可控硅特性

1、額定通態(tài)平均電流IT在一定條件下，陽極---陰極間可以連續(xù)通過的50赫茲正弦半波電流的平均值。

2、正向阻斷峰值電壓VPF在控制極開路未加觸發(fā)信號，陽極正向電壓還未超過導(dǎo)能電壓時，可以重復(fù)加在可控硅兩端的正向峰值電壓。可控硅承受的正向電壓峰值，不能超過手冊給出的這個參數(shù)值。

3、反向阻斷峰值電壓VPR當可控硅加反向電壓，處于反向關(guān)斷狀態(tài)時，可以重復(fù)加在可控硅兩端的反向峰值電壓。使用時，不能超過手冊給出的這個參數(shù)值。

4、控制極觸發(fā)電流Ig1、觸發(fā)電壓VGT在規(guī)定的環(huán)境溫度下，陽極---陰極間加有一定電壓時，可控硅從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)所需要的最小控制極電流和電壓。

5、維持電流IH在規(guī)定溫度下，控制極斷路，維持可控硅導(dǎo)通所必需的最小陽極正向電流。許多新型可控硅元件相繼問世，如適于高頻應(yīng)用的快速可控硅，可以用正或負的觸發(fā)信號控制兩個方向?qū)ǖ碾p向可控硅，可以用正觸發(fā)信號使其導(dǎo)通，用負觸發(fā)信號使其關(guān)斷的可控硅等等。

可控硅工作原理

在分析可控硅工作原理時，我們經(jīng)常將這種四層P1N1P2N2結(jié)構(gòu)看作由一個PNP管和NPN管構(gòu)成，如下圖所示。

當陽極A端加上正向電壓時，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)，此時由控制極G端輸入正向觸發(fā)信號，使得BG2管有基極電流ib2通過，經(jīng)過BG2管的放大后，其集電極電流為ic2=β2ib2。而ic2沿電路流至BG1的基極，故有ib1=ic2，電流又經(jīng)BG1管的放大作用后，得到BG1的集電極電流為ic1=β1ib1=β1β2ib2。此電流又流回BG2的基極，使得BG2的基極電流ib2增大，從而形成正向反饋使電流劇增，進而使得可控硅飽和并導(dǎo)通。由于在電路中形成了正反饋，所以可控硅一旦導(dǎo)通后無法關(guān)斷，即使控制極G端的電流消失，可控硅仍能繼續(xù)維持這種導(dǎo)通的狀態(tài)。

通過上面對工作原理的分析可知，可控硅只具有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，那么這兩種工作狀態(tài)之間如何進行轉(zhuǎn)換呢？狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要什么條件呢？下圖將會告訴你答案。

可控硅調(diào)速電路圖設(shè)計（一）

可控硅調(diào)壓調(diào)速原理

小功率分體機室內(nèi)風機目前用的是PG調(diào)速塑封電機，為單向異步電容運轉(zhuǎn)電動機。為了滿足空調(diào)正常的運轉(zhuǎn)，達到制冷、制熱能力的平衡，所以必須保證室內(nèi)風機的轉(zhuǎn)速滿足系統(tǒng)的要求，并保持轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。因此采用可控硅調(diào)壓調(diào)速的方法來調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速。

1、電路原理圖

2、工作原理簡介

可控硅調(diào)速是用改變可控硅導(dǎo)通角的方法來改變電動機端電壓的波形，從而改變電動機端電壓的有效值，達到調(diào)速的目的。

當可控硅導(dǎo)通角α1=180°時，電動機端電壓波形為正弦波，即全導(dǎo)通狀態(tài)；（圖示兩種狀態(tài)）當可控硅導(dǎo)通角α1 《180°時，電動機端電壓波形如圖實線所示，即非全導(dǎo)通狀態(tài)，有效值減小；α1越小，導(dǎo)通狀態(tài)越少，則電壓有效值越小，所產(chǎn)生的磁場越小，則電機的轉(zhuǎn)速越低。但這時電動機電壓和電流波形不連續(xù)，波形差，故電動機的噪音大，甚至有明顯的抖動，并帶來干擾。這些現(xiàn)象一般是在微風或低風速時出現(xiàn)，屬正常。由以上的分析可知，采用可控硅調(diào)速其電機轉(zhuǎn)速可連續(xù)調(diào)節(jié)。

