 (14)8 总结 (17)1 绪论1.1 课题背景当今,自动化控制系统已在各行各业得到广泛的应用和发展，而自动调速控制系统的应用在现代化生产中起着尤为重要的作用，直流调速系统是自动控制系统的主要形式.由可控硅整流装置供给可调电压的直流调速系统（简称KZ—D系统）和旋转变流机组及其它静止变流装置相比，不仅在经济性和可靠性上有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。
可控硅虽然有许多优点,但是它承受过电压和过电流的能力较差，很短时间的过电压和过电流就会把器件损坏。
为了使器件能够可靠地长期运行,必须针对过电压和过电流发生的原因采用恰当的保护措施.为此，在变压器二次侧并联电阻和电容构成交流侧过电压保护;在直流负载侧并联电阻和电容构成直流侧过电压保护;在可控硅两端并联电阻和电容构成可控硅关断过电压保护；并把快速熔断器直接与可控硅串联，对可控硅起过流保护作用。
随着电力电子器件的大力发展，该方面的用途越来越广泛.由于电力电子装置的电能变换效率高，完成相同的工作任务可以比传统方法节约电能10%~40％，因此它是一项节能技术，整流技术就是其中很重要的一个环节.1.2 直流电动机调压调速可控整流电源设计简介该系统以可控硅三相桥式全控整流电路构成系统的主电路，采用同步信号为锯齿波的触发电路，本触发电路分成三个基本环节：同步电压形成、移相控制、脉冲形成和输出。
目录目录.............................................................................................................................................................................. 第9章电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介 . 09.1 电力二极管的应用简介 09.1.1 电力二极管的种类 09.1.2 各种常用的电力二极管结构、特点和用途 09.1.3 电力二极管的主要参数 09.1.4 电力二极管的选型原则 (1)9.2 电力晶体管的应用简介 (2)9.2.1 电力晶体管的主要参数 (2)9.2.2 电力晶体管的选型原则 (2)9.3 晶闸管的应用简介 (3)9.3.1 晶闸管的种类 (3)9.3.2 各种常用的晶体管结构、特点和用途 (3)9.3.3 晶闸管的主要参数 (4)9.3.4 晶闸管的选型原则 (5)9.4 总结 (6)第9章电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介9.1 电力二极管的应用简介电力二极管（Power Diode）在20世纪50年代初期就获得应用，当时也被称为半导体整流器；它的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管相同，都以半导体PN结为基础，实现正向导通、反向截止的功能。
电力二极管是不可控器件，其导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。
电力二极管实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。
9.1.1 电力二极管的种类电力二极管主要有普通二极管、快速恢复二极管和肖特基二极管。
9.1.2 各种常用的电力二极管结构、特点和用途名称结构特点、用途实例图片整流二极管多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中。
其反向恢复时间较长，一般在5s以上，其正向电流定额和反向电压定额可以达到很高。
可控硅的原理和应用说起可控硅，这东西听起来挺高大上的，其实啊，它就是我们生活中无处不在的一个小小半导体器件，全名叫可控硅整流元件，也有人叫它晶闸管。
你可别小看它，它可是有三个PN结的四层结构呢，就像个复杂的四层小楼房，里面住着阳极（A）、阴极（K）和控制极（G）这三个“居民”。
可控硅这家伙，工作原理挺有意思的。
你得先给它阳极加个正向电压，就像给它喂了点“开胃菜”。
然后呢，再给它控制极一个正向触发电压，就像按下了启动按钮，它就开始工作了。
