可控硅电路图原理图
可控硅在实际应用中电路花样最多的是其栅极触发回路,概括起来有直流触发电路,交流触发电路,相位触发电路等等。
好的,以下是关于可控硅(晶闸管,Thyristor 或 SCR)电路图原理图的解释(中文):
核心目的: 可控硅电路图原理图展示了如何使用可控硅(通常是单向可控硅或双向可控硅)来控制功率流向负载(如灯、电机、加热器等),重点是控制导通时刻(相角控制)。
基本原理:
-
可控硅结构(简化的三端器件):
- 阳极 (A): 主电流流入端。
- 阴极 (K): 主电流流出端。
- 门极 (G): 控制端。通过向门极施加一个相对于阴极的短暂正向脉冲电流,可以触发可控硅从关断状态变为导通状态。
-
关键特性:
- 单向导通性(对于SCR): 一旦被门极触发导通,阳极(A)到阴极(K)的电流路径就导通,即使移除门极信号,只要流过主电极的电流大于某个值(维持电流 Ih),导通状态会一直保持。
- 关断条件: 只有当主电极电流 下降到维持电流 Ih 以下(例如,交流电压过零点时)或 阳极-阴极电压反向 时,可控硅才会关断。
- 相角控制: 通过精确控制在每个交流半周(或周期的特定部分)施加门极触发脉冲的时刻,可以在该半周内延迟导通的开始。触发脉冲相对于波形零点的延迟角度称为触发角 (α)。改变触发角就能改变负载上实际得到的平均功率。
典型应用原理图示例(单向可控硅控制白炽灯调光):
下图是一个最基本的单相交流、使用单向可控硅 (SCR) 控制白炽灯亮度的原理图:
╭───[R1]───┬───[D]───╮
│ │ │
[FU] [SCR] G [LAMP]
│ A┤ ├K │
~AC~ │ │ │
=== C1 │ │
│ ╰──[R₂]───╯
│ │
╰───┬───┬──╯
│ │
╰─[C]─╯
│ │
[POT]
│ │
│ ╰───[DIAC]───┐
│ [T]
╰────────────────╯
图中符号解释:
- ~AC~ (或
L&N): 交流电源输入端(如市电 220V AC)及保险丝[FU]。 - [SCR]: 单向可控硅。
A是阳极,K是阴极,G是门极。 - [LAMP]: 白炽灯负载。串联在可控硅的主回路(阳极-阴极路径)中。电流必须流过SCR才能点亮灯。
- [FU]: 保险丝。保护电路防止过流。
- RC 吸收回路: 由电阻
[R1]和电容[C1]串联组成,并联在 SCR 的 A-K 两端。用于吸收 SCR 关断时产生的电压尖峰(由线路电感引起),保护 SCR 不被过压击穿。[D]通常是快恢复二极管,提供电容放电回路。 - 触发电路: 负责在正确的时刻产生门极触发脉冲。
- [R₂]: 门极限流电阻。限制流入门极的最大电流,保护 SCR。
- [C] & [POT]: 电阻
[R₂]、电位器[POT]和电容[C]构成 RC 移相网络。交流电压通过该网络对电容[C]充电。[POT]调节改变 RC 时间常数,从而改变电容电压达到触发电平的时间延迟。 - [DIAC]: 双向触发二极管。它是一个两端对称的负阻器件。当电容
[C]上的充电电压达到 DIAC 的转折电压 (Vbo) 时,DIAC 突然导通,为电容提供快速放电路径。 - [T]: 脉冲变压器(或直接用小隔离光耦)。它有两个作用:
- 隔离: 将低压触发电路与高压主回路(220V)进行电气隔离,提高安全性。
- 提供触发脉冲: 当 DIAC 导通瞬间,电容
[C]通过 DIAC 和 T 的初级绕组快速放电,在 T 的次级绕组感应出一个触发脉冲,施加到 SCR 的G和K极。
- 工作原理简述:
- 交流电源正半周时,A 对 K 为正电压,但 SCR 处于关断状态(无电流流过)。
- 电源电压通过
[POT]、[R₂]对[C]充电。 - 当
[C]上的电压达到 DIAC 的 Vbo 时,DIAC 导通,[C]通过 DIAC 和脉冲变压器 T 初级放电。 - T 次级感应出触发脉冲,送到 SCR 的 G-K,使 SCR 触发导通。
- SCR 导通后(忽略其管压降),几乎将全部电源电压加在灯
[LAMP]上,灯亮。直到交流电压过零附近,SCR 因主电流小于 Ih 而自然关断。 - 负半周时,由于 SCR 的单向导电性,不会导通(灯灭)。
- 调节电位器
[POT]即改变了电容充电速度,也就改变了电容达到 Vbo 所需的时间(即改变了触发角 α)。触发角大,导通晚,灯亮的时间短,亮度低;触发角小,导通早,灯亮的时间长,亮度高。
双向可控硅 (TRIAC) 电路:
- 主要区别: TRIAC 可以双向导通电流(控制第一、三象限导通),因此它能在交流电的两个半周都控制负载。使用 TRIAC 可以直接替代 SCR 用于交流电路,并且不需要整流桥。
- 触发方式: TRIAC 的触发电路通常需要适应其四个可能的触发象限(但通常设计在第一、三象限触发),触发灵敏度可能不同。触发方式和 DIAC 的使用也更灵活。
- 原理图简化:
╭───[R]───┬────[TRIAC] T1──┬─────┐ │ │ │ │ [FU] MT1 G [LAMP] │ │ │ │ ~AC~ │ ╰─[RC Snubber]──╯ │ === MT2 │ │ │ ╰────────────────────────────────╯- 触发电路部分(RC移相 + DIAC + 隔离)与前述 SCR 电路类似,但输出接在 TRIAC 的 T1 和 G 之间(注意触发电流方向)。
关键要素总结:
- 功率开关元件: 单向可控硅 (SCR) 或 双向可控硅 (TRIAC)。
- 负载: 被控制的设备(电阻性负载如灯、加热器最易控制;电感性负载如电机需要额外保护,如 RC 吸收回路)。
- 触发电路: 最核心部分,决定导通相位(触发角 α),常用 RC 移相网络 + DIAC + 隔离器件(光耦/脉冲变压器)。
- 保护电路: 保险丝、RC 吸收回路(抑制浪涌电压)、电感性负载可能需要压敏电阻 (MOV)。
- 隔离: 触发电路与高压主回路之间必须隔离(光耦或脉冲变压器)。
重要提醒:
- 高压危险! 实验或操作可控硅电路图(尤其是市电等级)存在严重触电风险,请务必由具备专业知识的人员在安全防护措施下进行。
- 元件选择: 需根据负载功率、电源电压、电流仔细选择可控硅型号(额定电流、电压)、保险丝、散热器等。
- 波形失真: 可控硅相控会产生非正弦电流,可能导致电网谐波问题。
- EMI 干扰: 可控硅快速开关和高 di/dt、dv/dt 可能产生电磁干扰,需要适当抑制措施。
希望这个详细的解释能帮助你理解可控硅电路图原理图的基本构成和工作原理!
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