第五章三端雙向可控硅元件和其他硅控整流器

第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器.第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器.18/18第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器.第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器（半導(dǎo)體閘流管）TriacsandotherThyristors前言：Triac和SCR動(dòng)作同樣，只但是可雙導(dǎo)游火，此兩元件都為半導(dǎo)體閘流管（閘流體）家族成員。有些半導(dǎo)體閘流管由閘極信號(hào)控制進(jìn)入導(dǎo)火狀態(tài)，如SCR和Triac，有些由外加電壓至其轉(zhuǎn)態(tài)值時(shí)轉(zhuǎn)入導(dǎo)通狀態(tài)，如四層二極管和Diac，不可以開(kāi)關(guān)傳入主負(fù)載電流的小型半導(dǎo)體閘流管，稱(chēng)為電壓轉(zhuǎn)態(tài)元件（有時(shí)稱(chēng)崩潰元件），平常只作為SCR、Triac等可開(kāi)關(guān)大負(fù)載電流的半導(dǎo)體閘流管的閘極觸發(fā)電路。學(xué)習(xí)目標(biāo)：1解說(shuō)Triac在控制交流電源推進(jìn)電阻性負(fù)載的工作原理2正確立義并談?wù)揟riac的重要電氣參數(shù)，如，閘極觸發(fā)電流，保持電流等3說(shuō)明作為T(mén)riac觸發(fā)電路的定電壓轉(zhuǎn)態(tài)元件的工作原理，并談?wù)撈溟L(zhǎng)處4祥述以下定電壓轉(zhuǎn)態(tài)型元件的電流對(duì)電壓特征，包含：Diac、四層二極管、硅雙向開(kāi)關(guān)（SBS）、硅單向開(kāi)關(guān)（SUS）5祥述Triac觸發(fā)電路上，電阻反響/電壓反響使之導(dǎo)火的工作原理，計(jì)算在Triac觸發(fā)電路上，使用電阻反響和電壓反響的電阻值和電容值解說(shuō)半導(dǎo)體閘流管的特征曲線，讀出轉(zhuǎn)態(tài)電壓，轉(zhuǎn)回電壓，保持電流5-1Triac的理論與工作原理（TheoryandOperationofTriacs）Triac是一三端元件，用以控制流向負(fù)載的均勻電流，與SCR最大不一樣在于：Triac在電源的正負(fù)半周都能導(dǎo)通。當(dāng)Triac處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)（off），無(wú)論外加電壓極性如何，兩主端點(diǎn)間無(wú)電流流動(dòng)，如開(kāi)啟的開(kāi)關(guān)。處于導(dǎo)通轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)（on），兩主端點(diǎn)間構(gòu)成一電阻極低的電流通路，電流流向依據(jù)外加電壓而定（方向一致），如閉合的開(kāi)關(guān)。負(fù)載的均勻電流取決與每周期內(nèi)，Triac處于導(dǎo)通的時(shí)間多少，可以調(diào)整，與SCR近似，現(xiàn)代工業(yè)電子學(xué)1第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器（半導(dǎo)體閘流管）1長(zhǎng)，電流大，短，電流小。Triac的導(dǎo)通角度可達(dá)360°，可做全波控制（與SCR半波不一樣）。Triac優(yōu)于機(jī)械手開(kāi)關(guān)：無(wú)接觸反彈、無(wú)接觸火化、動(dòng)作較迅速、改正確地控制電流。5-2Triac的波形（TriacWaveform）現(xiàn)代工業(yè)電子學(xué)1第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器（半導(dǎo)體閘流管）2如SCR，Triac擁有很壞的電氣特征差異，如正負(fù)半周的延緩角的差異，有時(shí)需采納某些方法除掉此導(dǎo)火不調(diào)停性。5-3Triac

的電氣特征（ElectricalCharacteristicsofTriac

）順向：電壓MT2>MT1。用以觸發(fā)的閘極電壓記為VGT（一般0.6-2.0V），閘極電流IGT（0.1-20mA）常因溫度變化而變。對(duì)一特定Triac，順向與反向的IGT不一樣。憂如SCR，Triac一旦導(dǎo)通后，不用連續(xù)保持閘極觸發(fā)電流存在，在主端點(diǎn)電壓極性改變或主端點(diǎn)間流通電流低于保持電流IHO（一般100mA）前，Triac連續(xù)保持導(dǎo)通。其余一些重要特征：1）主端點(diǎn)可允許最大有效值電流IT(RMS)，在此以?xún)?nèi)，Triac可承受（一般，1，3，6，10，15，25）2）主端點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)電壓（breakovervoltage）VDROM，在無(wú)閘極信號(hào)時(shí)，保持截止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)代工業(yè)電子學(xué)

