雙向可控硅基本知識與電路應(yīng)用

可控硅也稱作晶閘管，可控硅有單向可控硅和雙向可控硅之分，雙向可控硅主要用于交流電源電路的降壓調(diào)壓控制，在各類電子或機電產(chǎn)品、家用電器等控制電路中得到廣泛的應(yīng)用，家用電器如調(diào)光臺燈、吸塵器、熨燙機、洗衣機、電冰箱、空調(diào)等控制電路都可見可控硅的蹤跡。園一、雙向可控硅基本常識般雙向可控硅封裝外形主要有兩種，和普通三極管、中功率三極管外形一致，型號常見BT、MAC、BCR系列，在選用可控硅時，若找不到相同的型號，考慮電流大小一致即可代換。

雙向可控硅有三個端子，端子名稱如圖1所示，A1、A2也可以用T1 T2表示。使用指針萬用表測量，其中的端子A2和另外兩個端子不通，端子A1和端子G雙向均處于導(dǎo)通低電阻狀態(tài)。

雙向可控硅和負載串聯(lián)使用，如圖2所示，通常用在220V交流電源電路控制中，在觸發(fā)電路觸發(fā)信號作用下，對負載起到電源開關(guān)或電壓降壓調(diào)節(jié)的作用。根據(jù)電路的特點，可控硅A1 A2端子使用有一定的前后要求。

雙向可控硅在G端信號觸發(fā)作用下，具有A1A2、A2A1雙向?qū)ǖ奶攸c，觸發(fā)電壓是G相對于A1端子來說的，UGA1可正可負，如圖3所示，雙向可控硅的觸發(fā)電壓是指UGA1。

二、雙向可控硅導(dǎo)通與斷開
1.可控硅觸發(fā)導(dǎo)通特點
可控硅在觸發(fā)導(dǎo)通后，觸發(fā)電壓就不再起作用，在觸發(fā)電壓消失后，可控硅仍然保持導(dǎo)通不會斷開。
2.可控硅交流過零自動關(guān)斷特點
可控硅只要有電流通過就一直處于導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)電流減少為0時，比如是交流電流正負方向轉(zhuǎn)換過零點時，如圖4所示，則可控硅電流為0，此時可控硅自動關(guān)斷，即使兩端又有了電壓，不管正負，可控硅也不再導(dǎo)通。只有再次進行觸發(fā)，可控硅才能再次導(dǎo)通。

三、交流同步觸發(fā)
雙向可控硅具有雙向?qū)ǖ奶攸c，主要用于交流電路對負載進行控制。由于可控硅在交流過零時自動關(guān)斷，所以交流每個半波都需要進行觸發(fā)一次，才能保證交流電流的通過。為了保證交流半波的及時觸發(fā)，簡單觸發(fā)電路通常采用交流同步觸發(fā)。
交流同步觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)如圖5所示，兩個電路A1、A2端子使用稍有差異，但作用是相同的。在端子GA2之間并聯(lián)觸發(fā)信號形成回路的電阻R。注意:R不能并聯(lián)在G、A1兩端。

交流同步觸發(fā)電路的觸發(fā)信號，由于使用了交流電源作為觸發(fā)信號源，每個交流半波對應(yīng)形成一個觸發(fā)脈沖，觸發(fā)信號的頻率確保和交流電源頻率同步，分析圖5中的左圖，其交流同步觸發(fā)原理如圖6所示。

交流正半波時，形成同步觸發(fā)信號-UGA1(UA1G)使A1 A2通;交流負半波時，形成同步觸發(fā)信號UcAI使A2、A1通。交流同步觸發(fā)電路的觸發(fā)電壓向，是和交流主回路雙向?qū)ǚ较蛞恢碌?，這里具有方向的關(guān)聯(lián)性，所以電阻R只能并聯(lián)在G、A2兩端，而不能并聯(lián)在G、A1兩端。
四、過零檢測觸發(fā)
1.交流過零檢測電路
采用cPU控制可控硅的工作電路，觸發(fā)信號是由CPU輸出的，為確保觸發(fā)信號和交流電源同步，CPU要對交流電源進行過零點檢測，以保證在過零點后同步觸發(fā)，所以在電路結(jié)構(gòu)中有專用的過輝點檢測電路，輸出過零脈沖給CPU.過.零檢測原理如圖7所示。

過零檢測電路通常和電源使用同一路變壓整流電路.在整流后分開，圖7中D5后是電源電路.使用D5隔離濾波電路和過零檢測電路，確保送給過零檢測電路的是100H全波信號。過零檢測電路有三極管V對全波進行波形轉(zhuǎn)換和鉗位，形成過零脈沖。
2.可控硅觸發(fā)電路
采用過零檢測觸發(fā)的可控硅電路如圖8所示，通常觸發(fā)電路是工作在直流電路回路中，將+5V直流電源和交流電進行關(guān)聯(lián)，使觸發(fā)電壓UeAn處于直流回路。在交流過零后，由CPU輸出同步觸發(fā)脈沖到達三極管基極，控制三極管截止和飽和，在飽和導(dǎo)通時可控硅觸發(fā)電壓UCA為負，對可控硅觸發(fā)，在截止時可控硅觸發(fā)電壓UGA1為0，對可控硅停止觸發(fā)。

