今天市場上銷售的固態(tài)開關(guān)采用多種不同的技術(shù)和設(shè)計,。標(biāo)準(zhǔn)雙向晶閘管和無緩沖器的雙向晶閘管以及90年代初推出的ACS系列產(chǎn)品是大家最熟悉的固態(tài)開關(guān)產(chǎn)品,這些開關(guān)的導(dǎo)通都是由柵電流觸發(fā)的,,但是,,根據(jù)所采用的技術(shù)或設(shè)計,該電流可以是從柵極灌入的電流或者源出到柵極的電流,。因此,觸發(fā)電路必須考慮AC開關(guān)類型,,然后正確地觸發(fā)AC開關(guān),。對于ACS開關(guān),因為采用硅結(jié)構(gòu),,所以柵電流只能是從柵極灌入,。
在某些情況下,,控制電路還必須與交流電源電壓隔離,例如,,當(dāng)微控制器參考電壓與AC開關(guān)參考電壓不同時,,控制電路必須與交流電源電壓隔離。當(dāng)一個新電器采用一個變頻器控制3相電機時,,如果微控制器連接在直流電壓軌上,,而且ACS開關(guān)以線路電壓為參考電壓,控制電路就必須與交流電源電壓隔離,。如果設(shè)計人員想要從線路上隔離全部低壓電路,,控制電路也必須與交流電源電壓隔離。這種解決方案通常情況下成本昂貴,,因為使用一個絕緣性能良好的用戶界面,、使所有電子電路都以線路為參考電壓的解決方案更簡單,控制面板上只有幾個按鈕的電器設(shè)計就屬于這種情況,。
標(biāo)準(zhǔn)的雙向晶閘管觸發(fā)電路電壓隔離解決方案是在雙向晶閘管的A2和G端子上串聯(lián)一個光電雙向晶閘管,。當(dāng)然,還需串聯(lián)一個電阻,,以降低光電晶閘管上的柵電流,。這種驅(qū)動解決方案適合所的雙向晶閘管。因此,,當(dāng)雙向晶閘管上的電壓在導(dǎo)通前是正電壓時,,正柵極電流觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通,相反,,當(dāng)晶閘管導(dǎo)通前是負電壓時,,負柵極電流觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通。因此,,雙向晶閘管在Q1和Q3象限內(nèi)導(dǎo)通,。
如前文所述,ACS開關(guān)只能由負電流觸發(fā),。如果使用光電晶閘管驅(qū)動ACS開關(guān),,ACS只能在負偏壓時導(dǎo)通(因為在負偏壓時柵電流是負電流),這將導(dǎo)致ACS開關(guān)只能半周期導(dǎo)通,。
這種開關(guān)模式不適用于大多數(shù)應(yīng)用,,但是,有些新應(yīng)用只需要半周期導(dǎo)通模式,。例如,,內(nèi)置一個二極管的咖啡機電泵和洗衣機艙門鎖電磁鐵,這些應(yīng)用都只需一個半周期導(dǎo)通操作,。
如果線路電壓施加到柵極和COM端子上,,ACS開關(guān)內(nèi)部P-N結(jié)可能會被燒毀,,因為該開關(guān)的耐擊穿電壓大約10V。當(dāng)開關(guān)處理瞬變電壓或光電晶閘管短路時,,就會發(fā)生這種情況,。解決辦法是在COM-G結(jié)上并聯(lián)一個低壓或高壓二極管,或者給光電晶雙向閘管串聯(lián)一個低壓或高壓二極管(圖1),。注意,,在第二種情況(光電雙向晶閘管串聯(lián)一個二極管)中,可以用一個陽極連接ACS柵極的反向隔離光電單向晶閘管替代光電雙向晶閘管,。
圖1:采用光電雙向晶閘管的半周期ACS開關(guān)控制解決方案。
今天市場上銷售的固態(tài)開關(guān)采用多種不同的技術(shù)和設(shè)計,。標(biāo)準(zhǔn)雙向晶閘管和無緩沖器的雙向晶閘管以及90年代初推出的ACS系列產(chǎn)品是大家最熟悉的固態(tài)開關(guān)產(chǎn)品,,這些開關(guān)的導(dǎo)通都是由柵電流觸發(fā)的,但是,,根據(jù)所采用的技術(shù)或設(shè)計,,該電流可以是從柵極灌入的電流或者源出到柵極的電流。因此,,觸發(fā)電路必須考慮AC開關(guān)類型,,然后正確地觸發(fā)AC開關(guān)。對于ACS開關(guān),,因為采用硅結(jié)構(gòu),,所以柵電流只能是從柵極灌入。