这一触发，就像是给电路世界里的一个开关，打开了通往无限可能的大门。
记得我第一次学可控硅的时候，看着那些复杂的电路图和符号，简直是一头雾水。
不过呢，后来慢慢琢磨，发现它其实就是个“智能开关”。
你想啊，电流在它这里，就像水流在管道里，可控硅就是那个能控制水流开关和流量的阀门。
可控硅的应用啊，那可真是多了去了。
比如说在电力控制方面，它能实现交流电的无触点控制，就像个电力世界的魔术师，用小电流就能控制大电流，让电力系统运行得更加高效和稳定。
家用电器里，它可是个常客，调光灯、调速风扇、空调、电视机、电冰箱、洗衣机这些设备的控制电路里，都有它的身影。
它就像一个细心的管家，帮你调节设备的亮度、速度和电压，让你的生活更加舒适和便捷。
工业控制方面，可控硅也是功不可没。
在自动化生产线上，它控制着电机的启动、停止和调速等操作，就像个工业世界的指挥官。
在温度控制系统中，它调节着加热元件的功率输出，实现温度的精确控制，就像个精准的温控大师。
还有啊，可控硅还有一些特殊的种类，比如逆导可控硅、快速恢复可控硅、光控可控硅等等。
它们各自有着独特的本领，适用于不同的场景。
比如快速恢复可控硅，它的关断时间特别短，能在高频应用中大展身手。
光控可控硅呢，则是通过光信号来触发导通，适用于需要电气隔离的场合，安全性特别高。
记得有一次，我在一个工厂里看到他们用可控硅来控制一个大功率电机。
那个电机体积庞大，运转起来震耳欲聋。
晶闸管整流电路在实际中的应用作者：阳根民来源：《现代职业教育·中职中专》2015年第01期[摘 ; ; ; ; ;要] ;随着我国科学技术的发展，电子电力技术也得到了一定程度的发展。
晶闸管作为电子电力技术中的一项重要的部分，其性能以及功能方面也逐渐地被人们所重视。
近年来，电力电子中的晶闸管整流技术在各方面都突飞猛进，取得了骄人的成绩。
本文就针对晶闸管整流电路在实际中应用的问题进行一次深入的探讨。
[关 ; 键 ; ;词] ;晶闸管;整流电路;应用;电力电子[中图分类号] ;TN710 ; ; ; ; ; ;[文献标志码] ;A [文章编号] ;2096-0603（2015）02-0018-02近年来，随着我国科学技术行业的迅猛发展，晶闸管整流电路作为电力电子技术重要的组成部分，被广泛应用于工业等各个行业中，同时，可控硅整流的发展更是促进了电力电子技术的发展和应用。
又因为晶闸管整流电路其特有的性质，能承受较高容量的电压和电流，并且整流电路可以根据其本质的不同来划分为单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电、单相半波可控整流电路以及单相全波可控整流电路。
晶闸管整流电路在实际中起着重要的作用，因此对其研究具有重大的意义。
下面就针对晶闸管整流电路在实际中的应用极其相关方面进行详细的分析研究。
一、晶闸管的发展和原理晶闸管是一种大功率的整流原件，是一种半导体器件，在整流过程中，整流电压是可以控制的，也就是说当输入给整流电路的交流电压值一定时，那么其输出的电压就可以均匀地被调节控制。
近年来，随着我国科学技术行业的迅猛发展，晶闸管作为电力电子技术重要的组成部分，被广泛地应用于工业等行业中，而可控硅整流的发展更是促进了电力电子技术的发展和应用。
如我们所知，晶闸管整流电路在实际中起着重要的作用，在晶闸管的发展下，伴随着电子电力技术也得到了一定程度的发展;晶闸管作为电子电力技术中的一项重要的部分，其性能以及功能方面也逐渐地被人们所重视。
IGBT与晶闸管两者都是开关元件，IGBT驱动功率小而饱IGBT的栅极G和发射极E1.整流元件（晶闸管）简单地说：整流器是把单相或三相正弦交流电流通过整流元件变成平稳的可调的单方向的直流电流。
其实现条件主要是依靠整流管,晶闸管等元件通过整流来实现.除此之外整流器件还有很多,如:可关断晶闸管GTO,逆导晶闸管，双向晶闸管，整流模块,功率模块IGBT,SIT,MOSFET 等等,这里只探讨晶闸管.晶闸管又名可控硅,通常人们都叫可控硅.是一种功率半导体器件,由于它效率高,控制特性好,寿命长,体积小等优点,自上个世纪六十长代以来,获得了迅猛发展,并已形成了一门独立的学科.“晶闸管交流技术”。
晶闸管发展到今天，在工艺上已经非常成熟，品质更好，成品率大幅提高，并向高压大电流发展。
目前国内晶闸管最大额定电流可达5000A，国外更大。
我国的韶山电力机车上装载的都是我国自行研制的大功率晶闸管。
