雙向可控硅介紹

　　“雙向可控硅”：是在普通可控硅的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，它不僅能代替兩只反極性并聯(lián)的可控硅，而且僅需一個(gè)觸發(fā)電路，是比較理想的交流開(kāi)關(guān)器件。其英文名稱(chēng)TRIAC即三端雙向交流開(kāi)關(guān)之意。

　　兩極雙向可控硅用萬(wàn)用表測(cè)量好壞

　　方法一： 測(cè)量極間電阻法。將萬(wàn)用表置于皮R×1k檔，如果測(cè)得T2－T1、T2－G之間的正反向電阻接近∞，而萬(wàn)用表置于R×10檔測(cè)得T1－G之間的正反向電阻在幾十歐姆 時(shí)，就說(shuō)明雙向可控硅是好的，可以使用；反之，若測(cè)得T2－T1，、T2－G之間的正反向電阻較小甚或等于零．而Tl－G之間的正反向電阻很小或接近于零時(shí)．就說(shuō)明雙向可控硅的性能變壞或擊穿損壞。不能使用；如果測(cè)得T1－G之間的正反向電阻很大（接近∞）時(shí)，說(shuō)明控制極G與主電極T1之間內(nèi)部接觸不良或開(kāi)路損壞，也不能使用。

　　方法二： 檢查觸發(fā)導(dǎo)通能力。萬(wàn)用表置于R×10檔：①如圖，1（a）所示，用黑表筆接主電極T2，紅表筆接T1，即給T2加正向電壓，再用短路線(xiàn)將G與T1（或T2）短接一下后離開(kāi)，如果表頭指針發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)并停留在一固定位置，說(shuō)明雙向可控硅中的一部分（其中一個(gè)單向可控硅）是好的，如圖1（b）所示，改黑表筆接主電極T1，紅表筆接T2，即給T1加正向電壓，再用短路線(xiàn)將G與T1（或T2）短接一下后離開(kāi)，如果結(jié)果同上，也證明雙向可控硅中的另一部分（其中的一個(gè)單向可控硅是好的。測(cè)試到止說(shuō)明雙向可控硅整個(gè)都是好的，即在兩個(gè)方向（在不同極性的觸發(fā)電壓證）均能觸發(fā)導(dǎo)通。

　　方法三：檢查觸發(fā)導(dǎo)通能力。如圖2所示．取一只10uF左右的電解電容器，將萬(wàn)用 表置于R×10k檔（V電壓），對(duì)電解電容器充電3~5s后用來(lái)代替圖1中的短路線(xiàn)，即利用電容器上所充的電壓作為觸發(fā)信號(hào)，然后再將萬(wàn)用表置于R×10檔，照?qǐng)D2（b）連接好后進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí)，電容C的極性可任意連接，同樣是碰觸一下后離開(kāi)，觀(guān)察表頭指針偏轉(zhuǎn)情況，如果測(cè)試結(jié)果與“方法二’相同，就證明雙向可控硅是好的。

　　雙向可控硅觸發(fā)電路

　　雙向可控硅是一種功率半導(dǎo)體器件，也稱(chēng)雙向晶閘管，在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，可作為功率驅(qū)動(dòng)器件，由于雙向可控硅沒(méi)有反向耐壓?jiǎn)栴}，控制電路簡(jiǎn)單，因此特別適合做交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)使用。雙向可控硅接通的一般都是一些功率較大的用電器，且連接在強(qiáng)電網(wǎng)絡(luò)中，其觸發(fā)電路的抗干擾問(wèn)題很重要，通常都是通過(guò)光電耦合器將單片機(jī)控制系統(tǒng)中的觸發(fā)信號(hào)加載到可控硅的控制極。為減小驅(qū)動(dòng)功率和可控硅觸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的干擾，交流電路雙向可控硅的觸發(fā)常采用過(guò)零觸發(fā)電路。過(guò)零觸發(fā)是指在電壓為零或零附近的瞬間接通。由于采用過(guò)零觸發(fā)，因此上述電路還需要正弦交流電過(guò)零檢測(cè)電路。

