简易可控硅调压调温电路(可控硅特性,工作原理,作用与检测)

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  可控硅简介

  可控硅(Silicon Controlled Rectifier) 简称SCR,是一种大功率电器元件,也称晶闸管。它具有体积小、效率高、寿命长等优点。在自动控制系统中,可作为大功率驱动器件,实现用小功率控件控制大功率设备。它在交直流电机调速系统、调功系统及随动系统中得到了广泛的应用。

  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。这种装置的优点是控制电路简单,没有反向耐压问题,因此特别适合做交流无触点开关使用。

  可控硅的特性

  可控硅分单向可控硅、双向可控硅。单向可控硅有阳极A、阴极K、控制极G三个引脚。双向可控硅有第一阳极A1(T1),第二阳极A2(T2)、控制极G三个引脚。只有当单向可控硅阳极A与阴极K之间加有正向电压,同时控制极G与阴极间加上所需的正向触发电压时,方可被触发导通。此时A、K间呈低阻导通状态,阳极A与阴极K间压降约为1V。单向可控硅导通后,控制极G即使失去触发电压,只要阳极A和阴极K之间仍保持正向电压,单向可控硅继续处于低阻导通状态。只有把阳极A电压撤除或阳极A、阴极K之间电压极性发生改变(交流过零)时,单向可控硅才由低阻导通状态转换为高阻截止状态。单向可控硅一旦截止,即使阳极A和阴极间又重新加上正向电压,仍需在控制极G和阴极K之间重新加上正向触发电压方可导通。单向可控硅的导通与截止状态相当于形状的闭合和断开状态,用它可制成无触点开关。

  双向可控硅第一阳极A1与第二阳极A2间,无论所加电压极性是正向还是反向,只要控制极G和第一阳极A1间加有正负极性不同的触发电压,就可触发导通呈低阻状态。此时A1、A2间压降也约1V。双向可控硅一旦导通,即使失去触发电压,也能继续保持导通状态。只有当第一阳极A1、第二阳极A2电流减小,小于维持电流或A1、A2间当电压极性改变且没有触发电压时,双向可控硅才截断,此时只有重新加触发电压方可导通。

  可控硅分类

  (一)按关断、导通及控制方式分类:可控硅按其关断、导通及控制方式可分为普通可控硅、双向可控硅、逆导可控硅、门极关断可控硅(GTO)、BTG可控硅、温控可控硅和光控可控硅等多种。

  (二)按引脚和极性分类:可控硅按其引脚和极性可分为二极可控硅、三极可控硅和四极可控硅。

  (三)按封装形式分类:可控硅按其封装形式可分为金属封装可控硅、塑封可控硅和陶瓷封装可控硅三种类型。其中,金属封装可控硅又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种;塑封可控硅又分为带散热片型和不带散热片型两种。

  (四)按电流容量分类:可控硅按电流容量可分为大功率可控硅、中功率可控硅和小功率可控硅三种。通常,大功率可控硅多采用金属壳封装,而中、小功率可控硅则多采用塑封或陶瓷封装。

  (五)按关断速度分类:可控硅按其关断速度可分为普通可控硅和高频(快速)可控硅。

  (六)过零触发-一般是调功,即当正弦交流电交流电电压相位过零点触发,必须是过零点才触发,导通可控硅。

  (七)非过零触发-无论交流电电压在什么相位的时候都可触发导通可控硅,常见的是移相触发,即通过改变正弦交流电的导通角(角相位),来改变输出百分比。

  可控硅主要参数

  ⒈ 额定通态电流(IT)即最大稳定工作电流,俗称电流。常用可控硅的IT一般为一安到几十安。

  ⒉反向重复峰值电压(VRRM)或断态重复峰值电压(VDRM),俗称耐压。常用可控硅的VRRM/VDRM一般为几百伏到一千伏。

  ⒊ 控制极触发电流(IGT),俗称触发电流。常用可控硅的IGT一般为几微安到几十毫安。

  4,在规定环境温度和散热条件下,允许通过阴极和阳极的电流平均值

  可控硅作用

  1.可控整流,这也是可控硅最基本也最重要的作用。大家所熟知的二极管整流电路只可完成整流的功能,并没有实现可控,而一旦把二极管换做可控硅,便构成了一个可控整流电路。

  在一个最基本的单相半波可控整流电路中,当正弦交流电压处于正半周时,只有在控制极外加触发脉冲时,可控硅才被触发导通,负载上才会有电压输出,因此可以通过改变控制极上触发脉冲到来的时间,来进一步调节负载上输出电压的平均值,达到可控整流的作用。

  2.用作无触点开关,常用于自动化设备中,代替通用继电器,具有无噪音、寿命长的特点。

  3.起到开关和调压的作用,经常应用于交流电路中,由于其被触发时间不同,因此通过它的电流只有其交流周期的一部分,通过它的电压只有全电压的一部分,因而起到调节输出电压的作用。

  可控硅工作原理

  在分析可控硅工作原理时,我们经常将这种四层P1N1P2N2结构看作由一个PNP管和NPN管构成,如下图所示。

  简易可控硅调压调温电路(可控硅特性,工作原理,作用与检测)

