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(dòng)電路設(shè)計(jì)和電源選擇直接影響其性能和可靠性。在某些情況下，負(fù)電源成為優(yōu)先選擇的方案。

一、正負(fù)電源的基本概念

在交流電源中，電壓的極性隨時(shí)間變化，有時(shí)為正，有時(shí)為負(fù)。對(duì)于集成電路來(lái)說(shuō)，通常只使用正電源，但在交流開(kāi)關(guān)控制電路中，負(fù)電源卻有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

正電源是指電源電壓高于參考點(diǎn)(通常為地)的電源，而負(fù)電源則是電源電壓低于參考點(diǎn)的電源。在可控硅整流驅(qū)動(dòng)電路中，這兩種電源的選擇直接影響柵極電流的方向和開(kāi)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(guò)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(yáng)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(gè)象限：

象限1：正柵極電流和正電壓

象限2：負(fù)柵極電流和正電壓

象限3：負(fù)柵極電流和負(fù)電壓

象限4：正柵極電流和負(fù)電壓

三、負(fù)電源的優(yōu)勢(shì)

兼容性：

負(fù)電源兼容除SCR外的所有交流開(kāi)關(guān)技術(shù)。這是因?yàn)镾CR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(fù)柵極電流下觸發(fā)。因此，使用負(fù)電源可以更加靈活地選擇和控制這些器件。

電路設(shè)計(jì)的靈活性：

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

能效和成本：

在能效和成本方面，負(fù)電源也有其優(yōu)勢(shì)。雖然正輸出開(kāi)關(guān)式電源在降低待機(jī)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(kāi)關(guān)，這時(shí)可以考慮使用負(fù)電源。降壓升壓轉(zhuǎn)換器支持負(fù)電壓輸出，且其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與降壓轉(zhuǎn)換器一樣容易實(shí)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(fù)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(fù)電源還可以提高電路的安全性。例如，在電機(jī)控制器中，通常給交流開(kāi)關(guān)串聯(lián)一個(gè)分流器來(lái)檢測(cè)負(fù)載電流。如果采用正電源，當(dāng)分流器上的電壓升高時(shí)，被測(cè)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(fù)電源時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整電路結(jié)構(gòu)來(lái)避免這種風(fēng)險(xiǎn)。

四、實(shí)際應(yīng)用中的負(fù)電源設(shè)計(jì)

在實(shí)際應(yīng)用中，負(fù)電源的設(shè)計(jì)需要考慮多個(gè)因素，包括電源電壓的選擇、電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的確定以及驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)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(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，電源電壓應(yīng)足夠高以驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)器件，但也不能過(guò)高以免造成器件損壞或功耗過(guò)大。在選擇電源電壓時(shí)，還需要考慮電源的穩(wěn)定性和紋波等因素。

電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的確定：

電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)根據(jù)電路的具體要求來(lái)確定。常見(jiàn)的電源拓?fù)浣Y(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?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，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(dòng)電路的實(shí)現(xiàn)：

驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)現(xiàn)是負(fù)電源設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部分。驅(qū)動(dòng)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(kāi)關(guān)器件。在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，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(dòng)電路中優(yōu)先選用負(fù)電源的原因主要包括兼容性、電路設(shè)計(jì)的靈活性、能效和成本以及安全性等方面。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和電路要求來(lái)確定電源電壓、電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)現(xiàn)方式。通過(guò)合理的負(fù)電源設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)高效、可靠且安全的可控硅整流驅(qū)動(dòng)電路。