可控硅電路進(jìn)階設計圓“五”曲

發(fā)布時(shí)間:2014-9-29 11:17    發(fā)布者:看門(mén)狗
關(guān)鍵詞: 可控硅 , SCR
作者:何富和

  今天咱們討論一個(gè)很神奇也很常用的元件--可控硅,首先自然是先普及下基礎知識,熟悉的童鞋請略過(guò),直奔下面電路的盛宴。先行預告一下,五個(gè)電路設計,驚喜不斷,請大家HOLD住。

  可控硅,是可控硅整流元件(Silicon Controlled Rectifier,SCR)的簡(jiǎn)稱(chēng),是一種具有三個(gè)PN結的四層結構的大功率半導體器件,亦稱(chēng)為晶閘管。具有體積小、結構相對簡(jiǎn)單、功能強等特點(diǎn),被廣泛用來(lái)作可控整流、逆變、變頻、調壓、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等。以上來(lái)自百度百科,良苦用心是讓大家知道這東西太重要了,搞電子的得會(huì )用。下面介紹其工作原理,單向可控硅有三個(gè)電極分別是陽(yáng)極A、控制級G和陰極K,如圖1所示。導通條件:當AK間加正向電壓時(shí),在G級加導通電壓,可控硅導通且保持。若在陽(yáng)極或控制級加反向電壓時(shí),可控硅就不會(huì )導通?刂萍壷黄鸬綄ㄗ饔,不能截止;截止條件:可以斷開(kāi)陽(yáng)極或使可控硅AK級電流小于維持電流。下面開(kāi)始介紹可控硅電路設計:



  進(jìn)階一:機械式開(kāi)關(guān)

  單向可控硅用于交流市電時(shí),通過(guò)橋式整流電路后,在G級加導通電壓后可控硅就被導通,但由于交流電過(guò)零的現象,會(huì )使可控硅截止(過(guò)零現象時(shí)常發(fā)生,因為在橋式整流后輸出的是脈動(dòng)直流電,會(huì )有個(gè)零點(diǎn)電壓,電壓為零點(diǎn)時(shí)可控硅沒(méi)有維持電流就會(huì )發(fā)生過(guò)零現象)。但我們實(shí)際應用中按一下開(kāi)關(guān)它就會(huì )持續得電,這該怎么解決呢?

  很簡(jiǎn)單:電容。只需要在KG級之間接上一個(gè)容量甚小的電容就可解決問(wèn)題。這是因為可控硅導通之后,會(huì )向電容進(jìn)行充電,在過(guò)零時(shí),電容對控制級放電,向可控硅提供觸發(fā)電流,如圖2所示。



  既然開(kāi)了,要怎么關(guān)呢?沒(méi)錯,只需要在KG級之間加開(kāi)關(guān)SA,由于電容C1的原因SCR一直導通。當SA開(kāi)關(guān)按下時(shí),C1放電,SCR過(guò)零時(shí)沒(méi)有維持電流而截止,開(kāi)關(guān)的關(guān)斷解決了。



  出個(gè)題目,這么設計機械開(kāi)關(guān)有什么問(wèn)題?好吧,我公布答案,倆問(wèn)題,一不方便,二成本高。有的同學(xué)肯定想問(wèn)還有解決方法,bingo,大家肯定都想到了,就利用三極管的導通與截止代替機械開(kāi)關(guān),但如何觸發(fā)三極管是個(gè)值得思考的問(wèn)題,大家且想一下。有人說(shuō)可以利用人體自有的感應信號驅動(dòng)三極管基極從而使三極管導通,我得說(shuō)同學(xué)您太機智了,點(diǎn)個(gè)贊。沒(méi)想到也無(wú)妨,咱們繼續往下看。

  進(jìn)階二:觸摸式電子開(kāi)關(guān)

  當市電電壓經(jīng)過(guò)橋式整流后,通過(guò)R1和R2進(jìn)行分壓,在控制端建立約15V的直流電壓。當人體觸摸到金屬片M1時(shí)三極管V1導通,從而SCR亦導通,燈泡得電工作。當需要關(guān)斷時(shí)只需要輕觸金屬片M2就可以使C3上的電荷被釋放掉。SCR于過(guò)零時(shí)關(guān)斷,其中C1為抗干擾電容,避免誤動(dòng)作。R4、R5作用是避免發(fā)生觸電事故,太大會(huì )降低感應靈敏度,5M歐以上即可,一般取10M歐更為安全。



  其實(shí)這個(gè)電路在實(shí)際應用中是比較悲劇的,因為很麻煩,一個(gè)觸摸開(kāi),一個(gè)觸摸關(guān)。我猜您肯定想問(wèn)能不能把倆個(gè)觸摸片直接相接,設計出只用一個(gè)金屬片的觸摸開(kāi)關(guān)。很不幸,我想說(shuō)理想很豐滿(mǎn),現實(shí)很骨感。

  要將倆觸片合二為一,必須做到一點(diǎn):當SCR關(guān)斷時(shí),感應信號只能加給Q1而不進(jìn)入Q2,SCR導通時(shí)感應信號只加給Q2而不進(jìn)入Q1,并且在開(kāi)和關(guān)之間有一定的延時(shí),不然會(huì )暗滅交替也是不可行的,所以這個(gè)想法打住。

