案例分析:可控矽應用的三個設計誤區
發布時間:2014-06-14 責任編輯:lefteye
[導讀]在電子製作中,單向或雙向可控矽常被用作開關、調壓的執行器件,還可以控製直流、jiaoliudianludefuzaigonglv。danshizaizhegejibenqijiandeyingyongshejizhongquecunzaiyixiawuqu。benwenzhuanziyigewangyouduisangekekongguiyingyongdianlushejishangdecuowufenxi,henyoujiejianyiyi。
目mu前qian有you些xie電dian子zi製zhi作zuo文wen章zhang中zhong,對dui可ke控kong矽gui的de運yun用yong常chang有you謬miu誤wu之zhi處chu。可ke以yi說shuo,此ci類lei電dian子zi製zhi作zuo稿gao純chun粹cui是shi杜du撰zhuan出chu來lai的de,不bu要yao說shuo製zhi作zuo,恐kong怕pa作zuo者zhe連lian起qi碼ma的de實shi驗yan也ye未wei做zuo過guo,這zhe豈qi不bu是shi造zao成cheng對dui初chu學xue者zhe的de誤wu導dao嗎ma?! 常見的電路設計不當之處大約有以下幾點。
誤區一:觸發電路設計不當
ruoyushikekongguichufadaotong,chuyouzugoudechufamaichongfuduhezhengquedejixingyiwai,chufadianluhekekongguiyinjizhijianbixuyougongtongdecankaodian。youxiedianlucongbiaomiankan,chufamaichongbeijiadaokekongguidechufajiG,但可控矽的陰極和觸發信號卻無共同參考點,觸發信號並未加到可控矽的G—K之間,可控矽不可能被觸發。

圖1(a),自動水位控製電路(錯誤)
圖1(a)例為555組成的自動水位控製電路,用於水塔自動保持水位。該文製作者考慮到水井和水塔中的水不能帶市電,故555控製係統用變壓器隔離降壓供電。555第3腳輸出脈衝接入雙向可控矽的G點。由於雙向可控矽T1對控製電路是懸空的,555第3腳輸出脈衝根本不能形成觸發電流,可控矽不可能導通。再者,該電路雖采用隔離市電的低壓供電,但控製電路仍然通過G、T1極與市電相連, 當220V輸入端B為火線時, 井水和水塔供水將代有市電電壓,這是絕不允許的!
圖1(b), 自動水位控製電路(正確)
正確的方式見圖1(b)。可控矽與抽水電機組成抽水控製開關,SCR的觸發由T2與G間接入電阻控製。當水位降低時,控製觸點開路,555第3腳輸出高電平(此電路部分省略),使Q導通,繼電器J吸合,SCR觸發導通,電機開始運轉。當水位達到時, 觸點經水接通,555第3腳輸出低電平,Q截止,SCR在交流電過零時截止,抽水停止。
上述電路因設計考慮不周,出現了不該有的低級錯誤。但類似水塔供水控製係統與市電不隔離的設計,卻常出現在電子書刊中。
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圖2,觸發電路設計不當的電路設計
觸發電路設計不當的第二個例子常見於電子製作稿中,其電路見圖2a, 圖中對電路進行簡化。其實, 無論控製係統完成何種控製,無論是單向還是雙向可控矽, 圖2的觸發電路是不能正常工作的。其問題在於,控製係統發出觸發信號UG,其參考點是共地,而可控矽T1或T2的參考點是負載熱端。實際上, 加到可控矽的觸發電壓UG是與負載端電壓UZ相串聯的。雙向可控矽究竟是T1還是T2為觸發參考點,視觸發信號的相對極性來決定的。如按圖2中標注,T1在下,T2在上, 則UG相對於T1必須是正極性的, 且與T1的電壓同參考電位。但無論T1還是T2作參考點, 按圖2a的接法,可控矽導通時,UZ常近似等於Uin,如此高電壓加到觸發極G和T1之間, 將立即使觸發極被擊穿,可控矽被損壞。
改進此電路的方法之一是,采用觸發變壓器隔離控製係統的參考點(如圖2b), 觸發信號可以由BT33組成鋸齒波發生器受控於控製係統(矩形波也可以),這樣,不受初級參考點的影響,觸發變壓器次級可直接接在G與T1之間,與負載上電壓無關。
另一簡單改進方法是,將負載電路Z移到圖2a的T2與Uin之間。不過,這種用法受到限製,因負載兩端都無法接入任何參考點。
誤區二:電感負載的應用
近來, 市場上出售一種調光器, 類似某些調光台燈內控製電路,利用控製RC充電時間。通過雙向二極管控製可控矽的導通角,控製負載電路的功率, 實為調功器。這種調功器用於控製白熾燈、電阻加熱器等電阻性負載,要求可控矽耐壓高於交流電的峰值電壓即可。一般台燈調光。常用反壓400V的可控矽,考慮到提高可靠性,600V已足夠。
可控矽用於控製電感負載,譬如電風扇、交流接觸器、youbianyaqidegongdianshebeideng,zebutong。yinweizhezhongyixiangshichufadianlu,kekongguizaijiaoliudianbanzhouchixuqijiandaotong,banzhouguolingqijianjiezhi。dangkekongguidaotongshunjian,jiadaodianganfuzailiangduandianyaweijiaoliudiandeshunshizhi, 有時可能是交流電的最大值。根據電感的特性,其兩端電壓不可能突變,高電壓加到電感的瞬間產生反向自感電勢, 反(fan)對(dui)外(wai)加(jia)電(dian)壓(ya)。