在交流電源裏，電壓有時為正有時為負。對於不經常使用雙向可控矽的設計人員來說，「負電壓」可能聽起來很奇怪
，因為世界上不可能存在采用負電壓工作的集成電路。然而，在某些應用
，采用負輸出驅動雙向可控矽更為合適。

 

在交流電源裏，電壓有時為正有時為負。對於不經常使用雙向可控矽的設計人員來說，「負電壓」可ke能neng聽ting起qi來lai很hen奇qi怪guai
，因yin為wei世shi界jie上shang不bu可ke能neng存cun在zai采cai用yong負fu電dian壓ya工gong作zuo的de集ji成cheng電dian路lu。然ran而er
，正zheng如ru本ben文wen所suo述shu，從cong正zheng輸shu出chu驅qu動dong雙shuang向xiang可ke控kong矽gui僅jin需xu簡jian單dan的de解jie決jue方fang案an即ji可ke，但dan在zai某mou些xie時shi候hou，采cai用yong負fu輸shu出chu驅qu動dong雙shuang向xiang可ke控kong矽gui更geng為wei合he適shi。

 

 

如果功率半導體組件隻能通過電源進行控製，其驅動參考點與市電（線路或中性端子）連接時，通常須要使用非絕緣電源。例如，觸發雙向可控矽、ACST
、ACS或可控矽整流器（SCR）等交流開關的(de)情(qing)況(kuang)。這(zhe)些(xie)組(zu)件(jian)均(jun)由(you)柵(zha)極(ji)電(dian)流(liu)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)。該(gai)柵(zha)極(ji)電(dian)流(liu)隻(zhi)能(neng)施(shi)加(jia)在(zai)柵(zha)極(ji)針(zhen)腳(jiao)上(shang)，並(bing)在(zai)柵(zha)極(ji)和(he)交(jiao)流(liu)開(kai)關(guan)參(can)考(kao)端(duan)子(zi)之(zhi)間(jian)循(xun)環(huan)流(liu)動(dong)，其(qi)中(zhong)參(can)考(kao)端(duan)子(zi)指(zhi)可(ke)控(kong)矽(gui)整(zheng)流(liu)器(qi)的(de)陰(yin)極(ji)（K）
、雙向可控矽的A1或ACST和ACS的COM。由於交流開關控製電路和其電源隻能連接到組件參考端子（回聯機電壓）
，因此須使用非絕緣電源。

 

有兩種方式將該驅動參考點與非絕緣電源連接：

 

方案1：將控製電路接地（VSS）與驅動參考點連接。

 

方案2：將控製電路電源電壓（VDD）與驅動參考點連接。

 

由於開關驅動參考點也是零電壓點（VSS），因此圖1a所示的方案1最常用。由於電源電壓（VDD）實際高於市電端子電勢（線路或中性）


，且電源端子電勢與驅動參考點（VSS）連接
，因此，此種拓撲稱為正電壓。如果電源為5V，則VDD比市電參考點（圖1a示例中的中性端子）高5V。如下文所述，該拓撲結構僅可直接與標準雙向可控矽和可控矽整流器一起使用，而不能與非標準雙向可控矽
、ACS和ACST一起使用。但根據本文結尾所述，使用者可進行某些簡單修改來控製所有正電壓的組件。

圖1　電源極性定義。

 

圖1b所示的方案2稱為負電壓。電源電壓參考點（VSS）實際低於與市電參考點連接的A1或COM。如果電源為5V，則VSS比線路參考點低5V，或與線路相比為–5V。根據下文所述，該拓撲結構可與所有雙向可控矽、ACS和ACST一起使用，但不能與可控矽整流器一起使用。

 

 

為開啟雙極器件等交流開關，必須在開關柵極針腳（G）和驅動參考端子之間施加柵極電流。然後會出現幾種情況。

 

．對於可控矽整流器，該柵極電流必須為正（從G向K流動）。

 

．對於雙向可控矽和ACST
，該柵極電流可為正也可為負（取決於施加給組件的電壓）。

 

．對於ACS
，該柵極電流必須為負（從COM向G流動）。

 

采用正電壓很容易驅動可控矽整流器。如果陰極與VSS相連，如圖1a所示，當控製電路（通常是一個微控製器）輸出針腳處於較高電平時，電流來源於可控矽整流器的柵極。另一方麵

，直接驅動ACS需要負電源，如圖1b所示。因此，當控製電路輸出針腳處於較低電平時
，電流應來自可控矽整流器的柵極。

 

對於雙向可控矽、ACS和ACST，可(ke)根(gen)據(ju)開(kai)啟(qi)前(qian)組(zu)件(jian)的(de)柵(zha)極(ji)電(dian)流(liu)極(ji)性(xing)和(he)電(dian)壓(ya)極(ji)性(xing)定(ding)義(yi)四(si)個(ge)觸(chu)發(fa)象(xiang)限(xian)。當(dang)柵(zha)極(ji)電(dian)流(liu)來(lai)源(yuan)於(yu)柵(zha)極(ji)時(shi)，其(qi)可(ke)視(shi)為(wei)正(zheng)電(dian)流(liu)。當(dang)電(dian)壓(ya)與(yu)驅(qu)動(dong)參(can)考(kao)點(dian)有(you)關(guan)時(shi)，電(dian)壓(ya)可(ke)視(shi)為(wei)正(zheng)電(dian)壓(ya)。不(bu)同(tong)的(de)象(xiang)限(xian)分(fen)別(bie)為(wei)

