如何设计晶闸管（可控硅）电路？

上一篇研究了一下晶闸管的原理，了解到，晶闸管是一种以硅单晶为基本材料的 P1N1P2N2 四层三端器件。由于它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 Thyristor 。

又由于晶闸管最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅（ Silicon Controlled Rectifier ——SCR ）。

接下来，要看一看这个晶闸管怎么用。

一 用作开关

开关操作可谓是晶闸管最重要的应用之一，通常被用作固态继电器，它内部没有触点，不会有火花的困扰，同时，其内部也没有活动的刀，因此比继电器和机械开关具备更多优势，比如寿命更长。

我们先看一个直流电路中的应用，

晶闸管在正向偏置状态下，可通过短暂按下常开“ON”按钮S1触发导通。该按钮通过栅极电阻RG将栅极端子连接至直流电源，从而允许电流流入栅极。若RG的阻值相对于电源电压设置过高，可能导致晶闸管无法触发。

一旦电路被开启（“ON”状态），晶闸管将自我锁定并保持导通，即使在按钮释放后，只要负载电流大于晶闸管的锁定电流，电路仍将保持“ON”状态。此时，按钮的进一步操作（S1）对电路状态无任何影响，因为一旦晶闸管进入锁定状态，栅极将失去控制作用。此时，晶闸管处于完全导通状态，允许满载电路电流正向流过器件并返回至电池电源。

由于晶闸管已自锁到“ON”状态，因此只能通过中断电源并将阳极电流降低至晶闸管最小保持电流（I_H）值以下来复位电路。

断开常闭的“OFF”按钮（S2），使电路断开，将流过晶闸管的电路电流降至零，从而迫使它“关闭”，直到再次施加另一个门极信号。

是不是发现这个电路有些脱裤子放屁的感觉，既然有一个总开关了，为什么还要增加一个晶闸管来控制呢？ 其实只是避免打火而已，实现了一个软开关。

如果把前面的输入电压从直流改成交流，效果就立竿见影了。

在交流供电的时候，电压会有负半周期，这时，晶闸管的电流会从正值变为负值，中间就经历了电流逐渐减小为0的过程，因此，晶闸管会自动关闭。

不难看出，如果我们把S1开关常闭合，电灯等于只用了一半的功率。

如果我们可以快速的控制S1开关的开合，那么我们就有可能向利用PWM一样来控制点灯的功率了。

二 用作功率控制

如何控制S1的开关时机呢，我们先从半波功率调整入手。

上面电路中，我们可以调节R1的阻止，利用电阻R1和电容C的充电时间常数来进行相位控制，假设50Hz的交流电引入，每个半波持续10ms，我们可以通过控制充电时间在0-10ms之间来控制灯泡的供电时间，也就做到了功率可调。

早些年我们买的吊扇，还有照明灯的开关可以调节转速和亮度，里面就是用了这玩意。

当然也可以做到全波段的功率控制，要使用“晶闸管”实现 100% 全波交流控制。一种方法是在二极管桥式整流器电路中包含单个晶闸管，将交流电转换为通过晶闸管的单向电流。更常见的方法是使用两个反向并联的晶闸管。更实用的方法是使用单个双向可控硅，因为该设备可以双向触发，因此适合交流开关应用。

上图中的双向可控硅，每当电流过零时候，可控硅都会关闭一次，我们检测到过零点以后，延时一段时间在给IG一个电流，就可以控制每个周期内可控硅导通的时间，进而控制负载LOAD的功率。

三 固态继电器（SSR）：

固态继电器使用固态元件（BJT、晶闸管、IGBT、MOSFET 和 TRIAC）来执行开关操作。

工作原理：

固态继电器由一个传感器组成，该传感器也是一个电子设备，响应控制信号以打开或关闭负载电源。固态继电器分为不同的类型，但主要类型包括光耦合固态继电器和变压器耦合固态继电器。

在变压器耦合固态继电器中，通过 DC 到 AC 转换器向变压器的初级提供一个小的 DC 电流，然后将该电流转换为交流电并升压以操作固态器件（如下面是：TRIAC）以及触发电路。

简单来说，固态继电器是一种没有移动触点的继电器，在操作方面，固态继电器与具有移动触点的机械继电器相似，但是固态继电器采用半导体开关元件，例如晶闸管、三端双向可控硅开关、二极管和晶体管。

固态继电器最常见的应用是交流负载的切换，无论是控制交流电源的开/关切换、调光、电机速度控制还是需要其他电源，这些交流负载可以使用具有长寿命和高开关速度的固态继电器通过低电流直流电压轻松控制。