三端雙向可控硅應用電路

第五章三端雙向可控硅元件和其他硅控整流器（半導體閘流管）TriacsandotherThyristors刖言：Triac和SCR動作相同，只不過可雙向?qū)Щ?，此兩元件都為半導體閘流管（閘流體）家族成員。有些半導體閘流管由閘極信號控制進入導火狀態(tài)，如SCR和Triac，有些由外加電壓至其轉(zhuǎn)態(tài)值時轉(zhuǎn)入導通狀態(tài)，如四層二極管和Diac，不能開關(guān)傳入主負載電流的小型半導體閘流管，稱為電壓轉(zhuǎn)態(tài)元件（有時稱崩潰元件），通常只作為SCR、Triac等可開關(guān)大負載電流的半導體閘流管的閘極觸發(fā)電路。學習目標：1解釋Triac在控制交流電源推動電阻性負載的工作原理2正確定義并討論Triac的重要電氣參數(shù)，如，閘極觸發(fā)電流，保持電流等3說明作為Triac觸發(fā)電路的定電壓轉(zhuǎn)態(tài)元件的工作原理，并討論其優(yōu)點4祥述下列定電壓轉(zhuǎn)態(tài)型元件的電流對電壓特性，包括：Diac、四層二極管、硅雙向開關(guān)（SBS）、硅單向開關(guān)（SUS）5祥述Triac觸發(fā)電路上，電阻反饋/電壓反饋使之導火的工作原理，計算在Triac觸發(fā)電路上，使用電阻反饋和電壓反饋的電阻值和電容值6解釋半導體閘流管的特性曲線，讀出轉(zhuǎn)態(tài)電壓，轉(zhuǎn)回電壓，保持電流5-1Triac的理論與工作原理(TheoryandOperationofTriacs)Triac是一三端元件，用以控制流向負載的平均電流，與SCR最大不同在于：Triac在電源的正負半周都能導通。當Triac處于截止狀態(tài)時（off），無論外加電壓極性如何，兩主端點間無電流流動，如開啟的開關(guān)。處于導通轉(zhuǎn)態(tài)時（on），兩主端點間構(gòu)成一電阻極低的電流通路，電流流向根據(jù)外加電壓而定（方向一致），如閉合的開關(guān)。負載的平均電流取決與每周期內(nèi)，Triac處于導通的時間多少，可以調(diào)整，與SCR類似，

長，電流大，短，電流小。Triac的導通角度可達360°，可做全波控制（與SCR半波不同）。Triac優(yōu)于機械手開關(guān)：無接觸反彈、無接觸火化、動作較迅速、更準確地控制電流。1⑷）或主端黑占1WH）(A2)——或主端IS2(MT2)1⑷）或主端黑占1WH）(A2)——或主端IS2(MT2)如SCR,如SCR,Triac具有很壞的電氣特性差異，如正負半周的延遲角的差異，有時需采用某?M三槌不同情況下，Triac之主端黯鋌摩波形和其^栽置:蟹波形-（a）正食半通之辱火延巡角都是3F-（b）雨牛避之辱火延避角都是1就"*（矽）正、負半遇之理火延避常不同*此狀況逋常不被允昨「5-3Triac的電氣特性(ElectricalCharacteristicsofTriac)順向：電壓MT2>MT1。用以觸發(fā)的閘極電壓記為VGT（一般0.6-2.0V），閘極電流IGT（0.1-20mA）常因溫度變化而變。對一特定Triac，順向與反向的IGT不同。如同SCR，Triac一旦導通后，不必繼續(xù)維持閘極觸發(fā)電流存在，在主端點電壓極性改變或主端點間流通電流低于保持電流Iho（一般100mA）前，Triac繼續(xù)維持導通。另外一些重要特性：1）主端點可容許最大有效值電流IT（RMS），在此之內(nèi)，Triac可承受（一般，1，3,6，10，15，25）2）主端點轉(zhuǎn)態(tài)電壓（breakovervoltage）VDROM，在無閘極信號時，維持截止狀態(tài)，主端點所能加的最大電壓，若超過，則無論閘極有無控制信號，都會導通，但不會對Triac造成損壞(一般，100，200，400，600)雷流(b)雷流(b)5-3(a)Triac)1向主端黠偏厘畤之情況。(b)Triac舄反向主端黠偏摩畤，置流和各雷座情況。5-4Triac的觸發(fā)方法(TriggeringMethodsforTriac)5-4-1RC閘極控制電路

