雙向可控硅設(shè)計(jì)以及應(yīng)用分析

時(shí)間：2015-07-22作者：西安瑞新電力電子有限責(zé)任公司瀏覽：42

	西安瑞新可控硅網(wǎng)分析了雙向可控硅的設(shè)計(jì)及參數(shù)選取方法，同時(shí)介紹了雙向可控硅的安裝方法。


	 


	雙向可控硅特點(diǎn)


	 


	雙向可控硅可被認(rèn)為是一對(duì)反并聯(lián)連接的普通可控硅的集成，工作原理與普通單向可控硅相同。圖1為雙向可控硅的基本結(jié)構(gòu)及其等效電路，它有兩個(gè)主電極T1和T2，一個(gè)門(mén)較G，門(mén)較使器件在主電極的正反兩個(gè)方向均可觸發(fā)導(dǎo)通，所以雙向可控硅在*1和*3象限有對(duì)稱(chēng)的伏安特性。雙向可控硅門(mén)較加正、負(fù)觸發(fā)脈沖都能使管子觸發(fā)導(dǎo)通，因此有四種觸發(fā)方式。
 


	


	 


	雙向可控硅應(yīng)用


	 


	為正常使用雙向可控硅，需定量掌握其主要參數(shù)，對(duì)雙向可控硅進(jìn)行適當(dāng)選用并采取相應(yīng)措施以達(dá)到各參數(shù)的要求。


	 


	引言


	 


	1958年，從美國(guó)通用電氣公司研制成功**個(gè)工業(yè)用可控硅開(kāi)始，電能的變換和控制從旋轉(zhuǎn)的變流機(jī)組、靜止的離子變流器進(jìn)入以電力半導(dǎo)體器件組成的變流器時(shí)代?？煽毓璺謫蜗蚩煽毓枧c雙向可控硅。單向可控硅一般用于彩電的過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)電路。雙向可控硅一般用于交流調(diào)節(jié)電路，如調(diào)光臺(tái)燈及全自動(dòng)洗衣機(jī)中的交流電源控制。


	 


	雙向可控硅是在普通可控硅的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，它不僅能代替兩只反極性并聯(lián)的可控硅，而且僅需一個(gè)觸發(fā)電路，是目前比較理想的交流開(kāi)關(guān)器件，一直為家電行業(yè)中主要的功率控制器件。近幾年，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，大功率雙向可控硅不斷涌現(xiàn)，并廣泛應(yīng)用在變流、變頻領(lǐng)域，可控硅應(yīng)用技術(shù)日益成熟。本文主要探討廣泛應(yīng)用于家電行業(yè)的雙向可控硅的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。


	 


	·耐壓級(jí)別的選擇：通常把VDRM（斷態(tài)重復(fù)峰值電壓）和VRRM（反向重復(fù)峰值電壓）中較小的值標(biāo)作該器件的額定電壓。選用時(shí)，額定電壓應(yīng)為正常工作峰值電壓的2~3倍，作為允許的操作過(guò)電壓裕量。


	 


	·電流的確定：由于雙向可控硅通常用在交流電路中，因此不用平均值而用有效值來(lái)表示它的額定電流值。由于可控硅的過(guò)載能力比一般電磁器件小，因而一般家電中選用可控硅的電流值為實(shí)際工作電流值的2~3倍。同時(shí)，可控硅承受斷態(tài)重復(fù)峰值電壓VDRM和反向重復(fù)峰值電壓VRRM時(shí)的峰值電流應(yīng)小于器件規(guī)定的IDRM和IRRM。


	 


	·通態(tài)（峰值）電壓VTM的選擇：它是可控硅通以規(guī)定倍數(shù)額定電流時(shí)的瞬態(tài)峰值壓降。為減少可控硅的熱損耗，應(yīng)盡可能選擇VTM小的可控硅。


	 


	·維持電流：IH是維持可控硅維持通態(tài)所必需的較小主電流，它與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高，則IH越小。


	 


