可控硅的几种典型应用

可控硅的几种典型应用 2008-3-13 10:46:00　kzcd　供稿 晶闸管，又称可控硅（单向SCR、双向BCR）是一种4层的（PNPN）三端器件。在电子技术和工业控制中，被派作整流和电子开关等用场。在这里，笔者介绍它们的基本特性和几种典型应用电路。 1． 锁存器电路 图1是一种由继电器J、电源（+12V）、开关K1和微动开关K2组成的锁存器电路。当电源开关K1闭合时，因J回路中的开关K2和其触点J－1 是断开的，继电器J不工作，其触点J－2也未闭合，所以电珠L不亮。一旦人工触动一下K2，J得电激活，对应的触点J－1、J－2闭合，L点亮。此时微动 开关K2不再起作用（已自锁）。要使电珠L熄灭，只有断开电源开关K1使继电器释放，电珠L才会熄灭。所以该电路具有锁存器（J－1自锁）的功能。 图2电路是用单向可控硅SCR代替图1中的继电器J，仍可完成图1的锁存器功能，即开关K1闭合时，电路不工作，电珠L不亮。当触动一下微动开关 K2时，SCR因电源电压通过R1对门极加电而被触发导通且自锁，L点亮，此时K2不再起作用，要使L熄灭，只有断开K1。由此可见，图2电路也具有锁存 器的功能。图2与图1虽然都具有锁存器功能，但它们的工作条件仍有区别：（1）图1的锁存功能是利用继电器触点的闭合维持其J线圈和L的电流，但图2中， 是利用SCR自身导通完成锁存功能。（２）图1的J与控制器件L完全处于隔离状态，但图2中的SCR与L不能隔离。所以在实际应用电路中，常把图1和图2 电路混合使用，完成所需的锁存器功能。 2． 单向可控硅SCR振荡器  图3电路是利用SCR的锁存性制作的低频振荡器电路。图中的扬声器LA（8Ω／0.5W）作为振荡器的负载。当电路接上电源时，由于电源通过R1 对C1充电，初始时，C1电压很低，A、B端的电位器W的分压不能触发SCR，SCR不导通。当C1充得电压达到一定值时，A、B端电压升高，SCR被触 发而导通。一旦SCR导通，电容器C1通过SCR和LS放电，结果A、B端的电压又下降，当A、B端电压下降到很低时，又使SCR截止，一旦SCR截止， 电容器C1又通过R1充电，这种充放电过程反复进行形成电路的振荡，此时LS发出响声。电路中的W可用来调节SCR门极电压的大小，以达到控制振荡器的频 率变化。按图中元件数据，C1取值为0.22～4μF，电路均可正常工作。 3． SCR半波整流稳压电源 如图4电路，是一种输出电压为+12V的稳压电源。该电路的特点是变压器B将220V的电压变换为低压（16～20V），采用单向可控硅SCR半 波整流。SCR的门极G从R1、D1和D2的回路中的Ｃ点取出约13.4V的电压作为SCR门阴间的偏置电压。电容器C1起滤波和储能作用。在输出CD端 可获得约+12V的稳压。 电路工作时，当A点低压交流为正半周时SCR导通C1充电。当充电电压接近C点电压或交流输入负半周时，SCR截止，所以C1上充得电压（即输出 端CD）不会高于C点的稳压值。只有储能电容C1输出端对负载放电，其电压低于C点电压时，在A点的正半周电压才会给C1即时补充充电，以维持输出电压的 稳定。图4电路与电池配合已成功用于某设备作后备电源。该稳压电源，按图中参数其输出电流可达2～3A。 4． SCR全波整流稳压电源  上述的半波整流稳压电源，其缺点是电源的效率低，其纹波也较大。图5的SCR全波整流稳压电源，完全克服了上述的缺点。该电路的输出电压也为 12V（也可改接成其他电压输出）。该电路实际是由（上期第十一版）图4的两个半波整流和稳压电路组合而成。D1、SCR1、D4等工作在交流的正半 周；D2、SCR2、D6等工作在交流的负半周，他们共同向输出的C、D端提供电流。电路中的D3、D5起隔离作用，即D3是防止A点交流负半周时，其电 流通过R1；D5是防止A点交流正半周时，其电流通过R2的。电路的其他工作过程与上期图4相同。 5． 双向可控硅和固体继电器（SSR）  利用双向可控硅BCR制作调光器是BCR最常见的应用，这里不再复述。