简单粗暴--5分钟搞定可控硅电路应用

可控硅对于电子工程师来说是个重要的元器件，对于一个合格的硬件工程师来说，必须要掌握可控硅的电路设计。可控硅在各个领域应用广泛，常用来做各种大功率负载的开关。相比继电器，可控硅有很多优势，继电器在开关动作时会产生电火花，在某些工业环境由于安全原因这是不允许的，继电器在开关动作时触点会发生氧化，影响继电器寿命，而这些缺点可控硅都能避免。

可控硅(Silicon Controlled Rectifier) 简称SCR，可控硅分单向可控硅和双向可控硅两种。双向可控硅也叫三端双向可控硅，简称TRIAC。双向可控硅在结构上相当于两个单向可控硅反向连接，这种可控硅具有双向导通功能。其通断状态由控制极G决定。在控制极G上加正脉冲(或负脉冲)可使其正向(或反向)导通。

单向可控硅工作原理

单向可控硅的电流是从阳极流向阴极，交流电过零点时截止，如图交流电的负半周时，单向可控硅是不导通的，在正半周时，只有控制栅极有触发信号时，可控硅才导通。

双向可控硅工作原理

双向可控硅的电流能从T1极流向T2极,也能从T2极流向T1极，交流电过零点时截止，只有控制栅极有正向或负向的触发信号时，可控硅才导通。

接下来我们讲解下使用最多的双向可控硅的一些电路应用

上图中，VCC和交流电其中一端是连接在一起的，这样就能保证单片机是输出低电平信号触发可控硅，这样可控硅触发工作在第3象限，上图中避免可控硅触发使用高电平信号，避免可控硅触发工作在第4象限。若运行在第4象限由于双向可控硅的内部结构，门极离主载流区域较远，导致需要更高的Igt,由 Ig 触发到负载电流开始流动，两者之间迟后时间较长,导致要求 Ig 维持较长时间,另外一个缺点就是会导致低得多的 dIT/dt 承受能力，若控制负载具有高dI/dt 值（例如白炽灯的冷灯丝），门极可能发生强烈退化。查阅可控硅BT134器件规格书，也明确说明触发工作在第4象限，Igt需求更大。如下图：

上图第1个主要是应用在低端类的产品上，常见的如家里的吊扇，第2个图加入单片机控制。

其它应用场合

电路的触发方式

栅极电路

上图是主要的可控硅栅极的触发电路

双向可控硅的应用主要事项：

1.在使用双向可控硅控制电感性负载时，一般要如下面所示连接 RC 吸收电路 ， 以抑制施加到器件上的 (dv/dt)c 值。当用双向可控硅开关控制电感性负载（L型负载）时，如在转换期间由于电流延迟的作用， (di/dt)c 和 (dv/dt)c 超过某个值时，可能因为(di/dt)c 和(dv/dt)c，不需栅极信号而进入导通状态，从而变得无法控制。

RC吸收回路的参数取值，我们常见的马达控制场合，常用的选取电阻为100欧。电容为0.01uF. 而起到噪声保护的作用的，接在控制栅极和T1之间的电阻和电容的参数，可根据环境和EMC效果酌情选取。

2.根据公式，Rg=(Vcc-Vgt)/Igt（Rg为栅极电阻），栅极电流和栅极电阻Rg和栅极电压Vgt有关。

栅极触发电流Igt的设定，应有足够的余量，要充分考虑低温最恶劣的环境，可控硅的结温特性确定了在低温下的Igt需求更大，如下图：

栅极触发电流Igt的设定，还需考虑栅极触发电压Vgt的因素，同样，也要充分考虑低温最恶劣的环境，可控硅的结温特性确定了在低温下的Vgt需求更大，如下图：

考虑以上两个因素，设定栅极电流Igt时，通常按规格书要求的1.5倍来设定，故栅极电阻Rg的选取需谨慎选取。

3.当遇到严重的、异常的电源瞬间过程， T2上 电压可能超过 VDRM，此时 T2 和 T1 间的漏电将达到一定程度，并使双向可控硅自发导通，

若负载允许高涌入电流通过，在硅片导通的小面积上可能达到极高的局部电流密度。这可能导致硅片

的烧毁。白炽灯、电容性负载和消弧保护电路都可能导致强涌入电流。由于超过 VDRM 或 dVD/dt 导致双向可控硅导通，这不完全威胁设备安全。而是随之而来的 dIT/dt 很可能造成破坏。原因是，导通扩散至整个结需要时间，此时允许的 dIT/dt 值低于正常情况下用门极信号导通时的允许值。假如过程中限制 dIT/dt 到一较低的值，双向可控硅可能可以幸存。为此，可在负载上串联一个几μH的不饱和（空心）电感。如上述解决方法不能接受，或不实际时，可代替的方法是增加过滤和箝位电路，防止尖峰脉冲到达双向可控硅。使用压敏电阻器，作为“软”电压箝位器，跨接在电源上， 压敏电阻上游增加电感、电容滤波电路。

