三端雙向可控硅是一種高速固態(tài)器件，可以在正弦波形的兩個(gè)方向上切換和控制交流電源

作為固態(tài)器件，晶閘管可用于控制然而，使用晶閘管控制這種電路的問(wèn)題之一是像二極管一樣，“晶閘管”是一個(gè)單向器件，這意味著它僅從一個(gè)方向傳遞電流，來(lái)自陽(yáng)極到陰極。

對(duì)于直流開(kāi)關(guān)電路，這種“單向”開(kāi)關(guān)特性可以接受，因?yàn)橐坏┯|發(fā)所有直流電源直接送到加載。但是在正弦交流開(kāi)關(guān)電路中，這種單向開(kāi)關(guān)可能是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樗辉陉?yáng)極的一半時(shí)間內(nèi)傳導(dǎo)（如半波整流器），當(dāng)陽(yáng)極為正時(shí)，無(wú)論柵極信號(hào)是做什么的。然后對(duì)于交流操作，只有一半的功率通過(guò)晶閘管傳遞給負(fù)載。

為了獲得全波功率控制，我們可以在全波橋式整流器內(nèi)連接一個(gè)晶閘管，每個(gè)晶閘管觸發(fā)一個(gè)正半波，或?qū)蓚€(gè)晶閘管反向并聯(lián)（背對(duì)背）連接在一起，如下圖所示，但這會(huì)增加開(kāi)關(guān)電路中復(fù)雜性和元件數(shù)量。

晶閘管配置

然而，還有另一種稱為“三極管交流開(kāi)關(guān)”或三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)的半導(dǎo)體器件/ b>簡(jiǎn)稱，它也是晶閘管系列的一員，可用作固態(tài)功率開(kāi)關(guān)器件，但更重要的是它是一種“雙向”器件。換句話說(shuō)，Triac可以通過(guò)施加到其陽(yáng)極的正電壓和負(fù)電壓觸發(fā)導(dǎo)通，并且正和負(fù)觸發(fā)脈沖都施加到其柵極端子，使其成為兩象限開(kāi)關(guān)柵極控制

三端雙向可控硅的行為就像兩個(gè)傳統(tǒng)的晶閘管相互反向并聯(lián)（背靠背）連接在一起，并且由于這種布置，兩個(gè)晶閘管共享公共門終端都在一個(gè)三端子封裝內(nèi)。

由于三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)在兩個(gè)方向上都是正弦波形，因此陽(yáng)極端子和陰極端子的概念用于識(shí)別主電源端子。晶閘管用以下標(biāo)識(shí)替換：MT1，用于主終端1和MT2對(duì)于主終端2，其柵極端子G引用相同。

在大多數(shù)交流開(kāi)關(guān)應(yīng)用中，三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)門術(shù)語(yǔ)inal與MT1端子相關(guān)聯(lián)，類似于晶閘管的柵極 - 陰極關(guān)系或晶體管的基極 - 發(fā)射極關(guān)系。下面給出了用于表示三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)的構(gòu)造，PN摻雜和示意符號(hào)。

三端雙向可控硅符號(hào)和構(gòu)造

我們現(xiàn)在知道“三端雙向可控硅”是正方向的4層PNPN和負(fù)方向的NPNP，三端雙向器件阻斷電流其“關(guān)閉”狀態(tài)的作用類似于開(kāi)路開(kāi)關(guān)，但與傳統(tǒng)的晶閘管不同，當(dāng)由單個(gè)門脈沖觸發(fā)時(shí)，三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)可以在任一方向上傳導(dǎo)電流。然后三端雙向可控硅有四種可能的觸發(fā)操作模式，如下所示：

Ι+ Mode = MT2當(dāng)前正（+ ve） ，柵極電流為正（+ ve）

Ι-Mode = MT2電流為正（+ ve），柵極電流為負(fù)（-ve）

ΙΙΙ+ Mode = MT2電流負(fù)極（-ve），柵極電流為正（+ ve）

ΙΙΙ-Mode = MT2電流負(fù)（-ve），柵極電流負(fù)（-ve）

這四種模式使用三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)IV特性曲線顯示可以操作三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)。

