可控硅觸發(fā)電路原理+案例，手把手教你設(shè)計

詳細總結(jié)了一下可控硅觸發(fā)的方法，這次給大家講解一下可控硅觸發(fā)電路原理，常見的可控硅觸發(fā)電路。

可控硅柵極觸發(fā)電路

為了使使用可控硅（SCR）的電路正常運行，觸發(fā)電路應(yīng)在準(zhǔn)確的時間提供觸發(fā)信號，以確保在需要時開啟。

一般來說，用于觸發(fā)可控硅2SCR的觸發(fā)電路必須滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：

產(chǎn)生適當(dāng)幅度和足夠短上升時間的柵極信號

產(chǎn)生足夠持續(xù)時間的門信號

在所需范圍內(nèi)提供準(zhǔn)確的射擊控制

確保不會因錯誤信號或噪聲而觸發(fā)

在AC應(yīng)用中，確保在可控硅SCR正向偏置時施加?xùn)艠O信號

在三相電路中，提供相對于參考點相距120

確保同時觸發(fā)串聯(lián)或并聯(lián)連接的可控硅SCR

通常使用三種基本類型的柵極觸發(fā)信號：直流信號脈沖信號和交流信號。

觸發(fā)要求通常以直流電壓和電流的形式提供，由于脈沖信號通常用于觸發(fā)可控硅SCR，因此還需要考慮觸發(fā)脈沖的持續(xù)時間。

幅度剛好等于DC要求的觸發(fā)脈沖必須具有足夠長的脈沖寬度，以確保在可控硅SCR的整個導(dǎo)通時間內(nèi)提供柵極信號。

隨著柵極信號幅度的增加，可控硅的開啟時間減少，柵極脈沖的寬度可能會減小。對于高感性負載，脈沖寬度必須足夠長，以確保陽極電流上升到大于可控硅SCR的鎖存電流的值。

可控硅觸發(fā)電路--直流信號

下圖顯示了一個簡單的電路，該電路應(yīng)用來自外部觸發(fā)電路的直流信號。

開關(guān)S閉合以打開可控硅SCR。閉合開關(guān)將直流電流施加到可控硅SCR的柵極，該柵極由源極(V_)正向偏置。一旦可控硅SCR 導(dǎo)通，就可以打開開關(guān)以移除柵極信號。

二極管D將負柵極信號的幅度限制為1V，電阻器R用于限制柵極電流。

簡單的可控硅電路

下圖顯示了從主電源內(nèi)部提供柵極信號的替代電路，這兩個電路以基本相同的方式運行。

施加恒定的直流柵極信號是不可取的，因為柵極功率耗散會一直存在。此外，在交流應(yīng)用中，直流柵極信號不用于觸發(fā)可控硅SCR，因為在負半周期期間柵極處存在正信號會增加反向陽極電流并可能損壞可控硅。

從主電源內(nèi)部提供柵極信號的替代可控硅電路

可控硅觸發(fā)電路--脈沖信號

為了降低柵極功率耗散，可控硅觸發(fā)電路產(chǎn)生單個脈沖或一串脈沖，而不是連續(xù)的直流柵極信號，這可以精確控制可控硅SCR的觸發(fā)點，此外，很容易在可控硅SCR和柵極觸發(fā)電路之間提供電氣隔離。

如果多個可控硅SCR從同一個源選通，則通過脈沖變壓器或光耦合器進行電氣隔離很重要，隔離還可以減少不需要的信號，例如瞬態(tài)噪聲信號，這些信號可能會無意中觸發(fā)敏感的SCR。

可控硅觸發(fā)電路--脈沖信號電路圖

上圖顯示了使用單結(jié)晶體管(UJT)振蕩器產(chǎn)生脈沖的最常見方法，該電路非常適合觸發(fā)可控硅SCR。

它在B處提供一系列窄脈沖，當(dāng)電容充電到UT的峰值電壓(V_)時，UJT開啟。這會在發(fā)射極–基極1結(jié)上放置一個低電阻，并且發(fā)射極電流流過脈沖變壓器的初級，將柵極信號施加到可控硅SCR，可以通過增加C的值來增加輸出信號的脈沖寬度。

