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雙向晶閘管觸發(fā)電路

姚小熊27 ? 來源:xx ? 2019-10-28 08:50 ? 次閱讀
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雙向晶閘管觸發(fā)電路

調(diào)壓器電路主要由阻容移相電路和雙向晶閘管兩部分組成。單獨畫出這兩部分電路(上圖),R5、RP和C5構(gòu)成阻容移相電路。

合上電源開關(guān)S,交流電 源電壓通過R5、RP向電容器C5充電,當(dāng)電容器C5兩端的電壓上升到略高于雙向觸發(fā)二極管ST的轉(zhuǎn)折電壓時,ST和雙向晶閘管VS相繼導(dǎo)通,負載RL得 電工作。

當(dāng)交流電源電壓過零瞬間,雙向晶閘管自行關(guān)斷,接著C5又被電源反向充電,重復(fù)上述過程。分析電路時,大家應(yīng)該意識到,觸發(fā)電路是工作在交流電路 中的,交流電壓的正、負半周分別會發(fā)出正、負觸發(fā)脈沖送到雙向晶閘管的控制極,使管子在正、負半周內(nèi)對稱地導(dǎo)通一次。

改變RP的阻值,就改變了C5的充電 速度,也就改變了雙向晶閘管的導(dǎo)通角,相應(yīng)地改變了負載RL上的交流電壓,實現(xiàn)了交流調(diào)壓。

雙向晶閘管觸發(fā)電路圖

雙向晶閘管實現(xiàn)ACS交流開關(guān)觸發(fā)電路

標(biāo)準雙向晶閘管和無緩沖器的雙向晶閘管以及90年代初推出的ACS系列產(chǎn)品是大家最熟悉的固態(tài)開關(guān)產(chǎn)品,這些開關(guān)的導(dǎo)通都是由柵電流觸發(fā)的,但是,根據(jù)所采用的技術(shù)或設(shè)計,該電流可以是從柵極灌入的電流或者源出到柵極的電流。因此,觸發(fā)電路必須考慮AC開關(guān)類型,然后正確地觸發(fā)AC開關(guān)。對于ACS開關(guān),因為采用硅結(jié)構(gòu),所以柵電流只能是從柵極灌入。

在某些情況下,控制電路還必須與交流電源電壓隔離,例如,當(dāng)微控制器參考電壓與AC開關(guān)參考電壓不同時,控制電路必須與交流電源電壓隔離。當(dāng)一個新電器采用一個變頻器控制3相電機時,如果微控制器連接在直流電壓軌上,而且ACS開關(guān)以線路電壓為參考電壓,控制電路就必須與交流電源電壓隔離。如果設(shè)計人員想要從線路上隔離全部低壓電路,控制電路也必須與交流電源電壓隔離。這種解決方案通常情況下成本昂貴,因為使用一個絕緣性能良好的用戶界面、使所有電子電路都以線路為參考電壓的解決方案更簡單,控制面板上只有幾個按鈕的電器設(shè)計就屬于這種情況。

標(biāo)準的雙向晶閘管觸發(fā)電路電壓隔離解決方案是在雙向晶閘管的A2和G端子上串聯(lián)一個光電雙向晶閘管。當(dāng)然,還需串聯(lián)一個電阻,以降低光電晶閘管上的柵電流。這種驅(qū)動解決方案適合所的雙向晶閘管。因此,當(dāng)雙向晶閘管上的電壓在導(dǎo)通前是正電壓時,正柵極電流觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通,相反,當(dāng)晶閘管導(dǎo)通前是負電壓時,負柵極電流觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通。因此,雙向晶閘管在Q1和Q3象限內(nèi)導(dǎo)通。

如前文所述,ACS開關(guān)只能由負電流觸發(fā)。如果使用光電晶閘管驅(qū)動ACS開關(guān),ACS只能在負偏壓時導(dǎo)通(因為在負偏壓時柵電流是負電流),這將導(dǎo)致ACS開關(guān)只能半周期導(dǎo)通。

這種開關(guān)模式不適用于大多數(shù)應(yīng)用,但是,有些新應(yīng)用只需要半周期導(dǎo)通模式。例如,內(nèi)置一個二極管的咖啡機電泵和洗衣機艙門鎖電磁鐵,這些應(yīng)用都只需一個半周期導(dǎo)通操作。

