双向交流开关教程

二极管交流开关（简称Diac ）是另一种固态、三层、双结半导体器件，但与晶体管不同，Diac没有基极连接，这使其成为两端器件，标记为 A 1和 A 2。

双向二极管是一种电子元件，它不提供控制或放大功能，但其作用类似于双向开关二极管，因为它们可以从合适的交流电压源的任一极性传导电流。

在我们关于SCR和三端双向可控硅的教程中，我们看到在开关应用中，这些设备可以通过产生稳态栅极电流的简单电路触发，如图所示。

晶闸管电路

当开关S1断开时，没有栅极电流流动，灯处于“关闭”状态。当开关 S1 闭合时，栅极电流 I G流动，并且 SCR 仅在正半周导通，因为它在象限Ι中工作。

一旦门控“开启”，SCR 只会在其电源电压降至某个值，使得其阳极电流I A小于其保持电流I H的值时，才会再次“关闭” 。

如果我们希望控制灯电流的平均值，而不仅仅是将其“打开”或“关闭”，我们可以在预设的触发点施加一个栅极电流的短脉冲，以允许 SCR 的导通仅在半周期的一部分内发生。然后，通过改变周期开始和触发点之间的延迟时间T ，可以改变灯电流的平均值。这种方法通常称为“相位控制”。

但要实现相位控制，需要两个条件。一是可变相移电路（通常是 RC 无源电路），二是某种形式的触发电路或装置，当延迟波形达到一定水平时，它可以产生所需的栅极脉冲。一种设计用于产生这些栅极脉冲的固态半导体装置是双向交流开关。

双向二极管的结构类似于晶体管，但没有基极连接，因此可以以任一极性连接到电路中。双向二极管主要用作相位触发和可变功率控制应用中的触发设备，因为双向二极管有助于提供更尖锐、更即时的触发脉冲（而不是稳定上升的斜坡电压），用于“打开”主开关设备。

下面给出了双向交流开关的符号和双向交流开关的电压-电流特性曲线。

双向交流开关符号和 IV 特性

双向交流开关特性

从上面的双向交流开关 IV 特性曲线可以看出，双向交流开关会阻断两个方向的电流，直到施加的电压大于V BR，此时器件发生击穿，双向交流开关会以与齐纳二极管通过突然的电压脉冲类似的方式进行强导通。这个V BR点称为双向交流开关击穿电压或击穿电压。

在普通齐纳二极管中，当电流增加时，其两端的电压将保持不变。然而，在双向交流开关中，晶体管动作会导致电压随着电流的增加而降低。一旦处于导通状态，双向交流开关的电阻就会降至非常低的值，从而允许相对较大的电流流过。对于常见的双向交流开关，例如 ST2 或 DB3，其击穿电压通常在 ±25 至 35 伏左右。可提供更高的击穿电压额定值，例如 DB4 双向交流开关的击穿电压为 40 伏。

此动作使双向交流开关具有如上所示的负电阻特性。由于双向交流开关是一种对称设备，因此它对正电压和负电压具有相同的特性，正是这种负电阻作用使双向交流开关适合用作 SCR 或三端双向可控硅开关的触发设备。

双向交流开关元件应用

如上所述，双向晶闸管通常用作其他半导体开关器件（主要是 SCR 和三端双向晶闸管）的固态触发装置。三端双向晶闸管广泛用于诸如灯调光器和电机速度控制器等应用，因此双向晶闸管与三端双向晶闸管一起使用，以提供交流电源的全波控制，如图所示。

双向交流开关元件交流相位控制

双向可控硅开关元件相位控制

随着交流电源电压在周期开始时增加，电容器C通过固定电阻器R1和电位器VR 1的串联组合充电，其极板上的电压增加。当充电电压达到双向二极管的击穿电压（对于 ST2 约为 30 V）时，双向二极管击穿，电容器通过双向二极管放电。

放电产生突然的电流脉冲，触发三端双向可控硅开关导通。触发三端双向可控硅开关的相位角可以通过VR1来改变，VR1 控制电容器的充电速率。当 VR1 处于值时，电阻器 R1 将栅极电流限制为安全值。

一旦三端双向可控硅开关元件被触发导通，它就会通过流过它的负载电流保持其“导通”状态，而电阻器-电容器组合两端的电压受三端双向可控硅开关元件的“导通”电压限制，并保持到交流电源的当前半周期结束。

在半周期结束时，电源电压降至零，使流过三端双向可控硅开关的电流降至其保持电流以下，I H将其关闭，二端双向可控硅开关停止导通。然后，电源电压进入下一个半周期，电容器电压再次开始上升（这次是相反方向），三端双向可控硅开关触发周期再次重复。

双向可控硅导通波形

然后，我们看到了双向晶闸管是一种非常有用的设备，它可用于触发三端双向晶闸管，并且由于其负电阻特性，一旦达到一定的施加电压水平，它就可以快速“打开”。但是，这意味着每当我们想使用三端双向晶闸管进行交流电源控制时，我们也需要一个单独的双向晶闸管。幸运的是，某个地方的某个聪明人用一个称为 Quadrac 的开关设备取代了单独的双向晶闸管和三端双向晶闸管。

四轮驱动车

Quadrac基本上是双向晶闸管和三端双向晶闸管，它们被组装在一个半导体封装内，因此也被称为“内部触发三端双向晶闸管”。这种一体化双向设备使用主端子电压的任一极性进行栅极控制，这意味着它可用于全波相位控制应用，例如加热器控制、灯调光器和交流电机速度控制等。

四轮驱动车

与三端双向可控硅一样，四端双向可控硅是一种三端半导体开关装置，其中MT2表示主端子一（通常是阳极），MT1表示主端子二（通常是阴极），G表示栅极端子。

四极双向可控硅开关有多种封装类型，具体取决于电压和电流切换要求，其中常见的是 TO-220 封装。四极双向可控硅开关被设计为大多数三端双向可控硅开关设备的替代品。

双向交流开关教程摘要

在本双向交流开关教程中，我们已了解双向交流开关（例如 ST2 或 DB3）是一种可以双向导通的双端电压阻断装置。双向交流开关具有负电阻特性，一旦达到特定的施加电压水平，便可以快速“开启”。

由于双向晶闸管是一种双向设备，当与 BTAxx-600A 或 IRT80 系列开关三端双向晶闸管配对时，它可用作相位控制和通用交流电路（如调光器和电机速度控制器）中的触发设备。

四极开关只是三端双向可控硅开关元件，内部连接有双向可控硅开关元件。与三端双向可控硅开关元件一样，四极开关元件是双向交流开关，可由主端子电压的任一极性进行栅极控制。