随机相位交叉三端双向可控硅驱动器应用分析
本文档全面讨论了随机相位交叉三端双向可控硅驱动器及其最常见的应用。它将从三端双向可控硅驱动器的基本电气描述开始。接下来是关于使用驱动器本身及其输入电路的讨论。最后一部分将是设备的应用示例。
结构
MOC30XX 系列随机相位（非零交叉）双向可控硅驱动器由一个铝砷化镓红外 LED 组成，光耦合到一个硅检测器芯片。这两个芯片组装在 6 引脚 DIP 封装中，在 LED 和输出检测器之间提供 7.5KVAC(PEAK) 绝缘。这些输出检测器芯片设计用于驱动控制 115 和 220V 交流电源线上负载的三端双向可控硅开关元件。检测器芯片是一种复杂的器件，其功能与小型双向可控硅相同，可产生驱动较大双向可控硅（如飞兆半导体的 FKPF12N80）栅极所需的信号。MOC30XX 双向可控硅能够以最少数量的附加组件控制更大功率的双向可控硅。
基本电气说明
AlGaAs LED 在 10 mA 时的标称正向压降为 1.3 V，反向击穿电压大于 3 V。通过 LED 的最大电流为 60 mA。
在关闭状态下，检测器在任一方向上的最小阻断电压为 250 Vdc。在开启状态下，检测器将在任一方向通过 100 mA，
设备上的压降小于 3 V。一旦触发进入开启（导电）状态，即使没有电流流过 LED，检测器也将保持在那里，直到终端电流降至保持电流（通常为 100 μA）以下，此时检测器恢复到关闭（非- 传导）状态。通过超过正向阻断电压、以超过静态 dv/dt 额定值的速率通过探测器的电压斜坡或来自 LED 的光子，探测器可能会被触发进入开启状态。
光耦合随机相位三端双向可控硅驱动器的示意图
当通过 LED 的电流等于或大于 IFT(max) 规范时，规范保证 LED 触发检测器进入导通状态。例如 MOC3011M 需要至少 10mA 的 LED 电流来保证开启。类似的器件 MOC3012M 具有完全相同的特性，只是它只需要 5 mA 即可触发。
由于这些器件本质上看起来像一个小型的光触发双向可控硅，我们选择将其表示为图 1 所示。
使用 MOC3011M 作为双向可控硅驱动器
简单的双向可控硅门控电路
图 2 显示了一个使用 MOC3011M 的简单三端双向可控硅驱动电路。MOC3011M 的最大浪涌电流额定值通过以下公式设置 R1 的最小值：
R1 (min) = Vin(pk)/1.2A
如果我们在 115 Vac 标称线路电压下运行，Vin(pk) = 180 V，则：
R1 (min) = Vin(pk)/1.2A = 150 欧姆。
实际上，这将是一个 150 或 180 欧姆的电阻器。如果三端双向可控硅开关元件的IGT = 100 mA且VGT = 2 V，则触发三端双向可控硅开关元件所需的电压Vin将由下式给出：
VinT = R1•IGT + VGT + VTM = 20 V
阻性负载
驱动阻性负载时，可以使用图 2 的电路。白炽灯和电阻加热元件是使用 115 Vac 的电阻负载的两大类。主要限制是必须正确选择双向可控硅以维持适当的浪涌负载。白炽灯有时会产生称为“闪络”的峰值电流，该电流可能非常高，可控硅应由保险丝保护或额定值足够高以维持该电流。
感性负载 - 换向 dv/dt
感性负载（电机、螺线管、磁铁等）对双向可控硅和 MOC3011M 都存在问题，因为电压和电流彼此不同相。由于三端双向可控硅开关在零电流时关闭，因此当施加的电流为零但施加的电压很高时，它可能会尝试关闭。这对三端双向可控硅开关来说就像外加电压的突然上升，如果上升速率超过三端双向可控硅开关的换向 dv/dt 或 MOC3011M 的静态 dv/dt，则会打开三端双向可控硅开关。
输入电路
电阻输入
当输入条件得到很好的控制时，例如从逻辑门驱动 MOC3011M 时，只需要一个电阻来将门连接到 MOC3011M 的输入 LED。应选择电阻器以将进入 LED 的电流设置为最小 10 mA 但不超过 50 mA。15 mA 是一个合适的值，它允许 LED 随着时间的推移显着退化，并确保耦合器的较长工作寿命。高于 15 mA 的电流不会提高性能，而且可能会加速 LED 固有的老化过程。假设在 15 mA 时正向压降为 1.5 V，则可以使用简单的公式来计算输入电阻。
RI = (VCC – 1.5)/0.015
输入保护电路
MOC3011M 输入保护电路
在某些应用中，例如固态继电器，其中输入电压变化很大，设计人员可能希望限制施加到 MOC3011M 的 LED 的电流。图 3 所示的电路允许输入电压的非临界范围正确驱动 MOC3011M，同时保护输入 LED 免受无意中应用的反极性。
应用实例
在 240 Vac 线路上使用 MOC3011M MOC3011M的额定电压不足以直接在 240 Vac 线路上使用；但是，设计者可能会串联连接其中的两个。以这种方式使用时，需要两个电阻器来平衡它们两端的电压降。
固态继电器
图 4 显示了一个完整的通用固态继电器，用于具有输入保护的电感负载。当设计人员对输入和输出条件有更多的控制时，他可以消除其特定应用所需的那些组件，以使电路更具成本效益。