K5-4(a)筒罩的^桎控制雷路，辱火延理角可由R2^整。(b)改良型^桎控制雷路。K5-4(a)筒罩的^桎控制雷路，辱火延理角可由R2^整。(b)改良型^桎控制雷路。每半周，電容器C由R1,R2充電，正半周，上正下負，供應觸發(fā)閘極電流，順向?qū)═riac；負半周，上負下正，供應觸發(fā)閘極電流，反向?qū)═riac。C充電速度由R2調(diào)整，R2大，速度慢，延遲角大，負載平均電流小，R2小，反之。a圖延遲角不超過90，b圖，改良后，可超過。5-4-2定壓轉(zhuǎn)態(tài)元件組成的閘極控制電路圖5-4的閘極控制電路可在閘極加一定壓轉(zhuǎn)態(tài)元件加以改良，如Diac(其他亦可)，送入閘極是脈沖式電流非弦波式電流(RC閘極控制電路)，較RC電路為優(yōu)。Diac，雙向觸發(fā)二極管(bidirectionaltriggerdiode)或?qū)ΨQ觸發(fā)二極管(symmetricaltriggerdiode)，典型的電流-電壓特性曲線。當供應的順向電壓低于Diac的順向轉(zhuǎn)態(tài)電壓(forwardbreakovervoltage)Vbo時，Diac無電流流動，一旦電壓達到，Diac導通，電流突然加大，兩端電壓下降，造成脈沖電流；反向電壓區(qū)，類似。Diac的溫度特性穩(wěn)定，順向、反向轉(zhuǎn)態(tài)電壓差異小(低于1V)，因此2個半周延遲角幾乎相等。一般，Diac的轉(zhuǎn)態(tài)電壓為32V，十分適合交流供電系統(tǒng)。因Diac的轉(zhuǎn)態(tài)電壓較高，因此，相同的導火延遲角，RC時間常數(shù)要降低(對比RC電路)，R/C值要求小些。另一種Diac的符號表示法，較少使用。CiimcntReverseFor^'ardBreakover

Voltage(+VBOCiimcntReverseFor^'ardBreakover

Voltage(+VBO)Voltage圈5?5(a)包含Diac之Triac控制融。<b)Diac之雷流封宦壑特性曲^He)Diac之另一通用窟路■符髓。5-5硅雙向開關(guān)(SiliconBilateralSwitches)5-5-1SBS的理論和動作原理(TheoryandOperationofanSBS)SBS,硅雙向開關(guān)(SiliconBilateralSwitch),另一可觸發(fā)Triac的轉(zhuǎn)態(tài)元件。適于低壓觸發(fā)控制電路，轉(zhuǎn)態(tài)電壓較低(8V)，電流-電壓曲線與Diac類似，但“負電阻區(qū)”較為明顯，電壓降落區(qū)間較大(8降至1，有7V的轉(zhuǎn)回電壓，breakovervoltage)0SBS的閘極用于改變SBS的基本電流-電壓動作，若閘極不接，可取代Diac，但SBS有如下優(yōu)點：導通區(qū)間明顯溫度變化穩(wěn)定特性在正負半周較對稱

4）同型號特性較為接近舉例，一般SBS的溫度系數(shù)為0.20%/度，正負轉(zhuǎn)態(tài)差異0.3，同型差異0.1（而Diac為4V）(b)54（a）SBS之常路符甄朝。（b）SBS的霍流僵摩特性曲^■>5-5-2SBS的的閘極端應用（UsingtheGateTerminalofanSBS）SBS的閘極可用來轉(zhuǎn)換基本轉(zhuǎn)態(tài)特性，如圖，加入增納二極管，順向狀態(tài)電壓變?yōu)閂Z+0.6（PN結(jié)），而反向轉(zhuǎn)態(tài)電壓不變。應用于正負半周不同導火延遲角（不太普遍）。

(b)改夔廢之特性曲-

5-5-3SBS用于閘極消除Triac的遲滯(EliminatingTriacFlash-on(Hysteresis)withaGatedSBS)遲滯現(xiàn)象：從兩個方向調(diào)整電阻(大變小，小變大)，電路的反映不同，(hysteresis)原因：每個半周，C上殘存反向的電荷，須克服后，才能正常充電。Triac的閃現(xiàn)現(xiàn)象即遲滯的一個特殊現(xiàn)象。

圜W（fl）段操錐之Triac帽登寬路，耽邃路可消除Triac之踞現(xiàn)琨象。（b）常交流竄源趟近零融畤，的^桎重流流向。（力常SBS有.流畤，其膜向唾雷座降低學當SBS的閘極端加入一個電阻R,因此有少量閘流由A2流向G,表示閘極電阻上的電壓較A2為負，將使順向轉(zhuǎn)態(tài)特性急劇下降，轉(zhuǎn)態(tài)電壓降至IV，表示一旦A2對A1的電壓達到1V時，SBS立即轉(zhuǎn)態(tài)并導通（反向轉(zhuǎn)態(tài)電壓不變）。當交流電源完成正半周接近于0時，C上端電壓為正，R3的上端電壓對C的下端電壓約為0V，因此二極管D1順向偏壓，順向閘流，只要C的電壓超過1V，SBS即導通，C放電（經(jīng)過SBS，R4），當負半周來臨，C已放電完畢，可由零電壓開始充電，因此不論Triac是否導通，負半周都由同一初始電荷（此時幾乎為0）開始充電，消除遲滯現(xiàn)象。5-6單向轉(zhuǎn)態(tài)元件（UnilateralBreakoverDevices）單向轉(zhuǎn)態(tài)元件：包括四層二極管、硅單向開關(guān)（SUS），常用于SCR觸發(fā)電路，加上某些支持電路，可用于Triac的觸發(fā)電路。

