克服正负电压设计难题

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本帖最后由电子发烧友doodle 于 2017-1-4 18:37 编辑

在交流电源里，电压有时为正有时为负。对于不经常使用双向可控硅的设计人员来说，「负电压」可能听起来很奇怪，因为世界上不可能存在采用负电压工作的集成电路。然而，在某些应用，采用负输出驱动双向可控硅更为合适。

在交流电源里，电压有时为正有时为负。对于不经常使用双向可控硅的设计人员来说，「负电压」可能听起来很奇怪，因为世界上不可能存在采用负电压工作的集成电路。然而，正如本文所述，从正输出驱动双向可控硅仅需简单的解决方案即可，但在某些时候，采用负输出驱动双向可控硅更为合适。

正负电源供应原理

如果功率半导体组件只能通过电源进行控制，其驱动参考点与市电（线路或中性端子）连接时，通常须要使用非绝缘电源。例如，触发双向可控硅、ACST、ACS或可控硅整流器（SCR）等交流开关的情况。这些组件均由栅极电流进行控制。该栅极电流只能施加在栅极针脚上，并在栅极和交流开关参考端子之间循环流动，其中参考端子指可控硅整流器的阴极（K）、双向可控硅的A1或ACST和ACS的COM。由于交流开关控制电路和其电源只能连接到组件参考端子（回联机电压），因此须使用非绝缘电源。

有两种方式将该驱动参考点与非绝缘电源连接：

方案1：将控制电路接地（VSS）与驱动参考点连接。

方案2：将控制电路电源电压（VDD）与驱动参考点连接。

由于开关驱动参考点也是零电压点（VSS），因此图1a所示的方案1最常用。由于电源电压（VDD）实际高于市电端子电势（线路或中性），且电源端子电势与驱动参考点（VSS）连接，因此，此种拓扑称为正电压。如果电源为5V，则VDD比市电参考点（图1a示例中的中性端子）高5V。如下文所述，该拓扑结构仅可直接与标准双向可控硅和可控硅整流器一起使用，而不能与非标准双向可控硅、ACS和ACST一起使用。但根据本文结尾所述，使用者可进行某些简单修改来控制所有正电压的组件。

图1　电源极性定义。

图1b所示的方案2称为负电压。电源电压参考点（VSS）实际低于与市电参考点连接的A1或COM。如果电源为5V，则VSS比线路参考点低5V，或与线路相比为–5V。根据下文所述，该拓扑结构可与所有双向可控硅、ACS和ACST一起使用，但不能与可控硅整流器一起使用。

电源输出极性与交流开关技术的一致性

为开启双极器件等交流开关，必须在开关栅极针脚（G）和驱动参考端子之间施加栅极电流。然后会出现几种情况。

．对于可控硅整流器，该栅极电流必须为正（从G向K流动）。

．对于双向可控硅和ACST，该栅极电流可为正也可为负（取决于施加给组件的电压）。

．对于ACS，该栅极电流必须为负（从COM向G流动）。

采用正电压很容易驱动可控硅整流器。如果阴极与VSS相连，如图1a所示，当控制电路（通常是一个微控制器）输出针脚处于较高电平时，电流来源于可控硅整流器的栅极。另一方面，直接驱动ACS需要负电源，如图1b所示。因此，当控制电路输出针脚处于较低电平时，电流应来自可控硅整流器的栅极。

对于双向可控硅、ACS和ACST，可根据开启前组件的栅极电流极性和电压极性定义四个触发象限。当栅极电流来源于栅极时，其可视为正电流。当电压与驱动参考点有关时，电压可视为正电压。不同的象限分别为

．象限一：正栅极电流和正电压。

．象限二：负栅极电流和正电压。

．象限三：负栅极电流和负电压。