3、各元器件作用及注意事項

3.1、D15、R28、R29、E9、Z1、R30、C1組成降壓、整流、慮波穩(wěn)壓電路，獲得相對直流電壓12V，通過光電偶合器PC817給雙向可控硅BT131提供門極電壓；

3.2、R25、C15組成RC阻容吸收網(wǎng)絡(luò)，解決可控硅導(dǎo)通與截止對電網(wǎng)的干擾，使其符合EMI測試標準；同時防止可控硅兩端電壓突變，造成無門極信號誤導(dǎo)通。

3.3、TR1選用1A/400V雙向可控硅，TR1有方向性，T1、T2不可接反，否則電路不能正常工作。3.4L2為扼流線圈，防止可控硅回路中電流突變，保護TR1，由于它是儲能元件，在TR1關(guān)斷和導(dǎo)通過程中，尖峰電壓接近50V，R24容易受沖擊損壞，因此禁止將L2放置在TR1前端。

可控硅調(diào)速電路圖設(shè)計（二）

這種吸塵器使用可控硅元件構(gòu)成調(diào)速電路，能根據(jù)需要控制電機轉(zhuǎn)速，以發(fā)跡管道吸力的大小。下圖所示的調(diào)速電路比較成熟，普遍使用在高檔大功率吸塵器中。

可控硅調(diào)速電路圖設(shè)計（三）

光控電子開關(guān)，它的“開”和“關(guān)”是靠可控硅的導(dǎo)通和阻斷來實現(xiàn)的，而可控硅的導(dǎo)通和阻斷又是受自然光的亮度（或人為亮度）的大小所控制的。該裝置適合作為街道、宿舍走廊或其它公共場所照明燈，起到日熄夜亮的控制作用，以節(jié)約用電。

工作原理：電路如上圖所示，220V交流電通過燈泡H及整流全橋后，變成直流脈動電壓，作為正向偏壓，加在可控硅VS及R支路上。白天，亮度大于一定程度時，光敏二極管D呈現(xiàn)底阻狀態(tài)≤1KΩ，使三極管V截止，其發(fā)射極無電流輸出，單向可控硅VS因無觸發(fā)電流而阻斷。此時流過燈泡H的電流≤2.2mA，燈泡H不能發(fā)光。電阻R1和穩(wěn)壓二極管DW使三極管V偏壓不超過6.8V，對三極管起保護作用。夜晚，亮度小于一定程度時，光敏二極管D呈現(xiàn)高阻狀態(tài)≥100KΩ，使三極管V正向?qū)ǎl(fā)射極約有0.8V的電壓，使可控硅VS觸發(fā)導(dǎo)通，燈泡H發(fā)光。RP是清晨或傍晚實現(xiàn)開關(guān)轉(zhuǎn)換的亮度選擇元件。

安裝與調(diào)試：安裝時，將裝焊好的印制板放入透明塑料盒內(nèi)并固定好，將它與受控電燈H串聯(lián)，并讓它正對著天幕或房子采光窗前較明亮的空間，避免3米以內(nèi)夜間燈光的直接照射。調(diào)試宜傍晚時進行，調(diào)節(jié)RP阻值的大小，使受控電燈H在適當?shù)牧炼认率键c亮。

可控硅調(diào)速電路圖設(shè)計（四）

市電經(jīng)整流后，加在可控硅幾兩端是一種正弦脈動的直流電壓。此電壓再由電阻R1降壓后作為直流工作電壓和同步電壓供給觸發(fā)電路。晶體管BT33和R4、C及電位器R尸組成馳張振蕩器式觸發(fā)電路。改變RP的阻值，就可以改變電風扇轉(zhuǎn)速。

