隨機(jī)相位交叉三端雙向可控硅驅(qū)動器應(yīng)用分析

本文檔全面討論了隨機(jī)相位交叉三端雙向可控硅驅(qū)動器及其最常見的應(yīng)用。它將從三端雙向可控硅驅(qū)動器的基本電氣描述開始。接下來是關(guān)于使用驅(qū)動器本身及其輸入電路的討論。最后一部分將是設(shè)備的應(yīng)用示例。

結(jié)構(gòu)

MOC30XX 系列隨機(jī)相位（非零交叉）雙向可控硅驅(qū)動器由一個鋁砷化鎵紅外 LED 組成，光耦合到一個硅檢測器芯片。這兩個芯片組裝在 6 引腳 DIP 封裝中，在 LED 和輸出檢測器之間提供 7.5KVAC(PEAK) 絕緣。這些輸出檢測器芯片設(shè)計用于驅(qū)動控制 115 和 220V 交流電源線上負(fù)載的三端雙向可控硅開關(guān)元件。檢測器芯片是一種復(fù)雜的器件，其功能與小型雙向可控硅相同，可產(chǎn)生驅(qū)動較大雙向可控硅（如飛兆半導(dǎo)體的 FKPF12N80）柵極所需的信號。MOC30XX 雙向可控硅能夠以最少數(shù)量的附加組件控制更大功率的雙向可控硅。

基本電氣說明

AlGaAs LED 在 10 mA 時的標(biāo)稱正向壓降為 1.3 V，反向擊穿電壓大于 3 V。通過 LED 的最大電流為 60 mA。

在關(guān)閉狀態(tài)下，檢測器在任一方向上的最小阻斷電壓為 250 Vdc。在開啟狀態(tài)下，檢測器將在任一方向通過 100 mA，
設(shè)備上的壓降小于 3 V。一旦觸發(fā)進(jìn)入開啟（導(dǎo)電）狀態(tài)，即使沒有電流流過 LED，檢測器也將保持在那里，直到終端電流降至保持電流（通常為 100 μA）以下，此時檢測器恢復(fù)到關(guān)閉（非- 傳導(dǎo)）狀態(tài)。通過超過正向阻斷電壓、以超過靜態(tài) dv/dt 額定值的速率通過探測器的電壓斜坡或來自 LED 的光子，探測器可能會被觸發(fā)進(jìn)入開啟狀態(tài)。

光耦合隨機(jī)相位三端雙向可控硅驅(qū)動器的示意圖

當(dāng)通過 LED 的電流等于或大于 IFT(max) 規(guī)范時，規(guī)范保證 LED 觸發(fā)檢測器進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。例如 MOC3011M 需要至少 10mA 的 LED 電流來保證開啟。類似的器件 MOC3012M 具有完全相同的特性，只是它只需要 5 mA 即可觸發(fā)。

由于這些器件本質(zhì)上看起來像一個小型的光觸發(fā)雙向可控硅，我們選擇將其表示為圖 1 所示。

使用 MOC3011M 作為雙向可控硅驅(qū)動器

簡單的雙向可控硅門控電路

圖 2 顯示了一個使用 MOC3011M 的簡單三端雙向可控硅驅(qū)動電路。MOC3011M 的最大浪涌電流額定值通過以下公式設(shè)置 R1 的最小值：

R1 (min) = Vin(pk)/1.2A

如果我們在 115 Vac 標(biāo)稱線路電壓下運(yùn)行，Vin(pk) = 180 V，則：

R1 (min) = Vin(pk)/1.2A = 150 歐姆。

實際上，這將是一個 150 或 180 歐姆的電阻器。如果三端雙向可控硅開關(guān)元件的IGT = 100 mA且VGT = 2 V，則觸發(fā)三端雙向可控硅開關(guān)元件所需的電壓Vin將由下式給出：

VinT = R1?IGT + VGT + VTM = 20 V

阻性負(fù)載

驅(qū)動阻性負(fù)載時，可以使用圖 2 的電路。白熾燈和電阻加熱元件是使用 115 Vac 的電阻負(fù)載的兩大類。主要限制是必須正確選擇雙向可控硅以維持適當(dāng)?shù)睦擞控?fù)載。白熾燈有時會產(chǎn)生稱為“閃絡(luò)”的峰值電流，該電流可能非常高，可控硅應(yīng)由保險絲保護(hù)或額定值足夠高以維持該電流。

感性負(fù)載 - 換向 dv/dt

感性負(fù)載（電機(jī)、螺線管、磁鐵等）對雙向可控硅和 MOC3011M 都存在問題，因為電壓和電流彼此不同相。由于三端雙向可控硅開關(guān)在零電流時關(guān)閉，因此當(dāng)施加的電流為零但施加的電壓很高時，它可能會嘗試關(guān)閉。這對三端雙向可控硅開關(guān)來說就像外加電壓的突然上升，如果上升速率超過三端雙向可控硅開關(guān)的換向 dv/dt 或 MOC3011M 的靜態(tài) dv/dt，則會打開三端雙向可控硅開關(guān)。

輸入電路

電阻輸入

當(dāng)輸入條件得到很好的控制時，例如從邏輯門驅(qū)動 MOC3011M 時，只需要一個電阻來將門連接到 MOC3011M 的輸入 LED。應(yīng)選擇電阻器以將進(jìn)入 LED 的電流設(shè)置為最小 10 mA 但不超過 50 mA。15 mA 是一個合適的值，它允許 LED 隨著時間的推移顯著退化，并確保耦合器的較長工作壽命。高于 15 mA 的電流不會提高性能，而且可能會加速 LED 固有的老化過程。假設(shè)在 15 mA 時正向壓降為 1.5 V，則可以使用簡單的公式來計算輸入電阻。

RI = (VCC – 1.5)/0.015

輸入保護(hù)電路

MOC3011M 輸入保護(hù)電路

在某些應(yīng)用中，例如固態(tài)繼電器，其中輸入電壓變化很大，設(shè)計人員可能希望限制施加到 MOC3011M 的 LED 的電流。圖 3 所示的電路允許輸入電壓的非臨界范圍正確驅(qū)動 MOC3011M，同時保護(hù)輸入 LED 免受無意中應(yīng)用的反極性。

應(yīng)用實例

在 240 Vac 線路上使用 MOC3011M MOC3011M
的額定電壓不足以直接在 240 Vac 線路上使用；但是，設(shè)計者可能會串聯(lián)連接其中的兩個。以這種方式使用時，需要兩個電阻器來平衡它們兩端的電壓降。

固態(tài)繼電器

固態(tài)繼電器

圖 4 顯示了一個完整的通用固態(tài)繼電器，用于具有輸入保護(hù)的電感負(fù)載。當(dāng)設(shè)計人員對輸入和輸出條件有更多的控制時，他可以消除其特定應(yīng)用所需的那些組件，以使電路更具成本效益。

編輯：hfy