1

第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器（半導(dǎo)體閘流管）

3主端點(diǎn)所能加的最大電壓，若超出，則無(wú)論閘極有無(wú)控制信號(hào)，都會(huì)導(dǎo)通，但不會(huì)對(duì)Triac造成損壞（一般，100，200，400，600）5-4Triac的觸發(fā)方法（TriggeringMethodsforTriac）5-4-1RC閘極控制電路現(xiàn)代工業(yè)電子學(xué)1第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器（半導(dǎo)體閘流管）4每半周，電容器C由R1，R2充電，正半周，上正下負(fù)，供應(yīng)觸發(fā)閘極電流，順導(dǎo)游通Triac；負(fù)半周，上負(fù)下正，供應(yīng)觸發(fā)閘極電流，反導(dǎo)游通Triac。C充電速度由R2調(diào)整，R2大，速度慢，延緩角大，負(fù)載均勻電流小，R2小，反之。a圖延緩角不超出90，b圖，改良后，可超出。5-4-2定壓轉(zhuǎn)態(tài)元件構(gòu)成的閘極控制電路圖5-4的閘極控制電路可在閘極加必定壓轉(zhuǎn)態(tài)元件加以改良，如Diac（其余亦可），送入閘極是脈沖式電流非弦波式電流（RC閘極控制電路），較RC電路為優(yōu)。Diac，雙向觸發(fā)二極管（bidirectionaltriggerdiode）或?qū)ΨQ(chēng)觸發(fā)二極管（symmetricaltriggerdiode），典型的電流-電壓特征曲線。當(dāng)供應(yīng)的順向電壓低于Diac的順向轉(zhuǎn)態(tài)電壓（forwardbreakovervoltage）VBO時(shí)，Diac無(wú)電流流動(dòng)，一旦電壓達(dá)到，Diac導(dǎo)通，電流忽然加大，兩端電壓下降，造成脈沖電流；反向電壓區(qū)，近似。Diac的溫度特征穩(wěn)固，順向、反向轉(zhuǎn)態(tài)電壓差異小（低于1V），所以2個(gè)半周延緩角幾乎相等。一般，Diac的轉(zhuǎn)態(tài)電壓為32V，十分合適交流供電系統(tǒng)。因Diac的轉(zhuǎn)態(tài)電壓較高，所以，同樣的導(dǎo)火延緩角，RC時(shí)間常數(shù)要降低（比較RC電路），R/C值要求小些。另一種Diac的符號(hào)表示法，較少使用?，F(xiàn)代工業(yè)電子學(xué)1第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器（半導(dǎo)體閘流管）55-5硅雙向開(kāi)關(guān)（SiliconBilateralSwitches）5-5-1SBS的理論和動(dòng)作原理（TheoryandOperationofanSBS）SBS，硅雙向開(kāi)關(guān)（SiliconBilateralSwitch），另一可觸發(fā)Triac的轉(zhuǎn)態(tài)元件。適于低壓觸發(fā)控制電路，轉(zhuǎn)態(tài)電壓較低（8V），電流-電壓曲線與Diac近似，但“負(fù)電阻區(qū)”較為明顯，電壓下降區(qū)間較大（8降至1，有7V的轉(zhuǎn)回電壓，breakovervoltage）。SBS的閘極用于改變SBS有以下長(zhǎng)處：1）導(dǎo)通區(qū)間明顯2）溫度變化穩(wěn)固3）特征在正負(fù)半周較對(duì)稱(chēng)

的基本電流

-電壓動(dòng)作，若閘極不接，可取代

Diac，但

SBS現(xiàn)代工業(yè)電子學(xué)

