雙向可控硅是一種功率半導(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,由于雙向可控硅沒有反向耐壓?jiǎn)栴},控制電路簡(jiǎn)單,因此特別適合做交流無觸點(diǎn)開關(guān)使用。雙向可控硅接通的一般都是一些功率較大的用電器,且連接在強(qiáng)電網(wǎng)絡(luò)中,其觸發(fā)電路的抗干擾問題很重要,通常都是通過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)常采用過零觸發(fā)電路。(過零觸發(fā)是指在電壓為零或零附近的瞬間接通,由于采用過零觸發(fā),因此需要正弦交流電過零檢測(cè)電路)
雙向可控硅分為三象限、四象限可控硅,四象限可控硅其導(dǎo)通條件如下圖:
總的來說導(dǎo)通的條件就是:G極與T1之間存在一個(gè)足夠的電壓時(shí)并能夠提供足夠的導(dǎo)通電流就可以使可控硅導(dǎo)通,這個(gè)電壓可以是正、負(fù),和T1、T2之間的電流方向也沒有關(guān)系。因?yàn)殡p向可控硅可以雙向?qū)?,所以沒有正極負(fù)極,但是有T1、T2之分
雙向可控硅觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)方案
雙向可控硅是一種功率半導(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,由于雙向可控硅沒有反向耐壓?jiǎn)栴},控制電路簡(jiǎn)單,因此特別適合做交流無觸點(diǎn)開關(guān)使用。雙向可控硅接通的一般都是一些功率較大的用電器,且連接在強(qiáng)電網(wǎng)絡(luò)中,其觸發(fā)電路的抗干擾問題很重要,通常都是通過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)常采用過零觸發(fā)電路。過零觸發(fā)是指在電壓為零或零附近的瞬間接通。由于采用過零觸發(fā),因此上述電路還需要正弦交流電過零檢測(cè)電路。
1 過零檢測(cè)電路
電路設(shè)計(jì)如圖1 所示,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)。過零檢測(cè)電路A、B 兩點(diǎn)電壓輸出波形如圖2 所示。
2 過零觸發(fā)電路
電路如圖3 所示,圖中MOC3061 為光電耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器,也屬于光電耦合器的一種,用來驅(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)雙向可控硅過電壓保護(hù),圖3 中的C2 、R8 為RC 阻容吸收電路。
3 結(jié)束語
雙向可控硅過零觸發(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)過實(shí)踐證明工作安全、可靠。本文重點(diǎn)介紹了過零檢測(cè)、觸發(fā)電路。至于軟件設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單,當(dāng)過零檢測(cè)電路檢測(cè)到過零時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求,只要在中斷服務(wù)程序中通過單片機(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。
雙向可控硅四象限觸發(fā)方式介紹
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,是目前比較理想的交流開關(guān)器件。其英文名稱TRIAC即三端雙向交流開關(guān)之意。
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。大功率雙向可控硅大多采用RD91型封裝。
從雙向可控硅的結(jié)構(gòu)看它屬于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)ǎ食T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變成陽極,T2為陰極。雙向可控硅的伏安特性見下圖,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?/p>
雙向可控硅不管門極加正向電壓還是反向電壓,只要所加的門極電壓和門極驅(qū)動(dòng)電流足夠大,雙向可控硅均會(huì)被觸發(fā)導(dǎo)通。根據(jù)雙向可控硅的主回路電壓及門極電壓的正負(fù),可將雙向可控硅的觸發(fā)情況分為四種情況。用坐標(biāo)系來表示則可分為四個(gè)象限。
如下圖所示為雙向可控硅四個(gè)象限的觸發(fā)情況:
初次按觸雙向可控硅時(shí),人們常會(huì)想一個(gè)問題:雙向可控硅的門極到底要加正電壓還負(fù)電壓可控硅才可能導(dǎo)通?如前所述,雙向可控硅不管門極加正電壓還是負(fù)電壓其均可導(dǎo)通。因?yàn)殡p向可控硅內(nèi)部集成了門極觸發(fā)電路。但有兩個(gè)基本條件,即門極電壓大小和門極電流大小。門極電壓不能過低,門極電壓太低可控硅不能導(dǎo)到,一般雙向可控硅廠家都將門極觸發(fā)電壓做到幾伏以便使主控IC可以用較低的電壓將觸發(fā);門極觸發(fā)電流不能過小,如果門極觸發(fā)電流太小雙向可控硅同樣不能導(dǎo)通。一般門極觸發(fā)電流需要十幾毫安到幾百毫安。
如下表格為雙向可控硅四象限觸發(fā)方式:
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