實際使用中，在RP逐漸調(diào)小時，電風扇速度加速。但是，當RP進一步調(diào)小時，電風扇可能停轉(zhuǎn)，這時因為R4阻值取得過小的緣故。由于R4阻值太小，當RP調(diào)到最小時，晶體管BT33一經(jīng)導(dǎo)通就無法截止，觸發(fā)脈沖也就無法產(chǎn)生，可控硅處于截止狀態(tài)，市電無回路。

圖1：一款電風扇電機可控硅無級調(diào)速電路

可控硅調(diào)速電路圖設(shè)計（五）

此簡易電子調(diào)速電路適用于220V市電的單相電動機，電機額定電流在6.5A以內(nèi)，功率在1kW左右，適用于家庭電風扇、吊扇電機及其它單相電機，若電路加以修改，則可作調(diào)光、電磁振動調(diào)壓、電風扇溫度自動變速器等用途。其電路如圖1所示。

硅二極管VD1~VD4構(gòu)成一個橋式全波整流電路，電橋與電機串聯(lián)在電路中，電橋?qū)煽毓鑆S提供全波整流電壓。當VS接通時，電橋呈現(xiàn)本電機串聯(lián)的低阻電路。當圖1中A點為負半周時，電流經(jīng)電機、VD1、VS、R1、VD3構(gòu)成回路，當B 點為正半周時電流經(jīng)VD2、VS、R1、VD4、電機M構(gòu)成回路，電機端得到的是交變電流。電機兩端的電壓大小主要決定于可控硅VS的導(dǎo)通程度，只要改變可控硅的導(dǎo)通角，就可以改變VS的壓降，電機兩端的電壓也變化，達到調(diào)壓調(diào)速的目的，電機端電壓Um=U1-UVD1-Uvs-UR1-UVD3，上式中，UVD1、UVD3的壓降均很小，而反饋UR1也不大，故電機端電壓就簡化為Um=U1-Uvs。

可控硅VS的觸發(fā)脈沖靠一只簡單的單結(jié)晶體管VS電路產(chǎn)生，電容器C2通過電阻R4、R5充電到穩(wěn)壓管DW的穩(wěn)定電壓UZ，當C2充電到單結(jié)晶體管的峰點電壓時，單結(jié)晶體管就觸發(fā)，輸出脈沖而使可控硅導(dǎo)通。在單結(jié)晶體管發(fā)射極電壓充分衰減后，單結(jié)晶體管就斷開，VS一經(jīng)接通，那么a、b兩點之間的電壓就下降到穩(wěn)壓管DW的穩(wěn)定電壓UZ以下，電容器C2再充電就依賴于點a到b點間的電壓，因穩(wěn)壓管的電壓已經(jīng)降低到它的導(dǎo)通區(qū)域以外，點a到b點的電壓取決于電動機的電流、R1和VS導(dǎo)通時的電壓降。這樣，當VS 導(dǎo)通時，電容器C2的充電電流取決于電動機的電流，在這種情況下便得到了反饋，這就使得電動機在低速時轉(zhuǎn)矩所受損失的問題得到補救。

反饋電阻R1的數(shù)值經(jīng)過實驗得出，因此，VS在導(dǎo)通周期的時間內(nèi)，電容C2便不能充電到足以再對單結(jié)晶體管觸發(fā)的高壓，然而，電容C2會充電到電動機電流所決定的某一數(shù)值。如果在某一導(dǎo)通周期電動機的電流增加，則C2上的電壓也增加，故在下一周期開始時，C2就不需那么長的時間才能充電到單晶體的峰點電壓。這種情況下，觸發(fā)角就被減少了（導(dǎo)通角更大），加到電機上的方根電壓就成比例增加，致使有效轉(zhuǎn)矩增加。二極管VD5和電容器C1防止在導(dǎo)通期中由于觸發(fā)單結(jié)晶體所造成的反饋，反饋電阻R1的取值具體如附表所示。