1

第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器（半導(dǎo)體閘流管）

64）同型號(hào)特征較為湊近舉例，一般SBS的溫度系數(shù)為0.20%/度，正負(fù)轉(zhuǎn)態(tài)差異0.3，同型差異0.1（而Diac為4V）5-5-2SBS的的閘極端應(yīng)用（UsingtheGateTerminalofanSBS）SBS的閘極可用來(lái)變換基本轉(zhuǎn)態(tài)特征，如圖，加入增納二極管，順向狀態(tài)電壓變成VZ＋0.6（PN結(jié)），而反向轉(zhuǎn)態(tài)電壓不變。應(yīng)用于正負(fù)半周不一樣導(dǎo)火延緩角（不太廣泛）?，F(xiàn)代工業(yè)電子學(xué)1第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器（半導(dǎo)體閘流管）7現(xiàn)代工業(yè)電子學(xué)1第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器（半導(dǎo)體閘流管）85-5-3SBS用于閘極除掉Triac的遲滯（EliminatingTriacFlash-on（Hysteresis）withaGatedSBS）遲滯現(xiàn)象：從兩個(gè)方向調(diào)整電阻（大變小，小變大），電路的反響不一樣，（hysteresis）原由：每個(gè)半周，C上殘余反向的電荷，須戰(zhàn)勝后，才能正常充電。Triac的閃現(xiàn)現(xiàn)象即遲滯的一個(gè)特別現(xiàn)象?，F(xiàn)代工業(yè)電子學(xué)1第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器（半導(dǎo)體閘流管）9當(dāng)SBS的閘極端加入一個(gè)電阻R，所以有少許閘流由A2流向G，表示閘極電阻上的電壓較A2為負(fù)，將使順向轉(zhuǎn)態(tài)特征急劇下降，轉(zhuǎn)態(tài)電壓降至1V，表示一旦A2對(duì)A1的電壓達(dá)到1V時(shí)，SBS馬上轉(zhuǎn)態(tài)并導(dǎo)通（反向轉(zhuǎn)態(tài)電壓不變）。當(dāng)交流電源達(dá)成正半周湊近于0時(shí)，C上端電壓為正，R3的上端電壓對(duì)C的下端電壓約為0V，所以二極管D1順向偏壓，順向閘流，只要C的電壓超出1V，SBS即導(dǎo)通，C放電（經(jīng)過(guò)SBS，R4），當(dāng)負(fù)半周祥臨，C已放電達(dá)成，可由零電壓開(kāi)始充電，所以無(wú)論Triac能否導(dǎo)通，負(fù)半周都由同一初始電荷（此時(shí)幾乎為0）開(kāi)始充電，除掉遲滯現(xiàn)象。5-6單向轉(zhuǎn)態(tài)元件（UnilateralBreakoverDevices）單向轉(zhuǎn)態(tài)元件：包含四層二極管、硅單向開(kāi)關(guān)（SUS），常用于SCR觸發(fā)電路，加上某些支持電路，可用于Triac的觸發(fā)電路?，F(xiàn)代工業(yè)電子學(xué)1第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器（半導(dǎo)體閘流管）10四層二極管和SUS的動(dòng)作與SBS近似，不過(guò)僅有順向轉(zhuǎn)態(tài)點(diǎn)（forwardbreakover），逆向崩潰電壓（breakdown）很大，如有，會(huì)使元件損壞。SUS也擁有閘極，改變其轉(zhuǎn)態(tài)特征，如圖，閘極陰極間接一增納二極管（增納的陰極接閘極，陽(yáng)極接陰極），轉(zhuǎn)態(tài)電壓降為VZ+0.6。若SUS的陽(yáng)極至閘極間流有電流，SUS就可在極低的陽(yáng)極到陰極電壓（約1V）下導(dǎo)通，控制動(dòng)作與SBS近似。SUS是一種低電壓、低電流的元件，大部分轉(zhuǎn)態(tài)電壓為8V，電流在1A以下。