可控硅特性 1、额定通态平均电流IT在一定条件下，阳极---阴极间可以连续通过的50赫兹正弦半波电流的平均值。 2、正向阻断峰值电压VPF在控制极开路未加触发信号，阳极正向电压还未超过导能电压时，可以重复加在可控硅两端的正向峰值电压。可控硅承受的正向电压峰值，不能超过手册给出的这个参数值。 3、反向阻断峰值电压VPR当可控硅加反向电压，处于反向关断状态时，可以重复加在可控硅两端的反向峰值电压。使用时，不能超过手册给出的这个参数值。 4、控制极触发电流Ig1、触发电压VGT在规定的环境温度下，阳极---阴极间加有一定电压时，可控硅从关断状态转为导通状态所需要的最小控制极电流和电压。 5、维持电流IH在规定温度下，控制极断路，维持可控硅导通所必需的最小阳极正向电流。许多新型可控硅元件相继问世，如适于高频应用的快速可控硅，可以用正或负的触发信号控制两个方向导通的双向可控硅，可以用正触发信号使其导通，用负触发信号使其关断的可控硅等等。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。 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。可控硅调速电路图设计（一）可控硅调压调速原理 小功率分体机室内风机目前用的是PG调速塑封电机，为单向异步电容运转电动机。为了满足空调正常的运转，达到制冷、制热能力的平衡，所以必须保证室内风机的转速满足系统的要求，并保持转速的稳定。因此采用可控硅调压调速的方法来调节风机的转速。1、电路原理图2、工作原理简介 可控硅调速是用改变可控硅导通角的方法来改变电动机端电压的波形，从而改变电动机端电压的有效值，达到调速的目的。 当可控硅导通角α1=180°时，电动机端电压波形为正弦波，即全导通状态；（图示两种状态）当可控硅导通角α1 《180°时，电动机端电压波形如图实线所示，即非全导通状态，有效值减小；α1越小，导通状态越少，则电压有效值越小，所产生的磁场越小，则电机的转速越低。但这时电动机电压和电流波形不连续，波形差，故电动机的噪音大，甚至有明显的抖动，并带来干扰。这些现象一般是在微风或低风速时出现，属正常。由以上的分析可知，采用可控硅调速其电机转速可连续调节。3、各元器件作用及注意事项 3.1、D15、R28、R29、E9、Z1、R30、C1组成降压、整流、虑波稳压电路，获得相对直流电压12V，通过光电偶合器PC817给双向可控硅BT131提供门极电压； 3.2、R25、C15组成RC阻容吸收网络，解决可控硅导通与截止对电网的干扰，使其符合EMI测试标准；同时防止可控硅两端电压突变，造成无门极信号误导通。 3.3、TR1选用1A/400V双向可控硅，TR1有方向性，T1、T2不可接反，否则电路不能正常工作。3.4L2为扼流线圈，防止可控硅回路中电流突变，保护TR1，由于它是储能元件，在TR1关断和导通过程中，尖峰电压接近50V，R24容易受冲击损坏，因此禁止将L2放置在TR1前端。可控硅调速电路图设计（二） 这种吸尘器使用可控硅元件构成调速电路，能根据需要控制电机转速，以发迹管道吸力的大小。下图所示的调速电路比较成熟，普遍使用在高档大功率吸尘器中。可控硅调速电路图设计（三） 光控电子开关，它的“开”和“关”是靠可控硅的导通和阻断来实现的，而可控硅的导通和阻断又是受自然光的亮度（或人为亮度）的大小所控制的。该装置适合作为街道、宿舍走廊或其它公共场所照明灯，起到日熄夜亮的控制作用，以节约用电。 工作原理：电路如上图所示，220V交流电通过灯泡H及整流全桥后，变成直流脉动电压，作为正向偏压，加在可控硅VS及R支路上。白天，亮度大于一定程度时，光敏二极管D呈现底阻状态≤1KΩ，使三极管V截止，其发射极无电流输出，单向可控硅VS因无触发电流而阻断。此时流过灯泡H的电流≤2.2mA，灯泡H不能发光。电阻R1和稳压二极管DW使三极管V偏压不超过6.8V，对三极管起保护作用。夜晚，亮度小于一定程度时，光敏二极管D呈现高阻状态≥100KΩ，使三极管V正向导通，发射极约有0.8V的电压，使可控硅VS触发导通，灯泡H发光。RP是清晨或傍晚实现开关转换的亮度选择元件。 