　　1 過(guò)零檢測(cè)電路

　　電路設(shè)計(jì)如圖1 所示，為了提高效率，使觸發(fā)脈沖與交流電壓同步，要求每隔半個(gè)交流電的周期輸出一個(gè)觸發(fā)脈沖，且觸發(fā)脈沖電壓應(yīng)大于4V ，脈沖寬度應(yīng)大于20us.圖中BT 為變壓器，TPL521 - 2 為光電耦合器，起隔離作用。當(dāng)正弦交流電壓接近零時(shí)，光電耦合器的兩個(gè)發(fā)光二極管截止，三極管T1基極的偏置電阻電位使之導(dǎo)通，產(chǎn)生負(fù)脈沖信號(hào)，T1的輸出端接到單片機(jī)80C51 的外部中斷0 的輸入引腳，以引起中斷。在中斷服務(wù)子程序中使用定時(shí)器累計(jì)移相時(shí)間，然后發(fā)出雙向可控硅的同步觸發(fā)信號(hào)。過(guò)零檢測(cè)電路A、B 兩點(diǎn)電壓輸出波形如圖2 所示。

　　2 過(guò)零觸發(fā)電路

　　電路如圖3所示，圖中MOC3061為光電耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器，也屬于光電耦合器的一種，用來(lái)驅(qū)動(dòng)雙向可控硅BCR 并且起到隔離的作用，R6 為觸發(fā)限流電阻，R7為BCR門(mén)極電阻，防止誤觸發(fā)，提高抗干擾能力。當(dāng)單片機(jī)80C51 的P1. 0 引腳輸出負(fù)脈沖信號(hào)時(shí)T2 導(dǎo)通，MOC3061 導(dǎo)通，觸發(fā)BCR 導(dǎo)通，接通交流負(fù)載。另外，若雙向可控硅接感性交流負(fù)載時(shí)，由于電源電壓超前負(fù)載電流一個(gè)相位角，因此，當(dāng)負(fù)載電流為零時(shí)，電源電壓為反向電壓，加上感性負(fù)載自感電動(dòng)勢(shì)el 作用，使得雙向可控硅承受的電壓值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電源電壓。雖然雙向可控硅反向?qū)?，但容易擊穿，故必須使雙向可控硅能承受這種反向電壓。一般在雙向可控硅兩極間并聯(lián)一個(gè)RC阻容吸收電路，實(shí)現(xiàn)雙向可控硅過(guò)電壓保護(hù)，圖3 中的C2 、R8 為RC 阻容吸收電路。

　　雙向可控硅結(jié)構(gòu)原理圖

　　雙向可控硅屬于NPNPN五層器件，三個(gè)電極分別是T1、T2、G。盡管從形式上可將雙向可控硅看成兩只普通可控硅的組合，但實(shí)際上它是由7只晶體管和多只電阻構(gòu)成的功率集成器件。

　　因該器件可以雙向?qū)?，故除門(mén)極G以外的兩個(gè)電極統(tǒng)稱(chēng)為主端子，用T1、T2。表示，不再劃分成陽(yáng)極或陰極。其特點(diǎn)是，當(dāng)G極和T2極相對(duì)于T1，的電壓均為正時(shí)，T2是陽(yáng)極，T1是陰極。反之，當(dāng)G極和T2極相對(duì)于T1的電壓均為負(fù)時(shí)，T1變成陽(yáng)極，T2為陰極。雙向可控硅由于正、反向特性曲線(xiàn)具有對(duì)稱(chēng)性，所以它可在任何一個(gè)方向?qū)ā?/p>

　　相比于單向可控硅，雙向可控硅在原理上最大的區(qū)別就是能雙向?qū)ǎ辉儆嘘?yáng)極陰極之分，取而代之以T1和T2，其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖2（a）所示，如果不考慮G級(jí)的不同，把它分割成圖2（b）所示，可以看出相當(dāng)于兩個(gè)單向可控硅反向并聯(lián)而成，如圖2（c）所示連接。