晶闸管的应用：一、可控整流如同二极管整流一样，可以把交流整流为直流，并且在交流电压不变的情况下，方便地控制直流输出电压的大小即可控整流，实现交流——可变直流二、交流调压与调功利用晶闸管的开关特性代替老式的接触调压器、感应调压器和饱和电抗器调压。
为了消除晶闸管交流调压产生的高次谐波，出现了一种过零触发，实现负载交流功率的无级调节即晶闸管调功器。
交流——可变交流。
三、逆变与变频直流输电：将三相高压交流整流为高压直流，由高压直流远距离输送以减少损耗，增加电力网的稳定，然后由逆变器将直流高压逆变为50HZ三相交流。
直流——交流中频加热和交流电动机的变频调速、串激调速等变频，交流——频率可变交流四、斩波调压（脉冲调压）斩波调压是直流——可变直流之间的变换，用在城市电车、电气机车、电瓶搬运车、铲车（叉车）、电气汽车等，高频电源用于电火花加工。
五、无触点功率静态开关（固态开关）作为功率开关元件，代替接触器、继电器用于开关频率很高的场合晶闸管导通条件:晶闸管加上正向阳极电压后，门极加上适当正向门极电压，使晶闸管导通过程称为触发。
晶闸管的工作原理在中频炉中整流侧关断时间采用KP-60微秒以内，逆变侧关短时间采用KK-30微秒以内这也是KP管与KK管的主要区别晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。
晶闸管的工作条件：1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受和种电压，晶闸管都处于关短状态。
2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。
3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。
4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。
从晶闸管的内部分析工作过程：晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结图1，可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管图2当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导铜，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。
图2中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。
因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门机电流Ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。
设PNP 管和NPN管的集电极电流相应为Ic1和Ic2；发射极电流相应为Ia和Ik；电流放大系数相应为a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，设流过J2结的反相漏电电流为Ic0,晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为Ik=Ia+Ig从而可以得出晶闸管阳极电流为：I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2））（1—1）式硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a1和a2随其发射极电流的改变而急剧变化如图3所示。
当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未受电压的情况下，式（1—1）中，Ig=0,(a1+a2)很小，故晶闸管的阳极电流Ia≈Ic0 晶闸关处于正向阻断状态。
可控硅的一些基本知识摘要：可控硅(Silicon Controlled Rectifier) 简称SCR，是一种大功率电器元件，也称晶闸管。
它具有体积小、效率高、寿命长等优点。
在自动控制系统中，可作为大功率驱动器件，实现用小功率控件控制大功率设备。
它在交直流电机调速系统、调功系统及随动系统中得到了广泛的应用。