三端雙向可控硅IV特性曲線

在象限I中，三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)通常通過(guò)正柵極電流觸發(fā)導(dǎo)通，上面標(biāo)記為模式Ι+。但它也可以由負(fù)柵極電流觸發(fā)，模式I-。類似地，在象限-1中，G也是常見(jiàn)的，模式III-以及模式II +。然而，模式I-和II + +是較不敏感的配置，其需要比更常見(jiàn)的三端雙向可控硅觸發(fā)模式1 +和II-1更大的柵極電流來(lái)引發(fā)觸發(fā)。此外，就像可控硅整流器一樣（ SCR（）），三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)還需要一個(gè)最小保持電流IH，以保持波形交叉點(diǎn)的傳導(dǎo)。然后，即使兩個(gè)晶閘管組合成一個(gè)單獨(dú)的三端雙向可控硅器件，它們?nèi)匀痪哂袉为?dú)的電氣特性，例如不同的擊穿電壓，保持電流和觸發(fā)電壓電平與我們對(duì)單個(gè)SCR器件的預(yù)期完全相同。

三端雙向可控硅應(yīng)用

三端雙向可控硅是最常用的半導(dǎo)體器件，用于交流系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)和功率控制，因?yàn)槿穗p向可控硅通過(guò)正門或負(fù)門可以“接通”脈沖，不管當(dāng)時(shí)交流電源的極性如何。這使得三端雙向可控硅是理想的控制燈或交流電機(jī)負(fù)載與下面給出的非?；镜娜穗p向可控硅開(kāi)關(guān)電路。

三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)電路

上面的電路顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的直流觸發(fā)三端雙向可控硅電源開(kāi)關(guān)電路。當(dāng)開(kāi)關(guān)SW1打開(kāi)時(shí)，沒(méi)有電流流入三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)的柵極，因此燈“關(guān)閉”。當(dāng)SW1閉合時(shí)，柵極電流通過(guò)電阻R從電池電源VG施加到三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)，并且三端雙向可控硅被驅(qū)動(dòng)為完全導(dǎo)通，就像一個(gè)閉合的開(kāi)關(guān)一樣，燈從正弦電源吸收全功率。

當(dāng)開(kāi)關(guān)SW1 <時(shí)，電池向三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)提供正的柵極電流因此，無(wú)論極端MT2的極性如何，三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)都以模式Ι+和ΙΙΙ+連續(xù)進(jìn)行門控。

當(dāng)然，這個(gè)簡(jiǎn)單的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)電路的問(wèn)題是我們需要額外的正或負(fù)柵極電源來(lái)觸發(fā)三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。但我們也可以使用實(shí)際的交流電源電壓作為柵極觸發(fā)電壓來(lái)觸發(fā)三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)?？紤]下面的電路。

三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)電路

電路顯示使用的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)作為簡(jiǎn)單的靜態(tài)AC電源開(kāi)關(guān)，提供與先前DC電路類似的“ON” - “OFF”功能。當(dāng)開(kāi)關(guān)SW1打開(kāi)時(shí)，三端雙向可控硅作為開(kāi)路開(kāi)關(guān)，燈泡通過(guò)零電流。當(dāng)SW1閉合時(shí)，三端雙向可控硅通過(guò)限流電阻R接通“ON”，并在每個(gè)半周期開(kāi)始后不久自鎖，從而將全功率切換到燈負(fù)載。

由于電源為正弦交流，三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)在每個(gè)交流半周期結(jié)束時(shí)自動(dòng)解鎖，因?yàn)樗矔r(shí)供電電壓因此負(fù)載電流暫時(shí)降至零，但再次使用只要開(kāi)關(guān)保持閉合，下半個(gè)周期就會(huì)有相反的晶閘管半。這種類型的開(kāi)關(guān)控制通常被稱為全波控制，因?yàn)檎诳刂普也ǖ膬砂搿?/p>

由于三端雙向可控硅實(shí)際上是兩個(gè)背對(duì)背連接的SCR，我們可以通過(guò)修改如何觸發(fā)門來(lái)進(jìn)一步采用此三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)電路。