5-9(a)四屑二桎髓之雷;路符甄。(b)SUS之雷:路符虢。(c)SUS之雷;流套厘特性曲財四層二極管和SUS的動作與SBS類似，只是僅有順向轉(zhuǎn)態(tài)點(forwardbreakover),逆向崩潰電壓(breakdown)很大，若有，會使元件損壞。SUS也具有閘極，改變其轉(zhuǎn)態(tài)特性，如圖，閘極陰極間接一增納二極管(增納的陰極接閘極，陽極接陰極)，轉(zhuǎn)態(tài)電壓降為VZ+0.6。若SUS的陽極至閘極間流有電流，SUS就可在極低的陽極到陰極電壓(約IV)下導通，控制動作與SBS類似。SUS是一種低電壓、低電流的元件，大部分轉(zhuǎn)態(tài)電壓為8V，電流在1A以下。5-7用以觸發(fā)Triac的四層二極管(BreakoverDevice(SUS)usedtoTriggeraTriac)工作原理：1橋式整流，加于RC電路

C的電壓與電源類似，滯后一個由R1、R2所決定的相位角度C電壓達到四層二極管的轉(zhuǎn)態(tài)電壓點時，四層二極管導通，C通過其向脈沖變壓器（pulsetransformer）的初級繞組放電（轉(zhuǎn)態(tài)電壓20V），產(chǎn)生一個脈沖電流波形，持續(xù)至Vc無法提供四層二極管導通所需的保持電流為止4脈沖變壓器將電流耦合至次級，至Triac的G-MT1電路上，令Triac導火（脈沖變壓器起到隔離作用）5無論電源極性如何，次級脈沖電流同向，Triac的閘極電流同向，均可導火，由主極電壓決定方向（相反），與SCR不同，反向閘極電流會損壞SCR6導火延遲角由R2調(diào)整Triac的導火，與閘極電流與主極電壓極性間關(guān)系，4種組合，正負主極電壓與正負閘極電流。

?s-10<a）四廚二倒?和I簸夔座器鮑成之Ttiac控制匿路叩b｝交流霜源波形口化）供至屈電路之全波整流霜;壁波形『尊胃。但）重容耄厘波形口《成腋衢燮^器初成雷摩波形。（0由齦兩夔整器次敘宅摩反向而來之波形。（^）食戴雷座波形05-8（Triac）截止狀態(tài)下電壓變動（上升）速度的臨界值（CriticalRateofRiseodOff-StateVOltage（dv/dt））RC電路與Triac并聯(lián)，防止Triac主極電壓上升太快，超過Triac所能忍受的最大電壓變化率，若超過，無論有無閘極信號，都立即進入導通狀態(tài)（一般，100V/us）。若交流電源能保證無高速浪涌電流存在，則RC電路可以不要，但實際環(huán)境中，一個變電開關(guān)動作，就能引起瞬間浪涌電壓，故需RC電路予以抑制。通常由C擔任，將加于主極的高頻信號旁路，對高頻形成一極小的阻抗值，任何快速的交流電源噪音都可由C短路落在負載電阻上，而不會加在Triac上。R用于限制C放電電流，以免燒毀Triac。5-9以UJT觸發(fā)Triac(UJTasTriggerDevicesforTriac)Triac的觸發(fā)電路控制常用UJT組成的電阻或電壓反饋電路。5-9-1電阻反饋式UJT觸發(fā)電路(UJTTriggerCircuitwithResistiveFeedback)工作原理：1T1為隔離變壓器(isolationtransformer)，圈數(shù)比為1：1，對初級和次級繞組予以電氣隔離，使電源與觸發(fā)電路獨立，抑制噪音干擾。2橋式整流經(jīng)過增納剪截，送出與交流電源同步的24V波形3建立起24V電壓后，C開始充電，至UJT峰值電壓后，UJT導火，在T2初級線圈上建立電流脈沖，耦合送至Triac閘極，令Triac導通C的充電速度由Rf對R1比值決定，小則Q1偏壓大，導通較厲害，供應較大電流，C充電較快，UJT導火快，負載平均電流大，大，則相反。恒流源工作原理：1忽略Q1的基極電流(慎選R1和RF的值)，R1和Rf看作串聯(lián)電路，分壓器2對于Q1，射極電流近似等于集極電流(放大倍數(shù)很高)3由公式得IC與Rf值成反比，且為一定值4I為常數(shù)，由C的公式定壓，可知充電速度為常數(shù)，電壓為斜波(a}園5-11(a)以一UJT及一恒流源鮑成躺畿甯路之Triac控制雷路°(b)和(a)相同，但回授量以Vp雷摩控制。(c)以曾納二桎醴剪載之全波簟厘波形。(d)雷容雷厘波形。(e)脆艘摩器之次瞧頑波，

ffi5-11(?)

(f)將電阻反饋式電路中的Rf以電壓反饋代替即得。調(diào)整Vf即可調(diào)整Tr