5款雙向可控硅的電路應(yīng)用場景 雙向可控硅工作原理

可控硅對(duì)于電子工程師來說是個(gè)重要的元器件，對(duì)于一個(gè)合格的硬件工程師來說，必須要掌握可控硅的電路設(shè)計(jì)。可控硅在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，常用來做各種大功率負(fù)載的開關(guān)。相比繼電器，可控硅有很多優(yōu)勢，繼電器在開關(guān)動(dòng)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生電火花，在某些工業(yè)環(huán)境由于安全原因這是不允許的，繼電器在開關(guān)動(dòng)作時(shí)觸點(diǎn)會(huì)發(fā)生氧化，影響繼電器壽命，而這些缺點(diǎn)可控硅都能避免。

可控硅(Silicon Controlled Rectifier) 簡稱SCR，可控硅分單向可控硅和雙向可控硅兩種。雙向可控硅也叫三端雙向可控硅，簡稱TRIAC。雙向可控硅在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于兩個(gè)單向可控硅反向連接，這種可控硅具有雙向?qū)üδ堋Ｆ渫〝酄顟B(tài)由控制極G決定。在控制極G上加正脈沖(或負(fù)脈沖)可使其正向(或反向)導(dǎo)通。

單向可控硅工作原理
? 單向可控硅的電流是從陽極流向陰極，交流電過零點(diǎn)時(shí)截止，如圖交流電的負(fù)半周時(shí)，單向可控硅是不導(dǎo)通的，在正半周時(shí)，只有控制柵極有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，可控硅才導(dǎo)通。

雙向可控硅工作原理

? 雙向可控硅的電流能從T1極流向T2極,也能從T2極流向T1極，交流電過零點(diǎn)時(shí)截止，只有控制柵極有正向或負(fù)向的觸發(fā)信號(hào)時(shí)，可控硅才導(dǎo)通。

接下來我們講解下使用最多的雙向可控硅的一些電路應(yīng)用

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上圖中，VCC和交流電其中一端是連接在一起的，這樣就能保證單片機(jī)是輸出低電平信號(hào)觸發(fā)可控硅，這樣可控硅觸發(fā)工作在第3象限，上圖中避免可控硅觸發(fā)使用高電平信號(hào)，避免可控硅觸發(fā)工作在第4象限。若運(yùn)行在第4象限由于雙向可控硅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，門極離主載流區(qū)域較遠(yuǎn)，導(dǎo)致需要更高的Igt,由 Ig 觸發(fā)到負(fù)載電流開始流動(dòng)，兩者之間遲后時(shí)間較長,導(dǎo)致要求 Ig 維持較長時(shí)間,另外一個(gè)缺點(diǎn)就是會(huì)導(dǎo)致低得多的 dIT/dt 承受能力，若控制負(fù)載具有高dI/dt 值（例如白熾燈的冷燈絲），門極可能發(fā)生強(qiáng)烈退化。查閱可控硅BT134器件規(guī)格書，也明確說明觸發(fā)工作在第4象限，Igt需求更大。如下圖：

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上圖第1個(gè)主要是應(yīng)用在低端類的產(chǎn)品上，常見的如家里的吊扇，第2個(gè)圖加入單片機(jī)控制。

其它應(yīng)用場合

電路的觸發(fā)方式

柵極電路

上圖是主要的可控硅柵極的觸發(fā)電路

雙向可控硅的應(yīng)用主要事項(xiàng)：

1.在使用雙向可控硅控制電感性負(fù)載時(shí)，一般要如下面所示連接 RC 吸收電路 ， 以抑制施加到器件上的 (dv/dt)c 值。當(dāng)用雙向可控硅開關(guān)控制電感性負(fù)載（L型負(fù)載）時(shí)，如在轉(zhuǎn)換期間由于電流延遲的作用， (di/dt)c 和 (dv/dt)c 超過某個(gè)值時(shí)，可能因?yàn)?di/dt)c 和(dv/dt)c，不需柵極信號(hào)而進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，從而變得無法控制。

