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三端双向可控硅构造应用及电路控制

发布时间:2021-07-31

  三端双向可控硅是一种高速固态器件,可以在正弦波形的两个方向上切换和控制交流电源

  作为固态器件,晶闸管可用于控制然而,使用晶闸管控制这种电路的问题之一是像二极管一样,“晶闸管”是一个单向器件,这意味着它仅从一个方向传递电流,来自阳极到阴极。

  对于直流开关电路,这种“单向”开关特性可以接受,因为一旦触发所有直流电源直接送到加载。但是在正弦交流开关电路中,这种单向开关可能是一个问题,因为它只在阳极的一半时间内传导(如半波整流器),当阳极为正时,无论栅极信号是做什么的。然后对于交流操作,只有一半的功率通过晶闸管传递给负载。

  为了获得全波功率控制,我们可以在全波桥式整流器内连接一个晶闸管,每个晶闸管触发一个正半波,或将两个晶闸管反向并联(背对背)连接在一起,如下图所示,但这会增加开关电路中复杂性和元件数量。

  然而,还有另一种称为“三极管交流开关”或三端双向可控硅开关的半导体器件/ b>

  简称,它也是晶闸管系列的一员,可用作固态功率开关器件,但更重要的是它是一种“双向”器件。换句话说,Triac可以通过施加到其阳极的正电压和负电压触发导通,并且正和负触发脉冲都施加到其栅极端子,使其成为两象限开关栅极控制

  三端双向可控硅的行为就像两个传统的晶闸管相互反向并联(背靠背)连接在一起,并且由于这种布置,两个晶闸管共享公共门终端都在一个三端子封装内。

  由于三端双向可控硅开关在两个方向上都是正弦波形,因此阳极端子和阴极端子的概念用于识别主电源端子。www.064800.com。晶闸管用以下标识替换:MT1,用于主终端1和MT2对于主终端2,其栅极端子G引用相同。

  在大多数交流开关应用中,三端双向可控硅开关门术语inal与MT1端子相关联,类似于晶闸管的栅极 - 阴极关系或晶体管的基极 - 发射极关系。下面给出了用于表示三端双向可控硅开关的构造,PN掺杂和示意符号。

  我们现在知道“三端双向可控硅”是正方向的4层PNPN和负方向的NPNP,三端双向器件阻断电流其“关闭”状态的作用类似于开路开关,但与传统的晶闸管不同,当由单个门脉冲触发时,三端双向可控硅开关可以在任一方向上传导电流。然后三端双向可控硅有四种可能的触发操作模式,如下所示:

  这四种模式使用三端双向可控硅开关IV特性曲线显示可以操作三端双向可控硅开关。

  在象限I中,三端双向可控硅开关通常通过正栅极电流触发导通,上面标记为模式+。但它也可以由负栅极电流触发,模式I-。类似地,在象限-1中,G也是常见的,模式III-以及模式II +。然而,模式I-和II + +是较不敏感的配置,其需要比更常见的三端双向可控硅触发模式1 +和II-1更大的栅极电流来引发触发。此外,就像可控硅整流器一样( SCR()),三端双向可控硅开关还需要一个最小保持电流IH,以保持波形交叉点的传导。然后,即使两个晶闸管组合成一个单独的三端双向可控硅器件,它们仍然具有单独的电气特性,例如不同的击穿电压,保持电流和触发电压电平与我们对单个SCR器件的预期完全相同。

  三端双向可控硅是最常用的半导体器件,用于交流系统的开关和功率控制,因为三端双向可控硅通过正门或负门可以“接通”脉冲,不管当时交流电源的极性如何。这使得三端双向可控硅是理想的控制灯或交流电机负载与下面给出的非常基本的三端双向可控硅开关电路。

  上面的电路显示了一个简单的直流触发三端双向可控硅电源开关电路。当开关SW1打开时,没有电流流入三端双向可控硅开关的栅极,因此灯“关闭”。当SW1闭合时,栅极电流通过电阻R从电池电源VG施加到三端双向可控硅开关,并且三端双向可控硅被驱动为完全导通,就像一个闭合的开关一样,灯从正弦电源吸收全功率。