外(wai)加(jia)電(dian)壓(ya)的(de)上(shang)升(sheng)曲(qu)線(xian)越(yue)陡(dou),自(zi)感(gan)電(dian)勢(shi)越(yue)高(gao),有(you)時(shi)甚(shen)至(zhi)超(chao)過(guo)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)而(er)擊(ji)穿(chuan)可(ke)控(kong)矽(gui)。因(yin)此(ci),可(ke)控(kong)矽(gui)控(kong)製(zhi)電(dian)感(gan)負(fu)載(zai),首(shou)先(xian)其(qi)耐(nai)壓(ya)要(yao)高(gao)於(yu)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)峰(feng)值(zhi)1.5倍以上。此外,可控矽兩電極間還要並聯接入RC尖峰吸收電路。常用10— 30Ω/3W 以上電阻和0.1—0.47uF/600V的無極性電容。
交流調功電路中,可控矽是在交流電過零期間關斷, 從理論上講,關斷時電流變化為零,無感應電壓產生。加入RC尖峰抑製電路,是為了抑製可控矽導通時的自感電勢尖峰。如不加入此電路,不但可控矽極易擊穿,負載電路的電感線圈也會產生匝間、或電機繞組間擊穿,這點是決不能忽視的。
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誤區三:無級調壓電路中的應用

圖3,無級直流輸出調壓電路
圖3是某電子雜誌刊出的無級直流輸出調壓電路。原作者稱,利用Rc移相網路控製SCR的導通角改變變壓器初級的電流,從而獲得兩路連續可調的2x(0—17V) 的直流輸出電壓,負載電流為800mA 。很明顯,推薦電路(圖3)是普通移相式調功電路和降壓變壓器整流濾波電路的串聯, 從基本原理分析,似乎無大的原則問題。變壓器初級每半周電流有效值隨可控矽導通角變化,次級輸出電壓的峰值、平均電流值都隨之而變。當然,一定負載時輸出整流電壓也必然改變。本人看後,極感興趣,依此原理製作了一台輸出100±40V範圍變化的維修代用直流電源,並依照圖中虛線加入RC吸收回路。實驗時,該電路一接入電源,距此10米遠的電視機屏幕上即出現兩條緩慢移動的黑帶(從鄰居的責問中得知),同時,空載下不到十分鍾,SCR即ji擊ji穿chuan。更geng不bu能neng容rong忍ren的de是shi,降jiang壓ya變bian壓ya器qi鐵tie心xin發fa出chu拖tuo拉la機ji啟qi動dong時shi的de聲sheng音yin,室shi內nei電dian度du表biao也ye發fa出chu同tong樣yang的de聲sheng音yin,而er且qie,隨sui著zhe輸shu出chu電dian壓ya的de調tiao低di,聲sheng音yin更geng大da。
SCR擊穿後, 本人在市電輸入電路加入RC低通濾波,改用1000V/5A雙向可控矽,變壓器的噪聲和幹擾脈衝幅射沒什麼大的變化,隻是SCR未擊穿。為了不擾鄰,以及快的速度將輸出電壓調到60V, 用電壓表測量次級電壓,盡管負載電流僅100mA,濾波電容為470uF/100V,但萬用表的表針抖動呈虛線狀,可見其紋波大到什麼程度。
冷靜下來後,仔細分析其原因,得出以下結論:經過移相調功之後,變壓器初級電壓已不是正弦波,而是鋸齒波沿陡峭的前沿形成衝擊磁場,使變壓器、電(dian)度(du)表(biao)等(deng)鐵(tie)芯(xin)電(dian)感(gan)發(fa)出(chu)相(xiang)當(dang)大(da)的(de)噪(zao)聲(sheng)。近(jin)似(si)垂(chui)直(zhi)上(shang)升(sheng)的(de)突(tu)變(bian)電(dian)壓(ya),在(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)初(chu)級(ji)大(da)電(dian)感(gan)兩(liang)端(duan)產(chan)生(sheng)極(ji)高(gao)的(de)反(fan)電(dian)勢(shi),因(yin)此(ci)擊(ji)穿(chuan)可(ke)控(kong)矽(gui),時(shi)間(jian)稍(shao)長(chang),甚(shen)至(zhi)還(hai)要(yao)擊(ji)穿(chuan)變(bian)壓(ya)器(qi)初(chu)級(ji)層(ceng)間(jian)絕(jue)緣(yuan)和(he)電(dian)度(du)表(biao)的(de)電(dian)壓(ya)線(xian)圈(quan)。當(dang)調(tiao)低(di)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)時(shi),t1減小,t2增大,這種占空比極小的鋸齒形電壓,(見圖中波形)。
一般的濾波電路是無能為力的, 除非將負載電流減到極小,或濾波電路采用LClvbo。wulunruhe,zhankongbijixiaodedianyuanhaishibunengshiyingde,qidianyapingjunzhijiangsuifuzaidafudubianhua。dianyatiaodeyuedi,qiwenbolvchuyuekunnan,zheshihenmingxiande。shiyanzhongfaxian,ruozaixiaofanweineitiaozheng,rubianyaqichujidianyazai180~220V之間變化, 上述噪聲明顯減小,次級紋波也降低, 但又有何價值呢?若讀者感興趣,不妨一試!
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