  当阳极A端加上正向电压时,BG1和BG2管均处于放大状态,此时由控制极G端输入正向触发信号,使得BG2管有基极电流ib2通过,经过BG2管的放大后,其集电极电流为ic2=β2ib2。而ic2沿电路流至BG1的基极,故有ib1=ic2,电流又经BG1管的放大作用后,得到BG1的集电极电流为ic1=β1ib1=β1β2ib2。此电流又流回BG2的基极,使得BG2的基极电流ib2增大,从而形成正向反馈使电流剧增,进而使得可控硅饱和并导通。由于在电路中形成了正反馈,所以可控硅一旦导通后无法关断,即使控制极G端的电流消失,可控硅仍能继续维持这种导通的状态。

  通过上面对工作原理的分析可知,可控硅只具有导通和关断两种工作状态,那么这两种工作状态之间如何进行转换呢?状态的转换需要什么条件呢?下图将会告诉你答案~

  简易可控硅调压调温电路(可控硅特性,工作原理,作用与检测)

  可控硅的检测

  1.单向可控硅的检测

  万用表选用电阻R×1档,用红黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻直至找出读数为数十欧姆的一对引脚,此时黑笔接的引脚为控制极G,红笔接的引脚为阴极K,另一空脚为阳极A。此时将黑表笔接已判断了的阳极A,红表笔仍接阴极K。此时万用表指针应不动。用短接线瞬间短接阳极A和控制极G,此时万用表指针应向右偏转,阻值读数为10欧姆左右。如阳极A接黑表笔,阴极K接红表笔时,万用表指针发生偏转,说明该单向可控硅已击穿损坏。

  2.双向可控硅的检测

  用万用表电阻R×1档,用红黑两表笔分别测任意两引脚正反向电阻,结果其中两组读数为无穷大。若一组为数十欧姆时,该组红黑表笔所接的两引脚为第一阳极A1和控制极G,另一空脚即为第二阳极A2。确定A、G极后,再仔细测量A1、G极间正反向电阻,读数相对较小的那次测量的黑表笔所接的引脚为第一阳极A1,红表笔所接引脚为控制极G。将黑表笔接已确定了的第二阳极A2,红表笔接第一阳极A1,此时万用表指针应不发生偏转,阻值为无穷大。再用短接线将A2、G极瞬间短接,给G极加上正向触发电压,A2、A1间阻值约为10欧姆左右。随后断开A2、G极短接线,万用表读数应保持10欧姆左右。互换红黑表笔接线,红表笔接第二阳极A2,黑表笔接第一阳极A1。同样万用表指针应不发生偏转,阻值为无穷大。用短接线将A2、G极间再次瞬间短接,给G极加上负向的触发电压,A1、A2间阻值也是10欧姆左右。随后断开A2、G极间短接线,万用表读数应不变,保持10欧姆左右。符合以上规律,说明被测双向可控硅管未损坏且三个引脚极性判断正确。

  检测较大功率可控硅管是地,需要在万用表黑笔中串接一节1.5V干电池,以提高触发电压。

  简易可控硅调压调温电路

  1.介绍一款简单的可控硅调压调温电路(见图1),具有简单易行,控制方便等优点。

  简易可控硅调压调温电路(可控硅特性,工作原理,作用与检测)

  工作原理:R、RP、C、D 组成脉冲形成网络触发双向可控硅VT, 使VT在市电正负半周均保持相应正反向导通。调节RP阻值,即可改变VT的导通角,达到调节负载RL,上电压的目的。可用于家庭台灯调光、电熨斗、电热毯的调温及电风扇调速等。此双向可控硅在加散热器的情况下,控制的负载功率可达500W 左右。

  图2为线路板。

  简易可控硅调压调温电路(可控硅特性,工作原理,作用与检测)

  电路特点:此电路结构简单,容易制作,去掉了笨重的变压器, 效率很高,而成本才不到十块钱很适合爱好者制作。

  2.本例介绍的温度控制器,具有SB260取材方便、性能可靠等特点,可用于种子催芽、食用菌培养、幼畜饲养及禽蛋卵化等方面的温度控制,也可用于控制电热毯、小功率电暖器等家用电器。

  电路图

  温度控制器电路如图7.116所示。

简易可控硅调压调温电路(可控硅特性,工作原理,作用与检测)

  工作原理

  220V交流电压经Cl降压、VD,和VD。整流、C2滤波及VS稳压后,一路作为IC(TL431型三端稳压集成电路)的输入直流电压;另一路经RT、R3和RP分压后,为IC提供控制电压。

  在被测温度低于RP的设定温度时,NTC502型负温度系数热敏电阻器Rr的电阻值较大,IC的控制电压高于其开启电压,IC导通,使LED点亮,VS受触发而导通,电热器EH通电开始加热。

  随着温度的不断上升,Rr的电阻值逐渐减小,同时IC的控制电压也随之下降。当被测温度高于设定温度时,IC截止,使LED熄灭,VS关断,EH断电而停止加热。随后温度又开始缓慢下降,当被测温度低于设定温度时,IC又导通,EH又开始通电加热。如此循环不止,将被测温度控制在设定的范围内。

简易可控硅调压调温电路(可控硅特性,工作原理,作用与检测)

  简单实用的大功率可控硅触发电路图一般书刊介绍的大功率可控硅触发电路都比较复杂,而且有些元件难以购买。笔者仅花几元钱制作的触发电路已成功触发100A以上的可控硅模块,用于工业淬火炉上调节380V电压,又装一套用于大功率鼓风机作无级调速用,效果非常好。本电路也可用作调节220V交流供电的用电器。

  

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