单片机控制可控硅新技术：基于物联网和人工智能的应用

# 1. 单片机控制可控硅概述

可控硅是一种重要的半导体功率器件，广泛应用于工业自动化、智能家居等领域。单片机是一种微型计算机，具有强大的控制能力和丰富的接口资源。将单片机与可控硅相结合，可以实现对可控硅的精确控制，从而满足各种应用需求。

本章将介绍单片机控制可控硅的基本原理和应用领域。首先，我们将介绍可控硅的结构、工作原理和特性。然后，我们将讨论单片机控制可控硅的原理，包括接口电路设计和软件实现。最后，我们将探讨单片机控制可控硅在调光、调速等实际应用中的应用。

# 2. 单片机控制可控硅理论基础

### 2.1 可控硅的原理和特性

#### 2.1.1 可控硅的结构和工作原理

可控硅（SCR）是一种三端半导体器件，由一个阳极（A）、一个阴极（K）和一个控制极（G）组成。其内部结构如图 2.1 所示。

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图 2.1 可控硅内部结构

可控硅的等效电路如图 2.2 所示。

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图 2.2 可控硅等效电路

当阳极与阴极之间施加正向电压时，P1 和 N1 之间形成正向偏置的 PN 结，P2 和 N2 之间形成反向偏置的 PN 结。此时，可控硅处于关断状态。

当控制极与阴极之间施加正向电压时，P1 和 N2 之间形成正向偏置的 PN 结，P2 和 N1 之间形成反向偏置的 PN 结。此时，可控硅处于导通状态。

#### 2.1.2 可控硅的特性和参数

可控硅的主要特性和参数包括：

| 参数 | 含义 |
|---|---|
| 正向关断电压 | 可控硅在正向关断状态下所能承受的最大电压 |
| 正向通态电压 | 可控硅在正向导通状态下所能承受的最大电压 |
| 正向通态电流 | 可控硅在正向导通状态下所能通过的最大电流 |
| 反向关断电压 | 可控硅在反向关断状态下所能承受的最大电压 |
| 反向漏电流 | 可控硅在反向关断状态下流过的电流 |
| 控制极触发电流 | 使可控硅导通所需的最小控制极电流 |
| 保持电流 | 使可控硅保持导通状态所需的最小阳极电流 |

### 2.2 单片机控制可控硅的原理

#### 2.2.1 单片机控制可控硅的接口电路

单片机控制可控硅需要通过接口电路连接，常用的接口电路有光耦隔离电路和驱动电路。

**光耦隔离电路**

光耦隔离电路可以隔离单片机和可控硅之间的电气连接，防止单片机受到可控硅的干扰。光耦隔离电路的原理如图 2.3 所示。

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图 2.3 光耦隔离电路

当单片机输出高电平时，光耦的发光二极管（LED）导通，光敏三极管（LDR）导通，可控硅导通。

**驱动电路**

驱动电路可以放大单片机的输出电流，增强单片机对可控硅的控制能力。驱动电路的原理如图 2.4 所示。

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图 2.4 驱动电路

当单片机输出高电平时，三极管 Q1 导通，可控硅导通。

#### 2.2.2 单片机控制可控硅的软件实现

单片机控制可控硅的软件实现需要根据可控硅的控制要求编写程序。常用的控制方法有：

**定时控制**

定时控制是通过单片机定时器产生周期性的脉冲信号，控制可控硅的导通和关断时间。定时控制的流程图如图 2.5 所示。

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图 2.5 定时控制流程图

**中断控制**

中断控制是通过单片机外部中断信号触发可控硅的导通和关断。中断控制的流程图如图 2.6 所示。

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图 2.6 中断控制流程图

# 3. 单片机控制可控硅实践应用

### 3.1 基于单片机的可控硅调光系统

#### 3.1.1 调光系统的硬件设计

基于单片机的可控硅调光系统主要由单片机、可控硅、光电耦合器、电位器、变压器和灯泡等元器件组成。系统硬件设计框图如下图所示：

graph LR
subgraph 单片机
    A[单片机]
end
subgraph 可控硅
    B[可控硅]
end
subgraph 光电耦合器