双向晶闸管实现ACS交流开关触发电路

2014-02-15 09:46:10来源: 互联网

标准双向晶闸管和无缓冲器的双向晶闸管以及90年代初推出的ACS系列产品是大家最熟悉的固态开关产品,这些开关的导通都是由电流触发的,但是,根据所采用的技术或设计,该电流可以是从栅极灌入的电流或者源出到栅极的电流。因此,触发电路必须考虑AC开关类型,然后正确地触发AC开关。对于ACS开关,因为采用硅结构,所以栅电流只能是从栅极灌入。

  在某些情况下,控制电路还必须与交流电源电压隔离,例如,当微控制器参考电压与AC开关参考电压不同时,控制电路必须与交流电源电压隔离。当一个新电器采用一个变频器控制3相电机时,如果微控制器连接在直流电压轨上,而且ACS开关以线路电压为参考电压,控制电路就必须与交流电源电压隔离。如果设计人员想要从线路上隔离全部低压电路,控制电路也必须与交流电源电压隔离。这种解决方案通常情况下成本昂贵,因为使用一个绝缘性能良好的用户界面、使所有电子电路都以线路为参考电压的解决方案更简单,控制面板上只有几个按钮的电器设计就属于这种情况。

  标准的双向晶闸管触发电路电压隔离解决方案是在双向晶闸管的A2和G端子上串联一个光电双向晶闸管。当然,还需串联一个电阻,以降低光电晶闸管上的栅电流。这种驱动解决方案适合所的双向晶闸管。因此,当双向晶闸管上的电压在导通前是正电压时,正栅极电流触发晶闸管导通,相反,当晶闸管导通前是负电压时,负栅极电流触发晶闸管导通。因此,双向晶闸管在Q1和Q3象限内导通。

  如前文所述,ACS开关只能由负电流触发。如果使用光电晶闸管驱动ACS开关,ACS只能在负偏压时导通(因为在负偏压时栅电流是负电流),这将导致ACS开关只能半周期导通。

  这种开关模式不适用于大多数应用,但是,有些新应用只需要半周期导通模式。例如,内置一个二极管的咖啡机电泵和洗衣机舱门锁电磁铁,这些应用都只需一个半周期导通操作。

  如果线路电压施加到栅极和COM端子上,ACS开关内部P-N结可能会被烧毁,因为该开关的耐击穿电压大约10V。当开关处理瞬变电压或光电晶闸管短路时,就会发生这种情况。解决办法是在COM-G结上并联一个低压或高压二极管,或者给光电晶双向闸管串联一个低压或高压二极管(图1)。注意,在第二种情况(光电双向晶闸管串联一个二极管)中,可以用一个阳极连接ACS栅极的反向隔离光电单向晶闸管替代光电双向晶闸管。

  

采用光电双向晶闸管的半周期ACS开关控制解决方案

 

  图1 – 采用光电双向晶闸管的半周期ACS开关控制解决方案

  对于家电,大多数负载采用全周期控制模式。为确保ACS开关每个周期都能导通,我们必须修改前面的电路示意图。解决办法是增加一个低压电容,用于在开始正电流导通时施加一个栅极电流。如图2所示,该解决方案还使用两个低压二极管,工作原理如图3所示。

  1: 光电双向晶闸管导通,电容C充电,直到VGT 为止(~ 0.7 V)。然后,ACS在第3象限导通,IGT 电流小于第2象限的栅导通电流。

  2: ACS保持通态,直到下一个零电流交叉点为止。G-COM电压降至-0.7 V,电容C充电。

  3: ACS开关电流增强,VG-COM 电压升高,电容C通过G极和COM极放电,并在栅极上施加最大10 mA的峰流,使ACS开关导通。

  若想施加更大的栅电流,须选用330 µF左右的电容。

  应该注意的是,ACS开关每个周期都将会关断,电容C利用这段时间充电。当端子上的电压超过大约10V时,ACS开关将会导通。因为线路电流没有切断,所以这种特性不会导致EMI干扰过大。因为电容C的原因,线路电流的波形仍然近似正弦波。

  这三个电路图还能修改,在电阻R和光电双向晶闸管之间增加一个阻容缓冲电路,可以提高最终开关的抗干扰性,扩大栅脉宽,更好地触发交流开关

  

采用光电双向晶闸管的全周期ACS开关控制解决方案

 

  图 2 – 采用光电双向晶闸管的全周期ACS开关控制解决方案

  

图2电路的工作曲线图

 

  图3 – 图2电路的工作曲线图

关键字:双向晶闸管  ACS  交流开关  触发电路

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2014/0215/article_24147.html
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