双向可控硅四象限触发电路的设计

2018-05-05 18:18:04 admin 0

双向可控硅是一种功率半导体器件,也称双向晶闸管,在单片机控制系统中,可作为功率驱动器件,由于双向可控硅没有反向耐压问题,控制电路简单,因此特别适合做交流无触点开关使用。双向可控硅接通的一般都是一些功率较大的用电器,且连接在强电网络中,其触发电路的抗干扰问题很重要,通常都是通过光电耦合器将单片机控制系统中的触发信号加载到可控硅的控制极。为减小驱动功率和可控硅触发时产生的干扰,交流电路双向可控硅的触发常采用过零触发电路。(过零触发是指在电压为零或零附近的瞬间接通,由于采用过零触发,因此需要正弦交流电过零检测电路)

  双向可控硅分为三象限、四象限可控硅,四象限可控硅其导通条件如下图:

双向可控硅四象限触发方式介绍_双向可控硅触发电路的设计

  总的来说导通的条件就是:G极与T1之间存在一个足够的电压时并能够提供足够的导通电流就可以使可控硅导通,这个电压可以是正、负,和T1、T2之间的电流方向也没有关系。因为双向可控硅可以双向导通,所以没有正极负极,但是有T1、T2之分

  双向可控硅触发电路的设计方案

  双向可控硅是一种功率半导体器件,也称双向晶闸管,在单片机控制系统中,可作为功率驱动器件,由于双向可控硅没有反向耐压问题,控制电路简单,因此特别适合做交流无触点开关使用。双向可控硅接通的一般都是一些功率较大的用电器,且连接在强电网络中,其触发电路的抗干扰问题很重要,通常都是通过光电耦合器将单片机控制系统中的触发信号加载到可控硅的控制极。为减小驱动功率和可控硅触发时产生的干扰,交流电路双向可控硅的触发常采用过零触发电路。过零触发是指在电压为零或零附近的瞬间接通。由于采用过零触发,因此上述电路还需要正弦交流电过零检测电路。

  1 过零检测电路

  电路设计如图1 所示,为了提高效率,使触发脉冲与交流电压同步,要求每隔半个交流电的周期输出一个触发脉冲,且触发脉冲电压应大于4V ,脉冲宽度应大于20us.图中BT 为变压器,TPL521 - 2 为光电耦合器,起隔离作用。当正弦交流电压接近零时,光电耦合器的两个发光二极管截止,三极管T1基极的偏置电阻电位使之导通,产生负脉冲信号,T1的输出端接到单片机80C51 的外部中断0 的输入引脚,以引起中断。在中断服务子程序中使用定时器累计移相时间,然后发出双向可控硅的同步触发信号。过零检测电路A、B 两点电压输出波形如图2 所示。

双向可控硅四象限触发方式介绍_双向可控硅触发电路的设计
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  2 过零触发电路

  电路如图3 所示,图中MOC3061 为光电耦合双向可控硅驱动器,也属于光电耦合器的一种,用来驱动双向可控硅BCR 并且起到隔离的作用,R6 为触发限流电阻,R7 为BCR 门极电阻,防止误触发,提高抗干扰能力。当单片机80C51 的P1. 0 引脚输出负脉冲信号时T2 导通,MOC3061 导通,触发BCR 导通,接通交流负载。另外,若双向可控硅接感性交流负载时,由于电源电压超前负载电流一个相位角,因此,当负载电流为零时,电源电压为反向电压,加上感性负载自感电动势el 作用,使得双向可控硅承受的电压值远远超过电源电压。虽然双向可控硅反向导通,但容易击穿,故必须使双向可控硅能承受这种反向电压。一般在双向可控硅两极间并联一个RC阻容吸收电路,实现双向可控硅过电压保护,图3 中的C2 、R8 为RC 阻容吸收电路。

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  3 结束语

  双向可控硅过零触发电路主要应用于单片机控制系统的交流负载控制电路,可以控制电炉、交流电机等大功率交流设备,经过实践证明工作安全、可靠。本文重点介绍了过零检测、触发电路。至于软件设计比较简单,当过零检测电路检测到过零时产生中断请求,只要在中断服务程序中通过单片机80C51 的P1. 0 引脚发出触发脉冲即可触发双向可控硅导通。

双向可控硅四象限触发方式介绍

  双向可控硅是在普通可控硅的基础上发展而成的,它不仅能代替两只反极性并联的可控硅,而且仅需一个触发电路,是目前比较理想的交流开关器件。其英文名称TRIAC即三端双向交流开关之意。

  尽管从形式上可将双向可控硅看成两只普通可控硅的组合,但实际上它是由7只晶体管和多只电阻构成的功率集成器件。小功率双向可控硅一般采用塑料封装,有的还带散热板。大功率双向可控硅大多采用RD91型封装。

  从双向可控硅的结构看它属于NPNPN五层器件。三个电极分别是T1、T2、G。因该器件可以双向导通,故除门极G以外的两个电极统称为主端子,用T1、T2。表示,不再划分成阳极或阴极。其特点是:当G极和T2极相对于T1的电压均为正时,T2是阳极,T1是阴极。反之,当G极和T2 极相对于T1的电压均为负时,T1变成阳极,T2为阴极。双向可控硅的伏安特性见下图,由于正、反向特性曲线具有对称性,所以它可在任何一个方向导通。

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  双向可控硅不管门极加正向电压还是反向电压,只要所加的门极电压和门极驱动电流足够大,双向可控硅均会被触发导通。根据双向可控硅的主回路电压及门极电压的正负,可将双向可控硅的触发情况分为四种情况。用坐标系来表示则可分为四个象限。

  如下图所示为双向可控硅四个象限的触发情况:

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  初次按触双向可控硅时,人们常会想一个问题:双向可控硅的门极到底要加正电压还负电压可控硅才可能导通?如前所述,双向可控硅不管门极加正电压还是负电压其均可导通。因为双向可控硅内部集成了门极触发电路。但有两个基本条件,即门极电压大小和门极电流大小。门极电压不能过低,门极电压太低可控硅不能导到,一般双向可控硅厂家都将门极触发电压做到几伏以便使主控IC可以用较低的电压将触发;门极触发电流不能过小,如果门极触发电流太小双向可控硅同样不能导通。一般门极触发电流需要十几毫安到几百毫安。

  如下表格为双向可控硅四象限触发方式:

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