可控硅特性

1、額定通態(tài)平均電流IT在一定條件下，陽極---陰極間可以連續(xù)通過的50赫茲正弦半波電流的平均值。

2、正向阻斷峰值電壓VPF在控制極開路未加觸發(fā)信號(hào)，陽極正向電壓還未超過導(dǎo)能電壓時(shí)，可以重復(fù)加在可控硅兩端的正向峰值電壓?？煽毓璩惺艿恼螂妷悍逯?，不能超過手冊(cè)給出的這個(gè)參數(shù)值。

3、反向阻斷峰值電壓VPR當(dāng)可控硅加反向電壓，處于反向關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，可以重復(fù)加在可控硅兩端的反向峰值電壓。使用時(shí)，不能超過手冊(cè)給出的這個(gè)參數(shù)值。

4、控制極觸發(fā)電流Ig1、觸發(fā)電壓VGT在規(guī)定的環(huán)境溫度下，陽極---陰極間加有一定電壓時(shí)，可控硅從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)所需要的最小控制極電流和電壓。

5、維持電流IH在規(guī)定溫度下，控制極斷路，維持可控硅導(dǎo)通所必需的最小陽極正向電流。許多新型可控硅元件相繼問世，如適于高頻應(yīng)用的快速可控硅，可以用正或負(fù)的觸發(fā)信號(hào)控制兩個(gè)方向?qū)ǖ碾p向可控硅，可以用正觸發(fā)信號(hào)使其導(dǎo)通，用負(fù)觸發(fā)信號(hào)使其關(guān)斷的可控硅等等。

可控硅工作原理

在分析可控硅工作原理時(shí)，我們經(jīng)常將這種四層P1N1P2N2結(jié)構(gòu)看作由一個(gè)PNP管和NPN管構(gòu)成，如下圖所示。

當(dāng)陽極A端加上正向電壓時(shí)，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)，此時(shí)由控制極G端輸入正向觸發(fā)信號(hào)，使得BG2管有基極電流ib2通過，經(jīng)過BG2管的放大后，其集電極電流為ic2=β2ib2。而ic2沿電路流至BG1的基極，故有ib1=ic2，電流又經(jīng)BG1管的放大作用后，得到BG1的集電極電流為ic1=β1ib1=β1β2ib2。此電流又流回BG2的基極，使得BG2的基極電流ib2增大，從而形成正向反饋使電流劇增，進(jìn)而使得可控硅飽和并導(dǎo)通。由于在電路中形成了正反饋，所以可控硅一旦導(dǎo)通后無法關(guān)斷，即使控制極G端的電流消失，可控硅仍能繼續(xù)維持這種導(dǎo)通的狀態(tài)。

通過上面對(duì)工作原理的分析可知，可控硅只具有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，那么這兩種工作狀態(tài)之間如何進(jìn)行轉(zhuǎn)換呢？狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要什么條件呢？下圖將會(huì)告訴你答案。

可控硅調(diào)速電路圖設(shè)計(jì)（一）

可控硅調(diào)壓調(diào)速原理

小功率分體機(jī)室內(nèi)風(fēng)機(jī)目前用的是PG調(diào)速塑封電機(jī)，為單向異步電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。為了滿足空調(diào)正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到制冷、制熱能力的平衡，所以必須保證室內(nèi)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足系統(tǒng)的要求，并保持轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。因此采用可控硅調(diào)壓調(diào)速的方法來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

1、電路原理圖

2、工作原理簡介

可控硅調(diào)速是用改變可控硅導(dǎo)通角的方法來改變電動(dòng)機(jī)端電壓的波形，從而改變電動(dòng)機(jī)端電壓的有效值，達(dá)到調(diào)速的目的。

當(dāng)可控硅導(dǎo)通角α1=180°時(shí)，電動(dòng)機(jī)端電壓波形為正弦波，即全導(dǎo)通狀態(tài)；（圖示兩種狀態(tài)）當(dāng)可控硅導(dǎo)通角α1 《180°時(shí)，電動(dòng)機(jī)端電壓波形如圖實(shí)線所示，即非全導(dǎo)通狀態(tài)，有效值減??；α1越小，導(dǎo)通狀態(tài)越少，則電壓有效值越小，所產(chǎn)生的磁場越小，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速越低。但這時(shí)電動(dòng)機(jī)電壓和電流波形不連續(xù)，波形差，故電動(dòng)機(jī)的噪音大，甚至有明顯的抖動(dòng)，并帶來干擾。這些現(xiàn)象一般是在微風(fēng)或低風(fēng)速時(shí)出現(xiàn)，屬正常。由以上的分析可知，采用可控硅調(diào)速其電機(jī)轉(zhuǎn)速可連續(xù)調(diào)節(jié)。

