第五章 三端双向可控硅元件和其他硅控整流器Word格式.docx

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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

5-1Triac的理论与工作原理（TheoryandOperationofTriacs）

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），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。

5-2Triac的波形（TriacWaveform）

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。

5-3Triac的电气特性（ElectricalCharacteristicsofTriac）

顺向：

电压MT2>

MT1。

用以触发的闸极电压记为VGT（一般0.6-2.0V），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（breakovervoltage）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（一般，100，200，400，600）

5-4Triac的触发方法（TriggeringMethodsforTriac）

5-4-1RC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RC电路为优。

Diac，双向触发二极管（bidirectionaltriggerdiode）或对称触发二极管（symmetricaltriggerdiode），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（forwardbreakovervoltage）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（SiliconBilateralSwitches）

5-5-1SBS的理论和动作原理（TheoryandOperationofanSBS）

SBS，硅双向开关（SiliconBilateralSwitch），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7V的转回电压，breakovervoltage）。

SBS的闸极用于改变SBS的基本电流-电压动作，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）

5-5-2SBS的的闸极端应用（UsingtheGateTerminalofanSBS）

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VZ＋0.6（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）。

5-5-3SBS用于闸极消除Triac的迟滞（EliminatingTriacFlash-on（Hysteresis）withaGated

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，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（UnilateralBreakoverDevices）

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（forwardbreakover），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（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（BreakoverDevice（SUS）usedtoTriggeraTriac）

工作原理：

1桥式整流，加于RC电路

2C的电压与电源类似，滞后一个由R1、R2所决定的相位角度

3C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（pulsetransformer）的初级绕组放电（转态电压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SCR

6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（CriticalRateofRiseodOff-StateVoltage（dv/dt））

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（UJTasTriggerDevicesforTriac）

Triac的触发电路控制常用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（UJTTriggerCircuitwithResistiveFeedback）

1T1为隔离变压器（isolationtransformer），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

4C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，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

4I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（UJTTriggerCircuitwithVoltageFeedback）

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：

1Triac如同一双向导通的SCR，可控制负载平均电流

2Triac的导火触发时间，由闸极触发电路控制

3Triac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IGT

5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:

1VBO＝VZ+0.6V（含增纳二极管于闸极的SUS或SBS）

2

（定直流电源的电容）