安装与调试：安装时，将装焊好的印制板放入透明塑料盒内并固定好，将它与受控电灯H串联，并让它正对着天幕或房子采光窗前较明亮的空间，避免3米以内夜间灯光的直接照射。调试宜傍晚时进行，调节RP阻值的大小，使受控电灯H在适当的亮度下始点亮。可控硅调速电路图设计（四） 市电经整流后，加在可控硅几两端是一种正弦脉动的直流电压。此电压再由电阻R1降压后作为直流工作电压和同步电压供给触发电路。晶体管BT33和R4、C及电位器R尸组成驰张振荡器式触发电路。改变RP的阻值，就可以改变电风扇转速。 实际使用中，在RP逐渐调小时，电风扇速度加速。但是，当RP进一步调小时，电风扇可能停转，这时因为R4阻值取得过小的缘故。由于R4阻值太小，当RP调到最小时，晶体管BT33一经导通就无法截止，触发脉冲也就无法产生，可控硅处于截止状态，市电无回路。 图1：一款电风扇电机可控硅无级调速电路可控硅调速电路图设计（五） 此简易电子调速电路适用于220V市电的单相电动机，电机额定电流在6.5A以内，功率在1kW左右，适用于家庭电风扇、吊扇电机及其它单相电机，若电路加以修改，则可作调光、电磁振动调压、电风扇温度自动变速器等用途。其电路如图1所示。 硅二极管VD1~VD4构成一个桥式全波整流电路，电桥与电机串联在电路中，电桥对可控硅VS提供全波整流电压。当VS接通时，电桥呈现本电机串联的低阻电路。当图1中A点为负半周时，电流经电机、VD1、VS、R1、VD3构成回路，当B 点为正半周时电流经VD2、VS、R1、VD4、电机M构成回路，电机端得到的是交变电流。电机两端的电压大小主要决定于可控硅VS的导通程度，只要改变可控硅的导通角，就可以改变VS的压降，电机两端的电压也变化，达到调压调速的目的，电机端电压Um=U1-UVD1-Uvs-UR1-UVD3，上式中，UVD1、UVD3的压降均很小，而反馈UR1也不大，故电机端电压就简化为Um=U1-Uvs。 可控硅VS的触发脉冲靠一只简单的单结晶体管VS电路产生，电容器C2通过电阻R4、R5充电到稳压管DW的稳定电压UZ，当C2充电到单结晶体管的峰点电压时，单结晶体管就触发，输出脉冲而使可控硅导通。在单结晶体管发射极电压充分衰减后，单结晶体管就断开，VS一经接通，那么a、b两点之间的电压就下降到稳压管DW的稳定电压UZ以下，电容器C2再充电就依赖于点a到b点间的电压，因稳压管的电压已经降低到它的导通区域以外，点a到b点的电压取决于电动机的电流、R1和VS导通时的电压降。这样，当VS 导通时，电容器C2的充电电流取决于电动机的电流，在这种情况下便得到了反馈，这就使得电动机在低速时转矩所受损失的问题得到补救。 反馈电阻R1的数值经过实验得出，因此，VS在导通周期的时间内，电容C2便不能充电到足以再对单结晶体管触发的高压，然而，电容C2会充电到电动机电流所决定的某一数值。如果在某一导通周期电动机的电流增加，则C2上的电压也增加，故在下一周期开始时，C2就不需那么长的时间才能充电到单晶体的峰点电压。这种情况下，触发角就被减少了（导通角更大），加到电机上的方根电压就成比例增加，致使有效转矩增加。二极管VD5和电容器C1防止在导通期中由于触发单结晶体所造成的反馈，反馈电阻R1的取值具体如附表所示。 R2为限流电阻，它应保证稳定DW1 在稳压范围，稳定电流在10~20mA 左右，它并保证了脉冲移相角，当R2增大，移相角减小，电机两端的电压调节范围减少。 R4应保证电机两端电压的上限值，当R4增大时，输出到电机的电压上限下降。 R3是作单结晶体管温度补偿之用，当R3增大时，温度特性就要好一些，本电路也适用于可逆电机调速之用，负载端电压调节范围从35~215V连续可调。若负载为电机或电磁振动线圈，它不要求对转矩进行补偿，则电路可以进一步简化，电路如图2所示，其工作原理同图1，输出电压主调节范围是35~215V，R1的作用是保证VS输出脉冲的幅度，R1增大，则输出脉冲也增加，若作调光，则可将负载改作灯泡即可。 若负载电压最大值不需要很高，则可将桥式整流电路改为半波整流，其输出至负载的电压调节范围为30～100V，其工作原理同前。电原理图如图3所示。风扇调速电路如图4所示，电路采用了热敏电阻，当环境温度上升或下降时，其电阻值发生变化，导致VT2的不断变化，使可控硅导通角前后移动，改变电扇两端的电压，风扇电机的转速即随之变化。