3、各元器件作用及注意事項(xiàng)

3.1、D15、R28、R29、E9、Z1、R30、C1組成降壓、整流、慮波穩(wěn)壓電路，獲得相對(duì)直流電壓12V，通過光電偶合器PC817給雙向可控硅BT131提供門極電壓；

3.2、R25、C15組成RC阻容吸收網(wǎng)絡(luò)，解決可控硅導(dǎo)通與截止對(duì)電網(wǎng)的干擾，使其符合EMI測試標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)防止可控硅兩端電壓突變，造成無門極信號(hào)誤導(dǎo)通。

3.3、TR1選用1A/400V雙向可控硅，TR1有方向性，T1、T2不可接反，否則電路不能正常工作。3.4L2為扼流線圈，防止可控硅回路中電流突變，保護(hù)TR1，由于它是儲(chǔ)能元件，在TR1關(guān)斷和導(dǎo)通過程中，尖峰電壓接近50V，R24容易受沖擊損壞，因此禁止將L2放置在TR1前端。

可控硅調(diào)速電路圖設(shè)計(jì)（二）

這種吸塵器使用可控硅元件構(gòu)成調(diào)速電路，能根據(jù)需要控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，以發(fā)跡管道吸力的大小。下圖所示的調(diào)速電路比較成熟，普遍使用在高檔大功率吸塵器中。

可控硅調(diào)速電路圖設(shè)計(jì)（三）

光控電子開關(guān)，它的“開”和“關(guān)”是靠可控硅的導(dǎo)通和阻斷來實(shí)現(xiàn)的，而可控硅的導(dǎo)通和阻斷又是受自然光的亮度（或人為亮度）的大小所控制的。該裝置適合作為街道、宿舍走廊或其它公共場所照明燈，起到日熄夜亮的控制作用，以節(jié)約用電。

工作原理：電路如上圖所示，220V交流電通過燈泡H及整流全橋后，變成直流脈動(dòng)電壓，作為正向偏壓，加在可控硅VS及R支路上。白天，亮度大于一定程度時(shí)，光敏二極管D呈現(xiàn)底阻狀態(tài)≤1KΩ，使三極管V截止，其發(fā)射極無電流輸出，單向可控硅VS因無觸發(fā)電流而阻斷。此時(shí)流過燈泡H的電流≤2.2mA，燈泡H不能發(fā)光。電阻R1和穩(wěn)壓二極管DW使三極管V偏壓不超過6.8V，對(duì)三極管起保護(hù)作用。夜晚，亮度小于一定程度時(shí)，光敏二極管D呈現(xiàn)高阻狀態(tài)≥100KΩ，使三極管V正向?qū)?，發(fā)射極約有0.8V的電壓，使可控硅VS觸發(fā)導(dǎo)通，燈泡H發(fā)光。RP是清晨或傍晚實(shí)現(xiàn)開關(guān)轉(zhuǎn)換的亮度選擇元件。

安裝與調(diào)試：安裝時(shí)，將裝焊好的印制板放入透明塑料盒內(nèi)并固定好，將它與受控電燈H串聯(lián)，并讓它正對(duì)著天幕或房子采光窗前較明亮的空間，避免3米以內(nèi)夜間燈光的直接照射。調(diào)試宜傍晚時(shí)進(jìn)行，調(diào)節(jié)RP阻值的大小，使受控電燈H在適當(dāng)?shù)牧炼认率键c(diǎn)亮。

可控硅調(diào)速電路圖設(shè)計(jì)（四）

市電經(jīng)整流后，加在可控硅幾兩端是一種正弦脈動(dòng)的直流電壓。此電壓再由電阻R1降壓后作為直流工作電壓和同步電壓供給觸發(fā)電路。晶體管BT33和R4、C及電位器R尸組成馳張振蕩器式觸發(fā)電路。改變RP的阻值，就可以改變電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。

