电子制作中可控硅应用的误区

2015-01-24 10:26
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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**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，SCR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2a，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，T2在上，则UG相对于T1**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2a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(如图2b)，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2a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**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**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**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Rc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/5A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/100V，但**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?若读者感兴趣，不妨一试!