不同晶闸管开关电路控制

晶闸管是高速固态器件，可用于控制电机，加热器和灯具

在上一篇教程中，我们研究了可控硅整流器的基本结构和操作通常称为晶闸管。这次我们将看看如何使用晶闸管和晶闸管开关电路来控制更大的负载，如灯，电机或加热器等。

我们之前说过，为了得到晶闸管转向“接通”当晶闸管处于正向时，我们需要向栅极（G）端子注入一个小的触发脉冲电流（不是连续电流），即阳极，（ A）相对于阴极（K）是正的，用于再生锁存。

典型的晶闸管

通常，此触发脉冲的持续时间仅需几微秒，但栅极脉冲施加的时间越长，内部雪崩击穿的速度越快，晶闸管的“开启”时间越快，但最大门限不得超过电流。一旦被触发并完全导通，晶闸管（阳极到阴极）上的电压降合理地恒定在大约1.0V，所有阳极电流值都达到其额定值。

但是请记住，虽然这是一次晶闸管开始导通，即使没有门控信号也继续导通，直到阳极电流降低到低于保持电流的设备（I H ），并且低于该值，它自动变为“OFF”。然后，与双极晶体管和FET不同，晶闸管不能用于放大或控制开关。

晶闸管是专门设计用于高功率开关应用的半导体器件，不具备放大器的能力。晶闸管只能在开关模式下工作，其作用类似于开关或闭合开关。一旦通过其栅极端子触发导通，晶闸管将始终保持导通（通过电流）。因此，在直流电路和一些高感应交流电路中，必须通过单独的开关或关断电路人为地减小电流。

直流晶闸管电路

当连接到直流电路时供电时，晶闸管可用作直流开关，以控制较大的直流电流和负载。当使用晶闸管作为开关时，它的行为类似于电子锁存器，因为一旦激活它就会保持在“ON”状态，直到手动复位。考虑下面的直流晶闸管电路。

直流晶闸管开关电路

这个简单的“开关“晶闸管触发电路使用晶闸管作为开关来控制灯，但它也可以用作电动机，加热器或一些其他这种直流负载的开关控制电路。晶闸管正向偏置，通过短暂关闭常开“ON”按钮 S 1 触发导通，通过该按钮将栅极端子连接到直流电源。栅极电阻， R G 因此允许电流流入栅极。如果 R G 的值相对于电源电压设置得太高，晶闸管可能不会触发。

电路一旦转动 - “ON”，即使释放按钮，它也会自锁并保持“ON”，只要负载电流大于晶闸管锁存电流。按钮的其他操作， S 1 将对电路状态没有影响，因为一旦“锁定”Gate失去所有控制。晶闸管现在完全“接通”（导通），允许满载电路电流正向流过器件并返回电池电源。

在直流电路中使用晶闸管作为开关的主要优点之一是它具有非常高的电流增益。晶闸管是电流操作设备，因为较小的栅极电流可以控制更大的阳极电流。

栅极 - 阴极电阻 R GK 以降低Gate的灵敏度并增加其dv / dt能力，从而防止误触发器件。

当晶闸管自锁进入“ON”状态时，电路只能通过中断电源并将阳极电流降低到晶闸管最小保持电流（ I H ）值以下来复位。

打开常闭“OFF”按钮， S 2 断开电路，将流过晶闸管的电路电流减小到零，从而强制它“再关闭”直到另一个门信号再次应用为止。

然而，这种直流晶闸管电路设计的一个缺点是机械常闭“OFF”开关 S 2 需要当触点打开时，足够大以处理流过晶闸管和灯的电路功率。如果是这种情况，我们可以用大型机械开关更换晶闸管。解决这个问题并减少对更强大的“OFF”开关的需求的一种方法是将开关与晶闸管并联连接，如图所示。

替代直流晶闸管电路

这里晶闸管开关像以前一样接收所需的端电压和门脉冲信号，但前一电路的较大的常闭开关是替换为与晶闸管并联的较小的常开开关。激活开关 S 2 会暂时在晶闸管阳极和阴极之间产生短路，从而通过将保持电流降至最小值以下来阻止器件导通。

交流晶闸管电路

当连接到交流电源时，晶闸管的行为与之前的直流连接电路不同。这是因为交流电源周期性地反转极性，因此交流电路中使用的任何晶闸管将自动反向偏置，使其在每个周期的一半中转为“关闭”。考虑下面的交流晶闸管电路。

交流晶闸管电路

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上述晶闸管触发电路在设计上类似于DC SCR电路，除了省略额外的“OFF”开关和包含二极管 D 1 以防止反向偏置应用于门。在正弦波形的正半周期期间，器件正向偏置，但开关 S 1 打开，零栅极电流施加到晶闸管并保持“OFF” ”。在负半周期，器件反向偏置，无论开关 S 1 的条件如何，都将保持“OFF”。

如果切换 S 1 关闭，在每个正半周期开始时，晶闸管完全“关闭”但不久之后将有足够的正触发电压，因此电流出现在闸门将晶闸管和灯“打开”。

晶闸管现在在正半周期内锁定 - “ON”，当正半周结束且阳极电流低于保持电流值时，晶闸管将自动再次“关闭”。

在下一个负半周期内，器件完全“关闭”，直到下一个正半周期，此过程重复，并且只要开关闭合，晶闸管就会再次导通。

然后在这种情况下，灯将仅接收来自AC电源的一半可用功率，因为晶闸管像整流二极管一样工作，并且仅在正向半周期正向偏置时传导电流。晶闸管继续为灯提供半功率，直到开关打开。

如果可以快速转动开关 S 1 ON和OFF为了使晶闸管在每个正半周期的“峰值”（90 o ）点接收到其栅极信号，器件仅导通正半周期的一半。换句话说，传导仅发生在正弦波的一半的一半中，这种情况会导致灯接收“四分之一”或交流电源可用总功率的四分之一。

通过精确改变门脉冲和正半周期之间的时序关系，可以使晶闸管提供负载所需的任何百分比功率，介于0％和50之间％。显然，使用这种电路配置，它不能为灯提供超过50％的功率，因为它在反向偏置的负半周期内不能导通。考虑下面的电路。

半波相位控制

相位控制最多通常形式的晶闸管AC功率控制和基本AC相位控制电路可以如上所示构造。这里晶闸管的栅极电压来自RC充电电路，通过触发二极管， D 1 。

在晶闸管的正半周期内正向偏置，电容， C 通过电阻 R 1 在AC电源电压之后充电。仅当 A 点的电压上升到足以使触发半导体D 1 导通并且电容放电到晶闸管的栅极将其“接通”。导通开始周期正半周的持续时间由可变电阻设定的RC时间常数控制， R 1 。

增加 R 1 的值具有延迟提供给晶闸管Gate的触发电压和电流的效果，这又导致器件导通时间的滞后。结果，器件导通的半周期的分数可以控制在0和180 o 之间，这意味着可以调节灯消耗的平均功率。但是，晶闸管是一个单向器件，因此在每个正半周期内只能提供最大50％的功率。

有多种方法可以实现100％全波AC控制“晶闸管”。一种方法是在二极管桥式整流器电路中包括单个晶闸管，其将AC转换为通过晶闸管的单向电流，而更常见的方法是使用反向并联连接的两个晶闸管。更实用的方法是使用单个Triac，因为该器件可以在两个方向上触发，因此适合AC开关应用。