可控硅分单向可控硅和双向可控硅两种可控硅(Silicon Controlled Rectifier) 简称SCR，是一种大功率电器元件，也称晶闸管。
它具有体积小、效率高、寿命长等优点。
在自动控制系统中，可作为大功率驱动器件，实现用小功率控件控制大功率设备。
它在交直流电机调速系统、调功系统及随动系统中得到了广泛的应用。
可控硅分单向可控硅和双向可控硅两种。
双向可控硅也叫三端双向可控硅，简称TRIAC。
双向可控硅在结构上相当于两个单向可控硅反向连接，这种可控硅具有双向导通功能。
其通断状态由控制极G决定。
在控制极G上加正脉冲(或负脉冲)可使其正向(或反向)导通。
这种装置的优点是控制电路简单，没有反向耐压问题，因此特别适合做交流无触点开关使用。
结构编辑大家使用的是单向晶闸管，也就是人们常说的普通晶闸可控硅管，它是由四层半导体材料组成的，有三个PN结，对外有三个电极第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。
从晶闸管的电路符号可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。
以硅单晶为基本材料的P1N1P2N2四层三端器件,起始于1957年，因为它的特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称晶闸管T，又因为晶闸管最初的在静止整流方面，所以又被称之为硅可控整流元件，简称为可控硅SCR。
在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件(俗称"死硅")更为可贵的可控性。
晶闸管的工作原理在中频炉中整流侧关断时间采用KP-60微秒以内，逆变侧关短时间采用KK-30微秒以内这也是KP管与KK管的主要区别晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。
晶闸管的工作条件：1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受和种电压，晶闸管都处于关短状态。
2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。
3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。
4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。
从晶闸管的内部分析工作过程：晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结图1，可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管图2当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导铜，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。
图2中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。
因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门机电流Ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。
设PNP 管和NPN管的集电极电流相应为Ic1和Ic2；发射极电流相应为Ia和Ik；电流放大系数相应为a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，设流过J2结的反相漏电电流为Ic0,晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为Ik=Ia+Ig从而可以得出晶闸管阳极电流为：I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2））（1—1）式硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a1和a2随其发射极电流的改变而急剧变化如图3所示。
