串聯(lián)靜態(tài)開關(guān)

下圖可以看到一個(gè)半波串聯(lián)靜態(tài)開關(guān)。當(dāng)按下開關(guān)以允許電源輸入時(shí)，在輸入信號(hào)的正循環(huán)期間，SCR 柵極處的電流變?yōu)榛顒?dòng)狀態(tài)，從而打開 SCR。

電阻R1控制和限制柵極電流量。

在接通條件下，SCR的陽極到陰極電壓VF降低到RL的導(dǎo)通值水平。這導(dǎo)致柵極電流急劇降低，柵極電路的損耗最小。

在負(fù)輸入周期中，SCR被關(guān)閉，因?yàn)殛枠O變得比陰極更多的負(fù)極。二極管D1保護(hù)SCR免受柵極電流反轉(zhuǎn)的影響。

上圖的右側(cè)部分顯示了負(fù)載電流和電壓的結(jié)果波形。波形看起來像負(fù)載上的半波電源。

閉合開關(guān)允許用戶在輸入交流信號(hào)的正周期內(nèi)發(fā)生相位位移時(shí)達(dá)到低于 180 度的導(dǎo)通電平。

為了實(shí)現(xiàn)90°至180°之間的導(dǎo)通角，可以使用以下電路。這種設(shè)計(jì)與上述類似，只是電阻器在這里是可變電阻的形式，并且省去了手動(dòng)開關(guān)。

使用R和R1的網(wǎng)絡(luò)可確保在輸入AC的正半周期內(nèi)為SCR提供適當(dāng)控制的柵極電流。

將可變電阻R1滑塊臂移動(dòng)到最大值或朝最低點(diǎn)移動(dòng)，柵極電流可能會(huì)變得太弱而無法到達(dá)SCR的柵極，這將永遠(yuǎn)不會(huì)允許SCR接通。

另一方面，當(dāng)它向上移動(dòng)時(shí)，柵極電流將緩慢增加，直到達(dá)到SCR開啟幅度。因此，使用可變電阻器，用戶可以將SCR的導(dǎo)通電流電平設(shè)置為0°至90°之間的任何位置，如上圖右側(cè)所示。

對于R1值，如果它相當(dāng)?shù)?，將?dǎo)致SCR快速觸發(fā)，導(dǎo)致從上面的第一個(gè)圖（180°傳導(dǎo)）獲得類似的結(jié)果。

但是，如果R1值較大，則需要更高的正輸入電壓來觸發(fā)SCR。這種情況不允許我們將控制擴(kuò)展到90°相位位移，因?yàn)榇藭r(shí)輸入處于最高電平。

如果SCR無法在此電平下觸發(fā)，或者在交流周期的正斜率處輸入電壓的較低值下，則輸入周期的負(fù)斜率的響應(yīng)將完全相同。

從技術(shù)上講，SCR的這種工作方式稱為半波可變電阻相位控制。

該方法可有效用于需要RMS電流控制或負(fù)載功率控制的應(yīng)用。

使用可控硅的電池充電器

SCR的另一個(gè)非常流行的應(yīng)用是電池充電器控制器的形式。

下圖顯示了基于 SCR 的電池充電器的基本設(shè)計(jì)。陰影部分將是我們的主要討論領(lǐng)域。

上述SCR控制電池充電器的工作原理可以通過以下解釋來理解：

降壓交流電輸入通過二極管D1、D2進(jìn)行全波整流，并通過SCR陽極/陰極端子供電?？梢钥吹秸诔潆姷碾姵嘏c陰極端子串聯(lián)。

當(dāng)電池處于放電狀態(tài)時(shí)，其電壓足夠低，以保持SCR2處于關(guān)斷狀態(tài)。由于 SCR2 處于打開狀態(tài)，SCR1

控制電路的行為與前面段落中討論的串聯(lián)靜態(tài)開關(guān)完全相同。

當(dāng)輸入整流電源具有足夠的額定值時(shí)，觸發(fā)SCR1上的柵極電流，該柵極電流由R1調(diào)節(jié)。

這會(huì)立即打開 SCR，電池開始通過陽極/陰極 SCR 傳導(dǎo)充電。

一開始，由于電池的放電水平較低，VR將具有R5預(yù)設(shè)或電位分配器設(shè)置的較低電位。

此時(shí)，VR電平將太低，無法打開11 V齊納二極管。在非導(dǎo)通狀態(tài)下，齊納二極管幾乎就像一個(gè)開路，導(dǎo)致SCR2完全關(guān)閉，因?yàn)闁艠O電流幾乎為零。

此外，C1的存在可確保SCR2不會(huì)因電壓瞬變或尖峰而意外導(dǎo)通。

隨著電池充電，其端電壓逐漸上升，最終當(dāng)達(dá)到設(shè)定的完全充電值時(shí)，VR剛好足以打開11 V齊納二極管，隨后在SCR2上觸發(fā)。

一旦SCR2點(diǎn)火，它就會(huì)有效地產(chǎn)生短路，將R2端端端子接地，并在SCR1的柵極啟用R2、R1網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的電位分壓器。

SCR1柵極R2/R1分壓器的激活導(dǎo)致SCR1柵極電流瞬間下降，迫使其關(guān)斷。

這會(huì)導(dǎo)致電池的電源被切斷，確保電池不會(huì)過度充電。

在此之后，如果電池電壓趨于降至預(yù)設(shè)值以下，則 11 V 齊納二極管將關(guān)閉，導(dǎo)致 SCR1 再次打開以重復(fù)充電周期。

使用 SCR 的交流加熱器控制

上圖顯示了使用 SCR 的經(jīng)典加熱器控制應(yīng)用。

該電路設(shè)計(jì)為根據(jù)恒溫器開關(guān)打開和關(guān)閉 100 瓦加熱器。

這里使用了玻璃中的汞恒溫器，它應(yīng)該對周圍溫度水平的變化非常敏感。

確切地說，它甚至可以感應(yīng)到0.1°C的溫度變化。

然而，由于這些類型的恒溫器通常額定處理1 mA左右范圍內(nèi)的非常小的電流，因此它在溫度控制電路中不太受歡迎。

在所討論的加熱器控制應(yīng)用中，SCR用作電流放大器，用于放大恒溫器電流。

實(shí)際上，SCR不像傳統(tǒng)的放大器那樣起作用，而是作為電流傳感器，它允許不同的恒溫器特性來控制SCR的更高電流電平切換。

我們可以看到，SCR的電源是通過加熱器和全橋整流器施加的，這允許為SCR提供全波整流直流電源。

在此期間，當(dāng)恒溫器處于開路狀態(tài)時(shí)，0.1uF電容兩端的電位通過每個(gè)整流直流脈沖產(chǎn)生的脈沖充電至SCR柵極電位的點(diǎn)火水平。

電容器充電的時(shí)間常數(shù)由RC元件的乘積確定。

這使得SCR能夠在這些脈沖直流半周期觸發(fā)期間導(dǎo)通，允許電流通過加熱器，并允許所需的加熱過程。

當(dāng)加熱器升溫且溫度升高時(shí)，在預(yù)定點(diǎn)，導(dǎo)致導(dǎo)電恒溫器激活并在 0.1uF 電容器上產(chǎn)生短路。這反過來又會(huì)關(guān)閉 SCR

并切斷加熱器的電源，導(dǎo)致其溫度逐漸下降，直到它下降到再次禁用恒溫器并且 SCR 啟動(dòng)的水平。