第五章 三端双向可控硅元件和其他硅控整流器Word格式.docx

1、5 祥述Triac触发电路上，电阻反馈/电压反馈使之导火的工作原理，计算在Triac触发电路上，使用电阻反馈和电压反馈的电阻值和电容值6 解释半导体闸流管的特性曲线，读出转态电压，转回电压，保持电流5-1 Triac的理论与工作原理（Theory and Operation of Triacs）Triac是一三端元件，用以控制流向负载的平均电流，与SCR最大不同在于：Triac在电源的正负半周都能导通。当Triac处于截止状态时（off），无论外加电压极性如何，两主端点间无电流流动，如开启的开关。处于导通转态时（on），两主端点间构成一电阻极低的电流通路，电流流向根据外加电压而定（方向一致），

2、如闭合的开关。负载的平均电流取决与每周期内，Triac处于导通的时间多少，可以调整，与SCR类似，长，电流大，短，电流小。Triac的导通角度可达360，可做全波控制（与SCR半波不同）。Triac优于机械手开关：无接触反弹、无接触火化、动作较迅速、更准确地控制电流。5-2 Triac的波形（Triac Waveform）如SCR，Triac具有很坏的电气特性差异，如正负半周的延迟角的差异，有时需采用某些方法消除此导火不调和性。5-3 Triac的电气特性（Electrical Characteristics of Triac）顺向：电压MT2MT1。用以触发的闸极电压记为VGT（一般0.6-

3、2.0V），闸极电流IGT（0.1-20mA）常因温度变化而变。对一特定Triac，顺向与反向的IGT不同。如同SCR，Triac一旦导通后，不必继续维持闸极触发电流存在，在主端点电压极性改变或主端点间流通电流低于保持电流IHO（一般100mA）前，Triac继续维持导通。另外一些重要特性：1） 主端点可容许最大有效值电流IT（RMS），在此之内，Triac可承受（一般，1，3，6，10，15，25）2） 主端点转态电压（breakover voltage）VDROM，在无闸极信号时，维持截止状态，主端点所能加的最大电压，若超过，则无论闸极有无控制信号，都会导通，但不会对Triac造成损坏（一

4、般，100，200，400，600）5-4 Triac的触发方法（Triggering Methods for Triac）5-4-1 RC闸极控制电路每半周，电容器C由R1，R2充电，正半周，上正下负，供应触发闸极电流，顺向导通Triac；负半周，上负下正，供应触发闸极电流，反向导通Triac。C充电速度由R2调整，R2大，速度慢，延迟角大，负载平均电流小，R2小，反之。a图延迟角不超过90，b图，改良后，可超过。5-4-2 定压转态元件组成的闸极控制电路 图5-4的闸极控制电路可在闸极加一定压转态元件加以改良，如Diac（其他亦可），送入闸极是脉冲式电流非弦波式电流（RC闸极控制电路），较

5、RC电路为优。Diac，双向触发二极管（bidirectional trigger diode）或对称触发二极管（symmetrical trigger diode），典型的电流-电压特性曲线。当供应的顺向电压低于Diac的顺向转态电压（forward breakover voltage）VBO时，Diac无电流流动，一旦电压达到，Diac导通，电流突然加大，两端电压下降，造成脉冲电流；反向电压区，类似。Diac的温度特性稳定，顺向、反向转态电压差异小（低于1V），因此2个半周延迟角几乎相等。一般，Diac的转态电压为32V，十分适合交流供电系统。因Diac的转态电压较高，因此，相同的导火延迟

6、角，RC时间常数要降低（对比RC电路），R/C值要求小些。另一种Diac的符号表示法，较少使用。5-5 硅双向开关（Silicon Bilateral Switches）5-5-1 SBS的理论和动作原理（Theory and Operation of an SBS）SBS，硅双向开关（Silicon Bilateral Switch），另一可触发Triac的转态元件。适于低压触发控制电路，转态电压较低（8V），电流-电压曲线与Diac类似，但“负电阻区”较为明显，电压降落区间较大（8降至1，有7 V的转回电压，breakover voltage）。SBS的闸极用于改变SBS的基本电流-电压动

7、作，若闸极不接，可取代Diac，但SBS有如下优点：1） 导通区间明显2） 温度变化稳定3） 特性在正负半周较对称4） 同型号特性较为接近举例，一般SBS的温度系数为0.20%/度，正负转态差异0.3，同型差异0.1（而Diac为4V）5-5-2 SBS的的闸极端应用（Using the Gate Terminal of an SBS）SBS的闸极可用来转换基本转态特性，如图，加入增纳二极管，顺向状态电压变为VZ0.6（PN结），而反向转态电压不变。应用于正负半周不同导火延迟角（不太普遍）。5-5-3 SBS用于闸极消除Triac的迟滞（Eliminating Triac Flash-on（H