  当然,这个简单的三端双向可控硅开关电路的问题是我们需要额外的正或负栅极电源来触发三端双向可控硅开关导通。但我们也可以使用实际的交流电源电压作为栅极触发电压来触发三端双向可控硅开关。考虑下面的电路。

  电路显示使用的三端双向可控硅开关作为简单的静态AC电源开关,提供与先前DC电路类似的“ON” - “OFF”功能。当开关SW1打开时,三端双向可控硅作为开路开关,灯泡通过零电流。当SW1闭合时,三端双向可控硅通过限流电阻R接通“ON”,并在每个半周期开始后不久自锁,从而将全功率切换到灯负载。

  由于电源为正弦交流,三端双向可控硅开关在每个交流半周期结束时自动解锁,因为瞬时供电电压因此负载电流暂时降至零,但再次使用只要开关保持闭合,下半个周期就会有相反的晶闸管半。这种类型的开关控制通常被称为全波控制,因为正在控制正弦波的两半。

  由于三端双向可控硅实际上是两个背对背连接的SCR,我们可以通过修改如何触发门来进一步采用此三端双向可控硅开关电路。

  如上所述,如果开关SW1在位置A处打开,则没有门电流且灯泡为“OFF”。如果开关移动到位置B,则栅极电流在每半个周期流动,与之前相同,并且当三端双向可控硅开关以+模式工作时,灯会汲取全功率。 -。

  但是,当开关连接到C位置时,当MT2为负时,二极管将阻止触发门控因为二极管是反向偏置的。因此,三端双向可控硅仅在仅在模式I +下工作的正半周期上导通,并且灯将以半功率点亮。然后根据开关的位置,负载Off,Half Power或Full ON。

  另一种常见类型的三端双向可控硅开关电路使用相位控制来改变电压量,从而改变输入波形的正半部和负半部的负载(在本例中为电机)的功率。这种类型的交流电机速度控制提供完全可变的线性控制,因为电压可以从零调整到完全施加的电压,如图所示。

  这个基本相位触发电路使用三端双向可控硅开关与电动机串联,交流正弦电源。可变电阻器VR1用于控制三端双向可控硅开关的栅极上的相移量,进而通过在AC周期的不同时间将其接通来控制施加到电机的电压量。 。

  三端双向可控硅开关的触发电压来自VR1 - C1组合,通过Diac(双向可控硅是双向半导体器件,有助于提供尖锐的触发电流脉冲以完全接通三端双向可控硅开关。

  在每个周期开始时,C1通过可变电阻VR1充电。这一直持续到跨越C1的电压足以触发二极管进入导通状态,这又允许电容器C1放电到三端双向可控硅开关的栅极,使其“导通”。

  一旦三端双向可控硅触发导通并饱和,它就会有效地将并联连接的栅极触发相位控制电路短路,并且三端双向可控硅在半周期的剩余时间内控制。

  如上所述,三端双向可控硅开关在半周期结束时自动关闭,VR1-C1触发过程在下一个半周期再次开始。

  这个简单的三端双向可控硅速度控制电路不仅适用于交流电机的速度,也适用于每个正负半周期。

  控制,但对于灯调光器和电加热器控制,实际上非常类似于许多家庭中使用的三端双向可控硅调光器。然而,商用三端双向可控硅调光器不应用作电机速度控制器,因为通常三端双向可控硅调光器仅用于电阻负载,例如白炽灯。

  使用三端双向可控硅开关进行电气交流电源控制,在正确使用白炽灯,加热器或小型通用电机等电阻型负载时非常有效常见于便携式电动工具和小家电。

  但请记住,这些设备可以直接使用并连接到主电源交流电源,因此应在电路测试时进行电路测试。电源控制设备与主电源断开。请先记住安全!