RC吸收回路的參數(shù)取值，我們常見的馬達(dá)控制場合，常用的選取電阻為100歐。電容為0.01uF. 而起到噪聲保護(hù)的作用的，接在控制柵極和T1之間的電阻和電容的參數(shù)，可根據(jù)環(huán)境和EMC效果酌情選取。 2.根據(jù)公式，Rg=(Vcc-Vgt)/Igt（Rg為柵極電阻），柵極電流和柵極電阻Rg和柵極電壓Vgt有關(guān)。

柵極觸發(fā)電流Igt的設(shè)定，應(yīng)有足夠的余量，要充分考慮低溫最惡劣的環(huán)境，可控硅的結(jié)溫特性確定了在低溫下的Igt需求更大，如下圖：

柵極觸發(fā)電流Igt的設(shè)定，還需考慮柵極觸發(fā)電壓Vgt的因素，同樣，也要充分考慮低溫最惡劣的環(huán)境，可控硅的結(jié)溫特性確定了在低溫下的Vgt需求更大，如下圖：

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考慮以上兩個(gè)因素，設(shè)定柵極電流Igt時(shí)，通常按規(guī)格書要求的1.5倍來設(shè)定，故柵極電阻Rg的選取需謹(jǐn)慎選取。

3.當(dāng)遇到嚴(yán)重的、異常的電源瞬間過程， T2上 電壓可能超過 VDRM，此時(shí) T2 和 T1 間的漏電將達(dá)到一定程度，并使雙向可控硅自發(fā)導(dǎo)通，

若負(fù)載允許高涌入電流通過，在硅片導(dǎo)通的小面積上可能達(dá)到極高的局部電流密度。這可能導(dǎo)致硅片的燒毀。白熾燈、電容性負(fù)載和消弧保護(hù)電路都可能導(dǎo)致強(qiáng)涌入電流。由于超過 VDRM 或 dVD/dt 導(dǎo)致雙向可控硅導(dǎo)通，這不完全威脅設(shè)備安全。而是隨之而來的 dIT/dt 很可能造成破壞。原因是，導(dǎo)通擴(kuò)散至整個(gè)結(jié)需要時(shí)間，此時(shí)允許的 dIT/dt 值低于正常情況下用門極信號(hào)導(dǎo)通時(shí)的允許值。假如過程中限制 dIT/dt 到一較低的值，雙向可控硅可能可以幸存。為此，可在負(fù)載上串聯(lián)一個(gè)幾μH的不飽和（空心）電感。如上述解決方法不能接受，或不實(shí)際時(shí)，可代替的方法是增加過濾和箝位電路，防止尖峰脈沖到達(dá)雙向可控硅。使用壓敏電阻器，作為“軟”電壓箝位器，跨接在電源上， 壓敏電阻上游增加電感、電容濾波電路。

4.通常具有高初始涌入電流的常見負(fù)載是白熾燈，冷態(tài)下電阻低。對(duì)于這種電阻性負(fù)載，若在電源電壓的峰值開始導(dǎo)通， dIT/dt 將具有最大值。假如這值有可能超過雙向可控硅的 dIT/dt 值，最好在負(fù)載上串聯(lián)一只幾μH 的電感加以限制，或串聯(lián)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。需要注意的是，電感在最大電流下不能飽和。一旦飽和，電感將跌落，再也不能限制 dIT/dt。無鐵芯的電感符合這個(gè)條件。一個(gè)更巧妙的解決辦法是采用零電壓導(dǎo)通，不必接入任何限制電流的器件。電流可以從正弦波起點(diǎn)開始逐漸上升。 注意：零電壓導(dǎo)通只能用在電阻性負(fù)載。對(duì)于電感性負(fù)載，由于電壓和電流間存在相位差，使用這方法會(huì)引起“半波”或單極導(dǎo)通，可能使電感性負(fù)載飽和，導(dǎo)致破壞性的高峰電流，以及過熱。 ?

編輯：黃飛

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