雙向可控硅觸發(fā)電路設(shè)計(jì)技巧經(jīng)驗(yàn)分享
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雙向可控硅簡(jiǎn)介
“雙向可控硅”：是在普通可控硅的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，它不僅能代替兩只反極性并聯(lián)的可控硅，而且僅需一個(gè)觸發(fā)電路，是比較理想的交流開(kāi)關(guān)器件。其英文名稱TRIAC即三端雙向交流開(kāi)關(guān)之意。
雙向可控硅特點(diǎn)及應(yīng)用
雙向可控硅可被認(rèn)為是一對(duì)反并聯(lián)連接的普通可控硅的集成，工作原理與普通單向可控硅相同。雙向可控硅有兩個(gè)主電極T1和T2，一個(gè)門極G，門極使器件在主電極的正反兩個(gè)方向均可觸發(fā)導(dǎo)通，所以雙向可控硅在第1和第3象限有對(duì)稱的伏安特性。雙向可控硅門極加正、負(fù)觸發(fā)脈沖都能使管子觸發(fā)導(dǎo)通，因此有四種觸發(fā)方式。雙向可控硅應(yīng)用為正常使用雙向可控硅，需定量掌握其主要參數(shù)，對(duì)雙向可控硅進(jìn)行適當(dāng)選用并采取相應(yīng)措施以達(dá)到各參數(shù)的要求。
耐壓級(jí)別的選擇：通常把VDRM（斷態(tài)重復(fù)峰值電壓）和VRRM（反向重復(fù)峰值電壓）中較小的值標(biāo)作該器件的額定電壓。選用時(shí)，額定電壓應(yīng)為正常工作峰值電壓的2~3倍，作為允許的操作過(guò)電壓裕量。
電流的確定：由于雙向可控硅通常用在交流電路中，因此不用平均值而用有效值來(lái)表示它的額定電流值。由于可控硅的過(guò)載能力比一般電磁器件小，因而一般家電中選用可控硅的電流值為實(shí)際工作電流值的2~3倍。同時(shí)，可控硅承受斷態(tài)重復(fù)峰值電壓VDRM和反向重復(fù)峰值電壓VRRM時(shí)的峰值電流應(yīng)小于器件規(guī)定的IDRM和IRRM。
通態(tài)（峰值）電壓VTM的選擇：它是可控硅通以規(guī)定倍數(shù)額定電流時(shí)的瞬態(tài)峰值壓降。為減少可控硅的熱損耗，應(yīng)盡可能選擇VTM小的可控硅。
維持電流：IH是維持可控硅保持通態(tài)所必需的最小主電流，它與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高，則IH越小。
電壓上升率的抵制：dv/dt指的是在關(guān)斷狀態(tài)下電壓的上升斜率，這是防止誤觸發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。此值超限將可能導(dǎo)致可控硅出現(xiàn)誤導(dǎo)通的現(xiàn)象。由于可控硅的制造工藝決定了A2與G之間會(huì)存在寄生電容。
雙向可控硅構(gòu)造原理
盡管從形式上可將雙向可控硅看成兩只普通可控硅的組合，但實(shí)際上它是由7只晶體管和多只電阻構(gòu)成的功率集成器件。小功率雙向可控硅一般采用塑料封裝，有的還帶散熱板。典型產(chǎn)品有BCMlAM（1A/600V）、BCM3AM（3A/600V）、2N6075（4A/600V），MAC218-10（8A/800V）等。大功率雙向可控硅大多采用RD91型封裝。
雙向可控硅屬于NPNPN五層器件，三個(gè)電極分別是T1、T2、G。因該器件可以雙向?qū)?，故除門極G以外的兩個(gè)電極統(tǒng)稱為主端子，用T1、T2表示，不再劃分成陽(yáng)極或陰極。其特點(diǎn)是，當(dāng)G極和T2極相對(duì)于T1，的電壓均為正時(shí)，T2是陽(yáng)極，T1是陰極。反之，當(dāng)G極和T2極相對(duì)于T1的電壓均為負(fù)時(shí)，T1變成陽(yáng)極，T2為陰極。雙向可控硅由于正、反向特性曲線具有對(duì)稱性，所以它可在任何一個(gè)方向?qū)ā?/span>
雙向可控硅觸發(fā)電路設(shè)計(jì)技巧
在用電器中，導(dǎo)體與半導(dǎo)體零件的選擇是至關(guān)重要的。各類材質(zhì)如何使用，要看我們對(duì)知識(shí)的掌握程度。一般來(lái)說(shuō)，在一些功率較大、且鏈接在強(qiáng)電網(wǎng)絡(luò)的用電器中，我們會(huì)選擇雙向可控硅。雙向可控硅硅是一種功率半導(dǎo)體器件，也稱雙向晶閘管，在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，可作為功率驅(qū)動(dòng)器件，由于雙向可控硅沒(méi)有反向耐壓?jiǎn)栴}，控制電路簡(jiǎn)單，因此特別適合做交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)使用。在今天的文章中，我們將會(huì)就雙向可控硅的觸發(fā)電路設(shè)計(jì)技巧展開(kāi)簡(jiǎn)要介紹。