8、ysteresis）with a Gated SBS）迟滞现象：从两个方向调整电阻（大变小，小变大），电路的反映不同，（hysteresis）原因：每个半周，C上残存反向的电荷，须克服后，才能正常充电。Triac的闪现现象即迟滞的一个特殊现象。当SBS的闸极端加入一个电阻R，因此有少量闸流由A2流向G，表示闸极电阻上的电压较A2为负，将使顺向转态特性急剧下降，转态电压降至1V，表示一旦A2对A1的电压达到1V时，SBS立即转态并导通（反向转态电压不变）。当交流电源完成正半周接近于0时，C上端电压为正，R3的上端电压对C的下端电压约为0V，因此二极管D1顺向偏压，顺向闸流，只要C的电压超过1V，

9、SBS即导通，C放电（经过SBS，R4），当负半周来临，C已放电完毕，可由零电压开始充电，因此不论Triac是否导通，负半周都由同一初始电荷（此时几乎为0）开始充电，消除迟滞现象。5-6 单向转态元件（Unilateral Breakover Devices）单向转态元件：包括四层二极管、硅单向开关（SUS），常用于SCR触发电路，加上某些支持电路，可用于Triac的触发电路。四层二极管和SUS的动作与SBS类似，只是仅有顺向转态点（forward breakover），逆向崩溃电压（breakdown）很大，若有，会使元件损坏。SUS也具有闸极，改变其转态特性，如图，闸极阴极间接一增纳二极管

10、（增纳的阴极接闸极，阳极接阴极），转态电压降为VZ+0.6。若SUS的阳极至闸极间流有电流，SUS就可在极低的阳极到阴极电压（约1V）下导通，控制动作与SBS类似。SUS是一种低电压、低电流的元件，大部分转态电压为8V，电流在1A以下。5-7 用以触发Triac的四层二极管（Breakover Device（SUS）used to Trigger a Triac）工作原理：1 桥式整流，加于RC电路2 C的电压与电源类似，滞后一个由R1、R2所决定的相位角度3 C电压达到四层二极管的转态电压点时，四层二极管导通，C通过其向脉冲变压器（pulse transformer）的初级绕组放电（转态电压

11、20V），产生一个脉冲电流波形，持续至VC无法提供四层二极管导通所需的保持电流为止4 脉冲变压器将电流耦合至次级，至Triac的G-MT1电路上，令Triac导火（脉冲变压器起到隔离作用）5 无论电源极性如何，次级脉冲电流同向，Triac的闸极电流同向，均可导火，由主极电压决定方向（相反），与SCR不同，反向闸极电流会损坏SCR6 导火延迟角由R2调整Triac的导火，与闸极电流与主极电压极性间关系，4种组合，正负主极电压与正负闸极电流。5-8 （Triac）截止状态下电压变动（上升）速度的临界值（Critical Rate of Rise od Off-State Voltage（dv/dt

12、）RC电路与Triac并联，防止Triac主极电压上升太快，超过Triac所能忍受的最大电压变化率，若超过，无论有无闸极信号，都立即进入导通状态（一般，100V/us）。若交流电源能保证无高速浪涌电流存在，则RC电路可以不要，但实际环境中，一个变电开关动作，就能引起瞬间浪涌电压，故需RC电路予以抑制。通常由C担任，将加于主极的高频信号旁路，对高频形成一极小的阻抗值，任何快速的交流电源噪音都可由C短路落在负载电阻上，而不会加在Triac上。R用于限制C放电电流，以免烧毁Triac。5-9 以UJT触发Triac（UJT as Trigger Devices for Triac）Triac的触发电

13、路控制常用UJT组成的电阻或电压反馈电路。5-9-1电阻反馈式UJT触发电路（UJT Trigger Circuit with Resistive Feedback）1 T1为隔离变压器（isolation transformer），圈数比为1：1，对初级和次级绕组予以电气隔离，使电源与触发电路独立，抑制噪音干扰。2 桥式整流经过增纳剪截，送出与交流电源同步的24V波形3 建立起24V电压后，C开始充电，至UJT峰值电压后，UJT导火，在T2初级线圈上建立电流脉冲，耦合送至Triac闸极，令Triac导通4 C的充电速度由RF对R1比值决定，小则Q1偏压大，导通较厉害，供应较大电流，C充电较快

14、，UJT导火快，负载平均电流大，大，则相反。恒流源工作原理：1 忽略Q1的基极电流（慎选R1和RF的值），R1和RF看作串联电路，分压器2 对于Q1，射极电流近似等于集极电流（放大倍数很高）3 由公式得IC与RF值成反比，且为一定值4 I为常数，由C的公式定压，可知充电速度为常数，电压为斜波5-9-2 电压反馈式UJT触发电路（UJT Trigger Circuit with Voltage Feedback）将电阻反馈式电路中的RF以电压反馈代替即得。调整VF即可调整Triac的导火延迟角。由公式得相同特性，C电压上升速度为常数。总结：1 Triac如同一双向导通的SCR，可控制负载平均电流2 Triac的导火触发时间，由闸极触发电路控制3 Triac一般在正负半周不对称4 触发Triac导火，闸极电流须上升至临界值IGT5 使用双向转态元件（如Diac、SBS）于Triac的闸极，可中和Triac 的温度不稳定性6 单向转态元件（如UJT）可用作Triac的触发，一般用脉冲变压器耦合转态脉冲至闸极，电压、电阻式反馈电路。公式:1 VBOVZ+0.6V（含增纳二极管于闸极的SUS或SBS）2（定直流电源的电容）