	·電壓上升率的抵制：dv/dt指的是在關(guān)斷狀態(tài)下電壓的上升斜率，這是防止誤觸發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。此值**限將可能導(dǎo)致可控硅出現(xiàn)誤導(dǎo)通的現(xiàn)象。由于可控硅的制造工藝決定了A2與G之間會(huì)存在寄生電容，如圖2所示。我們知道dv/dt的變化在電容的兩端會(huì)出現(xiàn)等效電流，這個(gè)電流就會(huì)成為Ig，也就是出現(xiàn)了觸發(fā)電流，導(dǎo)致誤觸發(fā)。


	 


	切換電壓上升率dVCOM/dt。驅(qū)動(dòng)高電抗性的負(fù)載時(shí)，負(fù)載電壓和電流的波形間通常發(fā)生實(shí)質(zhì)性的相位移動(dòng)。當(dāng)負(fù)載電流過(guò)零時(shí)雙向可控硅發(fā)生切換，由于相位差電壓并不為零。這時(shí)雙向可控硅須立即阻斷該電壓。產(chǎn)生的切換電壓上升率（dVCOM/dt）若**過(guò)允許值，會(huì)迫使雙向可控硅回復(fù)導(dǎo)通狀態(tài)，因?yàn)檩d流子沒(méi)有充分的時(shí)間自結(jié)上撤出。


	 


	高dVCOM/dt承受能力受二個(gè)條件影響：


	 


	dICOM/dt—切換時(shí)負(fù)載電流下降率。dICOM/dt高，則dVCOM/dt承受能力下降。


	 


	結(jié)面溫度Tj越高，dVCOM/dt承受能力越下降。假如雙向可控硅的dVCOM/dt的允許值有可能被**過(guò)，為避免發(fā)生假觸發(fā)，可在T1和T2間裝置RC緩沖電路，以此限制電壓上升率。通常選用47~100Ω的能承受浪涌電流的碳膜電阻，0.01μF~0.47μF的電容，晶閘管關(guān)斷過(guò)程中主電流過(guò)零反向后迅速由反向峰值恢復(fù)至零電流，此過(guò)程可在元件兩端產(chǎn)生達(dá)正常工作峰值電壓5-6倍的尖峰電壓。一般建議在盡可能靠近元件本身的地方接上阻容吸收回路。


	 


	斷開(kāi)狀態(tài)下電壓變化率dvD/dt。若截止的雙向可控硅上（或門(mén)較靈敏的閘流管）作用很高的電壓變化率，盡管不**過(guò)VDRM，電容性內(nèi)部電流能產(chǎn)生足夠大的門(mén)較電流，并觸發(fā)器件導(dǎo)通。門(mén)較靈敏度隨溫度而升高。假如發(fā)生這樣的問(wèn)題，T1和T2間（或陽(yáng)極和陰極間）應(yīng)該加上RC緩沖電路，以限制dvD/dt。


	 


	·電流上升率的抑制：電流上升率的影響主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：


	 


	①dIT/dt（導(dǎo)通時(shí)的電流上升率）—當(dāng)雙向可控硅或閘流管在門(mén)較電流觸發(fā)下導(dǎo)通，門(mén)較臨近處立即導(dǎo)通，然后迅速擴(kuò)展至整個(gè)有效面積。這遲后的時(shí)間有一個(gè)極限，即負(fù)載電流上升率的許可值。過(guò)高的dIT/dt可能導(dǎo)致局部燒毀，并使T1-T2短路。假如過(guò)程中限制dIT/dt到一較低的值，雙向可控硅可能可以幸存。因此，假如雙向可控硅的VDRM在嚴(yán)重的、異常的電源瞬間過(guò)程中有可能被**出或?qū)〞r(shí)的dIT/dt有可能被**出，可在負(fù)載上串聯(lián)一個(gè)幾μH的不飽和（空心）電感。


	 


	②dICOM/dt(切換電流變化率)—導(dǎo)致高dICOM/dt值的因素是:高負(fù)載電流、高電網(wǎng)頻率（假設(shè)正弦波電流）或者非正弦波負(fù)載電流,它們引起的切換電流變化率**出較大的允許值，使雙向可控硅甚至不能支持50Hz波形由零上升時(shí)不大的dV/dt，加入一幾mH的電感和負(fù)載串聯(lián)，可以限制dICOM/dt。


	 


