三端双向可控硅-工作和应用电路

双向晶闸管可以比作闭锁继电器。一旦触发，它将立即打开和关闭，并且只要电源电压保持在零伏以上或电源极性未改变，它将保持关闭。

如果电源为交流（交流电），则双向晶闸管将在交流循环穿过零线期间断开，但一旦再次触发，双向晶闸管将关闭并接通。

可控硅作为静态开关的优点

• 双向晶闸管可以有效地替代机械开关或继电器，用于控制交流电路中的负载。
• 可控硅可配置为通过最小电流触发切换相对较重的负载。
• 当双向晶闸管导通（闭合）时，它们不会像机械开关那样产生去盎司效应。
• 当可控硅开关关闭(在交流零交叉)，它在不产生任何瞬变的情况下进行此操作，这是由于反电势等原因造成的。
• 双向晶闸管还消除了触点熔断或电弧问题，以及机械式电气开关中常见的其他形式的磨损。
• 双向晶闸管具有灵活的触发功能，可通过栅极和公共接地之间的低压正极信号，在输入交流周期的任何给定点对其进行切换。
• 该触发电压可以来自任何直流电源，如电池或交流电源本身的整流信号。在任何情况下，每当每个半周期交流波形通过过零（电流）线时，双向晶闸管将经历关闭周期，如下所示：

如何开启双向可控硅

三端双向可控硅包括三个端子：栅极、A1、A2，如下所示：

要打开双向晶闸管谐振器，必须在其栅极引脚（G）上施加栅极触发电流。这导致栅极电流流过栅极和端子A1。相对于双向晶闸管的A1端子，栅极电流可能为正或负。A1端子可与栅极控制电源的负VSS线或正VDD线共用。

下图显示了双向晶闸管及其内部硅结构的简化示意图。

当触发电流施加到双向晶闸管栅极上时，它通过背靠背嵌入在G端子和A1端子之间的内置二极管接通。这2个二极管安装在双向晶闸管的P1-N1和P1-N2连接处。

双向晶闸管触发象限

根据栅极电流的极性，可控硅的触发是通过四个象限实现的，如下图所示:

这些触发象限实际上可以根据triac的系列和类别应用，如下所示：

Q2和Q3是TRIAC的推荐触发象限，因为它允许最小的消耗和可靠的触发。

不建议使用Q4触发象限，因为它需要更高的栅极电流。

双向晶闸管的重要触发参数

我们知道，三端双向晶闸管可以通过其栅极端子上相对较小的直流触发电源，在其A1/A2端子之间切换大功率交流负载。

在设计可控硅控制电路时，其门触发参数至关重要。触发参数为可控硅栅极触发电流IGT，栅极触发电压VGT，栅极闭锁电流IL。

• 开启可控硅所需的最小栅极电流称为栅极触发电流IGT。这需要应用到门和可控硅的A1终端，这是共同的门触发器电源。
• 栅极电流应高于最低规定工作温度的额定值。这可确保在任何情况下都能实现triac的最佳触发。理想情况下，IGT值应比数据表中的额定值高2倍。
• 通过栅极和可控硅A1端施加的触发电压称为VGT。它是通过电阻器应用的，稍后将讨论电阻器。
• 有效锁存双向晶闸管的栅极电流为锁存电流，称为LT。当负载电流达到LT值时，才可能发生锁存，只有在这之后，即使移除栅极电流，锁存也会启用。
• 上述参数是在25°C的环境温度下规定的，并且可能随着温度的变化而显示变化。

双向晶闸管的非隔离触发可在两种基本模式下完成，第一种方法如下所示：

这里，在双向晶闸管的栅极和A1端子之间施加等于VDD的正电压。在此配置中，我们可以看到A1还连接到Vss或栅极电源的负极线。这一点很重要，否则triac将永远不会响应。

第二种方法是在可控硅栅极上加一个负电压，如下图所示:

除极性外，此方法与前一方法相同。由于栅极是用负电压触发的，因此A1端子现在与VDD线共同连接，而不是与栅极源电压的Vss连接。同样，如果不这样做，triac将无法响应。

