可控硅的三大常见应用误区

可控硅的三大常见应用误区

中心议题：

可控硅触发电路的设计误区电感负载的不当应用不可用的无级直流输出调压电路

在电子制作中，运用单向或双向可控硅作为开关、调压的执行器件是很方便的，而且还可以控制直流、交流电路的负载功率。但是，目前有些电子制作文章中，对可控硅的运用常有谬误之处。常见的电路设计不当之处大约有以下几点。

一、触发电路的问题

若欲使可控硅触发导通，除有足够的触发脉冲幅度和正确的极性以外，触发电路和可控硅阴极之间必须有共同的参考点。有些电路从表面看，触发脉冲被加到可控硅的触发极G，但可控硅的阴极和触发信号却无共同参考点，触发信号并未加到可控硅的G—K之间，可控硅不可能被触发。

图1a例为555组成的自动水位控制电路，用于水塔自动保持水位。该文制作者考虑到水井和水塔中的水不能带市电，故555控制系统用

变压器隔离降压供电。555第3脚输出脉冲接入双向可控硅的G点。由于双向可控硅T1对控制电路是悬空的，555第3脚输出脉冲根本不能形成触发电流，可控硅不可能导通。再者，该电路虽采用隔离市电的低压供电，但控制电路仍然通过G、T1极与市电相连，当220V 输入端B为火线时，井水和水塔供水将代有市电电压，这是绝不允许的!

正确的方式见图1b。可控硅与抽水电机组成抽水控制开关，SCR的触发由T2与G间接入电阻控制。当水位降低时，控制触点开路，555第3脚输出高电平(此电路部分省略)，使Q导通，继电器J吸合，S CR触发导通，电机开始运转。当水位达到时，触点经水接通，555第3脚输出低电平，Q截止，SCR在交流电过零时截止，抽水停止。

上述电路因设计考虑不周，出现了不该有的低级错误。但类似水塔供

水控制系统与市电不隔离的设计，却常出现在电子书刊中。

触发电路设计不当的第二个例子常见于电子制作稿中，其电路见图2，图中对电路进行简化。其实，无论控制系统完成何种控制，无论是单向还是双向可控硅，图2的触发电路是不能正常工作的。其问题在于，控制系统发出触发信号UG，其参考点是共地，而可控硅T1或T2的参考点是负载热端。实际上，加到可控硅的触发电压UG是与负载端电压UZ相串联的。双向可控硅究竟是T1还是T2为触发参考点，视触发信号的相对极性来决定的。如按图2中标注，T1在下，T 2在上，则UG相对于T1必须是正极性的，且与T1的电压同参考电位。但无论T1还是T2作参考点，按图2的接法，可控硅导通时，UZ常近似等于Uin，如此高电压加到触发极G和T1之间，将立即使触发极被击穿，可控硅被损坏。

改进此电路的方法之一是，采用触发变压器隔离控制系统的参考点，触发信号可以由BT33组成锯齿波发生器受控于控制系统(矩形波也可以)，这样，不受初级参考点的影响，触发变压器次级可直接接在G与T1之间，与负载上电压无关。

另一简单改进方法是，将负载电路Z移到图2的T2与Uin之间。不过，这种用法受到限制，因负载两端都无法接入任何参考点。

二、电感负载的应用

近来，市场上出售一种调光器，类似某些调光台灯内控制电路，利用控制RC充电时间。通过双向二极管控制可控硅的导通角，控制负载电路的功率，实为调功器。这种调功器用于控制白炽灯、电阻加热器等电阻性负载，要求可控硅耐压高于交流电的峰值电压即可。一般台灯调光。常用反压400V的可控硅，考虑到提高可靠性，600V已足够。

可控硅用于控制电感负载，譬如电风扇、交流接触器、有变压器的供电设备等，则不同。因为这种移相式触发电路，可控硅在交流电半周持续期间导通，半周过零期间截止。当可控硅导通瞬间，加到电感负载两端电压为交流电的瞬时值，有时可能是交流电的最大值。根据电感的特性，其两端电压不可能突变，高电压加到电感的瞬间产生反向自感电势，反对外加电压。外加电压的上升曲线越陡，自感电势越高，有时甚至超过电源电压而击穿可控硅。因此，可控硅控制电感负载，首先其耐压要高于电源电压峰值1.5倍以上。此外，可控硅两电极间还要并联接入RC尖峰吸收电路。常用10— 30Ω/3W 以上电

阻和0.1—0.47uF/600V的无极性电容。

交流调功电路中，可控硅是在交流电过零期间关断，从理论上讲，关断时电流变化为零，无感应电压产生。加入RC尖峰抑制电路，是为了抑制可控硅导通时的自感电势尖峰。如不加入此电路，不但可控硅极易击穿，负载电路的电感线圈也会产生匝间、或电机绕组间击穿，这点是决不能忽视的。

三、该无级直流输出调压电路能用吗?

图3是某电子杂志刊出的无级直流输出调压电路。原作者称，利用R c移相网路控制SCR的导通角改变变压器初级的电流，从而获得两路连续可调的2x(0—17V) 的直流输出电压，负载电流为800mA 。很明显，推荐电路(图3)是普通移相式调功电路和降压变压器整流滤波电路的串联，从基本原理分析，似乎无大的原则问题。变压器初级每半周电流有效值随可控硅导通角变化，次级输出电压的峰值、平均电流值都随之而变。当然，一定负载时输出整流电压也必然改变。本人看后，极感兴趣，依此原理制作了一台输出100±40V范围变化的维修代用直流电源，并依照图中虚线加入RC吸收回路。实验时，该电路一接入电源，距此10米远的电视机屏幕上即出现两条缓慢移动的黑带(从邻居的责问中得知)，同时，空载下不到十分钟，SCR即击穿。更不能容忍的是，降压变压器铁心发出拖拉机启动时的声音，室内电

度表也发出同样的声音，而且，随着输出电压的调低，声音更大。

SCR击穿后，本人在市电输入电路加入RC低通滤波，改用1000V/5 A双向可控硅，变压器的噪声和干扰脉冲幅射没什么大的变化，只是SCR未击穿。为了不扰邻，以及快的速度将输出电压调到60V，用电压表测量次级电压，尽管负载电流仅100mA，滤波电容为470uF/100 V，但万用表的表针抖动呈虚线状，可见其纹波大到什么程度。

冷静下来后，仔细分析其原因，得出以下结论：经过移相调功之后，变压器初级电压已不是正弦波，而是锯齿波沿陡峭的前沿形成冲击磁场，使变压器、电度表等铁芯电感发出相当大的噪声。近似垂直上升的突变电压，在变压器初级大电感两端产生极高的反电势，因此击穿可控硅，时间稍长，甚至还要击穿变压器初级层间绝缘和电度表的电压线圈。当调低输出电压时，t1减小，t2增大，这种占空比极小的锯齿形电压，(见图中波形)。

一般的滤波电路是无能为力的，除非将负载电流减到极小，或滤波电路采用LC滤波。无论如何，占空比极小的电源还是不能适应的，

其电压平均值将随负载大幅度变化。电压调得越低，其纹波滤除越困难，这是很明显的。实验中发现，若在小范围内调整，如变压器初级电压在180～220V之间变化，上述噪声明显减小，次级纹波也降低，但又有何价值呢?