双向可控硅几大基本要素解析
描述
一、双向可控硅介绍
双向可控硅TRIAC（Triode ACSemiconductor Switch）为三端双向可控硅开关，亦称为双向晶闸管或双向可控硅。TRIAC为三端元件，其三端分别为T1 （第二端子或第二阳极），T 2（第一端子或第一阳极）和G（控制极）亦为一闸极控制开关，与SCR最大的不同点在于TRIAC无论于正向或反向电压时皆可导通，其符号构造及外型，如图1所示。
二、双向可控硅的特性及用途
1. 双向可控硅替的主要优点体现在：
（1） 大功率双向可控硅为无触点式开关，无火花、寿命长、体积小、无噪音；
（2）接触器工作时，其控制回路需要消耗一定的电能，而可控硅为弱电控制，控制回路耗电微乎其微；
（3）接触器控制电路中，操作者接触的器件电压都较高，不安全，而大功率双向可控硅控制电路中操作者只接触5~15V的直流低压电源，非常安全；
（4） 大功率双向可控硅为弱电控制强电，弱电电路更新方便，较容易设计出满足各种要求的控制电路。
2. 双向可控硅替在电路中的主要用途
双向可控硅最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二极管整流电路属于不可控整流电路。如果把二极管换成晶闸管，就可以构成可控整流电路。在正弦交流电压U2的正半周期间，如果VS的控制极没有输入触发脉冲Ug，VS仍然不能导通，只有在U2处于正半周，在控制极外加触发脉冲Ug时，晶闸管被触发导通。而只有在触发脉冲Ug到来时，负载RL上才有电压UL输出（波形图上阴影部分）。Ug到来得早，晶闸管导通的时间就早；Ug到来得晚，晶闸管导通的时间就晚。通过改变控制极上触发脉冲Ug到来的时间，就可以调节负载上输出电压的平均值UL（阴影部分的面积大小）。在电工技术中，常把交流电的半个周期定为180°，称为电角度。这样，在U2的每个正半周，从零值开始到触发脉冲到来瞬间所经历的电角度称为控制角α；在每个正半周内晶闸管导通的电角度叫导通角θ。很明显，α和θ都是用来表示晶闸管在承受正向电压的半个周期的导通或阻断范围的。通过改变控制角α或导通角θ，改变负载上脉冲直流电压的平均值UL，实现了可控整流。
三、双向可控硅触发特性
由于TRIAC为控制极控制的双向可控硅，控制极电压VG极性与阳极间之电压VT1T2四种组合分别如下：
（1）。 VT1T2为正， VG为正。
（2）。 VT1T2为正， VG为负。
（3）。 VT1T2为负， VG为正。
（4）。 VT1T2为负， VG为负。
一般最好使用在对称情况下（1与4或2与3），以使正负半周能得到对称的结果，最方便的控制方法则为1与4之控制状态，因为控制极信号与VT1T2同极性。
上图4所示为TRIAC之V-I特性曲线，将此图与SCR之VI特性曲线比较，可看出TRIAC的特性曲线与SCR类似，只是TRIAC正负电压均能导通，所以第三象限之曲线与第一象限之曲线类似，故TRIAC可视为两个SCR反相并联TRIAC之T1-T2的崩溃电压亦不同，亦可看出正负半周的电压皆可以使TRIAC导通，一般使TRIAC截止的方法与SCR相同，即设法降低两阳极间之电流到保持电流以下TRIAC即截止。
四、双向可控硅使用的注意事项
目前交流调压多采用双向可控硅，它具有体积小、重量轻、效率高和使用方便等优点，对提高生产效率和降低成本等都有显着效果，但它也具有过载和抗干扰能力差，且在控制大电感负载时会干扰电网和自干扰等缺点，下面我们来谈谈可控硅在其使用中如何避免上述问题。
1.灵敏度
双向可控硅是一个三端元件，但我们不再称其两极为阴阳极，而是称作T1和T2极，G为控制极，其控制极上所加电压无论为正向触发脉冲或负向触发脉冲均可使控制极导通，但是触发灵敏度互不相同，即保证双向可控硅能进入导通状态的最小门极电流IGT是有区别的。