笔者剖析过一种Sharp（夏普）固体继电器SSR（S201S02型）产 品的内部电路，以此说明BCR的应用，如图6所示。由图可见，该SSR产品是由双向可控硅BCR和光耦合交流过零触发电路共同组成的，因此该SSR的效率 高（即功耗小）、自身引起的电噪声（脉冲式干扰）很小。利用图6的内部电路，读者完全可以自制SSR，并把他应用到控制电路中，如图7可控制交流 （220V）电源的插座电路。图中的光耦合器MOC3041为BCR提供交流过流触发信号。一般MOC3041的输入控制电流约20mA，所以当控制信号 为5V时，其限流电阻取270Ω。图中R2是控制BCR门极（G）触发电流的，该值应随使用BCR型号而调整的，一般6A／700V的BCR，其G极所需 的触发电流约10mA，即可可靠触发BCR工作。图中的Z为交流电源插座。当图７中的控制信号输出5V电平时，BCR导通Z上即有220V的电压输出，反 之，Z无输出电压。 6． 抑制RF干扰的辅助电路 当电路中使用了可控硅作多种控制电路时，一般应附加抑制RF干扰的辅助电路，尤其是使用了双向可控硅的电路。一般抑制RF干扰的电路是加在交流电源的输入端，如图8所示。电路中的电感L1、L2和电容C1的值已在图中标注。 微电机脚踏调速器电路与改进  微电机脚踏调速器常用于小型绕线机、缝纫机、拷边机等，作为有级调速器使用。其调速的电机一般为功率100W，0.48A电流的单相串激式微电机，这类脚 踏调速器的电原理图如图1a所示。接线示意图如图1b所示。其工作原理为：当脚踏下压杆使K1、K2接通时，220V市电经二极管D和电抗器L串联后接微 电机M，由于二极管的单向导电作用，微电机所得电压为半波平均值(L直流压降为几伏)，为95V左右，微电机处于低速运转状态：当脚踏压杆使K1、K2、 K3同时接通时，D被K2、K3短接，220V市电经L降压后加在微电机上，微电机处于中速运转状态；当脚踏压杆使K1、K2、K3、K0都接通 时，220V市电直接加在微电机上，这时，微电机全速运转，这时力矩最大。平时，微电机启动较频繁，脚踏调速器承受电流较大，常使调速器触点烧熔、粘连和 损坏。并引起微电机电刷、电枢等损坏，给使用者带来诸多不便。 改进后的脚踏调速器电路原理图如图2a所示。其接线图如图2b所示。改进后的脚踏调速器采用双向可控硅交流技术，利用改变RC移相时间常数来控制双向可控 硅的导通角，用以调整施加于微电机上的电压大小，达到调整微电机转速的目的。改进的调速器利用原来K1、K2、K3的接通和断开来调整RC时间常数。因 此，K1、K2、K3承受电流很小，可极大延长其触点的使用寿命，也提高了调速器的可靠性和使用寿命。改进的调速器仍然采用低速、中速、全速有级调速方 式，具有容易制作、节约成本、性能可靠、延长使用寿命等特点。 工作原理： 平时K1、K2、K3在断开状态时，由于R3阻值较大，其RC移相电路不能使VS触发导通。当脚踏下压杆使K1、K2接通时，R1、R2接入电路，其构成 的RC时间常数使双向可控硅在较小的导通角状态下导通，使微电机低速运转，调整R1可得到合适的低速度。当脚踏压杆使K1、K2、K3接通时，R1被短 路，R=(R2//R3)+R4，RC时间常数处于适中状态，双向可控硅导通角亦处于适中状态，微电机在中速状态下运行，调整R2可得到需要的中速状态。 当脚踏压杆使K1、K2、K3、K0接通时，R1、R2均被短路，这时，R=R4，RC时间常数最小，微电机全速运转。因此，脚踏压杆调整K1、K2、 K3的通断，就可以调整微电机进行低速、中速、全速三种速度调速运转。 改进的调速器采用了典型的电感式负载的双向可控硅调速电路，可有效地防止微电机的电感特性对双向可控硅调速电路运行可靠性的影响。若需改为连续无级调速方 式，只需将R1、R2采用一只470kΩ的电位器代替便可。另外，将脚踏压杆改为能带动齿轮旋转的锯齿压杆，以带动电位器旋转调整RC时间常数，达到连续 调速的目的。 元器件的选用： D1选用DB3S等双向触发二极管：VS选用耐压为600V、电流为8A的BTA8-600B等塑封双向可控硅。因元器件较少，可利用绝缘支架固定元器件。 继续阅读