如果線路電壓施加到柵極和COM端子上,ACS開關(guān)內(nèi)部P-N結(jié)可能會被燒毀,因為該開關(guān)的耐擊穿電壓大約10V。當(dāng)開關(guān)處理瞬變電壓或光電晶閘管短路時,就會發(fā)生這種情況。解決辦法是在COM-G結(jié)上并聯(lián)一個低壓或高壓二極管,或者給光電晶雙向閘管串聯(lián)一個低壓或高壓二極管(圖1)。注意,在第二種情況(光電雙向晶閘管串聯(lián)一個二極管)中,可以用一個陽極連接ACS柵極的反向隔離光電單向晶閘管替代光電雙向晶閘管。

采用光電雙向晶閘管的半周期ACS開關(guān)控制解決方案

圖1–采用光電雙向晶閘管的半周期ACS開關(guān)控制解決方案

對于家電,大多數(shù)負載采用全周期控制模式。為確保ACS開關(guān)每個周期都能導(dǎo)通,我們必須修改前面的電路示意圖。解決辦法是增加一個低壓電容,用于在開始正電流導(dǎo)通時施加一個柵極電流。如圖2所示,該解決方案還使用兩個低壓二極管,工作原理如圖3所示。

1:光電雙向晶閘管導(dǎo)通,電容C充電,直到VGT為止(~0.7V)。然后,ACS在第3象限導(dǎo)通,IGT電流小于第2象限的柵導(dǎo)通電流。

2:ACS保持通態(tài),直到下一個零電流交叉點為止。G-COM電壓降至-0.7V,電容C充電。

3:ACS開關(guān)電流增強,VG-COM電壓升高,電容C通過G極和COM極放電,并在柵極上施加最大10mA的峰流,使ACS開關(guān)導(dǎo)通。

若想施加更大的柵電流,須選用330μF左右的電容。

應(yīng)該注意的是,ACS開關(guān)每個周期都將會關(guān)斷,電容C利用這段時間充電。當(dāng)端子上的電壓超過大約10V時,ACS開關(guān)將會導(dǎo)通。因為線路電流沒有切斷,所以這種特性不會導(dǎo)致EMI干擾過大。因為電容C的原因,線路電流的波形仍然近似正弦波。

這三個電路圖還能修改,在電阻R和光電雙向晶閘管之間增加一個阻容緩沖電路,可以提高最終開關(guān)的抗干擾性,擴大柵脈寬,更好地觸發(fā)交流開關(guān)。

雙向晶閘管觸發(fā)電路

圖2–采用光電雙向晶閘管的全周期ACS開關(guān)控制解決方案
雙向晶閘管觸發(fā)電路

圖3–圖2電路的工作曲線圖

雙向晶閘管調(diào)溫型電熱毯電路

如下圖所示電路為雙向晶閘管調(diào)溫型電熱毯電路,可實現(xiàn)功率和溫度無級連續(xù)可調(diào)。合上開關(guān)S后,當(dāng)晶閘管V處于關(guān)斷狀態(tài)時,輸入電壓經(jīng)RL、L、RP、R3向電容C3充電,當(dāng)C3兩端電壓達到雙向二極管VD的轉(zhuǎn)折導(dǎo)通電壓時,VD導(dǎo)通,C3上的電壓通過VD觸發(fā)雙向晶閘管V。V導(dǎo)通后,便有電流流過電熱絲RL,使RL發(fā)熱,并將觸發(fā)電路短接,C3通過R3、RP、V回路放電,這種狀態(tài)一直維持到交流電壓過零點。當(dāng)交流電壓過零時,V關(guān)斷,C3又開始充電,重復(fù)上述過程。

雙向晶閘管觸發(fā)電路圖

由于觸發(fā)電路工作于交流電路,在交流電壓正負半周分別發(fā)出一個正脈沖和負脈沖觸發(fā)V,V在正、負半周內(nèi)對稱地各導(dǎo)通一次。減少電位器RP的阻值,可使C3充電速度加快,縮短C3兩端電壓達到VD轉(zhuǎn)折導(dǎo)通電壓的時間,即減少了 V的控制角,增大了導(dǎo)通角,使輸出電壓升高,反之則輸出電壓降低,因而可調(diào)整電熱毯的發(fā)熱功率。圖中,EL是電源指示燈,Rl、R3是限流電阻;R2、C2組成晶閘管的保護電路,L、C1組成低通濾波電路,用來防止射頻干擾。

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