  還有個(gè)主意,可以利用SCR控制級的電壓變化進(jìn)行控制,之間加個(gè)三極管組成延時(shí)電路,就可設計出單觸片的觸摸開(kāi)關(guān)了,請看進(jìn)階三。

  進(jìn)階三:?jiǎn)斡|摸開(kāi)關(guān)

  請先看小弟在EEPW筆記本上純手工打造的圖4,與圖3相比增加了一個(gè)三極管Q3和電阻R5、R6以及電容C2構成了延時(shí)電路。當觸摸開(kāi)關(guān)時(shí)Q1導通,由于Q3作用Q2不能導通,SCR控制級得電保持導通,燈泡HL亮。SCR導通時(shí),控制級會(huì )有一個(gè)約2V間電壓,此電壓經(jīng)過(guò)R5向C2充電,一定時(shí)間(電容兩端的電壓足夠讓Q3導通時(shí))后Q3導通。再次觸碰開(kāi)關(guān)時(shí),Q1端的導通電流被Q3旁路,此時(shí)Q1沒(méi)有基極電流不能導通,感應信號經(jīng)過(guò)R2導通Q2。好吧,我也暈了,稍微解釋下,因為Q3是導通的所以Q2也能導通,此時(shí)C3上的電荷經(jīng)過(guò)Q2、Q3釋放,就可以使SCR過(guò)零而失電截止。



  根據圖4可以實(shí)際調整延時(shí)電阻和C2的取值來(lái)調整延時(shí)時(shí)間。根據上圖取值,電路約延時(shí)1S,即要經(jīng)過(guò)1S之后再觸摸才能使燈泡斷電。要是一直按住則會(huì )出現電器一會(huì )導通一會(huì )截止的現象。

  有點(diǎn)要特別注意,在圖中Q1基極與Q3集電極之間的短接線(xiàn)是非常重要的?梢耘月稱(chēng)1,使Q1不得電。VD5可以提高控制級電壓。

  這個(gè)時(shí)候,肯定有同學(xué)還不滿(mǎn)足,會(huì )問(wèn)樓梯間的那種自動(dòng)控制的延熄燈是如何實(shí)現的呢?再次為這位同學(xué)點(diǎn)個(gè)贊,發(fā)朵小紅花。觸摸延熄開(kāi)關(guān)是這么設計的,于是進(jìn)階四來(lái)了。

  進(jìn)階四:觸摸延熄開(kāi)關(guān)

  好吧,再次請先看圖5,市電經(jīng)過(guò)VD1-VD4整流后,變?yōu)槊}動(dòng)直流電,一路加至SCR的陽(yáng)極,另一路經(jīng)過(guò)R1給予控制端電壓。若SCR處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí),觸摸時(shí)感應電流使Q2導通,結果使SCR亦導通,用電器工作。SCR導通后其控制級與陰極有間電壓,次電壓經(jīng)過(guò)R3向C2充電,一定時(shí)間后Q1基極導通,C3對Q1釋放電壓,SCR于過(guò)零時(shí)失電而截止。

  改變R3、R4與C2可以調節延時(shí)時(shí)間,Q3為C2提供放電回路,當SCR導通時(shí)因三極管是PNP型Q3不能導通,故不會(huì )對C2放電;當SCR截止時(shí)因為VD5兩端間的電壓差,Q3有導通的條件,然后C2向Q3放電,為下一輪的觸摸開(kāi)做準備。



  進(jìn)階五:紅外遙控延時(shí)熄滅電路

  以上四個(gè)小電路是利用單向可控硅特點(diǎn)設計出來(lái)的。作為本篇大結局,肯定要設計出個(gè)稍微牛掰掰的實(shí)用電路,于是紅外線(xiàn)遙控延熄開(kāi)關(guān)閃亮登場(chǎng),其功能是利用家用遙控器對用電器控制,如圖6所示,總體與圖5是比較相似的,故具體的元件參數未畫(huà)出,只對有所更改的部分進(jìn)行剖析。對此先對紅外線(xiàn)接收頭做相應的介紹:紅外線(xiàn)接收頭(IRM)里集成了紅外線(xiàn)接收管、放大、濾波、和比較器。常見(jiàn)的接收頭有三引腳,即電源正VDD、數據輸出OUT、以及負極GND。在正常工作時(shí),紅外線(xiàn)接收頭接收到由發(fā)光管發(fā)送的光信號,由OUT端輸出電平信號。當接收頭接受到光信號時(shí),由內部轉換成一連串的低電平脈沖導通Q2從而進(jìn)行延熄。當沒(méi)有光信號感應時(shí),接收頭的OUT端輸出高電平,Q2截止。



  對這個(gè)電路來(lái)個(gè)小結:這是一個(gè)采用少量電子元件制作的低功耗紅外線(xiàn)遙控延熄電子開(kāi)關(guān),可以對燈具直接控制,具有電路簡(jiǎn)單、成本低、體積小巧、工作可靠等優(yōu)點(diǎn),非常人性化,尤其適合家中有老人小孩的家庭。小開(kāi)關(guān)是不是頓時(shí)高大上啦~

  讀到這里,對可控硅電路設計一定比較清楚了,文章已然比較長(cháng),結個(gè)“蛇尾”,如果大家喜歡,咱們下次見(jiàn)。
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ghl137 發(fā)表于 2015-7-11 15:25:17
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