不管在交流正半波還是負半波，都是UsA1的負電壓觸發(fā)，屬于電流泄放型觸發(fā)，即AIG方向有泄放電流，可控硅就導(dǎo)通，全自動洗衣機多采用這種控制電路。
3.CPU電源和交流電源關(guān)聯(lián)的可控硅觸發(fā)電路

CPU電源+5V是單獨的穩(wěn)壓電路構(gòu)成，可控硅的觸發(fā)電路是直接和CPU在同一個電流回路中，由于可控硅的觸發(fā)電路和交流主回路也是同一個交流回路，所以將直流穩(wěn)壓電路和交流主電路進行關(guān)聯(lián)，如圖9所示，將+5V和交流電源一端直接連接在一起，直流負極和交流另一端跨接200 k~300k電阻，這樣可控硅觸發(fā)電路既在交流回路又在直流回路中，可以使用CPU輸出的觸發(fā)信號直接觸發(fā)可控硅，簡化電路如圖10所示。這種控制電路整個電路板帶有強電，帶電維修電路板要注意。

4.CPU電源和交流電隔離的可控硅觸發(fā)電路
由于CPU是直流低壓電路，和交流電源進行關(guān)聯(lián)使整個電路板帶有強電，不便于電路的普遍應(yīng)用，所以在CPU控制電路中，通常使用光電耦合器隔離進行可控硅觸發(fā)，如圖11所示。光電耦合器發(fā)光管由CPU控制，光電耦合器三極管對可控硅進行交流過零觸發(fā)。

交流過零觸發(fā)由CPU控制，可控硅觸發(fā)仍然是電流泄放型觸發(fā)，觸發(fā)電壓UGA1是負電壓觸發(fā)，所以觸發(fā)電路必須有一個直流回路。
為了直流電路和交流電路關(guān)聯(lián)，通常使用220V交流電阻降壓，半波整流、濾波穩(wěn)壓得到一個直流電源，這個電源只為觸發(fā)電路服務(wù)，所以和+5V的CPU電源毫無關(guān)系，圖11中的R1是降壓電阻，D2是半波整流，C是濾波，D1是穩(wěn)壓，將電路圖進行簡化，得到圖12所示直流工作簡圖。

五、使用光耦可控硅控制的可控硅主回路
隨著光電耦合技術(shù)的發(fā)展，可控硅觸發(fā)為了使直流電路和交流電路隔離，通常使用光耦可控硅進行觸發(fā)控制，光耦可控硅內(nèi)部電路如圖13所示，通常制作成雙列6端子集成電路應(yīng)用。

1.光耦可控硅控制觸發(fā)電路
交流同步觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)中，使用光耦可控硅和電阻串聯(lián)，通過光耦可控硅通斷控制觸發(fā)主可控硅電路，電路基本結(jié)構(gòu)如圖14所示。

2.光耦可控硅直接控制負載
使用光耦可控硅直接控制交流電源的負載，光耦可控硅功率較大，可直接控制一般負載，電路基本結(jié)構(gòu)如圖15所示。

六、可控硅調(diào)壓原理
使用可控硅控制的交流負載，一般都是用于降壓調(diào)節(jié)控制，例如單相異步電機的調(diào)速。
1.交流同步觸發(fā)調(diào)壓原理
交流同步觸發(fā)可控硅控制電路，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)電阻的大小，在交流電壓大小變化時，在設(shè)定的觸發(fā)位置達到觸發(fā)電壓的幅度，可控硅導(dǎo)通。觸發(fā)位置一般在過零后的某一點，如圖16所示，輸出電壓的波形被斬掉一塊(圖中陰影部分)，使負載的電壓有效成分減少，雖然不再是連續(xù)變化的正弦交流電，但可以看成是近似正弦交流電，不會影響負載的特性。

改變觸發(fā)電路電阻，圖中觸發(fā)電壓矩形陰影上升沿(觸發(fā)電壓)前移或后移，即觸發(fā)相位變化，使斬波的大小發(fā)生變化，起到交流電壓調(diào)節(jié)的作用，可控硅都是采用移相觸發(fā)。
2.過零觸發(fā)調(diào)壓原理
過零檢測觸發(fā)可控硅控制電路，CPU輸出可移相的觸發(fā)脈沖，控制交流斬波的多少，調(diào)節(jié)可控硅輸出電壓高低，如圖17所示。