双向可控硅在短路保护中的应用
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摘要：利用双向可控硅的开关原理设计了一种短路保护电路。在电路发生短路故障时，瞬间切断负载电源，保护设备不受损坏。在排除电路故障后，设备才能正常启动。此电路可应用于单相设备中对设备进行短路保护，也可应用于对电气控制回路安装后的短路检测。
关键词：双向可控硅；短路保护；短路检测
作者简介：卫俊玲（1977-），女，山西河津人，天津职业大学机电工程与自动化学院，讲师。（天津 300410）金海龙（1976-），男，天津人，华电重工机械有限公司，工程师。（天津 300400）
中图分类号：TM773 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）36-0144-01
短路故障发生后，电路的阻抗比正常运行时电路的阻抗小得多，短路电流比正常工作电流大几十倍，甚至几百倍。在高压下，电路中的短路电流可达数千安培，从而对电路中的导线、开关以及其他元器件造成极大的危害，同时还会影响到整个电路的正常工作。因此对极易发生短路故障的设备应有相应的短路保护措施，当发生短路故障时能迅速切断负载电源，以保护设备不受损坏。
常见的起短路保护作用的器件有熔断器、断路器等，随着电力电子技术的发展，双向可控硅作为一种理想的交流开关器件得到了广泛应用，本文将介绍其在电路短路保护中的应用。
一、双向可控硅
双向可控硅是在普通可控硅的基础上发展起来的，普通可控硅属于直流控制器件，要控制交流负载，必须将两只可控硅反极性并联，让每只可控硅控制一个半波，需两套独立的触发电路，使用极不方便。而双向可控硅它不仅能代替两只反极性并联的可控硅，而且仅需一个触发电路，是比较理想的交流开关器件。[1]
从形式上看，双向可控硅TRIAC（Triode ACSemiconductor Switch）可看成两只普通可控硅的组合，但实际上它是由7只晶体管和多只电阻构成的功率集成器件，其符号与结构如图1，三个电极分别是T1、T2、G，因其可以双向导通，故除门极G以外的两个电极统称为主端子，用T1、T2表示，不再划分成阳极或阴极，其特点是，当G极和T2极相对于T1的电压均为正时，T2是阳极，T1是阴极。反之，当G极和T2 极相对于T1的电压均为负时，T1变成阳极，T2为阴极。
双向可控硅的门极和T2极之间加正、负触发信号均能使管子触发导通，其触发方式有四种如图2。对于双向可控硅来说，在不同的象限有具体的触发电压、电流以及在触发时刻所产生的触发脉冲，并有一定的差异，双向可控硅在象限1、3的触发电流较象限2要小，且平稳性要高。[2]本设计中选择可控硅工作在象限1。
小功率双向可控硅一般采用塑料封装，有的还带散热片。典型产品有BCMlAM（1A／600V）、BCM3AM（3A／600V）、2N6075（4A／600V）、MAC218-10（8A／800V）等。飞利浦的3象限高换向性三端双向可控硅可为任何负载提供可靠控制，在控制非线性、电感性或电容性负载时，具有卓越的抗电器噪声与错误触发能力，可以降低许多标准4象限三端双向可控硅所需的保护器件需求。
二、短路保护电路原理
短路保护电路原理与简图。其中，RL为所接负载，四个二极管组成一整流桥，IC是光耦可控硅，VD6为短路故障指示灯。按下启动/复位按扭S，负载RL有电流通过，经整流，R1限流后，使IC初级发光管点亮，次级可控硅导通，从而触发可控硅VT导通，负载RL的电流得以维持，松开S后，RL仍能正常工作。当负载RL发生短路时，其两端电压骤然降低甚至消失，硅桥整流二极管与IC迅速截止，可控硅VT截止关断负载电源，电路瞬间断电自锁。此时，发光二极管VD6点亮，负载处于断电状态，从而使负载得以保护。电路中的电容C用以吸收双向可控硅关断瞬间可能产生的光峰电压，防止可控硅被损坏。R4*是防止启动时短路故障仍存在，而造成S触点短路事故。
如果短路故障已排除，则按下S，电路可以重新启动；如果仍存在短路故障，则电路将无法正常启动，VD6点亮指示电路仍处于短路状态。
电路中IC光耦可控硅的型号可选MOC3020、MOC3021或MOC3041等，双向可控硅可根据负载功率选用，电流容量宜在负载电流的3倍以上，耐压值宜选600V以上。[3]
三、结束语
学生做电类实验实训操作时，经常会发生短路接线错误，此短路保护电路能起到短路故障指示作用，避免以往发生短路时烧毁保险管的情况。同时，只有在学生排除短路故障后，方可继续进行实验实训。 经实际测试使用，该电路简单，运行可靠。
在实际应用中可将图4虚线框内的短路保护模块集成在一起，做出相应的电源与负载接口，其应用模块简图。
该单相负载短路保护电路可应用于易发生短路故障的设备或电器，也可应用于对电气控制回路安装后的短路检测，能有效避免电气控制调试过程中短路故障的发生。此电路结构简单，工作可靠，具有一定的实用价值。
参考文献：
[1]王兆安,刘进军.电力电子技术(第5版)[M].北京:机械工业出版社,2009.
[2]郭伟,谢劲松,孙晓君,等.双向可控硅不同象限触发方式可靠性探究[J].电子产品可靠性与环境试验,2008,(10):40-44.
[3]黄继昌.电子元器件应用手册[M].北京:人民邮电出版社,2004.