计算门电阻器

栅极电阻器将IGT或栅极电流设置到可控硅以实现必要的触发。当温度低于规定的25°C结温时，电流增加。

例如，如果规定的IGT在25°C时为10 mA，则在0°C时可增加至15 mA。

为了确保电阻器能够在0°C下提供足够的IGT，必须从源计算最大可用VDD。

5V栅极VGT的建议值约为160至180欧姆1/4瓦。如果您的环境温度相当恒定，则更高的值也会起作用。

通过外部直流或现有交流触发：如下图所示，triac可以通过外部直流电源（如电池或太阳能电池板）或AC/DC适配器进行切换。或者，它也可以从现有交流电源本身触发。

在这里，开关S1上的压力可以忽略不计，因为它通过一个电阻开关可控硅，使通过S1的电流最小，从而避免任何形式的磨损。

通过簧片继电器切换可控硅:为使可控硅由一个移动的物体开关，可以采用基于磁的触发装置。簧片开关一块磁铁可以用来这样的应用程序，如下所示：

在这种应用中，磁铁附着在运动物体上。每当移动系统经过簧片继电器时，它就会触发双向晶闸管，使其通过其连接的磁铁导通。

如下图所示，当触发源和双向可控硅之间需要电气隔离时，也可以使用簧片继电器。

这里，合适尺寸的铜线圈缠绕在簧片继电器周围，线圈端子通过开关连接到直流电位。每次按下开关都会导致双向晶闸管隔离触发。

由于簧片开关继电器的设计能够承受数百万次的开/关操作，因此从长远来看，该开关系统变得非常高效和可靠。

下面可以看到双向晶闸管隔离触发的另一个例子，这里使用外部交流电源通过隔离变压器切换双向晶闸管。

下面显示了另一种使用光电池耦合器隔离触发三端双向可控硅的形式。在这种方法中，LED和光电池或光电二极管集成安装在单个封装内。这些光耦合器在市场上很容易买到。

下图显示了以关闭/半功率/全功率电路形式出现的triac异常切换。为了减少50%的功率，二极管与双向晶闸管栅极串联切换。此方法强制双向晶闸管仅在交替正交流输入半周期内接通。

该电路可有效地用于控制加热器负载或其他具有热惯性的电阻负载。这可能不适用于照明控制，因为半正交流周期频率将导致恼人的闪烁灯;同样，这种触发不建议用于感应负载，如电机或变压器。

设置复位锁存双向晶闸管电路

下面的概念说明了如何使用双向晶闸管通过几个按钮来制作复位锁存器。

按下set（设置）按钮锁定双向晶闸管和负载，同时按下reset（复位）按钮锁定闩锁。

双向晶闸管延迟定时器电路

双向晶闸管可以设置为延迟定时器电路，用于在设定的预定延迟后打开或关闭负载。

下面的第一个示例显示了基于双向晶闸管的延时关闭定时器电路。最初通电时，三端双向晶闸管将接通。

同时，100uF开始充电，一旦达到阈值，UJT 2N2646点火，接通SCR C106。

可控硅短路栅极到地开关关闭可控硅。延时由1M设置和串联电容值决定。

下一个电路表示双向晶闸管定时器电路上的延迟。通电后，双向晶闸管开关电源不会立即响应。当100uF电容器充电至其触发阈值时，diac保持关闭状态。

一旦发生这种情况Diac触发和触发双向可控硅。延迟时间取决于1M和100uF的值。

下一个电路是基于双向晶闸管的定时器的另一个版本。打开时，UJT通过100uF电容器进行切换。UJT保持SCR关闭，使双向晶闸管失去栅极电流，因此双向晶闸管也保持关闭状态。

经过一段时间后，取决于1M预设的调整，电容器完全充电，关闭UJT。可控硅现在接通，触发可控硅接通，也触发负载。

双向晶闸管闪光灯电路

这个可控硅闪光电路可以用来闪光一个标准白炽灯的频率可以调节在2和10赫兹之间。该电路的工作原理是通过一个1N4004二极管和一个可变RC网络来整流电源电压。当电解电容充电到直流电的击穿电压时，它被迫通过直流电进行放电，这反过来又点燃了可控硅，导致连接的灯闪烁。

经过100 k控制设置的延迟后，电容器再次充电，以重复闪烁循环。1K控制设置双向晶闸管触发电流。

结论

Triac是电子家族中最通用的组件之一。双向晶闸管可以用于实现各种有用的电路概念。在上面的文章中，我们了解了一些简单的双向晶闸管电路应用，但是有无数种方法可以配置和应用双向晶闸管来制作所需的电路。

在这个网站上，我已经发布了许多基于triac的电路，您可以参考这些电路进一步学习，以下是它的链接：