相信各位工程師們?cè)诳煽毓桦娐返脑O(shè)計(jì)過(guò)程中都非常清楚的一點(diǎn)是，雙向可控硅在用電器中觸發(fā)電路的抗干擾問(wèn)題很重要，通常都是通過(guò)光電耦合器將單片機(jī)控制系統(tǒng)中的觸發(fā)信號(hào)加載到可控硅的控制極。為減小驅(qū)動(dòng)功率和可控硅觸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的干擾，交流電路雙向可控硅的觸發(fā)常采用過(guò)零觸發(fā)電路。過(guò)零觸發(fā)是指在電壓為零或零附近的瞬間接通。由于采用過(guò)零觸發(fā)，因此上述電路還需要正弦交流電過(guò)零檢測(cè)電路。
1、過(guò)零檢測(cè)電路
圖1和圖2中主要介紹了雙向可控硅使用的兩種情況，我們可以清晰的看出，圖1的目的是提高效率，而圖2則顯示了過(guò)零檢測(cè)電路A、B兩點(diǎn)電壓輸出波形。在圖1中，為了提高效率，使觸發(fā)脈沖與交流電壓同步，要求每隔半個(gè)交流電的周期輸出一個(gè)觸發(fā)脈沖，且觸發(fā)脈沖電壓應(yīng)大于4V，脈沖寬度應(yīng)大于20us。圖中BT為變壓器，TPL521-2為光電耦合器，起隔離作用。當(dāng)正弦交流電壓接近零時(shí)，光電耦合器的兩個(gè)發(fā)光二極管截止，三極管T1基極的偏置電阻電位使之導(dǎo)通，產(chǎn)生負(fù)脈沖信號(hào)，T1的輸出端接到單片機(jī)80C51的外部中斷0的輸入引腳，以引起中斷。在中斷服務(wù)子程序中使用定時(shí)器累計(jì)移相時(shí)間，然后發(fā)出雙向可控硅的同步觸發(fā)信號(hào)。這樣的電路檢測(cè)就是過(guò)零檢測(cè)電路。
2、過(guò)零觸發(fā)電路
過(guò)零觸發(fā)電路的圖示就是圖3，在圖片中，我們可以看到光電耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器。光電偶爾雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器是光電耦合器的一種，用來(lái)驅(qū)動(dòng)雙向可控硅BCR并且起到隔離的作用，R6為觸發(fā)限流電阻，R7為BCR門極電阻，防止誤觸發(fā)，提高抗干擾能力。當(dāng)單片機(jī)80C51的P1.0引腳輸出負(fù)脈沖信號(hào)時(shí)T2導(dǎo)通，MOC3061導(dǎo)通，觸發(fā)BCR導(dǎo)通，接通交流負(fù)載。另外，若雙向可控硅接感性交流負(fù)載時(shí)，由于電源電壓超前負(fù)載電流一個(gè)相位角，因此，當(dāng)負(fù)載電流為零時(shí)，電源電壓為反向電壓，加上感性負(fù)載自感電動(dòng)勢(shì)el作用，使得雙向可控硅承受的電壓值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電源電壓。雖然雙向可控硅反向?qū)?，但容易擊穿，故必須使雙向可控硅能承受這種反向電壓。一般在雙向可控硅兩極間并聯(lián)一個(gè)RC阻容吸收電路，實(shí)現(xiàn)雙向可控硅過(guò)電壓保護(hù)，圖3中的C2、R8為RC阻容吸收電路。
3、結(jié)束語(yǔ)
雙向可控硅過(guò)零觸發(fā)電路主要應(yīng)用于單片機(jī)控制系統(tǒng)的交流負(fù)載控制電路，可以控制電爐、交流電機(jī)等大功率交流設(shè)備，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明工作安全、可靠。本文重點(diǎn)介紹了過(guò)零檢測(cè)、觸發(fā)電路。至于軟件設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，當(dāng)過(guò)零檢測(cè)電路檢測(cè)到過(guò)零時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，只要在中斷服務(wù)程序中通過(guò)單片機(jī)80C51的P1.0引腳發(fā)出觸發(fā)脈沖即可觸發(fā)雙向可控硅導(dǎo)通。
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