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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。

B

A

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