該電路的一個困難是，由于脈沖寬度窄，在去除柵極信號之前可能無法獲得鎖存電流。不過一個RC緩沖電路可以用來消除這個問題。

可控硅觸發(fā)電路--脈沖信號電路圖

上圖所示電路的操作與此類似，通過使用R兩端的輸出來驅(qū)動與變壓器初級串聯(lián)的晶體管Q，可以改善脈沖的寬度和上升時間。

當(dāng)來自UJT的脈沖施加到Q的基極時，晶體管飽和，并且電源電壓V_被施加在初級兩端，這會在脈沖變壓器的次級感應(yīng)出一個電壓脈沖，該電壓脈沖被施加到可控硅SCR。當(dāng)脈沖到IQ的基極被移除時，它關(guān)閉。

由變壓器中的塌陷磁場引起的電流在初級繞組上感應(yīng)出一個相反極性的電壓，二極管D在此期間為電流提供路徑。

DIAC的類似電路圖

使用DIAC的類似電路（上圖）在由RC時間常數(shù)確定的一段時間內(nèi)為電容緩慢充電。在電容充電到等于DIAC的擊穿電壓的電壓后，它會將DIAC切換到導(dǎo)通狀態(tài)。

然后電容迅速放電到可控硅SCR的柵極端子，短暫的間隔后，DIAC關(guān)閉并重復(fù)循環(huán)。

這種安排需要相對較低的功率來從直流電源為電容充電，但它會在短時間內(nèi)提供大功率以實現(xiàn)可靠的可控硅SCR開啟，波形如下圖所示。

波形圖

下圖中觸發(fā)電路使用光耦合器在控制電路和負載之間實現(xiàn)電氣隔離。

通過光耦合器觸發(fā)還可以防止噪聲或瞬變造成的錯誤觸發(fā)，這種觸發(fā)技術(shù)在固態(tài)繼電器中特別流行。

光耦合觸發(fā)電路-可控硅觸發(fā)電路圖

可控硅觸發(fā)電路--交流信號

在交流應(yīng)用中控制可控硅SCR的最常用方法是從同一交流源獲得觸發(fā)信號，并在正半周期期間控制其對可控硅SCR的應(yīng)用點。

一個簡單的電阻觸發(fā)電路如下圖所示。在正半周期內(nèi)，可控硅處于正向阻斷狀態(tài)。在某個V值下，柵極電流高到足以開啟可控硅SCR。

可控硅SCR的準(zhǔn)確觸發(fā)時刻由電阻阻R控制，二極管D確保只有正電流施加到柵極。

可控硅觸發(fā)電路--交流信號

在下圖中，一個RC電路產(chǎn)生門控信號。

C兩端的電壓滯后于電源電壓的量取決于(R+R)和C，增加R_會增加電壓V_達到有足夠柵極電流開啟SCR的水平所需的時間。

可控硅觸發(fā)電路--交流信號

可控硅觸發(fā)電路--串聯(lián)和并聯(lián)觸發(fā)SCR

串聯(lián)或并聯(lián)連接的可控硅SCR應(yīng)從同一源并在同一時刻觸發(fā)，這可以通過使用相對較高的柵極觸發(fā)電壓來實現(xiàn)。該電壓可以更快地使可控硅SCR疲勞，從而導(dǎo)致一致的導(dǎo)通時間。脈沖變壓器用于確保同時觸發(fā)所有柵極。

可控硅觸發(fā)電路--串聯(lián)和并聯(lián)觸發(fā)SCR

下圖顯示了具有適當(dāng)絕緣的多個次級繞組的柵極觸發(fā)脈沖變壓器。變壓器還提供了電氣隔離，因此觸發(fā)源不會負載過重，從而防止組中的其他可控硅SCR觸發(fā)。

具有適當(dāng)絕緣的多個次級繞組的柵極觸發(fā)脈沖變壓器

可控硅觸發(fā)電路--電阻觸發(fā)電路

下面的電路顯示了可控硅SCR 的電阻觸發(fā)，它用于從輸入交流電源驅(qū)動負載。電阻和二極管組合電路充當(dāng)柵極控制電路，以在所需條件下切換 SCR。