R2為限流電阻，它應(yīng)保證穩(wěn)定DW1 在穩(wěn)壓范圍，穩(wěn)定電流在10~20mA 左右，它并保證了脈沖移相角，當R2增大，移相角減小，電機兩端的電壓調(diào)節(jié)范圍減少。

R4應(yīng)保證電機兩端電壓的上限值，當R4增大時，輸出到電機的電壓上限下降。

R3是作單結(jié)晶體管溫度補償之用，當R3增大時，溫度特性就要好一些，本電路也適用于可逆電機調(diào)速之用，負載端電壓調(diào)節(jié)范圍從35~215V連續(xù)可調(diào)。若負載為電機或電磁振動線圈，它不要求對轉(zhuǎn)矩進行補償，則電路可以進一步簡化，電路如圖2所示，其工作原理同圖1，輸出電壓主調(diào)節(jié)范圍是35~215V，R1的作用是保證VS輸出脈沖的幅度，R1增大，則輸出脈沖也增加，若作調(diào)光，則可將負載改作燈泡即可。

若負載電壓最大值不需要很高，則可將橋式整流電路改為半波整流，其輸出至負載的電壓調(diào)節(jié)范圍為30～100V，其工作原理同前。電原理圖如圖3所示。風扇調(diào)速電路如圖4所示，電路采用了熱敏電阻，當環(huán)境溫度上升或下降時，其電阻值發(fā)生變化，導(dǎo)致VT2的不斷變化，使可控硅導(dǎo)通角前后移動，改變電扇兩端的電壓，風扇電機的轉(zhuǎn)速即隨之變化。當環(huán)境溫度上升時，電風扇轉(zhuǎn)速高，反之則低。

選用元件時，二極管VD1~VD4耐壓要高于400V，額定電流大于0.4A；可控硅VS耐壓大于500V，額定電流為1A；單結(jié)晶體管BT35分壓比η大于0.5；三極管3CG14的β大于80。

電路裝好后，把風扇接在電路中，調(diào)整RP使風扇正好停轉(zhuǎn)，然后用一把電烙鐵靠近熱敏電阻，熱敏電阻變高時，風扇轉(zhuǎn)速變快。電烙鐵離開熱敏電阻，溫度降低，轉(zhuǎn)速應(yīng)變慢，工作時RP應(yīng)調(diào)到適當位置。

可控硅調(diào)速電路圖設(shè)計（六）

該電路如圖所示。前級控制電路的電源供給電壓從穩(wěn)壓管DZ兩端取得，R12為啟動電阻。VT必須選擇BVceo大于400V的中功率管。穩(wěn)壓管DZ的額定電流必須大于電風扇堵轉(zhuǎn)時的電流（一般電風扇的堵轉(zhuǎn)電流約300mA），其穩(wěn)定電壓為5V。

流過三極管的基極電流為Ib，集電極電流為IC，則：

設(shè)可控硅VS的觸發(fā)電流為Igt當Ic=Igt的時刻，可控硅導(dǎo)通。由（1）式指出。如果βIb大于或者等于可控硅VS的觸發(fā)電流Igt，則在正弦電壓的約0V處，可控硅即被觸發(fā)，控制角為O，電風扇總是全速運轉(zhuǎn)，不能調(diào)速（見下圖）。因此。R7~R10阻值選擇顯得非常重要。

此RB為CC4518輸出端只有一個高電平時的取值。因為CC4518屬于BCD同步加計數(shù)器，其輸出端Q3、Q2、Q1、Q0有時會同時出現(xiàn)多個為高電平的狀態(tài)，使R7~R10多個并聯(lián)后再加到VT的基極，這也必須引起我們的注意。

由于可控硅的觸發(fā)電流Igt以及三極管VT的β、rce的離散性很大，使Rb的取值十分困難，必須測量出上述參數(shù)的實際值，再計算出Rb，然后在試驗中微調(diào)。

遺憾的是該電路的控制角調(diào)節(jié)范圍小于90°，速度調(diào)節(jié)范圍小。