電子制作中可控硅應(yīng)用的誤區(qū)
電子制作中可控硅應(yīng)用的誤區(qū)

在電子制作中，運(yùn)用單向或雙向可控硅作為開(kāi)關(guān)、調(diào)壓的執(zhí)行器件是很方便的，而且還可以控制直流、交流電路的負(fù)載功率。但是，目

前有些電子制作文章中，對(duì)可控硅的運(yùn)用常有謬誤之處?？梢哉f(shuō)，此類(lèi)電子制作稿純粹是杜撰出來(lái)的，不要說(shuō)制作，恐怕作者連起碼的實(shí)驗(yàn)也未做過(guò)，這豈不是造成對(duì)初學(xué)者的誤導(dǎo)嗎?!常見(jiàn)的電路設(shè)計(jì)不當(dāng)之處大約有以下幾點(diǎn)。

一、觸發(fā)電路的問(wèn)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(diǎn)。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(hào)卻無(wú)共同參考點(diǎn)，觸發(fā)信號(hào)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(dòng)水位控制電路，用于水塔自動(dòng)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(diǎn)。由于雙向可控硅T1對(duì)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(guò)G、T1極與市電相連，當(dāng)220V輸入端B為火線時(shí)， 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(jiàn)圖1b?？煽毓枧c抽水電機(jī)組成抽水控制開(kāi)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(shí)，控制觸點(diǎn)開(kāi)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(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)水位達(dá)到時(shí)，觸點(diǎn)經(jīng)水接通，555第3腳輸出低電平，Q截止，SCR在交流電過(guò)零時(shí)截止，抽水停止。

上述電路因設(shè)計(jì)考慮不周，出現(xiàn)了不該有的低級(jí)錯(cuò)誤。但類(lèi)似水塔供水控制系統(tǒng)與市電不隔離的設(shè)計(jì)，卻常出現(xiàn)在電子書(shū)刊中。

觸發(fā)電路設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)?*個(gè)例子常見(jiàn)于電子制作稿中，其電路見(jiàn)圖2a， 圖中對(duì)電路進(jìn)行簡(jiǎn)化。其實(shí)，無(wú)論控制系統(tǒng)完成何種控制，無(wú)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(wèn)題在于，控制系統(tǒng)發(fā)出觸發(fā)信號(hào)UG，其參考點(diǎn)是共地，而可控硅T1或T2的參考點(diǎn)是負(fù)載熱端。實(shí)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(diǎn)，視觸發(fā)信號(hào)的相對(duì)極性來(lái)決定的。如按圖2中標(biāo)注，T1在下，T2在上，則UG相對(duì)于T1必須是正極性的， 且與T1的電壓同參考電位。但無(wú)論T1還是T2作參考點(diǎn)，按圖2a的接法，可控硅導(dǎo)通時(shí)，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(diǎn)(如圖2b)，觸發(fā)信號(hào)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(jí)參考點(diǎn)的影響，觸發(fā)變壓器次級(jí)可直接接在G與T1之間，與負(fù)載上電壓無(wú)關(guān)。

另一簡(jiǎn)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(guò)，這種用法受到限制，因負(fù)載兩端都無(wú)法接入任何參考點(diǎn)。

二、電感負(fù)載的應(yīng)用

近來(lái)， 市場(chǎng)上出售一種調(diào)光器，類(lèi)似某些調(diào)光臺(tái)燈內(nèi)控制電路，利用控制RC充電時(shí)間。通過(guò)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(shí)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(tái)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?yàn)檫@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(guò)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(shí)值，有時(shí)可能是交流電的*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(shì)，反對(duì)外加電壓。外加電壓的上升曲線越陡，自感電勢(shì)越高，有時(shí)甚至超過(guò)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(wú)極性電容。

交流調(diào)功電路中，可控硅是在交流電過(guò)零期間關(guān)斷，從理論上講，關(guān)斷時(shí)電流變化為零，無(wú)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(shí)的自感電勢(shì)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(huì)產(chǎn)生匝間、或電機(jī)繞組間擊穿，這點(diǎn)是決不能忽視的。

三、該無(wú)級(jí)調(diào)壓電路能用嗎?

圖3是某電子雜志刊出的無(wú)級(jí)直流輸出調(diào)壓電路。原作者稱(chēng)，利用Rc移相網(wǎng)路控制SCR的導(dǎo)通角改變變壓器初級(jí)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(wú)大的原則問(wèn)題。變壓器初級(jí)每半周電流有效值隨可控硅導(dǎo)通角變化，次級(jí)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(shí)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(tái)輸出100±40V范圍變化的維修代用直流電源，并依照?qǐng)D中虛線加入RC吸收回路。實(shí)驗(yàn)時(shí)，該電路一接入電源，距此10米遠(yuǎn)的電視機(jī)屏幕上即出現(xiàn)兩條緩慢移動(dòng)的黑帶(從鄰居的責(zé)問(wèn)中得知)，同時(shí)，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(jī)啟動(dòng)時(shí)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(méi)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(cè)量次級(jí)電壓，盡管負(fù)載電流僅100mA，濾波電容為470uF/100V，但萬(wàn)用表的表針抖動(dòng)呈虛線狀，可見(jiàn)其紋波大到什么程度。

冷靜下來(lái)后，仔細(xì)分析其原因，得出以下結(jié)論：經(jīng)過(guò)移相調(diào)功之后，變壓器初級(jí)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(chǎng)，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(jí)大電感兩端產(chǎn)生極高的反電勢(shì)，因此擊穿可控硅，時(shí)間稍長(zhǎng)，甚至還要擊穿變壓器初級(jí)層間絕緣和電度表的電壓線圈。當(dāng)調(diào)低輸出電壓時(shí)，t1減小，t2增大，這種占空比極小的鋸齒形電壓，(見(jiàn)圖中波形)。

一般的濾波電路是無(wú)能為力的，除非將負(fù)載電流減到極小，或?yàn)V波電路采用LC濾波。無(wú)論如何，占空比極小的電源還是不能適應(yīng)的，其電壓平均值將隨負(fù)載大幅度變化。電壓調(diào)得越低，其紋波濾除越困難，這是很明顯的。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，若在小范圍內(nèi)調(diào)整，如變壓器初級(jí)電壓在180～220V之間變化，上述噪聲明顯減小，次級(jí)紋波也降低， 但又有何價(jià)值呢?若讀者感興趣，不妨一試!