当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未受电压的情况下，式（1—1）中，Ig=0,(a1+a2)很小，故晶闸管的阳极电流Ia≈Ic0 晶闸关处于正向阻断状态。
三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差三相半波可控整流电路是应用广泛的一种AC/DC转换电路，它通常被用于直流马达的控制、焊接设备、电力负载控制等领域。
在三相半波可控整流电路中，三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差，这是一个重要的设计要点。
本文将从以下几个方面逐步阐述这一电路的工作原理。
首先，需要了解晶闸管的基本特点。
晶闸管是一种半导体器件，其特点是带有四个电极——阳极、阴极、控制电极和门极。
当控制电极与门极之间施加一定的电压，晶闸管就可以导通，反之，如果没有施加电压，晶闸管就无法导通。
晶闸管的通态与断态是由施加在控制电极上的电压脉冲来控制的。
在三相半波可控整流电路中，有三个晶闸管。
这三个晶闸管的作用是将三个相间的交流电压同时半波可控整流，输出带有直流成分的电压。
三个晶闸管的触发脉冲相位按照相序依次互差，可以有效地减小整流的峰值电流和脉动电流，提高整体的工作效率。
那么，如何实现三个晶闸管的相序依次互差呢？一种常用的方法是通过延迟触发电路来实现。
在这种方法中，每个晶闸管的触发电路都包含了一个时间延迟电路，可以实现从一个晶闸管的触发脉冲到下一个晶闸管的触发脉冲的时间差。
这个时间差应该为正值，以确保相序按照相序依次互差。
另外，需要注意的是，三相半波可控整流电路中还有一个最小可触发电压问题。
当控制电极和门极之间的电压达到一定值时，晶闸管就可以导通。
而这个最小可触发电压是与负载有关的，因此需要在设计时考虑到负载的特性。
如果最小可触发电压设置得过高，会导致晶闸管难以导通，整流电路的效率会下降；而如果设置得过低，则会导致晶闸管整流处于不稳定状态，可能会损坏晶闸管，甚至引起电路故障。
综上所述，三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差是为了减小峰值电流和脉动电流，提高整体的工作效率。
为实现这个目的，需要采用延迟触发电路来控制三个晶闸管的触发时间顺序，并且需要合理设置最小可触发电压，以确保整流电路的稳定性和可靠性。
上海交通职业技术学院学生毕业论文毕业论文题目晶闸管的基础知识和在可控整流技术方面的应用专业港口物流设备与自动控制学号0910032姓名指导老师目录目录 (1)摘要 (2)1 绪论 (3)1.1 课题背景及发展方向 (3)1.2 本文主要工作 (3)2 晶闸管元件 (4)2.1晶闸管元件简介 (4)2.1.1.单向晶闸管的工作原理和主要参数 (4)2.1.2 双向晶闸管的工作原理和主要参数 (7)3.晶闸管的应用 (10)3.1 单相半波可控整流电路 (11)3.1.1电阻性负载 (11)3.1.2电感性负载及续流二极管 (13)3.1.3反电动势负载 (17)结束语 (19)参考文献 (20)致谢 (21)晶闸管的基础知识和在可控整流技术方面的应用李坤清摘要：晶闸管是晶体闸流管的简称，俗称可控硅整流器（SCR ,SiliconControlled Rectifier）,简称可控硅，其规范术语是反向阻断三端晶闸管。
晶闸管是一种既具有开关作用，又具有整流作用的大功率半导体器件，应用于可控整流变频、逆变及无触点开关等多种电路。
对它只要提供一个弱点触发信号，就能控制强电输出。
所以说它是半导体器件从弱电领域进入强电领域的桥梁。
目前为止，晶闸管是电子工业中应用最广泛的半导体器件，尽管有各种不同的新型半导体材料不断出现，但半导体材料中98%仍是硅材料，硅材料仍是集成电路产业的基础，其中晶闸管具有体积小、重量轻、功率高、寿命长等优点而得到广泛应用。
晶闸管的作用主要有以下几种，1.变流整流，2.调压，3. 变频，4.开关（无触点开关）。
普通晶闸管最基本的用途就是可控整流。
大家熟悉的二极管整流电路属于不可控整流电路。
如果把二极管换成晶闸管，就可以构成可控整流电路、逆变、电机调速、电机励磁、无触点开关及自动控制等方面。
在电工技术中，常把交流电的半个周期定为180°，称为电角度。
这样，在U2的每个正半周，从零值开始到触发脉冲到来瞬间所经历的电角度称为控制角α；在每个正半周内晶闸管导通的电角度叫导通角θ。