	·為了解決高dv/dt及di/dt引起的問(wèn)題，還可以使用Hi-Com雙向可控硅，它和傳統(tǒng)的雙向可控硅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有差別。差別之一是內(nèi)部的二個(gè)“閘流管”分隔得較好，減少了互相的影響。這帶來(lái)下列好處：


	 


	①高dVCOM/dt。能控制電抗性負(fù)載，在很多場(chǎng)合下不需要緩沖電路，保證無(wú)故障切換。這降低了元器件數(shù)量、底板尺寸和成本，還免去了緩沖電路的功率耗散。


	 


	②高dICOM/dt。切換高頻電流或非正弦波電流的性能大為改善，而不需要在負(fù)載上串聯(lián)電感，以限制dICOM/dt。


	 


	③高dvD/dt（斷開(kāi)狀態(tài)下電壓變化率）。雙向可控硅在高溫下較為靈敏。高溫下，處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，容易因高dV/dt下的假觸發(fā)而導(dǎo)通。Hi-Com雙向可控硅減少了這種傾向。從而可以用在高溫電器，控制電阻性負(fù)載，例如廚房和取暖電器，而傳統(tǒng)的雙向可控硅則不能用。


	 


	·門(mén)較參數(shù)的選用：


	 


	門(mén)較觸發(fā)電流—為了使可控硅可靠觸發(fā)，觸發(fā)電流Igt選擇25度時(shí)max值的α倍，α為門(mén)較觸發(fā)電流—結(jié)溫特性系數(shù)，查數(shù)據(jù)手冊(cè)可得，取特性曲線中較低工作溫度時(shí)的系數(shù)。若對(duì)器件工作環(huán)境溫度無(wú)特殊需要，通常α取大于1.5倍即可。


	 


	門(mén)較壓降—可以選擇Vgt25度時(shí)max值的β倍。β為門(mén)較觸發(fā)電壓—結(jié)溫特性系數(shù)，查數(shù)據(jù)手冊(cè)可得，取特性曲線中較低工作溫度時(shí)的系數(shù)。若對(duì)器件工作環(huán)境溫度無(wú)特殊需要，通常β取1~1.2倍即可。


	 


	觸發(fā)電阻—Rg=（Vcc-Vgt）/Igt


	 


	觸發(fā)脈沖寬度—為了導(dǎo)通閘流管（或雙向可控硅），除了要門(mén)較電流≧IGT，還要使負(fù)載電流達(dá)到≧IL（擎住電流），并按可能遇到的較低溫度考慮。因此，可取25度下可靠觸發(fā)可控硅的脈沖寬度Tgw的2倍以上。


	 


	在電子噪聲充斥的環(huán)境中，若干擾電壓**過(guò)觸發(fā)電壓VGT，并有足夠的門(mén)較電流，就會(huì)發(fā)生假觸發(fā)，導(dǎo)致雙向可控硅切換。**條防線是降低臨近空間的雜波。門(mén)較接線越短越好，并確保門(mén)較驅(qū)動(dòng)電路的共用返回線直接連接到TI管腳（對(duì)閘流管是陰極）。若門(mén)較接線是硬線，可采用螺旋雙線，或干脆用屏蔽線，這些必要的措施都是為了降低雜波的吸收。為增加對(duì)電子噪聲的抵抗力，可在門(mén)較和T1之間串入1kΩ或較小的電阻，以此降低門(mén)較的靈敏度。假如已采用高頻旁路電容，建議在該電容和門(mén)較間加入電阻，以降低通過(guò)門(mén)較的電容電流的峰值，減少雙向可控硅門(mén)較區(qū)域?yàn)檫^(guò)電流燒毀的可能。


	 


	·結(jié)溫Tj的控制：為了長(zhǎng)期可靠工作，應(yīng)保證Rthj-a足夠低，維持Tj不**80%Tjmax,其值相應(yīng)于可能的較高環(huán)境溫度。


	 


	雙向可控硅的安裝


	 


	對(duì)負(fù)載小，或電流持續(xù)時(shí)間短（小于1秒鐘）的雙向可控硅，可在自由空間工作。但大部分情況下，需要安裝在散熱器或散熱的支架上，為了減小熱阻，可控硅與散熱器間要涂上導(dǎo)熱硅脂。


