双向可控硅基本知识与电路应用

可控硅也称作晶闸管，可控硅有单向可控硅和双向可控硅之分，双向可控硅主要用于交流电源电路的降压调压控制，在各类电子或机电产品、家用电器等控制电路中得到广泛的应用，家用电器如调光台灯、吸尘器、熨烫机、洗衣机、电冰箱、空调等控制电路都可见可控硅的踪迹。园一、双向可控硅基本常识般双向可控硅封装外形主要有两种，和普通三极管、中功率三极管外形一致，型号常见BT、MAC、BCR系列，在选用可控硅时，若找不到相同的型号，考虑电流大小一致即可代换。

双向可控硅有三个端子，端子名称如图1所示，A1、A2也可以用T1 T2表示。使用指针万用表测量，其中的端子A2和另外两个端子不通，端子A1和端子G双向均处于导通低电阻状态。

双向可控硅和负载串联使用，如图2所示，通常用在220V交流电源电路控制中，在触发电路触发信号作用下，对负载起到电源开关或电压降压调节的作用。根据电路的特点，可控硅A1 A2端子使用有一定的前后要求。

双向可控硅在G端信号触发作用下，具有A1A2、A2A1双向导通的特点，触发电压是G相对于A1端子来说的，UGA1可正可负，如图3所示，双向可控硅的触发电压是指UGA1。

二、双向可控硅导通与断开
1.可控硅触发导通特点
可控硅在触发导通后，触发电压就不再起作用，在触发电压消失后，可控硅仍然保持导通不会断开。
2.可控硅交流过零自动关断特点
可控硅只要有电流通过就一直处于导通状态。当电流减少为0时，比如是交流电流正负方向转换过零点时，如图4所示，则可控硅电流为0，此时可控硅自动关断，即使两端又有了电压，不管正负，可控硅也不再导通。只有再次进行触发，可控硅才能再次导通。

三、交流同步触发
双向可控硅具有双向导通的特点，主要用于交流电路对负载进行控制。由于可控硅在交流过零时自动关断，所以交流每个半波都需要进行触发一次，才能保证交流电流的通过。为了保证交流半波的及时触发，简单触发电路通常采用交流同步触发。
交流同步触发电路结构如图5所示，两个电路A1、A2端子使用稍有差异，但作用是相同的。在端子GA2之间并联触发信号形成回路的电阻R。注意:R不能并联在G、A1两端。

交流同步触发电路的触发信号，由于使用了交流电源作为触发信号源，每个交流半波对应形成一个触发脉冲，触发信号的频率确保和交流电源频率同步，分析图5中的左图，其交流同步触发原理如图6所示。

交流正半波时，形成同步触发信号-UGA1(UA1G)使A1 A2通;交流负半波时，形成同步触发信号UcAI使A2、A1通。交流同步触发电路的触发电压向，是和交流主回路双向导通方向一致的，这里具有方向的关联性，所以电阻R只能并联在G、A2两端，而不能并联在G、A1两端。
四、过零检测触发
1.交流过零检测电路
采用cPU控制可控硅的工作电路，触发信号是由CPU输出的，为确保触发信号和交流电源同步，CPU要对交流电源进行过零点检测，以保证在过零点后同步触发，所以在电路结构中有专用的过辉点检测电路，输出过零脉冲给CPU.过.零检测原理如图7所示。

过零检测电路通常和电源使用同一路变压整流电路.在整流后分开，图7中D5后是电源电路.使用D5隔离滤波电路和过零检测电路，确保送给过零检测电路的是100H全波信号。过零检测电路有三极管V对全波进行波形转换和钳位，形成过零脉冲。
2.可控硅触发电路
采用过零检测触发的可控硅电路如图8所示，通常触发电路是工作在直流电路回路中，将+5V直流电源和交流电进行关联，使触发电压UeAn处于直流回路。在交流过零后，由CPU输出同步触发脉冲到达三极管基极，控制三极管截止和饱和，在饱和导通时可控硅触发电压UCA为负，对可控硅触发，在截止时可控硅触发电压UGA1为0，对可控硅停止触发。

不管在交流正半波还是负半波，都是UsA1的负电压触发，属于电流泄放型触发，即AIG方向有泄放电流，可控硅就导通，全自动洗衣机多采用这种控制电路。
3.CPU电源和交流电源关联的可控硅触发电路

CPU电源+5V是单独的稳压电路构成，可控硅的触发电路是直接和CPU在同一个电流回路中，由于可控硅的触发电路和交流主回路也是同一个交流回路，所以将直流稳压电路和交流主电路进行关联，如图9所示，将+5V和交流电源一端直接连接在一起，直流负极和交流另一端跨接200 k~300k电阻，这样可控硅触发电路既在交流回路又在直流回路中，可以使用CPU输出的触发信号直接触发可控硅，简化电路如图10所示。这种控制电路整个电路板带有强电，带电维修电路板要注意。

4.CPU电源和交流电隔离的可控硅触发电路
由于CPU是直流低压电路，和交流电源进行关联使整个电路板带有强电，不便于电路的普遍应用，所以在CPU控制电路中，通常使用光电耦合器隔离进行可控硅触发，如图11所示。光电耦合器发光管由CPU控制，光电耦合器三极管对可控硅进行交流过零触发。

交流过零触发由CPU控制，可控硅触发仍然是电流泄放型触发，触发电压UGA1是负电压触发，所以触发电路必须有一个直流回路。
为了直流电路和交流电路关联，通常使用220V交流电阻降压，半波整流、滤波稳压得到一个直流电源，这个电源只为触发电路服务，所以和+5V的CPU电源毫无关系，图11中的R1是降压电阻，D2是半波整流，C是滤波，D1是稳压，将电路图进行简化，得到图12所示直流工作简图。

五、使用光耦可控硅控制的可控硅主回路
随着光电耦合技术的发展，可控硅触发为了使直流电路和交流电路隔离，通常使用光耦可控硅进行触发控制，光耦可控硅内部电路如图13所示，通常制作成双列6端子集成电路应用。

1.光耦可控硅控制触发电路
交流同步触发电路结构中，使用光耦可控硅和电阻串联，通过光耦可控硅通断控制触发主可控硅电路，电路基本结构如图14所示。

2.光耦可控硅直接控制负载
使用光耦可控硅直接控制交流电源的负载，光耦可控硅功率较大，可直接控制一般负载，电路基本结构如图15所示。

六、可控硅调压原理
使用可控硅控制的交流负载，一般都是用于降压调节控制，例如单相异步电机的调速。
1.交流同步触发调压原理
交流同步触发可控硅控制电路，通过调节触发电阻的大小，在交流电压大小变化时，在设定的触发位置达到触发电压的幅度，可控硅导通。触发位置一般在过零后的某一点，如图16所示，输出电压的波形被斩掉一块(图中阴影部分)，使负载的电压有效成分减少，虽然不再是连续变化的正弦交流电，但可以看成是近似正弦交流电，不会影响负载的特性。

改变触发电路电阻，图中触发电压矩形阴影上升沿(触发电压)前移或后移，即触发相位变化，使斩波的大小发生变化，起到交流电压调节的作用，可控硅都是采用移相触发。
2.过零触发调压原理
过零检测触发可控硅控制电路，CPU输出可移相的触发脉冲，控制交流斩波的多少，调节可控硅输出电压高低，如图17所示。