當(dāng)施加正電壓時，可控硅SCR 正向偏置，直到其柵極電流大于 可控硅SCR 的最小柵極電流時才會導(dǎo)通。

當(dāng)通過改變電阻 R2 施加?xùn)艠O電流以使柵極電流應(yīng)大于柵極電流的最小值時，可控硅SCR 導(dǎo)通，因此負載電流開始流過可控硅SCR。

可控硅SCR 保持開啟狀態(tài)，直到陽極電流等于可控硅SCR保持電流。

當(dāng)施加的電壓為零時，可控硅將關(guān)閉。因此，當(dāng)可控硅SCR 充當(dāng)開路開關(guān)時，負載電流為零。

二極管在輸入的負半周期間保護柵極驅(qū)動電路免受反向柵極電壓的影響。電阻 R1 限制流過柵極端子的電流，其值使得柵極電流不應(yīng)超過最大柵極電流。

電阻觸發(fā)電路是最簡單、最經(jīng)濟的觸發(fā)類型，但由于其缺點而僅限于少數(shù)應(yīng)用。

在這種情況下，觸發(fā)的角度僅限于 90 度。因為施加的電壓在 90 度時最大，所以柵極電流必須達到介于 0 到 90 度之間的最小柵極電流值。

可控硅觸發(fā)電路--電阻-電容（RC）觸發(fā)電路

RC 觸發(fā)電路可以克服電阻觸發(fā)電路的限制，該電路提供 0 到 180 度的觸發(fā)角控制。通過改變柵極電流的相位和幅度，使用該電路可以獲得較大的觸發(fā)角變化。

下圖顯示了 RC 觸發(fā)電路，該電路由兩個二極管組成，其中一個 RC 網(wǎng)絡(luò)連接以打開 SCR。

通過改變可變電阻，觸發(fā)或觸發(fā)角在輸入信號的整個正半周期內(nèi)得到控制。

可控硅觸發(fā)電路--電阻觸發(fā)電路

在輸入信號的負半周期間，電容通過二極管 D2 與下極板正極一起充電，直至達到最大電源電壓 Vmax。該電壓在電容器兩端保持在-Vmax，直到電源電壓達到過零。

在輸入的正半周期內(nèi)，可控硅SCR 變?yōu)檎蚱?，電容開始通過可變電阻充電至可控硅 SCR 的觸發(fā)電壓值。

當(dāng)電容充電電壓等于柵極觸發(fā)電壓時，可控硅導(dǎo)通，電容保持小電壓。因此，即使在輸入波形經(jīng)過 90 度之后，電容電壓也有助于觸發(fā) 可控硅SCR。

在這種情況下，二極管 D1 在通過二極管 D2 的輸入的負半周期期間防止柵極和陰極之間的負電壓。

可控硅觸發(fā)電路--電阻觸發(fā)電路波形圖

可控硅觸發(fā)電路--UJT點火電路

這是觸發(fā) SCR 的最常用方法，因為使用 R 和 RC 觸發(fā)方法在柵極處的延長脈沖會導(dǎo)致柵極處更多的功率耗散，因此使用 UJT（Uni Junction Transistor）作為觸發(fā)器件可以限制功率損耗，因為它會產(chǎn)生一串脈沖。

RC 網(wǎng)絡(luò)連接到構(gòu)成定時電路的 UJT 的發(fā)射極端子。電容是固定的，而電阻是可變的，因此電容的充電速率取決于可變電阻，這意味著控制 RC 時間常數(shù)。

當(dāng)施加電壓時，電容開始通過可變電阻充電。通過改變電容兩端的電阻值電壓得到改變。一旦電容電壓等于 UJT 的峰值，它就開始導(dǎo)通并因此產(chǎn)生一個脈沖輸出，直到電容兩端的電壓等于 UJT 的谷電壓 Vv。該過程重復(fù)并在基本終端 1 處產(chǎn)生一系列脈沖。

基極端子 1 的脈沖輸出用于以預(yù)定的時間間隔打開 SCR。

可控硅觸發(fā)電路--UJT點火電路