實(shí)際使用中，在RP逐漸調(diào)小時(shí)，電風(fēng)扇速度加速。但是，當(dāng)RP進(jìn)一步調(diào)小時(shí)，電風(fēng)扇可能停轉(zhuǎn)，這時(shí)因?yàn)镽4阻值取得過小的緣故。由于R4阻值太小，當(dāng)RP調(diào)到最小時(shí)，晶體管BT33一經(jīng)導(dǎo)通就無法截止，觸發(fā)脈沖也就無法產(chǎn)生，可控硅處于截止?fàn)顟B(tài)，市電無回路。

圖1：一款電風(fēng)扇電機(jī)可控硅無級(jí)調(diào)速電路

可控硅調(diào)速電路圖設(shè)計(jì)（五）

此簡易電子調(diào)速電路適用于220V市電的單相電動(dòng)機(jī)，電機(jī)額定電流在6.5A以內(nèi)，功率在1kW左右，適用于家庭電風(fēng)扇、吊扇電機(jī)及其它單相電機(jī)，若電路加以修改，則可作調(diào)光、電磁振動(dòng)調(diào)壓、電風(fēng)扇溫度自動(dòng)變速器等用途。其電路如圖1所示。

硅二極管VD1~VD4構(gòu)成一個(gè)橋式全波整流電路，電橋與電機(jī)串聯(lián)在電路中，電橋?qū)煽毓鑆S提供全波整流電壓。當(dāng)VS接通時(shí)，電橋呈現(xiàn)本電機(jī)串聯(lián)的低阻電路。當(dāng)圖1中A點(diǎn)為負(fù)半周時(shí)，電流經(jīng)電機(jī)、VD1、VS、R1、VD3構(gòu)成回路，當(dāng)B 點(diǎn)為正半周時(shí)電流經(jīng)VD2、VS、R1、VD4、電機(jī)M構(gòu)成回路，電機(jī)端得到的是交變電流。電機(jī)兩端的電壓大小主要決定于可控硅VS的導(dǎo)通程度，只要改變可控硅的導(dǎo)通角，就可以改變VS的壓降，電機(jī)兩端的電壓也變化，達(dá)到調(diào)壓調(diào)速的目的，電機(jī)端電壓Um=U1-UVD1-Uvs-UR1-UVD3，上式中，UVD1、UVD3的壓降均很小，而反饋UR1也不大，故電機(jī)端電壓就簡化為Um=U1-Uvs。

可控硅VS的觸發(fā)脈沖靠一只簡單的單結(jié)晶體管VS電路產(chǎn)生，電容器C2通過電阻R4、R5充電到穩(wěn)壓管DW的穩(wěn)定電壓UZ，當(dāng)C2充電到單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓時(shí)，單結(jié)晶體管就觸發(fā)，輸出脈沖而使可控硅導(dǎo)通。在單結(jié)晶體管發(fā)射極電壓充分衰減后，單結(jié)晶體管就斷開，VS一經(jīng)接通，那么a、b兩點(diǎn)之間的電壓就下降到穩(wěn)壓管DW的穩(wěn)定電壓UZ以下，電容器C2再充電就依賴于點(diǎn)a到b點(diǎn)間的電壓，因穩(wěn)壓管的電壓已經(jīng)降低到它的導(dǎo)通區(qū)域以外，點(diǎn)a到b點(diǎn)的電壓取決于電動(dòng)機(jī)的電流、R1和VS導(dǎo)通時(shí)的電壓降。這樣，當(dāng)VS 導(dǎo)通時(shí)，電容器C2的充電電流取決于電動(dòng)機(jī)的電流，在這種情況下便得到了反饋，這就使得電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)轉(zhuǎn)矩所受損失的問題得到補(bǔ)救。

反饋電阻R1的數(shù)值經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得出，因此，VS在導(dǎo)通周期的時(shí)間內(nèi)，電容C2便不能充電到足以再對(duì)單結(jié)晶體管觸發(fā)的高壓，然而，電容C2會(huì)充電到電動(dòng)機(jī)電流所決定的某一數(shù)值。如果在某一導(dǎo)通周期電動(dòng)機(jī)的電流增加，則C2上的電壓也增加，故在下一周期開始時(shí)，C2就不需那么長的時(shí)間才能充電到單晶體的峰點(diǎn)電壓。這種情況下，觸發(fā)角就被減少了（導(dǎo)通角更大），加到電機(jī)上的方根電壓就成比例增加，致使有效轉(zhuǎn)矩增加。二極管VD5和電容器C1防止在導(dǎo)通期中由于觸發(fā)單結(jié)晶體所造成的反饋，反饋電阻R1的取值具體如附表所示。