当环境温度上升时，电风扇转速高，反之则低。 选用元件时，二极管VD1~VD4耐压要高于400V，额定电流大于0.4A；可控硅VS耐压大于500V，额定电流为1A；单结晶体管BT35分压比η大于0.5；三极管3CG14的β大于80。 电路装好后，把风扇接在电路中，调整RP使风扇正好停转，然后用一把电烙铁靠近热敏电阻，热敏电阻变高时，风扇转速变快。电烙铁离开热敏电阻，温度降低，转速应变慢，工作时RP应调到适当位置。可控硅调速电路图设计（六） 该电路如图所示。前级控制电路的电源供给电压从稳压管DZ两端取得，R12为启动电阻。VT必须选择BVceo大于400V的中功率管。稳压管DZ的额定电流必须大于电风扇堵转时的电流（一般电风扇的堵转电流约300mA），其稳定电压为5V。 流过三极管的基极电流为Ib，集电极电流为IC，则： 设可控硅VS的触发电流为Igt当Ic=Igt的时刻，可控硅导通。由（1）式指出。如果βIb大于或者等于可控硅VS的触发电流Igt，则在正弦电压的约0V处，可控硅即被触发，控制角为O，电风扇总是全速运转，不能调速（见下图）。因此。R7~R10阻值选择显得非常重要。 此RB为CC4518输出端只有一个高电平时的取值。因为CC4518属于BCD同步加计数器，其输出端Q3、Q2、Q1、Q0有时会同时出现多个为高电平的状态，使R7~R10多个并联后再加到VT的基极，这也必须引起我们的注意。 由于可控硅的触发电流Igt以及三极管VT的β、rce的离散性很大，使Rb的取值十分困难，必须测量出上述参数的实际值，再计算出Rb，然后在试验中微调。 遗憾的是该电路的控制角调节范围小于90°，速度调节范围小。                                 　　倍压电路原理详解 　　说明：要理解倍压电路，首先要将充电后的电容看作一个电源。可以和供电电源串联，就像普通的电池串联的原理一样。 　　直流半波整流电压电路1）负半周时，即A为负、B为正时，D1导通、D2截止电源经D1向电容器C1充电，在理想情况下，此半周内D1可看成短路，同时电容器C1充电到Vm，其电流路及电容器C1的极性如上图（a）所示。（2）正半周时，即A为正、B为负时，D1截止、D2通，此时供电电源和C1串联后电压为2Vm，于是向C2电，使C2充电至最高值2Vm，其电流路径及电容器C的极性如上图（b）所示。 　　需要注意的是： 　　（1）其实C2的电压并无法在一个半周内即充至2Vm，它必须在几周后才可渐渐趋近于2Vm，为了方便说明，底下电路说明亦做如此假设。 　　（2））如果半波倍压器被用于没有变压器的电源供应器时，我们必须将C1串联一电流限制电阻，以保护二极管不受电源刚开始充电涌流的损害。 　　（3）如果有一个负载并联在倍压器的输出的话，如一般所预期地，在（输入处）负的半周内电容器C2上的电压会降低，然后在正的半周内再被充电到2Vm如下图所示。 　　所以电容器c2上的电压波形是由电容滤波器过滤后的半波讯号，故此倍压电路称为半波电压电路。 　　（4）正半周时，二极管D1所承受之最大的逆向电压为2Vm，负半波时，二极管D2所承受最大逆向电压值亦为2Vm，所以电路中应选择PIV》2Vm的二极管。　　图3输出电压波形　　简单直流二倍压电路 　　1.5V接通瞬间，1.5V直流电压通过储能电感线圈L和R1对C2充电，由于电容两端电压不能突变，所以VT1基极电压几乎为零，故VT1导通，从而使得VT2饱和导通，这时L的电流将从小逐渐增大，L将电能转换为磁能存储起来，这个过程中，VD2截止，Vo=0V，VT3、R2、VD3、VD1构成的稳压电路不工作。②当L中的电流不再变化时，VT1基极电位也增加到最大，此时VT1有导通转为截止，VT2也截止，由于流过L的电流不能突变，L两端将产生一个反相感应电动势UL，其极性为左负右正，这个UL与1.5V直流串联后使得VT2集电极对地电压增大，这时VD2导通，当Vo大于9V时，VT3导通，Vo越高，经过VT3施加在VT1基极的电压越高，VT1导通角越小，VT2导通角也随之减小，流过L的电流也随之减小，从而控制了L的储能多少，也就实现了Vo动态稳定在某一电压值（9V）上。 　　这个采用555集成电路的直流二倍压电路可以产生大约2倍于直流供电电压的直流输出电压。