可控硅整流器(SCR)及其衍生器件如雙向可控硅(Triac)、ACST和ACS等，在電力電子電路中扮演著重要角色。這些器件的驅(qū)動電路設(shè)計和電源選擇直接影響其性能和可靠性。在某些情況下，負電源成為優(yōu)先選擇的方案。

一、正負電源的基本概念

在交流電源中，電壓的極性隨時間變化，有時為正，有時為負。對于集成電路來說，通常只使用正電源，但在交流開關(guān)控制電路中，負電源卻有其獨特的優(yōu)勢。

正電源是指電源電壓高于參考點(通常為地)的電源，而負電源則是電源電壓低于參考點的電源。在可控硅整流驅(qū)動電路中，這兩種電源的選擇直接影響柵極電流的方向和開關(guān)器件的觸發(fā)條件。

二、可控硅整流器的工作原理

可控硅整流器是一種電流控制器件，通過柵極電流控制其導(dǎo)通和關(guān)斷。柵極電流必須加在柵極引腳上，并流經(jīng)柵極和參考端子(如SCR的陰極K)?？煽毓枵髌髦荒茉谡龞艠O電流和陽極-陰極之間施加正電壓的條件下導(dǎo)通。

雙向可控硅、ACST和ACS等器件的觸發(fā)條件更為復(fù)雜，它們可以在不同的柵極電流和電壓極性組合下導(dǎo)通。這些組合被稱為觸發(fā)象限，通常分為四個象限：

象限1：正柵極電流和正電壓

象限2：負柵極電流和正電壓

象限3：負柵極電流和負電壓

象限4：正柵極電流和負電壓

三、負電源的優(yōu)勢

兼容性：

負電源兼容除SCR外的所有交流開關(guān)技術(shù)。這是因為SCR只能由正柵極電流觸發(fā)，而雙向可控硅、ACST和ACS則可以在正負柵極電流下觸發(fā)。因此，使用負電源可以更加靈活地選擇和控制這些器件。

電路設(shè)計的靈活性：

使用負電源時，可以更容易地實現(xiàn)某些特定的電路功能。例如，在驅(qū)動ACS開關(guān)時，需要負柵極電流，這時負電源成為唯一的選擇。此外，負電源還可以簡化某些復(fù)雜電路的設(shè)計，如通過修改柵極電路，可以使用正電源驅(qū)動三象限雙向可控硅，但這種方法通常不如直接使用負電源來得簡單和直接。

能效和成本：

在能效和成本方面，負電源也有其優(yōu)勢。雖然正輸出開關(guān)式電源在降低待機功耗方面表現(xiàn)更好，但在許多應(yīng)用中，只需要控制交流開關(guān)，這時可以考慮使用負電源。降壓升壓轉(zhuǎn)換器支持負電壓輸出，且其拓撲結(jié)構(gòu)與降壓轉(zhuǎn)換器一樣容易實現(xiàn)。此外，與降壓轉(zhuǎn)換器相比，降壓升壓轉(zhuǎn)換器節(jié)省了輸出負載電阻或輸出齊納二極管，從而降低了成本。

安全性：

在某些情況下，使用負電源還可以提高電路的安全性。例如，在電機控制器中，通常給交流開關(guān)串聯(lián)一個分流器來檢測負載電流。如果采用正電源，當分流器上的電壓升高時，被測量電壓也隨之升高，這可能導(dǎo)致電路故障或損壞。而使用負電源時，可以通過調(diào)整電路結(jié)構(gòu)來避免這種風險。

四、實際應(yīng)用中的負電源設(shè)計

在實際應(yīng)用中，負電源的設(shè)計需要考慮多個因素，包括電源電壓的選擇、電源拓撲結(jié)構(gòu)的確定以及驅(qū)動電路的實現(xiàn)等。

電源電壓的選擇：

電源電壓的選擇應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用需求來確定。一般來說，電源電壓應(yīng)足夠高以驅(qū)動開關(guān)器件，但也不能過高以免造成器件損壞或功耗過大。在選擇電源電壓時，還需要考慮電源的穩(wěn)定性和紋波等因素。

電源拓撲結(jié)構(gòu)的確定：

電源拓撲結(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)根據(jù)電路的具體要求來確定。常見的電源拓撲結(jié)構(gòu)包括降壓轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換器、降壓升壓轉(zhuǎn)換器等。在選擇電源拓撲結(jié)構(gòu)時，需要考慮電路的輸入輸出電壓范圍、功率需求、效率要求以及成本等因素。

驅(qū)動電路的實現(xiàn)：

驅(qū)動電路的實現(xiàn)是負電源設(shè)計中的關(guān)鍵部分。驅(qū)動電路應(yīng)能夠可靠地產(chǎn)生所需的柵極電流和電壓極性組合，以觸發(fā)開關(guān)器件。在設(shè)計驅(qū)動電路時，需要考慮電路的復(fù)雜性、可靠性以及成本等因素。

五、結(jié)論

綜上所述，可控硅整流驅(qū)動電路中優(yōu)先選用負電源的原因主要包括兼容性、電路設(shè)計的靈活性、能效和成本以及安全性等方面。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和電路要求來確定電源電壓、電源拓撲結(jié)構(gòu)以及驅(qū)動電路的實現(xiàn)方式。通過合理的負電源設(shè)計，可以實現(xiàn)高效、可靠且安全的可控硅整流驅(qū)動電路。