可控硅知道工作原理不會(huì)用?常用可控硅電路設(shè)計(jì)

2024.09.23 華年商城瀏覽量: 367

晶閘管(可控硅)具有多種優(yōu)點(diǎn),例如能夠響應(yīng)低柵極電流從關(guān)斷狀態(tài)開(kāi)啟,能夠切換高電壓等,這就使得晶閘管(可控硅)可以用于各種應(yīng)用?包括:開(kāi)關(guān)?整流?調(diào)節(jié)?保護(hù)等,可控硅用于家電控制,包括照明?溫度控制?風(fēng)扇速度調(diào)節(jié)?加熱和警報(bào)激活?對(duì)于工業(yè)應(yīng)用,可控硅用于控制電機(jī)速度?電池充電和電源轉(zhuǎn)換?

接下來(lái)將對(duì)一些常見(jiàn)的晶閘管(可控硅)應(yīng)用電路進(jìn)行總結(jié)講解,希望能夠?qū)Υ蠹矣袔椭?

一?晶閘管應(yīng)用電路--作為開(kāi)關(guān)

開(kāi)關(guān)操作是晶閘管(可控硅)最重要的應(yīng)用之一?晶閘管(可控硅)通常用作固態(tài)繼電器,并且由于晶閘管(可控硅)中沒(méi)有移動(dòng)部件,因此比電磁繼電器或開(kāi)關(guān)具有更多優(yōu)勢(shì)?

直流晶閘管開(kāi)關(guān)電路

這個(gè)簡(jiǎn)單的“開(kāi)關(guān)”晶閘管觸發(fā)電路使用晶閘管作為開(kāi)關(guān)來(lái)控制燈(如下圖所示),但它也可以用作電機(jī)?加熱器或其他一些此類(lèi)直流負(fù)載的開(kāi)關(guān)控制電路?

晶閘管正向偏置,并通過(guò)短暫關(guān)閉常開(kāi)“ON”按鈕S1觸發(fā)導(dǎo)通,該按鈕通過(guò)柵極電阻 RG將柵極端子連接到直流電源,從而允許電流流入柵極?如果 RG 的值相對(duì)于電源電壓設(shè)置得太高,晶閘管可能不會(huì)觸發(fā)?

一旦電路被打開(kāi) “ON”,它會(huì)自我鎖定并保持“ON”,即使在釋放按鈕時(shí),只要負(fù)載電流大于晶閘管的鎖定電流?按鈕的附加操作,S1 對(duì)電路狀態(tài)沒(méi)有影響,因?yàn)橐坏?ldquo;鎖定”,門(mén)將失去所有控制?晶閘管現(xiàn)在完全“導(dǎo)通”(導(dǎo)通),允許滿(mǎn)載電路電流正向流過(guò)器件并返回電池電源?

直流晶閘管開(kāi)關(guān)電路

在直流電路中使用晶閘管作為開(kāi)關(guān)的主要優(yōu)點(diǎn)之一是它具有非常高的電流增益?晶閘管是電流操作器件,因?yàn)樾〉臇艠O電流可以控制大得多的陽(yáng)極電流?

通常包含柵極-陰極電阻器RGK以降低柵極的靈敏度并增加其 dv/dt 能力,從而防止器件的誤觸發(fā)?

由于晶閘管已自鎖到“ON”狀態(tài),因此只能通過(guò)中斷電源并將陽(yáng)極電流降低到晶閘管最小保持電流 ( I H ) 值以下來(lái)復(fù)位電路?

打開(kāi)常閉的“OFF”按鈕,S 2斷開(kāi)電路,將流過(guò)晶閘管的電路電流降至零,從而迫使它“關(guān)閉”,直到再次應(yīng)用另一個(gè)門(mén)信號(hào)?

替代直流晶閘管開(kāi)關(guān)電路

然而上述這種直流晶閘管電路設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)之一是機(jī)械常閉“OFF”開(kāi)關(guān)S2需要足夠大,以在觸點(diǎn)打開(kāi)時(shí)處理流經(jīng)晶閘管和燈的電路功率?如果是這種情況,我們可以用一個(gè)大型機(jī)械開(kāi)關(guān)代替晶閘管?

克服這個(gè)問(wèn)題并減少對(duì)更大更堅(jiān)固的“OFF”開(kāi)關(guān)的需求的一種方法是將開(kāi)關(guān)與晶閘管并聯(lián),如下圖所示?

