矽控整流器（Silicon Controlled Rectifier）

矽控整流器（Silicon Controlled Rectifier）

矽控整流器（Silicon Controlled Rectifier）簡稱SCR，是一種三端點的閘流體(thyristor)元件，用以控制流到負載的電流。SCR的電路符號如圖所示。其中A極是陽極（anode）、K是陰極（cathode）、G是閘極（gate）。

閘極的電壓必須比陰極高，才會形成P－N順向導通，這時若A極的電壓大於陰極，就會如同二極體一般的導通。一旦進入導通狀態，除非SCR電流小於 Ih，否則 SCR 會持續的導通。

缺點是無法用於高頻工作，易受雜訊電壓尖突（voltage spike）而錯誤導通，工作溫度範圍有限制。

SCR的特性如圖所示，在(0)-(1)之間是順向阻擋或截止區。(1)是是轉折（breakover）點，此時的電壓是VBF，電流是IS（亦稱為導通電流）。導通後，電壓下降，電流會迅速增加，進入導通區(2)-(3)。

1. 當 SCR順向電壓大於 VBF 時導通。
2. 其觸發電壓 VBF 可由閘極電流 iG 的大小加以控制。
3. 當 SCR電流小於 Ih 時截止。
4. SCR在反向偏壓時，阻斷所有反向電流；除非反向偏壓超過最大值VBR。

若在SCR的閘極加上一短暫的脈波電流，SCR就會導通，其閘極電流IG從閘極經過陰極流出。SCR的閘極和陰極之間的pn接面為標準型二極體接面，但要使此接面有閘極電流IG，加在閘極和陰極間之電壓VGK應稍大於0.6V，大部份SCR導通所需的閘極電流IGT約在0.1到50 mA之間。

當SCR的閘極加上順向電壓時，SCR被觸發導通。在閘極與陰極間加順向偏壓VGG，調整VGG大小，發現愈大的IG電流，SCR在VAK陽極-陰極之間所需的導通電壓愈小，且SCR的保持電流IH也會稍為降低。如圖所示，當IG=0，所需的導通電壓VF(BO)最大；在IG1時，導通電壓降到V1；在IG4時，導通電壓降到V4。

一個簡單的SCR半波（half wave）控制電路。

使用三用電錶判別SCR的方法

首先判別閘極到陰極之間的接面：

1. 將三用電錶撥到測量電組R檔。
2. 將三用電錶的紅色測試棒(負電壓)接SCR的陰極K，黑色測試棒(正電壓)接閘極G，這時SCR應該導通。
3. 根據上述的方法，只要將SCR的三支腳反覆地測試，就可分辨A、G、K三極。

判別SCR正常的方法：

1. 將三用電錶撥到測量電組R檔。
2. 將三用電錶的紅色測試棒(負電壓)接SCR的陰極，黑色測試棒(正電壓)接陽極，這時SCR不會導通。將黑棒的分支同時接觸閘極時，SCR就會導通，小心地將黑棒分支移開閘極（但是黑棒絕對不能離開陽極），SCR仍然會保持著導通的狀態。

SCR的三支接腳（A、G、K）因包裝而不同。

SCR導通的基本方法有以下三種：
1.閘極加順向電壓觸發方式
2.陽極順向崩潰導通方式
3.電壓或電流變動速率過高的導通方式

以閘極電壓觸發SCR的導通方式

順向崩潰的導通方式電壓變動比率（dv/dt）過高的導通方式

在SCR的電路，防止dv／dt過大造成誤動作的對策。

在SCR的電路，預防di／dt過大，可在陽極上串聯一個小電感，如圖。電感對瞬間電流會產生反電動勢（counter electromotive force，CEMF）或呈開路，達到保護作用。

SCR關閉或截止的基本方式

SCR一旦被觸發後，就與閘極無關。因此，使SCR截止的方法，應從陽極A與陰極K之間的關係著手。

要使SCR關閉沒有電流，所需的總時間為截止時間（turn off time，toff），通常SCR toff時間在10至200μs之間。

關閉或截止SCR有兩種基本方式：
1. 使陽極電流為零，或給與相反方向的電流，使電流在保持電流（holding current）IH以下。
2. 使陽極電壓為零，或給與相反極性的電壓，強迫SCR關閉。

使SCR關閉的電路約可歸納為以下四種。
(a). 阻止陽極電流流過SCR，使SCR截止
(b). 利用反向電流，使SCR截止
(c). 利用變換電容的電壓方向強迫SCR截止
(d). 利用瞬間短路的方法

使用換向電路（commutation circuit）關閉SCR：

當SCR1閘極觸發後，負載電流IL導通。電感L1的左半在負載電路上。當負載電流增加，電流經L1，產生磁場，使L1的右半感應一個正電壓。此正電壓使電容C充電。二極體D阻止C經負載電源和電感放電。當SCR2的閘極被觸發而導通，電容被接到跨於SCR1之上。此時C的正極接到SCR1的陰極，負端接到SCR1的陽極。電容C使SCR1逆向偏壓，將它截止。

傳導角就是當SCR導通期間內，在整個2π週期內所佔的角度數。

當導火延遲角為60°，圖(b)顯示SCR端電壓VAK，和負載端電壓的理想波形。

當導火延遲角為120°，圖 (c)顯示SCR端電壓VAK，和負載端電壓的理想波形。

SCR簡單的觸發電路，圖(b)和(c)顯示不同 VAK和IG的波形。

改良的SCR閘極控制電路，最簡易的方法是在閘極電阻之下，接上一個電容器，如圖所示。此電路最大的優點為：可擴充調整導火延遲角的角度，並不侷限於90°之內。圖中可變電位計（potentiometer）R2的值愈大，電容C充電需要較長時間，因此SCR的導火延遲角愈大。

改良的SCR閘極控制電路，在圖(a)的閘極接線上多加一電阻R3，使得電容之正電壓須超過0.6 V才能觸發SCR。又因加入電組R3，電容C的電壓也要再高一些，方能有足夠的閘極觸發電流IGT流經電組R3而進入閘極。因為電容C所需的電壓較高，故可使導火延遲角更加大。

以蕭克萊二極體（Shockley diode 小信號肖克利二極體已不再生產）控制的 SCR閘極控制電路，前述的閘極控制電路都有溫度效應，導火動作不一致的缺點。改為使用定壓轉態（breakover）元件如蕭克萊二極體（Shockley diode）以控制閘極的導火角。

單向全波控制電路，使用兩個不同的觸發電路，分別來觸發兩個SCR。實際上，通常使用單一觸發元件來完成雙半週的觸發工作，即單一觸發電路完成雙半週觸發工作，可確保此兩半週具有相同的導火延遲角。

圖(a)為SCR的另一組雙向全波控制電路，在此電路中，SCR1在正半週時導火，而SCR2則於負半週時導火，流向負載的電流為雙向。圖(b)為另一種電路的接法，圖(c)為其負載電壓的波形，導火延遲角約為120° 。

圖4.36(a)係以單一的SCR來控制交流電源兩半週的全波橋式電路。負載一端接四個二極體A～D組成的電橋（diode bridge），另一端接電源線，當電源於正半週時，二極體A和二極體C都是順向偏壓，當SCR導火時，電源電壓可提供負載。當電源於負半週時，二極體B和二極體D形成順向偏壓，當SCR導火時，交流電源也供應到負載上，但供應負載電流和正半週反向。故負載電壓波形和上圖相同。

SCR控制的三相電路