双向可控硅斩波实验报告

双向可控硅斩波实验报告

一．概述

双向可控硅是一种功率半导体器件，也称双向晶闸管，双向晶闸管可广泛用于工业、交通、家用电器等领域，实现交流调压、电机调速、交流开关、路灯自动开启与关闭、温度控制、台灯调光、舞台调光等多种功能。

双向和单向可控硅的区别。

普通晶闸管（又称可控硅）是一种大功率半导体器件，主要用于大功率的交直流变换、调压等。

单向可控硅通过触发信号（小的触发电流）来控制导通（可控硅中通过大电流）的可控特性，一只双向可控硅的工作原理，可等效两只同型号的单向可控硅互相反向并联，然后串联在调压电路

在单片机控制系统中，可作为功率驱动器件，由于双向可控硅没有反向耐压问题，控制电路简单，因此特别适合做交流无触点开关使用。双向可控硅接通的一般都是一些功率较大的用电器，且连接在强电网络中，其触发电路的抗干扰问题很重要，通常都是通过光电耦合器将单片机控制系统中的触发信号加载到可控硅的控制极。为减小驱动功率和可控硅触发时产生的干扰，交流电路双向可控硅的触发常采用过零触发电路。过零触发是指在电压为零或零附近的瞬间接通。由于采用过零触发，因此上述电路还需要正弦交流电过零检测电路。图一为此次实验电路原理图。

图1 双向可控硅实验电路原理图

二．项目主要研究内容

1.过零检测电路

为减小驱动功率和可控硅触发时产生的干扰，交流电路中可控硅的触发常采用过零触发电路。过零触发是指在电压为零或零附近的瞬间接通。由于采用过零触发，因此上述电路还需要正弦交流电过零检测电路。如图2所示。为了提高效率，使触发脉冲与交流电压同步，要求每隔半个交流电的周期输出一个触发脉冲，且触发脉冲电压应大于4V ，脉冲宽度应大于20us.图中SDCZ3 为交流输入端子，TPL521为光电耦合器，起隔离作用。当正弦交流电压接近零时，光电耦合器的两个发光二极管截止，三极管Q2基极的偏置电阻电位使之导通，产生下降沿信号，T1的输出端接到单片机89C51 的外部中断0 的P3.2引脚，以引起外部中断。在中断服务子程序中使用定时器累计移相时间，然后发出双向可控硅的同步触发信号。

图2 过零检测电路

过零检测电路中A、B 两点电压输出波形如图3 中所示。当每来一个交流电的周期会过零点电位两次如图3中蓝色线段所示为A点电压波形图。每来一次零点电位将触发一次过零检测使三极管导通输出脉冲信号至单片机。

图3.过零检测电路波形图

2.过零触发电路

过零触发电路如图4 所示，图中MOC3021 为光电耦合双向可控硅驱动器，也属于光电耦合器的一种，用来驱动双向可控硅BT16-600B 并且起到隔离的作用，R5 为触发限流电阻，R6 为双向可控硅门极电阻，防止误触发，提高抗干扰能力。当单片机89C51 的P1.7 引脚输出负脉冲信号时使三极管Q1导通，MOC3021 导通，触发BT16-600B导通，接通交流负载。另外，若双向可控硅接感性交流负载时，由于电源电压超前负载电流一个相位角，因此，当负载电流为零时，电源电压为反向电压，加上感性负载自感电动势el 作用，使得双向可控硅承受的电压值远远超过电源电压。虽然双向可控硅反向导通，但容易击穿，故必须使双向可控硅能承受这种反向电压。一般在双向可控硅两极间并联一个RC阻容吸收电路，实现双向可控硅过电压保护，图4 中的C5 、R7 为RC 阻容吸收电路。

图4 双向可控硅触发电路

三．项目试验及问题解决

1.过零检测

12V交流电的波形如图5所示:

图5 交流电正弦波

12V交流电经过光电隔离后输入至单片机的外部中断P3.2管脚。交流电的大小和方向随时间作周期性变化。当交流电的电压为零或零附近时光耦瞬间断开低电平触发NPN三极管导通下降沿信号输入至单片机外部中断引脚，当电压不为零时，光耦导通，高电平输入至单片机。从而触发一次外部中断，来进行交流电的过零检测。如图6所示。

2.过零触发

当单片机接收到一次过零检测信号后，通过对程序的设置，触发可控硅导通来进行斩波从而形成调压。单片机过零检测信号和过零触发信号如图6所示。图6中蓝色波形为过零检测信号、黄色波形为过零触发信号。

图6 过零检测和过零触发信号

经过调压的电路如图7所示。图中蓝色波形为经过调压的波形。图中黄色波形为可控硅触发信号。通过对过零检测信号的延迟触发双向可控硅达到斩波效果，从而形成交流电调压。如图所示图中蓝色波形前半段没有导通后半段才导通从而使交流负载处于通断通断的状态而形成调压。

图7.经过调压后的波形