修改后的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)電路

如上所述，如果開(kāi)關(guān)SW1在位置A處打開(kāi)，則沒(méi)有門電流且燈泡為“OFF”。如果開(kāi)關(guān)移動(dòng)到位置B，則柵極電流在每半個(gè)周期流動(dòng)，與之前相同，并且當(dāng)三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)以Ι+模式工作時(shí)，燈會(huì)汲取全功率。 ΙΙΙ-。

但是，當(dāng)開(kāi)關(guān)連接到C位置時(shí)，當(dāng)MT2為負(fù)時(shí)，二極管將阻止觸發(fā)門控因?yàn)槎O管是反向偏置的。因此，三端雙向可控硅僅在僅在模式I +下工作的正半周期上導(dǎo)通，并且燈將以半功率點(diǎn)亮。然后根據(jù)開(kāi)關(guān)的位置，負(fù)載Off，Half Power或Full ON。

三端雙向可控硅相位控制

另一種常見(jiàn)類型的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)電路使用相位控制來(lái)改變電壓量，從而改變輸入波形的正半部和負(fù)半部的負(fù)載（在本例中為電機(jī)）的功率。這種類型的交流電機(jī)速度控制提供完全可變的線性控制，因?yàn)殡妷嚎梢詮牧阏{(diào)整到完全施加的電壓，如圖所示。

三端雙向可控硅相位控制

這個(gè)基本相位觸發(fā)電路使用三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)與電動(dòng)機(jī)串聯(lián)，交流正弦電源?？勺?a target="_blank">電阻器VR1用于控制三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)的柵極上的相移量，進(jìn)而通過(guò)在AC周期的不同時(shí)間將其接通來(lái)控制施加到電機(jī)的電壓量。 。

三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)的觸發(fā)電壓來(lái)自VR1 - C1組合，通過(guò)Diac（雙向可控硅是雙向半導(dǎo)體器件，有助于提供尖銳的觸發(fā)電流脈沖以完全接通三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)。

在每個(gè)周期開(kāi)始時(shí)，C1通過(guò)可變電阻VR1充電。這一直持續(xù)到跨越C1的電壓足以觸發(fā)二極管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，這又允許電容器C1放電到三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)的柵極，使其“導(dǎo)通”。

一旦三端雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通并飽和，它就會(huì)有效地將并聯(lián)連接的柵極觸發(fā)相位控制電路短路，并且三端雙向可控硅在半周期的剩余時(shí)間內(nèi)控制。

如上所述，三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)在半周期結(jié)束時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，VR1-C1觸發(fā)過(guò)程在下一個(gè)半周期再次開(kāi)始。

<然而，因?yàn)槿穗p向可控硅開(kāi)關(guān)在每個(gè)開(kāi)關(guān)操作模式中需要不同量的柵極電流，例如1 +和ΙΙΙ-，因此三端雙向可控硅是不對(duì)稱的，這意味著它可能不會(huì)在完全相同的情況下觸發(fā)

這個(gè)簡(jiǎn)單的三端雙向可控硅速度控制電路不僅適用于交流電機(jī)的速度，也適用于每個(gè)正負(fù)半周期。

控制，但對(duì)于燈調(diào)光器和電加熱器控制，實(shí)際上非常類似于許多家庭中使用的三端雙向可控硅調(diào)光器。然而，商用三端雙向可控硅調(diào)光器不應(yīng)用作電機(jī)速度控制器，因?yàn)橥ǔＨ穗p向可控硅調(diào)光器僅用于電阻負(fù)載，例如白熾燈。

然后我們可以結(jié)束這個(gè)三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)教程總結(jié)其主要內(nèi)容如下：

“三端雙向可控硅”是另一種4層，3端子晶閘管器件，類似于SCR。

可以觸發(fā)三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)向任一方向傳導(dǎo)。

三端雙向可控硅有四種可能的觸發(fā)模式，其中

使用三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)進(jìn)行電氣交流電源控制，在正確使用白熾燈，加熱器或小型通用電機(jī)等電阻型負(fù)載時(shí)非常有效常見(jiàn)于便攜式電動(dòng)工具和小家電。

但請(qǐng)記住，這些設(shè)備可以直接使用并連接到主電源交流電源，因此應(yīng)在電路測(cè)試時(shí)進(jìn)行電路測(cè)試。電源控制設(shè)備與主電源斷開(kāi)。請(qǐng)先記住安全！