目前有些電子制作文章中,對可控硅的運用常有謬誤之處,。常見的電路設(shè)計不當(dāng)之處大約有以下幾點,。
一、觸發(fā)電路的問題
若欲使可控硅觸發(fā)導(dǎo)通,,除有足夠的觸發(fā)脈沖幅度和正確的極性以外,,觸發(fā)電路和可控硅陰極之間必須有共同的參考點。有些電路從表面看,,觸發(fā)脈沖被加到可控硅的觸發(fā)極G,,但可控硅的陰極和觸發(fā)信號卻無共同參考點,觸發(fā)信號并未加到可控硅的G—K之間,,可控硅不可能被觸發(fā),。
圖1a例為555組成的自動水位控制電路,用于水塔自動保持水位,。該文制作者考慮到水井和水塔中的水不能帶市電,,故555控制系統(tǒng)用變壓器隔離降壓供電。555第3腳輸出脈沖接入雙向可控硅的G點,。由于雙向可控硅T1對控制電路是懸空的,,555第3腳輸出脈沖根本不能形成觸發(fā)電流,,可控硅不可能導(dǎo)通。再者,,該電路雖采用隔離市電的低壓供電,但控制電路仍然通過G,、T1極與市電相連,, 當(dāng)220V輸入端B為火線時, 井水和水塔供水將代有市電電壓,,這是絕不允許的!
正確的方式見圖1b,。可控硅與抽水電機組成抽水控制開關(guān),,SCR的觸發(fā)由T2與G間接入電阻控制,。當(dāng)水位降低時,控制觸點開路,,555第3腳輸出高電平(此電路部分省略),,使Q導(dǎo)通,繼電器J吸合,,SCR觸發(fā)導(dǎo)通,,電機開始運轉(zhuǎn)。當(dāng)水位達(dá)到時,, 觸點經(jīng)水接通,,555第3腳輸出低電平,Q截止,,SCR在交流電過零時截止,,抽水停止。
上述電路因設(shè)計考慮不周,,出現(xiàn)了不該有的低級錯誤,。但類似水塔供水控制系統(tǒng)與市電不隔離的設(shè)計,卻常出現(xiàn)在電子書刊中,。
觸發(fā)電路設(shè)計不當(dāng)?shù)牡诙€例子常見于電子制作稿中,,其電路見圖2a, 圖中對電路進(jìn)行簡化,。其實,, 無論控制系統(tǒng)完成何種控制,無論是單向還是雙向可控硅,, 圖2的觸發(fā)電路是不能正常工作的,。其問題在于,控制系統(tǒng)發(fā)出觸發(fā)信號UG,,其參考點是共地,,而可控硅T1或T2的參考點是負(fù)載熱端。實際上, 加到可控硅的觸發(fā)電壓UG是與負(fù)載端電壓UZ相串聯(lián)的,。雙向可控硅究竟是T1還是T2為觸發(fā)參考點,,視觸發(fā)信號的相對極性來決定的。如按圖2中標(biāo)注,,T1在下,,T2在上, 則UG相對于T1必須是正極性的,, 且與T1的電壓同參考電位,。但無論T1還是T2作參考點, 按圖2a的接法,,可控硅導(dǎo)通時,,UZ常近似等于Uin,如此高電壓加到觸發(fā)極G和T1之間,, 將立即使觸發(fā)極被擊穿,,可控硅被損壞。
改進(jìn)此電路的方法之一是,,采用觸發(fā)變壓器隔離控制系統(tǒng)的參考點(如圖2b),, 觸發(fā)信號可以由BT33組成鋸齒波發(fā)生器受控于控制系統(tǒng)(矩形波也可以),這樣,,不受初級參考點的影響,,觸發(fā)變壓器次級可直接接在G與T1之間,與負(fù)載上電壓無關(guān),。
另一簡單改進(jìn)方法是,,將負(fù)載電路Z移到圖2a的T2與Uin之間。不過,,這種用法受到限制,,因負(fù)載兩端都無法接入任何參考點。
二,、電感負(fù)載的應(yīng)用
近來,, 市場上出售一種調(diào)光器, 類似某些調(diào)光臺燈內(nèi)控制電路,,利用控制RC充電時間,。通過雙向二極管控制可控硅的導(dǎo)通角,控制負(fù)載電路的功率,, 實為調(diào)功器,。這種調(diào)功器用于控制白熾燈、電阻加熱器等電阻性負(fù)載,,要求可控硅耐壓高于交流電的峰值電壓即可,。一般臺燈調(diào)光,。常用反壓400V的可控硅,考慮到提高可靠性,,600V已足夠,。