這里的晶閘管開(kāi)關(guān)像以前一樣接收所需的端電壓和柵極脈沖信號(hào),但是先前電路中較大的常閉開(kāi)關(guān)已被與晶閘管并聯(lián)的較小的常開(kāi)開(kāi)關(guān)所取代?開(kāi)關(guān)S2的激活會(huì)立即在晶閘管陽(yáng)極和陰極之間產(chǎn)生短路,通過(guò)將保持電流降低到其最小值以下來(lái)阻止設(shè)備導(dǎo)通?

替代直流晶閘管開(kāi)關(guān)電路

交流晶閘管電路

當(dāng)連接到交流交流電源時(shí),晶閘管的行為與之前的直流連接電路不同?這是因?yàn)榻涣麟娫磿?huì)周期性地反轉(zhuǎn)極性,因此交流電路中使用的任何晶閘管都會(huì)自動(dòng)反向偏置,導(dǎo)致它在每個(gè)周期的一半時(shí)間內(nèi)“關(guān)閉”,如下圖的交流晶閘管電路?

下面晶閘管觸發(fā)電路在設(shè)計(jì)上與 DC SCR 電路相似,只是省略了額外的“OFF”開(kāi)關(guān)和包含防止反向偏壓施加到柵極的二極管D1 ?

在正弦波形的正半周期期間,器件正向偏置,但開(kāi)關(guān)S 1打開(kāi),零柵極電流施加到晶閘管并保持“關(guān)斷”?在負(fù)半周期,器件被反向偏置,并且無(wú)論開(kāi)關(guān)S 1的狀態(tài)如何,都將保持“關(guān)閉” ?

如果開(kāi)關(guān) S1 閉合,則在每個(gè)正半周期開(kāi)始時(shí),晶閘管完全“關(guān)斷”,但不久之后將有足夠的正觸發(fā)電壓,因此柵極上存在電流以打開(kāi)晶閘管和燈“開(kāi)” .

晶閘管現(xiàn)在在正半周期內(nèi)鎖定為“ON”,當(dāng)正半周期結(jié)束且陽(yáng)極電流低于保持電流值時(shí),晶閘管將再次自動(dòng)變?yōu)?ldquo;OFF”?

交流晶閘管電路

在下一個(gè)負(fù)半周期期間,器件完全“關(guān)閉”,直到下一個(gè)正半周期,當(dāng)該過(guò)程自身重復(fù)并且晶閘管再次導(dǎo)通時(shí),只要開(kāi)關(guān)閉合?

然后在這種情況下,燈將僅從交流電源接收一半的可用功率,因?yàn)榫чl管的作用類(lèi)似于整流二極管,并且僅在正向偏置時(shí)的正半周期內(nèi)傳導(dǎo)電流?晶閘管繼續(xù)為燈提供一半的功率,直到開(kāi)關(guān)打開(kāi)?

如果可以快速打開(kāi)和關(guān)閉開(kāi)關(guān) S1,以便晶閘管在每個(gè)正半周期的“峰值”(90 度)點(diǎn)接收其柵極信號(hào),則器件將僅導(dǎo)通正半周半周期?換句話說(shuō),傳導(dǎo)只會(huì)在正弦波的二分之一期間發(fā)生,并且這種情況會(huì)導(dǎo)致燈接收“四分之一”或從交流電源獲得的總功率的四分之一?

通過(guò)準(zhǔn)確地改變柵極脈沖和正半周期之間的時(shí)序關(guān)系,晶閘管可以提供負(fù)載所需的任何百分比的功率,介于 0% 和 50% 之間?顯然,使用這種電路配置,它不能為燈提供超過(guò) 50% 的功率,因?yàn)楫?dāng)它被反向偏置時(shí),它不能在負(fù)半周期內(nèi)導(dǎo)通?考慮下面的電路?

二?晶閘管應(yīng)用電路--進(jìn)行功率控制電路

晶閘管能夠控制傳輸?shù)截?fù)載的功率?通常需要根據(jù)負(fù)載要求(例如電機(jī)速度控制和調(diào)光器)來(lái)改變提供給負(fù)載的功率?

在這種情況下,用傳統(tǒng)的可調(diào)電位器改變功率不是一種可靠的方法,因?yàn)楣暮艽?為了降低大功率電路中的這種功耗,晶閘管是功率控制器件的最佳選擇?

晶閘管交流功率控制電路--半波相位控制

相位控制是晶閘管交流功率控制的最常見(jiàn)形式,可以如下圖所示構(gòu)建基本的交流相位控制電路?這里晶閘管柵極電壓通過(guò)觸發(fā)二極管 D1 從 RC 充電電路獲得?

