双向可控硅详细用法说明

可控硅作为功率开关器件，在各种需要控制功率的电子产品中经常用到，我所涉及的行业为家电产品研发，比如发热丝、发热管的控温，或者AC电机、水泵的控速等；由于双向可控硅是在单向可控硅的基础上发展而来且应用场景更广，因此我直接讲解一下我对双向可控硅的一些了解，单向可控硅也便能随之而理解了。

上图是双向可控硅BT138-600E的部分规格书，双向可控硅有三个管脚，控制极T1、控制极T2、
门极Gate，其控制极T1、T2尽量严格区分，G极和T1极之间内阻仅几百欧，后面我会讲原因及具体用法；;同时可以从手册中知道该可控硅为三象限可控硅，由于其第四象限的触发电流和触发电压并未给出，而四象限可控硅的手册一般如下:

双向可控硅开启的条件为：双向可控硅第一阳极T1与第二阳极T2间，无论所加电压极性是正向还是反向，只要控制极G和第一阳极T1间加有正负极性不同的触发电压，就可触发导通呈低阻状态。

双向可控硅关闭的条件为：双向可控硅一旦导通，即使失去G极触发电压，也能继续保持导通状态。只有当第一阳极T1、第二阳极T2电流减小，小于维持电流或T1、T2间当电压极性改变且没有触发电压时，双向可控硅才截断，此时只有重新加触发电压方可导通。

在其电特性参数中可以看到门极触发电流、触发电压分了I、II、III、IV，这里引入了一个概念，双向可控硅按其门极G与控制极T2的电压正负关系，分为三象限可控硅和四象限可控硅：

由于生产工艺等问题使可控硅第四象限需要的触发电流较大，以及容易误触发等原因，三象限可控硅是四象限可控硅的优化产品，所以直接将第四象限给屏蔽了，但是四象限可控硅也不是毫无用处，其大部分应用于较简单、省成本的电子产品中。

接下来列举双向可控硅经常应用的三个电路图：
1.电源隔离+光耦隔离电路中：

这是一个典型的控制AC发热丝发热功率的电路，光耦1、2脚为光耦控制端，一般由MCU的IO口直接控制。现在我们假设加热丝工作在220V/50Hz，加热丝连接在控制极T2与N线之间（此处负载可接在L-T1或者N-T2间均可），当处于L正半波时，使光耦工作，可得到此时VG-VT1为负，VT2-VT1为负，所以此时可控硅工作在第三象限；而当处于L负半波时，使光耦工作，可得到此时VG-VT1为正，VT2-VT1为正，所以此时可控硅工作在第一象限。按照这种情况可以得出，只要是电源隔离+光耦隔离的可控硅控制电路中，可控硅均工作在一三象限，所以选择三象限或四象限可控硅均可。
图中的红色箭头为电流流向，可以知道可控硅的G和T1极之间内阻很小，是可以导通的，所以一定要利用光耦内部的双向可控硅以及可控硅的T1、T2极将零火线隔开，很多人利用光耦控制可控硅电路，发现可控硅常开，负载一直工作，原因就是在这里。以后大家分析该电路只需要把可控硅G跟T1极之间用一个几百欧姆的电阻代替来分析，就能知道电路是否正确了。

2.电源非隔离+正电压系统：

图一

图二

图三

图一为利用LNK306DN芯片实现的非隔离BUCK电路，由于我使用的是3.3V单片机，所以直接调节该电路输出3.3V，此时可以看到系统以N线作为公共地。
图二为该系统的可控硅控制电路，由于以N线为GND，所以可控硅的G极将一直为正电压，此时可以得出该可控硅工作在第一象限和第四象限，由于第四象限需要的驱动电流较大，单片机的IO口一般无法直接驱动，所以这里我用了一个三极管放大电流进行驱动。而图三是一款小功率的双向可控硅MAC97A8（封装为TO-92），由于手册中其第四象限最大驱动电流仅需7mA,所以我用了IO口直接驱动也没问题。

这里需要注意的一点是需要严格区分可控硅T1、T2极，T1极必须接在低端（GND），负载必须接在高端，也就是说以N线为GND，T1必须与N线连接，负载必须接在L线与T2之间。原因我们举例分析，如果我们把负载接在T1与N线之间，当可控硅导通的时候，可控硅的T1极电压将被抬高至接近L线电压，而可控硅G极电压也会因此被抬高，而G极如果是由单片机的IO口直接驱动的话，其电压约在3.3V左右，此时单片机的驱动IO口将由输出电流变成灌进电流，IO口甚至单片机极容易损坏。
至于为什么T1需要接低端，T2需要接高端，因为T1跟G极之间的内阻一般为几百欧姆，而T2与G极之间的内阻则有几百K欧姆以上，如果将T1接在高端的话，相当于L线和单片机IO口之间仅有几百欧姆的阻值，很容易损坏单片机。由此我们也得到一个用测量阻值判断可控硅T1、T2极的方法。

3.电源非隔离+负电压系统：

图四
图五

图四为利用LNK306DN芯片实现的非隔离BUCK负电压输出电路，也可以先输出正电压再经过79系列LDO转变为负电压。此电路输出负电压5V作为单片机的GND，而N线则作为单片机的VCC供电，则单片机的IO输出电压对于N线来说为0或者-5V，则可以得出该可控硅工作在第二象限和第三象限。

当IO口输出高电平时，VG-VT1≈0V，则可控硅不导通，当IO口输出低电平时，VG-VT1≈-5V，可控硅导通，工作在二三象限。可以看到非隔离负电压系统也需要严格区分T1、T2极，分析方法与非隔离正电压系统类似。

可控硅工作的三种常用电路已经提供，但是要想做好可控硅的功率控制，还需配合过零信号检测电路对其进行控制，其控制方式有：定时、丢波、斩波。由于内容较多，这篇文章就先到这里完结，有时间我再写一份关于过零信号检测电路，以及工作模式的理解和使用，到时会提供以STM32单片机为模板的过零检测及控制程序。