可控硅用于控制電感負(fù)載,譬如電風(fēng)扇,、交流接觸器,、有變壓器的供電設(shè)備等,則不同,。因為這種移相式觸發(fā)電路,可控硅在交流電半周持續(xù)期間導(dǎo)通,,半周過零期間截止,。當(dāng)可控硅導(dǎo)通瞬間,加到電感負(fù)載兩端電壓為交流電的瞬時值,, 有時可能是交流電的最大值,。根據(jù)電感的特性,其兩端電壓不可能突變,,高電壓加到電感的瞬間產(chǎn)生反向自感電勢,, 反對外加電壓。外加電壓的上升曲線越陡,,自感電勢越高,,有時甚至超過電源電壓而擊穿可控硅。因此,,可控硅控制電感負(fù)載,,首先其耐壓要高于電源電壓峰值1.5倍以上。此外,,可控硅兩電極間還要并聯(lián)接入RC尖峰吸收電路,。常用10— 30Ω/3W 以上電阻和0.1—0.47uF/600V的無極性電容。
交流調(diào)功電路中,,可控硅是在交流電過零期間關(guān)斷,, 從理論上講,關(guān)斷時電流變化為零,,無感應(yīng)電壓產(chǎn)生,。加入RC尖峰抑制電路,是為了抑制可控硅導(dǎo)通時的自感電勢尖峰,。如不加入此電路,,不但可控硅極易擊穿,負(fù)載電路的電感線圈也會產(chǎn)生匝間,、或電機繞組間擊穿,,這點是決不能忽視的,。三、該無級調(diào)壓電路能用嗎?
圖3是某電子雜志刊出的無級直流輸出調(diào)壓電路,。原作者稱,,利用Rc移相網(wǎng)路控制SCR的導(dǎo)通角改變變壓器初級的電流,從而獲得兩路連續(xù)可調(diào)的2x(0—17V) 的直流輸出電壓,,負(fù)載電流為800mA ,。很明顯,推薦電路(圖3)是普通移相式調(diào)功電路和降壓變壓器整流濾波電路的串聯(lián),, 從基本原理分析,,似乎無大的原則問題。變壓器初級每半周電流有效值隨可控硅導(dǎo)通角變化,,次級輸出電壓的峰值,、平均電流值都隨之而變。當(dāng)然,,一定負(fù)載時輸出整流電壓也必然改變,。本人看后,極感興趣,,依此原理制作了一臺輸出100±40V范圍變化的維修代用直流電源,,并依照圖中虛線加入RC吸收回路。實驗時,,該電路一接入電源,,距此10米遠(yuǎn)的電視機屏幕上即出現(xiàn)兩條緩慢移動的黑帶(從鄰居的責(zé)問中得知),同時,,空載下不到十分鐘,,SCR即擊穿。更不能容忍的是,,降壓變壓器鐵心發(fā)出拖拉機啟動時的聲音,,室內(nèi)電度表也發(fā)出同樣的聲音,而且,,隨著輸出電壓的調(diào)低,,聲音更大。
SCR擊穿后,, 本人在市電輸入電路加入RC低通濾波,,改用1000V/5A雙向可控硅,變壓器的噪聲和干擾脈沖幅射沒什么大的變化,,只是
SCR未擊穿,。為了不擾鄰,以及快的速度將輸出電壓調(diào)到60V,, 用電壓表測量次級電壓,,盡管負(fù)載電流僅100mA,,濾波電容為470uF/100V,但萬用表的表針抖動呈虛線狀,,可見其紋波大到什么程度,。
冷靜下來后,仔細(xì)分析其原因,,得出以下結(jié)論:經(jīng)過移相調(diào)功之后,,變壓器初級電壓已不是正弦波,而是鋸齒波沿陡峭的前沿形成沖擊磁場,,使變壓器,、電度表等鐵芯電感發(fā)出相當(dāng)大的噪聲。近似垂直上升的突變電壓,,在變壓器初級大電感兩端產(chǎn)生極高的反電勢,,因此擊穿可控硅,時間稍長,,甚至還要擊穿變壓器初級層間絕緣和電度表的電壓線圈,。當(dāng)調(diào)低輸出電壓時,,t1減小,,t2增大,這種占空比極小的鋸齒形電壓,,(見圖中波形),。