很明显，α和θ都是用来表示晶闸管在承受正向电压的半个周期的导通或阻断范围的。
通过改变控制角α或导通角θ，改变负载上脉冲直流电压的平均值UL，实现了可控整流。
晶闸管的功用不仅是整流，它还可以用作无触点开关以快速接通或切断电路，实现将直流电变成交流电的逆变，将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电，等等。
本文主要论述晶闸管的基本原理、主要参数以及在可控整流技术方面的应用。
关键词：晶闸管可控硅半导体可控整流技术1绪论1.1 课题的背景及发展方向半导体硅材料自从60年代被广泛应用于各类电子元器件以来，其用量平均大约以每年12～16%的速度增长。
半导体硅材料以丰富的资源、优质的特性、日臻完善的工艺以及广泛的用途等综合优势而成为了当代电子工业中应用最多的半导体材料。
六十年代末七十年代初，在全国曾掀起过一个“可控硅”热。
这个热潮持续甚久，影响很大，因而国内至今仍有人认为功率半导体的主体就是可控硅。
七十年代末，可控硅发展成为一个大家族并冠以一个标准化的名称“晶闸管”。
由于以开关技术调节功率，所以在器件上的损耗很小，因此被誉为节能的王牌。
其应用更是遍及各个领域。
六七十年代，各种类型的晶闸管有很大的发展，其服务对象是以工业应用为主，包括电力系统、机车牵引等。
到了八九十年代，由于功率MOSFET的兴起，使电力电子步入了一个新的领域，为近代蓬勃发展的4C产业：即communication、computer、consumer、car（通信、计算机、消费电子、汽车）提供了新的活力。
二十一世纪前后，功率半导体器件的发展进入了第三阶段，即集成电路结合愈来愈紧密的阶段。
从目前电子工业的发展来看，尽管有各种新型的半导体材料不断出现，但硅仍是集成电路产业的基础，半导体材料中98％是硅。
半导体器件的95%以上是用硅材料制作的，90%以上的大规模集成电路(LSI)、超大规模集成电路(VLSI)、甚大规模集成电路(ULSI)都是制作在高纯优质的硅抛光片和外延片上的。
硅片被称作集成电路的核心材料，硅材料产业的发展和集成电路的发展紧密相关。
半导体硅材料分为多晶硅、单晶硅、硅外延片以及非晶硅、浇注多晶硅、淀积和溅射非晶硅等。
晶闸管又叫可控硅。
自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管（就是人们常说的普通晶闸管）、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管，等等。
当功率半导体器件不断发展时，前一阶段的主导产品并未退出历史舞台，晶闸管至今仍是一种重要产品。
1.2本文主要工作本文主要简单介绍了普通晶闸管的工作原理以及主要参数，想借此让读者对晶闸管有个大概的了解。
并介绍了一些晶闸管在单相半波可控整流技术方面的应用。
限于本人学术水平，本文中并没有什么特别创新的技术和思想。
只是想通过对晶闸管原理和常见实际应用的介绍，让更多的人关注晶闸管的发展并积极投身晶闸管的理论和实际应用的研究，让晶闸管能为人类做出更多更大的贡献。
2晶闸管元件2.1晶闸管元件简介晶闸管又叫可控硅，是半导体晶体闸流管的简称，它是一种用小电流控制大电流开关型半导体器件, 常用的有普通晶闸管（又称单向晶闸管）和双向晶闸管两大类，由于具有体积小、质量轻、效率高、寿命长、耐振、无噪声、使用方便等优点。
因此在很短的时间内引起了国内、外,工、农业生产各部门极大的重视, 被广泛应用到各种生产设备和家用电器上。
按其工作原理大致可以分为四类。
1.整流:把交流电变为大、小可调的直流电。
2.逆变:把直流电变为一定频率的交流电。
3.直流开关:作直流回路开关或直流调压。
4.交流开关:作交流回路开关或交流调压。
按其服务对象来分,可用于工业、农业、国防、交通、运输、矿山、冶金、轻工、化工等部门。
在性能上，晶闸管不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件（俗称“死硅”）更为可贵的可控性。
它只有导通和关断两种状态。
晶闸管能以毫安级电流控制大功率的机电设备，如果超过此频率，因元件开关损耗显著增加，允许通过的平均电流相降低，此时，标称电流应降级使用。
晶闸管的优点很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪音；效率高，成本低等等。