5-7用以觸發(fā)Triac的四層二極管（BreakoverDevice（SUS）usedtoTriggeraTriac）工作原理：1橋式整流，加于RC電路現(xiàn)代工業(yè)電子學(xué)1第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器（半導(dǎo)體閘流管）112C的電壓與電源近似，滯后一個(gè)由R1、R2所決定的相位角度3C電壓達(dá)到四層二極管的轉(zhuǎn)態(tài)電壓點(diǎn)時(shí)，四層二極管導(dǎo)通，C經(jīng)過(guò)其向脈沖變壓器（pulsetransformer）的初級(jí)繞組放電（轉(zhuǎn)態(tài)電壓20V），產(chǎn)生一個(gè)脈沖電流波形，持續(xù)至VC沒(méi)法供應(yīng)四層二極管導(dǎo)通所需的保持電流為止4脈沖變壓器將電流耦合至次級(jí)，至Triac的G-MT1電路上，令Triac導(dǎo)火（脈沖變壓器起到間隔作用）5無(wú)論電源極性如何，次級(jí)脈沖電流同向，Triac的閘極電流同向，均可導(dǎo)火，由主極電壓決定方向（相反），與SCR不一樣，反向閘極電流會(huì)損壞SCR6導(dǎo)火延緩角由R2調(diào)整Triac的導(dǎo)火，與閘極電流與主極電壓極性間關(guān)系，4種組合，正負(fù)主極電壓與正負(fù)閘極電流。現(xiàn)代工業(yè)電子學(xué)1第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器（半導(dǎo)體閘流管）125-8（Triac）截止?fàn)顟B(tài)下電壓變動(dòng)（上升）速度的臨界值（CriticalRateofRiseodOff-StateVoltage（dv/dt））RC電路與Triac并聯(lián)，防范Triac主極電壓上升太快，超出Triac所能忍耐的最大電壓變化率，若超出，無(wú)論有無(wú)閘極信號(hào)，都馬上進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)（一般，100V/us）。若交流電源能保證無(wú)高速浪涌電流存在，則RC電路可以不要，但實(shí)質(zhì)環(huán)境中，一個(gè)變電開(kāi)關(guān)動(dòng)作，就能引起瞬時(shí)浪涌電壓，故需RC電路予以克制。平常由C擔(dān)當(dāng)，將加于主極的高頻信號(hào)旁路，對(duì)高頻形成一極小的阻抗值，任何迅速的交流電源噪音都可由C短路落在負(fù)載電阻上，而不會(huì)加在Triac上。R用于限制C放電電流，免得燒毀Triac?，F(xiàn)代工業(yè)電子學(xué)1第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器（半導(dǎo)體閘流管）135-9以UJT觸發(fā)Triac（UJTasTriggerDevicesforTriac）Triac的觸發(fā)電路控制常用UJT構(gòu)成的電阻或電壓反響電路。5-9-1電阻反響式UJT觸發(fā)電路（UJTTriggerCircuitwithResistiveFeedback）工作原理：1T1為間隔變壓器（isolationtransformer），圈數(shù)比為1：1，對(duì)初級(jí)和次級(jí)繞組予以電氣間隔，使電源與觸發(fā)電路獨(dú)立，克制噪音攪亂。2橋式整流經(jīng)過(guò)增納剪截，送出與交流電源同步的24V波形3建立起24V電壓后，C開(kāi)始充電，至UJT峰值電壓后，UJT導(dǎo)火，在T2初級(jí)線圈上建立電流脈沖，耦合送至Triac閘極，令Triac導(dǎo)通4C的充電速度由RF對(duì)R1比值決定，小則Q1偏壓大，導(dǎo)通較厲害，供應(yīng)較大電流，C充電較快，UJT導(dǎo)火快，負(fù)載均勻電流大，大，則相反。恒流源工作原理：忽視Q1的基極電流（慎選R1和RF的值），R1和RF看作串聯(lián)電路，分壓器對(duì)于Q1，射極電流近似等于集極電流（放大倍數(shù)很高）由公式得IC與RF值成反比，且為必定值4I為常數(shù)，由C的公式定壓，可知充電速度為常數(shù)，電壓為斜波現(xiàn)代工業(yè)電子學(xué)1第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器（半導(dǎo)體閘流管）14現(xiàn)代工業(yè)電子學(xué)1第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器（半導(dǎo)體閘流管）15現(xiàn)代工業(yè)電子學(xué)1第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器（半導(dǎo)體閘流管）165-9-2電壓反響式UJT觸發(fā)電路（UJTTriggerCircuitwithVoltageFeedback）將電阻反響式電路中的RF以電壓反響取代即得。調(diào)整VF即可調(diào)整Triac的導(dǎo)火延緩角。由公式得同樣特征，C電壓上升速度為常數(shù)?，F(xiàn)代工業(yè)電子學(xué)1第五章三端雙向可控硅元件和其余硅控整流器（半導(dǎo)體閘流管）17總結(jié)：1Tria