4.通常具有高初始涌入电流的常见负载是白炽灯，冷态下电阻低。对于这种电阻性负载，若在电源电压的峰值开始导通， dIT/dt 将具有最大值。假如这值有可能超过双向可控硅的 dIT/dt 值，最好在负载上串联一只几μH 的电感加以限制，或串联负温度系数的热敏电阻。需要注意的是，电感在最大电流下不能饱和。一旦饱和，电感将跌落，再也不能限制 dIT/dt。无铁芯的电感符合这个条件。一个更巧妙的解决办法是采用零电压导通，不必接入任何限制电流的器件。电流可以从正弦波起点开始逐渐上升。

注意：零电压导通只能用在电阻性负载。对于电感性负载，由于电压和电流间存在相位差，使用这方法会引起“半波”或单极导通，可能使电感性负载饱和，导致破坏性的高峰电流，以及过热。

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双向可控硅触发电路图

双向可控硅触发电路图一：

为了提高效率，使触发脉冲与交流电压同步，要求每隔半个交流电的周期输出一个触发脉冲，且触发脉冲电压应大于4V，脉冲宽度应大于20us.图中BT为变压器，TPL521-2为光电耦合器，起隔离作用。当正弦交流电压接近零时，光电耦合器的两个发光二极管截止，三极管T1基极的偏置电阻电位使之导通，产生负脉冲信号，T1的输出端接到单片机80C51的外部中断0的输入引脚，以引起中断。在中断服务子程序中使用定时器累计移相时间，然后发出双向可控硅的同步触发信号。过零检测电路A、B两点电压输出波形如图2所示。

双向可控硅触发电路图二：

电路如图3所示，图中MOC3061为光电耦合双向可控硅驱动器，也属于光电耦合器的一种，用来驱动双向可控硅BCR并且起到隔离的作用，R6为触发限流电阻，R7为BCR门极电阻，防止误触发，提高抗干扰能力。当单片机80C51的P1.0引脚输出负脉冲信号时T2导通，MOC3061导通，触发BCR导通，接通交流负载。另外，若双向可控硅接感性交流负载时，由于电源电压超前负载电流一个相位角，因此，当负载电流为零时，电源电压为反向电压，加上感性负载自感电动势el作用，使得双向可控硅承受的电压值远远超过电源电压。虽然双向可控硅反向导通，但容易击穿，故必须使双向可控硅能承受这种反向电压。一般在双向可控硅两极间并联一个RC阻容吸收电路，实现双向可控硅过电压保护，图3中的C2、R8为RC阻容吸收电路。

双向可控硅触发电路图三：

此时无论是打开开关、和关闭开关（驱动MOC306或者不驱动MOC3061）可控硅都是导通的，即不能关闭可控硅，百般纠结和查看资料后才发现G极和T1之间的关系，按照这个电路接的话，不管J3开路时，G极的电压等于T2的电压，当交流电流过双向可控硅时，G极与T1之间总存在一个电压差，即T1与T2之间的电压差，这个电压差就导通了可控硅，所以双向可控硅虽然没有正、负极的区别，却有T1、T2的区别。

双向可控硅触发电路图四：

如下图所示，当电网电压小于220V时，双向可控硅SCR2控制极上的电压也随电网电压减小而降低，致使VD2导通较小，C1端电压上升，从而使双向可控硅SCRl控制极电压升高，使输出电压上升。反之，输出电压下降，达到稳压。

双向可控硅触发电路图五：

所示，左侧为两个30K/2W的电阻，这样限制输入电流为：220V/60K=3.67mA，由于该路仅仅是为了提取交流信号，因此小电流输入即可。整流桥芯片采用小功率（2W）的KBP210，之后接入一个光耦（P521），这样如图1整流后信号电压值超过光耦前段二极管的导通电压时，即产生一次脉冲，光耦右侧为一上拉电路，VCC为单片机供电电压：+3.3V。光耦三极管导通时，输出低电平，关闭时输出高电平。

双向可控硅触发电路图六：

VDI、VD2、Cl与C2组成简单的电容降压半被整流电源，通电后C2两端能获得约12V左右的直流电压供光控电路用电。VT、VD3、R2、R3与RP构成光控电路，白天光敏二极管VD3受光照射呈低电阻，VT基极电位下降，所以VT截止，可控硅vs得不到触发电压而处于关断状态，灯H不亮。夜间，VD3无光线照射呈高电阻，VT的基极电位上升，VT导通，就向vs注入正向触发电流，故vs立即开通，灯H全压点亮。调节电位器RP能调节三极管VT的基极电位，从而能对光控灵敏度进行调整。

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