R2為限流電阻，它應(yīng)保證穩(wěn)定DW1 在穩(wěn)壓范圍，穩(wěn)定電流在10~20mA 左右，它并保證了脈沖移相角，當(dāng)R2增大，移相角減小，電機(jī)兩端的電壓調(diào)節(jié)范圍減少。

R4應(yīng)保證電機(jī)兩端電壓的上限值，當(dāng)R4增大時(shí)，輸出到電機(jī)的電壓上限下降。

R3是作單結(jié)晶體管溫度補(bǔ)償之用，當(dāng)R3增大時(shí)，溫度特性就要好一些，本電路也適用于可逆電機(jī)調(diào)速之用，負(fù)載端電壓調(diào)節(jié)范圍從35~215V連續(xù)可調(diào)。若負(fù)載為電機(jī)或電磁振動(dòng)線圈，它不要求對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)償，則電路可以進(jìn)一步簡化，電路如圖2所示，其工作原理同圖1，輸出電壓主調(diào)節(jié)范圍是35~215V，R1的作用是保證VS輸出脈沖的幅度，R1增大，則輸出脈沖也增加，若作調(diào)光，則可將負(fù)載改作燈泡即可。

若負(fù)載電壓最大值不需要很高，則可將橋式整流電路改為半波整流，其輸出至負(fù)載的電壓調(diào)節(jié)范圍為30～100V，其工作原理同前。電原理圖如圖3所示。風(fēng)扇調(diào)速電路如圖4所示，電路采用了熱敏電阻，當(dāng)環(huán)境溫度上升或下降時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，導(dǎo)致VT2的不斷變化，使可控硅導(dǎo)通角前后移動(dòng)，改變電扇兩端的電壓，風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速即隨之變化。當(dāng)環(huán)境溫度上升時(shí)，電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速高，反之則低。

選用元件時(shí)，二極管VD1~VD4耐壓要高于400V，額定電流大于0.4A；可控硅VS耐壓大于500V，額定電流為1A；單結(jié)晶體管BT35分壓比η大于0.5；三極管3CG14的β大于80。

電路裝好后，把風(fēng)扇接在電路中，調(diào)整RP使風(fēng)扇正好停轉(zhuǎn)，然后用一把電烙鐵靠近熱敏電阻，熱敏電阻變高時(shí)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變快。電烙鐵離開熱敏電阻，溫度降低，轉(zhuǎn)速應(yīng)變慢，工作時(shí)RP應(yīng)調(diào)到適當(dāng)位置。

可控硅調(diào)速電路圖設(shè)計(jì)（六）

該電路如圖所示。前級(jí)控制電路的電源供給電壓從穩(wěn)壓管DZ兩端取得，R12為啟動(dòng)電阻。VT必須選擇BVceo大于400V的中功率管。穩(wěn)壓管DZ的額定電流必須大于電風(fēng)扇堵轉(zhuǎn)時(shí)的電流（一般電風(fēng)扇的堵轉(zhuǎn)電流約300mA），其穩(wěn)定電壓為5V。

流過三極管的基極電流為Ib，集電極電流為IC，則：

設(shè)可控硅VS的觸發(fā)電流為Igt當(dāng)Ic=Igt的時(shí)刻，可控硅導(dǎo)通。由（1）式指出。如果βIb大于或者等于可控硅VS的觸發(fā)電流Igt，則在正弦電壓的約0V處，可控硅即被觸發(fā)，控制角為O，電風(fēng)扇總是全速運(yùn)轉(zhuǎn)，不能調(diào)速（見下圖）。因此。R7~R10阻值選擇顯得非常重要。

此RB為CC4518輸出端只有一個(gè)高電平時(shí)的取值。因?yàn)镃C4518屬于BCD同步加計(jì)數(shù)器，其輸出端Q3、Q2、Q1、Q0有時(shí)會(huì)同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)為高電平的狀態(tài)，使R7~R10多個(gè)并聯(lián)后再加到VT的基極，這也必須引起我們的注意。

由于可控硅的觸發(fā)電流Igt以及三極管VT的β、rce的離散性很大，使Rb的取值十分困難，必須測量出上述參數(shù)的實(shí)際值，再計(jì)算出Rb，然后在試驗(yàn)中微調(diào)。

遺憾的是該電路的控制角調(diào)節(jié)范圍小于90°，速度調(diào)節(jié)范圍小。