 

．象限一：正柵極電流和正電壓。

 

．象限二：負柵極電流和正電壓。

 

．象限三：負柵極電流和負電壓。

 

．象限四：正柵極電流和負電壓。

 

根據雙向可控矽、ACS和ACST組(zu)件(jian)技(ji)術(shu)，這(zhe)些(xie)組(zu)件(jian)可(ke)在(zai)每(mei)個(ge)象(xiang)限(xian)中(zhong)觸(chu)發(fa)或(huo)僅(jin)可(ke)在(zai)某(mou)些(xie)象(xiang)限(xian)中(zhong)觸(chu)發(fa)。對(dui)於(yu)可(ke)控(kong)矽(gui)整(zheng)流(liu)器(qi)，由(you)於(yu)僅(jin)正(zheng)柵(zha)極(ji)電(dian)流(liu)才(cai)可(ke)開(kai)啟(qi)組(zu)件(jian)，且(qie)僅(jin)在(zai)其(qi)陽(yang)極(ji)和(he)陰(yin)極(ji)端(duan)子(zi)上(shang)施(shi)加(jia)正(zheng)電(dian)壓(ya)時(shi)才(cai)可(ke)開(kai)啟(qi)，這(zhe)些(xie)組(zu)件(jian)通(tong)常(chang)不(bu)考(kao)慮(lv)觸(chu)發(fa)象(xiang)限(xian)。

 

表1顯示了不同組件技術適用的不同象限，並且列出了構成直接驅動電路的電源極性一致性，如表1所suo示shi。可ke看kan出chu負fu電dian源yuan適shi用yong於yu所suo有you交jiao流liu開kai關guan技ji術shu，但dan可ke控kong矽gui整zheng流liu器qi除chu外wai。由you於yu負fu輸shu出chu允yun許xu使shi用yong任ren何he其qi他ta技ji術shu更geng改gai某mou一yi零ling件jian號hao

，因yin此ci采cai用yong負fu輸shu出chu成cheng為wei首shou選xuan。

 

 

如果微控製器（MCU）供應正電壓並采用微處理器觸發第三象限的雙向可控矽、ACST或ACS，就會出現問題。如表1所示，在這種情況下確實不能進行直接控製。此外
，開關電源（SMPS）jingchangyongyushiyingbutongdedaijigonghaozhilinghuobiaozhun。youyujuyouzhengshuchudekaiguandianyuanshidishuchudianliutuojizhuanhuanqizuichangyongdetuopujiegou，yincizhuyaogenjujiangyazhuanhuanqidexuanxinglaijinxingkaiguandianyuandexuanxing。

 

但在許多應用中僅須控製交流開關，因此應施加負電壓。而降壓-升壓轉換器允許負輸出。這種拓撲結構與降壓轉換器同樣易於實現。此外，對於降壓-升壓轉換器，由於其要求使用降壓拓撲結構，因此不需要增加輸出負載電阻或輸出穩壓管。實際上，對於降壓
，輸出電容器在每次MOSFET接通期間都會充電
，從而在無負載或較小負載的情況下導致輸出過高。

 

降壓-升sheng壓ya轉zhuan換huan器qi的de效xiao率lv及ji最zui大da輸shu出chu電dian流liu應ying低di於yu降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi，而er輸shu出chu電dian容rong器qi應ying大da於yu降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi。實shi際ji上shang，對dui於yu降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi，所suo有you電dian感gan電dian流liu都dou為wei輸shu出chu電dian容rong器qi充chong電dian
，而er對dui於yu降jiang壓ya-升壓轉換器
，電感電流則僅在續流期間為輸出電容器充電。但230V的交流/12V直流轉換器占空比較低
，且降壓和降壓-升壓性能之間的差異不大。

 

如果兩個拓撲結構配有相同的電抗組件
，那麼它們的效率類似。

 

雖(sui)然(ran)帶(dai)有(you)負(fu)輸(shu)出(chu)的(de)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)可(ke)供(gong)使(shi)用(yong)

，但(dan)我(wo)們(men)仍(reng)將(jiang)正(zheng)輸(shu)出(chu)作(zuo)為(wei)首(shou)選(xuan)。在(zai)待(dai)機(ji)模(mo)式(shi)下(xia)，正(zheng)輸(shu)出(chu)的(de)功(gong)率(lv)消(xiao)耗(hao)更(geng)低(di)。實(shi)際(ji)上(shang)，我(wo)們(men)發(fa)現(xian)正(zheng)線(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)器(qi)的(de)內(nei)部(bu)功(gong)耗(hao)在(zai)50μA範圍內，而負穩壓器的一般功耗約為2mA。

 