　　雙向可控硅工作原理

　　雙向可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個(gè)PN結(jié)，分析原理時(shí)，可以把它看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成。

　　當(dāng)陽(yáng)極A加上正向電壓時(shí)，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)。此時(shí)，如果從控制極G輸入一個(gè)正向觸發(fā)信號(hào)，BG2便有基流ib2流過(guò)，經(jīng)BG2放大，其集電極電流ic2=β2ib2。因?yàn)锽G2的集電極直接與BG1的基極相連，所以ib1=ic。

　　此時(shí)，電流ic2再經(jīng)BG1放大，于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個(gè)電流又流回到BG2的基極，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個(gè)管子的電流劇增，可控硅使飽和導(dǎo)通。

　　由于BG1和BG2所構(gòu)成的正反饋?zhàn)饔茫砸坏┛煽毓鑼?dǎo)通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導(dǎo)通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號(hào)只起觸發(fā)作用，沒(méi)有關(guān)斷功能，所以這種可控硅是不可關(guān)斷的。

　　由于可控硅只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開(kāi)關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化，條件如下：

　　雙向可控硅十大使用準(zhǔn)則

　　準(zhǔn)則1：為了導(dǎo)通閘流管（或雙向可控硅），必須有門(mén)極電流≧IGT，直至負(fù)載電流達(dá)到≧IL。這條件必須滿(mǎn)足，并按可能遇到的最低溫度考慮。

　　準(zhǔn)則2：要斷開(kāi)（切換）閘流管（或雙向可控硅），負(fù)載電流必須間，使能回復(fù)至截止?fàn)顟B(tài)。在可能的最高運(yùn)行溫度下必須滿(mǎn)足上述條件。

　　準(zhǔn)則3：設(shè)計(jì)雙向可控硅觸發(fā)電路時(shí)，只要有可能，就要避開(kāi)3+象限（WT2-，+）。

　　準(zhǔn)則4：為減少雜波吸收，門(mén)極連線(xiàn)長(zhǎng)度降至最低。返回線(xiàn)直接連至MT1（或陰極）。若用硬線(xiàn)，用螺旋雙線(xiàn)或屏蔽線(xiàn)。門(mén)極和MT1間加電阻1kΩ或更小。高頻旁路電容和門(mén)極間串接電阻。另一解決辦法，選用H系列低靈敏度雙向可控硅。

　　規(guī)則5：若dVD/dt或dVCOM/dt可能引起問(wèn)題，在MT1和MT2間加入RC緩沖電路。若高dICOM/dt可能引起問(wèn)題，加入一幾mH的電感和負(fù)載串聯(lián)。另一種解決辦法，采用Hi-Com雙向可控硅。

　　準(zhǔn)則6：假如雙向可控硅的VDRM在嚴(yán)重的、異常的電源瞬間過(guò)程中有可能被超出，采用下列措施之一：負(fù)載上串聯(lián)電感量為幾μH的不飽和電感，以限制dIT/dt；用MOV跨接于電源，并在電源側(cè)增加濾波電路。

　　準(zhǔn)則7：選用好的門(mén)極觸發(fā)電路，避開(kāi)3+象限工況，可以最大限度提高雙向可控硅的dIT/dt承受能力。

　　準(zhǔn)則8：若雙向可控硅的dIT/dt有可能被超出，負(fù)載上最好串聯(lián)一個(gè)幾μH的無(wú)鐵芯電感或負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。另一種解決辦法：對(duì)電阻性負(fù)載采用零電壓導(dǎo)通。

　　準(zhǔn)則9：器件固定到散熱器時(shí)，避免讓雙向可控硅受到應(yīng)力。固定，然后焊接引線(xiàn)。不要把鉚釘芯軸放在器件接口片一側(cè)。

　　準(zhǔn)則10：為了長(zhǎng)期可靠工作，應(yīng)保證Rthj-a足夠低，維持Tj不高于Tjmax，其值相應(yīng)于可能的最高環(huán)境溫度。