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。