電路設(shè)計中可控硅應(yīng)用的誤區(qū)

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?？煽毓枧c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)?*個例子常見于電子制作稿中，其電路見圖2a， 圖中對電路進行簡化。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的參考點是負載熱端。實際上， 加到可控硅的觸發(fā)電壓UG是與負載端電壓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，與負載上電壓無關(guān)。

　　另一簡單改進方法是，將負載電路Z移到圖2a的T2與Uin之間。不過，這種用法受到限制，因負載兩端都無法接入任何參考點。

　　二、電感負載的應(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，加到電感負載兩端電壓為交流電的瞬時值， 有時可能是交流電的*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， 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)。