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ACSTzujianjishu
，zhexiezujiankezaimeigexiangxianzhongchufahuojinkezaimouxiexiangxianzhongchufa。duiyukekongguizhengliuqi，youyujinzhengzhajidianliucaikekaiqizujian，qiejinzaiqiyangjiheyinjiduanzishangshijiazhengdianyashicaikekaiqi
，zhexiezujiantongchangbukaolvchufaxiangxian。

 

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）經jing常chang用yong於yu適shi應ying不bu同tong的de待dai機ji功gong耗hao指zhi令ling或huo標biao準zhun。由you於yu具ju有you正zheng輸shu出chu的de開kai關guan電dian源yuan是shi低di輸shu出chu電dian流liu脫tuo機ji轉zhuan換huan器qi最zui常chang用yong的de拓tuo撲pu結jie構gou，因yin此ci主zhu要yao根gen據ju降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi的de選xuan型xing來lai進jin行xing開kai關guan電dian源yuan的de選xuan型xing。

 

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。

 

由you於yu感gan知zhi分fen路lu電dian流liu或huo線xian路lu電dian壓ya增zeng加jia情qing況kuang下xia的de電dian壓ya增zeng加jia似si乎hu更geng加jia合he理li，因yin此ci我wo們men會hui采cai用yong傳chuan統tong方fang式shi對dui電dian路lu施shi加jia正zheng電dian壓ya。此ci類lei方fang式shi還hai適shi用yong於yu負fu電dian壓ya。因yin此ci
，我wo們men對dui微wei控kong製zhi器qi的de固gu件jian邏luo輯ji進jin行xing調tiao整zheng，將jiang此ci逆ni向xiang測ce量liang措cuo施shi考kao慮lv在zai內nei。

 

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R1放fang電dian

，為wei雙shuang向xiang可ke控kong矽gui柵zha極ji提ti供gong負fu電dian流liu。如ru果guo第di二er象xiang限xian或huo第di三san象xiang限xian的de端duan子zi電dian壓ya為wei正zheng或huo負fu
，則ze可ke分fen別bie觸chu發fa這zhe兩liang個ge象xiang限xian的de雙shuang向xiang可ke控kong矽gui。在zai電dian容rong器qiC1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/Ozhenjiaoshijiabaofadianyamaichongshi
，xushijiazhajijiaoliudianliu。zhezhongkongzhifangfadeyoushizaiyu

，dianrongqihuizuaizhongzhihuofengbizaochengweikongzhiqiqinhaishichanshengdezhiliudianliu，bingtigaoyingyongdeanquandengji。

 

 

為(wei)滿(man)足(zu)待(dai)機(ji)功(gong)耗(hao)的(de)不(bu)同(tong)標(biao)準(zhun)
，開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)應(ying)用(yong)越(yue)來(lai)越(yue)頻(pin)繁(fan)。通(tong)常(chang)人(ren)們(men)使(shi)用(yong)帶(dai)有(you)正(zheng)輸(shu)出(chu)的(de)電(dian)源(yuan)
，但(dan)當(dang)負(fu)電(dian)壓(ya)滿(man)足(zu)各(ge)種(zhong)交(jiao)流(liu)開(kai)關(guan)的(de)條(tiao)件(jian)時(shi)，負(fu)電(dian)壓(ya)可(ke)能(neng)更(geng)為(wei)合(he)適(shi)。如(ru)果(guo)穩(wen)壓(ya)器(qi)能(neng)降(jiang)低(di)待(dai)機(ji)功(gong)耗(hao)，首(shou)選(xuan)正(zheng)輸(shu)出(chu)。一(yi)種(zhong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)是(shi)對(dui)電(dian)路(lu)進(jin)行(xing)調(tiao)整(zheng)
，確(que)保(bao)正(zheng)穩(wen)壓(ya)器(qi)可(ke)與(yu)負(fu)電(dian)壓(ya)一(yi)起(qi)使(shi)用(yong)。另(ling)一(yi)種(zhong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)是(shi)在(zai)柵(zha)極(ji)電(dian)路(lu)內(nei)簡(jian)單(dan)增(zeng)加(jia)一(yi)個(ge)電(dian)容(rong)器(qi)
，確(que)保(bao)即(ji)使(shi)在(zai)選(xuan)擇(ze)正(zheng)電(dian)源(yuan)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，也(ye)能(neng)降(jiang)低(di)雙(shuang)向(xiang)可(ke)控(kong)矽(gui)柵(zha)極(ji)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)流(liu)。