在某些情況下,,控制電路還必須與交流電源電壓隔離,,例如,當(dāng)微控制器參考電壓與AC開關(guān)參考電壓不同時,,控制電路必須與交流電源電壓隔離,。當(dāng)一個新電器采用一個變頻器控制3相電機時,如果微控制器連接在直流電壓軌上,,而且ACS開關(guān)以線路電壓為參考電壓,,控制電路就必須與交流電源電壓隔離。如果設(shè)計人員想要從線路上隔離全部低壓電路,,控制電路也必須與交流電源電壓隔離,。這種解決方案通常情況下成本昂貴,因為使用一個絕緣性能良好的用戶界面,、使所有電子電路都以線路為參考電壓的解決方案更簡單,,控制面板上只有幾個按鈕的電器設(shè)計就屬于這種情況。
標(biāo)準(zhǔn)的雙向晶閘管觸發(fā)電路電壓隔離解決方案是在雙向晶閘管的A2和G端子上串聯(lián)一個光電雙向晶閘管。當(dāng)然,,還需串聯(lián)一個電阻,以降低光電晶閘管上的柵電流,。這種驅(qū)動解決方案適合所的雙向晶閘管,。因此,當(dāng)雙向晶閘管上的電壓在導(dǎo)通前是正電壓時,,正柵極電流觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通,,相反,當(dāng)晶閘管導(dǎo)通前是負電壓時,,負柵極電流觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通,。因此,雙向晶閘管在Q1和Q3象限內(nèi)導(dǎo)通,。
如前文所述,,ACS開關(guān)只能由負電流觸發(fā)。如果使用光電晶閘管驅(qū)動ACS開關(guān),,ACS只能在負偏壓時導(dǎo)通(因為在負偏壓時柵電流是負電流),,這將導(dǎo)致ACS開關(guān)只能半周期導(dǎo)通。
這種開關(guān)模式不適用于大多數(shù)應(yīng)用,,但是,,有些新應(yīng)用只需要半周期導(dǎo)通模式。例如,,內(nèi)置一個二極管的咖啡機電泵和洗衣機艙門鎖電磁鐵,,這些應(yīng)用都只需一個半周期導(dǎo)通操作。
如果線路電壓施加到柵極和COM端子上,,ACS開關(guān)內(nèi)部P-N結(jié)可能會被燒毀,,因為該開關(guān)的耐擊穿電壓大約10V。當(dāng)開關(guān)處理瞬變電壓或光電晶閘管短路時,,就會發(fā)生這種情況,。解決辦法是在COM-G結(jié)上并聯(lián)一個低壓或高壓二極管,或者給光電晶雙向閘管串聯(lián)一個低壓或高壓二極管(圖1),。注意,,在第二種情況(光電雙向晶閘管串聯(lián)一個二極管)中,可以用一個陽極連接ACS柵極的反向隔離光電單向晶閘管替代光電雙向晶閘管,。
圖1:采用光電雙向晶閘管的半周期ACS開關(guān)控制解決方案。
對于家電,,大多數(shù)負載采用全周期控制模式,。為確保ACS開關(guān)每個周期都能導(dǎo)通,我們必須修改前面的電路示意圖,。解決辦法是增加一個低壓電容,,用于在開始正電流導(dǎo)通時施加一個柵極電流,。如圖2所示,該解決方案還使用兩個低壓二極管,,工作原理如圖3所示,。
1: 光電雙向晶閘管導(dǎo)通,電容C充電,,直到VGT 為止(~ 0.7 V),。然后,ACS在第3象限導(dǎo)通,,IGT 電流小于第2象限的柵導(dǎo)通電流,。
2: ACS保持通態(tài),直到下一個零電流交叉點為止,。G-COM電壓降至-0.7 V,,電容C充電。
3: ACS開關(guān)電流增強,,VG-COM 電壓升高,,電容C通過G極和COM極放電,并在柵極上施加最大10 mA的峰流,,使ACS開關(guān)導(dǎo)通,。
若想施加更大的柵電流,須選用330 μF左右的電容,。
應(yīng)該注意的是,,ACS開關(guān)每個周期都將會關(guān)斷,電容C利用這段時間充電,。當(dāng)端子上的電壓超過大約10V時,,ACS開關(guān)將會導(dǎo)通。因為線路電流沒有切斷,,所以這種特性不會導(dǎo)致EMI干擾過大,。因為電容C的原因,線路電流的波形仍然近似正弦波,。
這三個電路圖還能修改,,在電阻R和光電雙向晶閘管之間增加一個阻容緩沖電路,可以提高最終開關(guān)的抗干擾性,,擴大柵脈寬,,更好地觸發(fā)交流開關(guān)。
圖2:采用光電雙向晶閘管的全周期ACS開關(guān)控制解決方案,。
圖3:圖2電路的工作曲線圖。