在晶閘管正向偏置的正半周期期間,電容 C 通過(guò)電阻 R1 隨交流電源電壓充電?只有當(dāng)A點(diǎn)的電壓上升到足以使觸發(fā)二極管 D1導(dǎo)通并且電容器放電到晶閘管的柵極時(shí),柵極才會(huì)被激活,從而將其“導(dǎo)通”?導(dǎo)通開(kāi)始的正半周期的持續(xù)時(shí)間由可變電阻 R1設(shè)置的 RC 時(shí)間常數(shù)控制?

交流相位功率控制電路

增加 R1 的值會(huì)延遲提供給晶閘管柵極的觸發(fā)電壓和電流,這反過(guò)來(lái)會(huì)導(dǎo)致器件導(dǎo)通時(shí)間滯后?因此,可以將器件導(dǎo)通的半周期的分?jǐn)?shù)控制在 0 到 180 o之間,這意味著可以調(diào)整燈消耗的平均功率?但是,晶閘管是單向器件,因此在每個(gè)正半周期內(nèi)最多只能提供 50% 的功率?

有多種方法可以使用“晶閘管”實(shí)現(xiàn) 100% 全波交流控制?一種方法是在二極管橋式整流器電路中包含單個(gè)晶閘管,將交流電轉(zhuǎn)換為通過(guò)晶閘管的單向電流,而更常見(jiàn)的方法是使用兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管?更實(shí)用的方法是使用單個(gè)雙向可控硅,因?yàn)樵撛O(shè)備可以雙向觸發(fā),因此適合交流開(kāi)關(guān)應(yīng)用?

三?晶閘管應(yīng)用電路--半波整流

下面的電路顯示了使用了晶閘管的單相半波整流電路,與可變電阻串聯(lián)的二極管連接到負(fù)責(zé)觸發(fā) 晶閘管的柵極?

晶閘管應(yīng)用電路--半波整流

在交流輸入信號(hào)的負(fù)半周期期間,可控硅反向偏置?因此,沒(méi)有電流流過(guò)負(fù)載?
在輸入的負(fù)半周期期間,晶閘管正向偏置?如果改變電阻以使最小觸發(fā)電流施加到柵極,則晶閘管將打開(kāi)?因此電流開(kāi)始流向負(fù)載?
如果柵極電流較高,則晶閘管開(kāi)啟時(shí)的電源電壓將較低?晶閘管開(kāi)始導(dǎo)通的角度稱(chēng)為觸發(fā)角?對(duì)于這個(gè)整流器電路,觸發(fā)角只能在正半周期內(nèi)變化?
因此,通過(guò)改變觸發(fā)角或柵極電流(通過(guò)改變?cè)撾娐分械碾娮?,可以使晶閘管導(dǎo)通部分或全部正半周期,從而改變饋入負(fù)載的平均功率?

四?晶閘管應(yīng)用電路--全波整流

在全波整流器中,輸入電源的正波和負(fù)波都被整流?因此,與半波整流器相比,直流電壓的平均值較高,紋波含量也較少?

下圖顯示了由兩個(gè)與中心抽頭變壓器相連的可控硅組成的全波整流電路?

晶閘管應(yīng)用電路--全波整流

在輸入的正半周期內(nèi),SCR1 正向偏置,SCR2 反向偏置?通過(guò)施加適當(dāng)?shù)臇艠O信號(hào),SCR1 開(kāi)啟,因此負(fù)載電流開(kāi)始流過(guò)它?

在輸入的負(fù)半周期,SCR2 正向偏置,SCR1 反向偏置?柵極觸發(fā)時(shí),SCR2 開(kāi)啟,因此負(fù)載電流流過(guò) SCR2?

因此,通過(guò)改變 SCR 的觸發(fā)電流,傳遞給負(fù)載的平均功率會(huì)發(fā)生變化?

五?晶閘管應(yīng)用電路--全波橋式整流

除了使用中心抽頭變壓器,還可以在橋式配置中使用四個(gè) SCR 來(lái)獲得全波整流?在輸入的正半周期內(nèi),SCR1 和 SCR2 處于導(dǎo)通狀態(tài)?在負(fù)半周期間,SCR3 和 SCR4 處于導(dǎo)通狀態(tài)?每個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角通過(guò)改變各自的柵極電流來(lái)調(diào)整?因此,負(fù)載兩端的輸出電壓會(huì)發(fā)生變化?