	 


	雙向可控硅固定到散熱器的主要方法有三種，夾子壓接、螺栓固定和鉚接。**種方法的安裝工具很容易**。很多場(chǎng)合下，鉚接不是一種推薦的方法，本文不做介紹。


	 


	夾子壓接


	 


	這是推薦的方法，熱阻較小。夾子對(duì)器件的塑封施加壓力。這同樣適用于非絕緣封裝（SOT82和SOT78）和絕緣封裝（SOT186F-pack和較新的SOT186AX-pack）。注意，SOT78就是TO220AB。


	 


	螺栓固定


	 


	SOT78組件帶有M3成套安裝零件，包括矩形墊圈，墊圈放在螺栓頭和接頭片之間。應(yīng)該不對(duì)器件的塑料體施加任何力量。


	 


	安裝過(guò)程中，螺絲刀決不能對(duì)器件塑料體施加任何力量。


	 


	和接頭片接觸的散熱器表面應(yīng)處理，保證平坦，10mm上允許偏差0.02mm。


	 


	安裝力矩（帶墊圈）應(yīng)在0.55Nm和0.8Nm之間。


	 


	應(yīng)避免使用自攻絲螺釘，因?yàn)閿D壓可能導(dǎo)致安裝孔周?chē)穆∑?，影響器件和散熱器之間的熱接觸。安裝力矩?zé)o法控制，也是這種安裝方法的缺點(diǎn)。


	 


	器件應(yīng)首先機(jī)械固定，然后焊接引線。這可減少引線的不適當(dāng)應(yīng)力。更多有關(guān)可控硅知識(shí)歡迎登錄西安瑞新晶閘管網(wǎng)（）；


西安瑞新電力電子有限責(zé)任公司專(zhuān)注于模塊,整流管,晶閘管,散熱器等

• 詞條

  詞條說(shuō)明

• KP200A/1000V螺栓型晶閘管很受歡迎

  KP螺栓型普通晶閘管與平板型的區(qū)別是什么呢？螺栓型晶閘管是擰在散熱器是的一般是自然冷卻或強(qiáng)迫風(fēng)冷，而平板晶閘管是夾在散熱器中間的功率一般比較大水冷的比較多。那么那個(gè)較好呢？螺栓型晶閘管和平板晶閘管功能沒(méi)有區(qū)別，主要是外形上有區(qū)別。 ? ? 近期KP200A/1000V螺栓型晶閘管很受歡迎，晶閘管的工作條件如下： ? 1.晶閘管承受反向陽(yáng)極電壓時(shí)，不管門(mén)較承受和種電壓

• 晶閘管的基本構(gòu)造是什么？

  功率電子電路是以功率電子器件為基礎(chǔ)在近十多年所發(fā)展起來(lái)的一種含有多種學(xué)科交叉的電子電路。而功率電子器件是用于對(duì)大功率電能進(jìn)行變換和控制的大功率(通常指電流為數(shù)十安至數(shù)千安，電壓為數(shù)百伏以上)電子器件。 ? 各種功率電子器件均具有導(dǎo)通和阻斷兩種工作特性。根據(jù)其對(duì)導(dǎo)通與阻斷的可控性，功率電子器件可分為3類(lèi)：不可控型器件、半控型器件、全控型器件。 ? 其中由于半控型功率電子器件中普

• 雙向可控硅設(shè)計(jì)以及應(yīng)用分析

  西安瑞新可控硅網(wǎng)分析了雙向可控硅的設(shè)計(jì)及參數(shù)選取方法，同時(shí)介紹了雙向可控硅的安裝方法。 ? 雙向可控硅特點(diǎn) ? 雙向可控硅可被認(rèn)為是一對(duì)反并聯(lián)連接的普通可控硅的集成，工作原理與普通單向可控硅相同。圖1為雙向可控硅的基本結(jié)構(gòu)及其等效電路，它有兩個(gè)主電極T1和T2，一個(gè)門(mén)較G，門(mén)較使器件在主電極的正反兩個(gè)方向均可觸發(fā)導(dǎo)通，所以雙向可控硅在*1和*3象限有對(duì)稱(chēng)的伏安特性。雙向可控硅