這種靜態電流極大影響了開關電源的待機功耗。采用正輸出的另一原因在於3.3V微控製器的廣泛推廣

，但卻很難找到功耗較低的精確3.3V負穩壓器。

 

因此，應采用圖2的示意圖，將負電源的優勢和正穩壓器的優勢結合起來。在該示意圖中，意法半導體旗下ST715M33R正穩壓器的最大靜態電流為5.5μA，用於顯示「負」15V輸出提供的3.3V電源實現情況

，而該「負」15V輸出可以來自使用VIPer06電路的降壓-升壓轉換器或反馳式電源轉換器（Flyback Converter）。這樣，微控製器便可減弱來自T1635T-8雙向可控矽、T係列第三象限組件的電流。

圖2　用於雙向可控矽控製電路負電壓的正穩壓器。

 

 

除(chu)了(le)選(xuan)擇(ze)電(dian)源(yuan)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)外(wai)

，還(hai)有(you)其(qi)他(ta)原(yuan)因(yin)須(xu)要(yao)使(shi)用(yong)正(zheng)電(dian)源(yuan)。例(li)如(ru)，傳(chuan)感(gan)器(qi)與(yu)市(shi)電(dian)電(dian)源(yuan)連(lian)接(jie)的(de)應(ying)用(yong)情(qing)況(kuang)。這(zhe)樣(yang)可(ke)對(dui)某(mou)些(xie)特(te)定(ding)電(dian)氣(qi)參(can)數(shu)進(jin)行(xing)監(jian)測(ce)。例(li)如(ru)，對(dui)於(yu)通(tong)用(yong)馬(ma)達(da)裝(zhuang)置(zhi)，通(tong)常(chang)我(wo)們(men)會(hui)與(yu)交(jiao)流(liu)開(kai)關(guan)串(chuan)聯(lian)增(zeng)加(jia)一(yi)個(ge)分(fen)流(liu)電(dian)阻(zu)器(qi)來(lai)感(gan)知(zhi)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)，從(cong)而(er)實(shi)現(xian)速(su)度(du)或(huo)扭(niu)矩(ju)（Torque）的死循環控製。在電能計量應用中
，為計算電網中的能量損耗必須測量市電電源電壓。

 

youyuganzhifenludianliuhuoxianludianyazengjiaqingkuangxiadedianyazengjiasihugengjiaheli

，yinciwomenhuicaiyongchuantongfangshiduidianlushijiazhengdianya。cileifangshihaishiyongyufudianya。yinci，womenduiweikongzhiqidegujianluojijinxingtiaozheng，jiangcinixiangceliangcuoshikaolvzainei。

 

如果明確選擇了正電壓，我們仍有方案來驅動第三象限的雙向可控矽
、ACS或ACST。如圖3a所示，一種解決方案是與柵極電阻器（R1）簡單並聯增加一個電容器（C1），減弱來自雙向可控矽柵極的電流。

圖3　采用正電壓的第三象限雙向可控矽或ACS驅動電路。

 

 

．當微控製器I/O針腳處於高電平（VDD）時，電容器C1通過R1和雙向可控矽柵極充電。由於第三象限的雙向可控矽不能在第四象限觸發，因此在端子A2和A1的電壓為負時，該雙向可控矽不會開啟（但如果第一象限的電壓為正
，則可以開啟雙向可控矽）。

 

．當C1電容器充滿電後（向電壓為5V的微控製器供電）

，柵極電流消失。

 

．當微控製器I/O針腳處於低電平（VSS）時，C1通過R1fangdian，weishuangxiangkekongguizhajitigongfudianliu。ruguodierxiangxianhuodisanxiangxiandeduanzidianyaweizhenghuofu

，zekefenbiechufazhelianggexiangxiandeshuangxiangkekonggui。zaidianrongqiC1放電前
，電流一直為負。

 

圖3b給出了圖3a示意圖控製ACS器件（如本示例中的ACS108）特殊情況的變型。由於此類器件展示了COM和G端子之間的單獨P-N節並能夠阻止所有從G流向COM的電流
，因此增加D1二極管，用於在微控製器I/O針腳處於高電平時對C1電容器充電。

 

對於這兩種示意圖
，在微控製器I/O針(zhen)腳(jiao)施(shi)加(jia)爆(bao)發(fa)電(dian)壓(ya)脈(mai)衝(chong)時(shi)，須(xu)施(shi)加(jia)柵(zha)極(ji)交(jiao)流(liu)電(dian)流(liu)。這(zhe)種(zhong)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)的(de)優(you)勢(shi)在(zai)於(yu)
，電(dian)容(rong)器(qi)會(hui)阻(zu)礙(ai)重(zhong)置(zhi)或(huo)封(feng)閉(bi)造(zao)成(cheng)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)侵(qin)害(hai)時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)，並(bing)提(ti)高(gao)應(ying)用(yong)的(de)安(an)全(quan)等(deng)級(ji)。

 

 

weimanzudaijigonghaodebutongbiaozhun
，kaiguandianyuandeyingyongyuelaiyuepinfan。tongchangrenmenshiyongdaiyouzhengshuchudedianyuan，dandangfudianyamanzugezhongjiaoliukaiguandetiaojianshi
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