晶闸管的缺点：静态及动态的过载能力较差；容易受干扰而误导通。
下面就单向晶闸管和三端双向晶闸管这两类晶闸管分别做个简单介绍。
2.1.1.单向晶闸管的工作原理和主要参数一．闸管工作原理单向晶闸管的内部结构示意如图1（a）所示。
由图1（a）可见，单向晶闸管由四层半导体P1N1P2N2组成，中间有3个PN结；J1,J2和J3结，由P1区引出阳极A，N2区引出阴极K，中间的P2区引出控制极（或称为门极）G。
单向可控硅的电路符号如图1（b）所示。
图1 单向晶闸管示意图和电路符号（a）结构示意图；（b）电路符号为了理解单向晶闸管的工资原理，可以把单向晶闸管等效地看成一个PNP型晶体管T1与一个NPN型晶体管T2组合而成，中间的P2层和N1层半导体为两个晶体管共用，阳极A相当于T1的发射极，阴极K相当于T2的发射极，如图2所示。
图2 单向晶闸管的工作原理（a）等效结构；（b）等效电路理解单向晶闸管工作原理的关键是了解控制极的作用。
（1）控制极不加电压或加反向电压当控制极悬空或者控制极与阴极之间加反向电压，即UGK ＜0时，必有IG=0.如果在阳极与阴极之间加反向电压，即UAK ＜0,由于T1,T2的发射结J,J2均处于反向偏置，T1,T2处于截止状态，此时流过单向晶闸管中的电流只是J1,J3结的反向饱和电流，IA≈0,单向晶闸管处以阻断状态；如果在阳极与阴极之间加正向电压，即UAK ＞0,J2结处于反偏状态，由于IG=0,T2必处于截止状态，此时单向晶闸管中的电流只是J2结的反向饱和电流，IA≈0,单向晶闸管仍处于阻断状态。
所以，当控制极不加电压或加反向电压时，IG=0,单向晶闸管处于阻断状态，具有正、反阻断能力。
（2）控制极加正向电压当控制极与阴极之间加正向电压，即UGK ＞0时，T2的发射结J3处于正向偏置，IG ≠0。
如果在阳极与阴极之间加反向电压，即UAK＜0,由于T1的发射结J1处于反向偏置，T1处于截止状态，所以单向晶闸管处于阻断状态，IA≈0；如果阳极与阴极之间加正向电压，即UAK ＞0,由于T1,T2的发射结J1,J3处于正向偏置，集电结J2处于反向偏置，T1,T2将处于放大状态。
IG经T2放大后，T2的集电极电流I2C =β2IG, T2的集电极电流又是T1的基极电流，经T1放大，T1集电极电流I1C =β1β2IG,此电流又流入T2的基极进行放大，如此循环，就形成了很强的正反馈，使T1,T2很快进入饱和状态，单向晶闸管处于导通状态。
单向晶闸管导通后，阳极与阴极之间电压UAK的数值很小，外加电源电压几乎全部降在负载上。
（3）单向晶闸管的关断由以上分析可见，当单向晶闸管导通后，T2的基极始终有T1的集电极电流I1C 流过，而且I1C的数值要比开始外加的IG大得多，所以即使控制极电压消失，IG=0，仍可依靠管子本身的正反馈作用维持导通。
所以，一旦单向晶闸管导通后，控制极将失去控制作用。
单向晶闸管导通后，如果想使它重新关断，必须把阳极电流IA减小到使其不能维持正反馈，为此，可将阳极断开或在阳极与阴极之间加反向电压。
综上所述：在单向晶闸管阳极与阴极间加正向电压的条件下，如果某时刻在控制极与阴极之间加入正向电压，单向晶闸管将由阻断状态转为导通状态，称之为触发导通。
单向晶闸管导通后，控制极将失去控制作用，如果要重新关断单向晶闸管，必须使其阳极电流小于一定的值IH(称为维持电流)或使阳极与阴极之间电压UAK减小到零。
二．晶闸管的主要参数为了正确地使用单向晶闸管，不仅要了解它的工作原理，还需要掌握它的主要参数。
（1）正向重复峰值电压UFRM在控制极断开和单向晶闸管处于正向阻断的条件下，单向晶闸管的结温为额定值时，允许每秒50次，每次持续时间不大于10 ms可重复加在单向晶闸管上的正向峰值电压，称为正向重复峰值电压，用UFRM表示，一般规定次电压值为正向转折电压的80%。
（2）反向重复峰值电压URRM在与正向重复峰值电压相同的条件下，可以重复加在单向晶闸管上的反向峰值电压称为反向重复峰值电压，用URRM表示，一般为反向转折电压的80%。
（3）额定电压UN通常把UFRM 与URRM中较小的一个电压值作为单向晶闸管的额定电压。
这是考虑到实际中加在管子上的电影一般是正、负对称电压，故以数值小的电压为准。
但由于瞬时过电压也会损坏管子，故选择管子时，为了安全起见，要求管子的额定电压大于实际工作峰值电压的2～3倍。