2.可控硅过载的保护
可控硅元件优点很多，但是它过载能力差，短时间的过流，过压都会造成元件损坏，因此为保证元件正常工作，需有条件：
（1）外加电压下允许超过正向转折电压，否则控制极将不起作用；
（2）可控硅的通态平均电流从安全角度考虑一般按最大电流的1.5~2倍来取；
（3）为保证控制极可靠触发，加到控制极的触发电流一般取大于其额值，除此以外，还必须采取保护措施，一般对过流的保护措施是在电路中串入快速熔断器，其额定电流取可控硅电流平均值的1.5倍左右，其接入的位置可在交流侧或直流侧，当在交流侧时额定电流取大些，一般多采用前者，过电压保护常发生在存在电感的电路上，或交流侧出现干扰的浪涌电压或交流侧的暂态过程产生的过压。由于，过电压的尖峰高，作用时间短，常采用电阻和电容吸收电路加以抑制。
3.控制大电感负载时的干扰电网和自干扰的避免
可控硅元件控制大电感负载时会有干扰电网和自干扰的现象，其原因是当可控硅元件控制一个连接电感性负载的电路断开或闭合时，其线圈中的电流通路被切断，其变化率极大，因此在电感上产生一个高电压，这个电压通过电源的内阻加在开关触点的两端，然后感应电压一次次放电直到感应电压低于放电所必须的电压为止，在这一过程中将产生极大的脉冲束。这些脉冲束叠加在供电电压上，并且把干扰传给供电线或以辐射形式传向周围空间，这种脉冲具有很高的幅度，很宽的频率，因而具有感性负载的开关点是一个很强的噪声源。
五、双向可控硅导通和截止的条件
导通：在T1极和T2极和电源负载构成了回路，而且T1极和T2极之间有电压时（当然要大于管压降），G极对T1极有大于“触发电流”的电流流过后（即触发后）；
截止：导通的T1，T2电流小于“维持电流”后。 G极不一定要求是脉冲触发信号，只要达到“触发电流”就可以触发了，但是用脉冲触发有一些好处：1）触发时间准确，2）脉冲宽度可以窄一点（大于可控硅从截止到导通转变时间，一般纯电阻负载50微秒时间就可以了，电感负载时要宽），这样可以减少冲触脉冲电路的功率。
六、双向可控硅的十条黄金规则
1. 为了导通闸流管（或双向可控硅），必须有门极电流≧IGT ，直至负载电流达到≧ IL 。这条件必须满足，并按可能遇到的最低温度考虑。
2. 要断开（切换）闸流管（或双向可控硅），负载电流必须《IH， 并维持足够长的时 间，使能回复至截止状态。在可能的最高运行温度下必须满足上述条件。
3. 设计双向可控硅触发电路时，只要有可能，就要避开3+象限（WT2-，+）。
4. 为减少杂波吸收，门极连线长度降至最低。返回线直接连至MT1（或阴极）。若 用硬线，用螺旋双线或屏蔽线。门极和MT1间加电阻1k倩蚋 8咂蹬月返缛莺兔偶浯拥缱琛A硪唤饩霭旆ǎ∮肏系列低灵敏度双向可控硅。
5. 若dVD/dt或dVCOM/dt可能引起问题，在MT1和MT2间加入RC缓冲电路。 若高dICOM/dt可能引起问题，加入一几mH的电感和负载串联。 另一种解决办法，采用Hi-Com双向可控硅。
6. 假如双向可控硅的VDRM在严重的、异常的电源瞬间过程中有可能被超出，采用下 列措施之一： 负载上串联电感量为几霩的不饱和电感，以限制dIT/dt; 用MOV跨接于电源，并在电源侧增加滤波电路。
7. 选用好的门极触发电路，避开3+象限工况，可以最大限度提高双向可控硅的 dIT/dt承受能力。
8. 若双向可控硅的dIT/dt有可能被超出，负载上最好串联一个几霩的无铁芯电感 或负温度系数的热敏电阻。另一种解决办法：对电阻性负载采用零电压导通。
9. 器件固定到散热器时，避免让双向可控硅受到应力。固定，然后焊接引线。不要把 铆钉芯轴放在器件接口片一侧。
10. 为了长期可靠工作，应保证Rthj-a足够低，维持Tj不高于Tjmax ，其值相应于可能的 最高环境温度。