晶閘管和雙向可控硅應(yīng)用規(guī)則

1、. 專業(yè)整理 .閘流管閘流管是一種可控制的整流管 ，由門極向陰極送 出微小信號(hào)電流即可觸發(fā)單向電流自陽極流向陰極 。導(dǎo)通讓門極相對陰極成正極性 ，使產(chǎn)生門極電流 ，閘 流管立即導(dǎo)通 。 當(dāng)門極電壓達(dá)到閥值電壓 VGT ，并導(dǎo) 致門極電流達(dá)到閥值 IGT，經(jīng)過很短時(shí)間 t gt （稱作門極 控制導(dǎo)通時(shí)間 ）負(fù)載電流從正極流向陰極 。假如門極 電流由很窄的脈沖構(gòu)成 ，比方說 1 s，它的峰值應(yīng)增 大，以保證觸發(fā) 。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到閘流管的閂鎖電流值IL 時(shí)，即使 斷開門極電流 ，負(fù)載電流將維持不變.學(xué)習(xí)幫手 . 專業(yè)整理 .。只要有足夠的 電流繼續(xù)流動(dòng) ，閘流管將繼續(xù)在沒有門極電流的條件 下導(dǎo)通 。

2、這種狀態(tài)稱作閂鎖狀態(tài) 。注意，VGT，IGT 和 IL 參數(shù)的值都是 25下的數(shù) 據(jù) 。在低溫下這些值將增大 ，所以驅(qū)動(dòng)電路必須提供 足夠的電壓 、電流振幅和持續(xù)時(shí)間 ，按可能遇到的 、最低的運(yùn)行溫度考慮 。規(guī)則 1 為了導(dǎo)通閘流管（或雙向可控硅），必須有門極電流IGT ，直至負(fù)載電流達(dá)到IL。這條 件必須滿足，并按可能遇到的最低溫度考慮 。靈敏的門極控制閘流管 ，如 BT150，容易在高溫 下因陽極至陰極的漏電而導(dǎo)通。假如結(jié)溫 T 高于 T , 將達(dá)到一種狀態(tài) ，此時(shí)漏電流足以觸發(fā)靈敏的閘流管門極。閘流管將喪失維jjmax持截止?fàn)顟B(tài)的能力 ，沒有門極 電流觸發(fā)已處于導(dǎo)通 。要避免這種自發(fā)導(dǎo)通

3、 ，可采用下列解決辦法中的一種或幾種 ：1. 確保溫度不超過 Tjmax 。2. 采用門極靈敏度較低的閘流管 ，如 BT151，或在 門極和陰極間串入 1k 或阻值更小的電阻 ，降低 已有閘流管的靈敏度 。3. 若由于電路要求 ，不能選用低靈敏度的閘流管 ， 可在截止周期采用較小的門極反向偏流 。這措施 能增大 IL。應(yīng)用負(fù)門極電流時(shí) ，特別要注意降低 門極的功率耗散 。截止（換向）要斷開閘流管的電流 ，需把負(fù)載電流降到維持電 流 I 之下，并歷經(jīng)必要時(shí)間 ，讓所有H的載流子撤出 結(jié)。在直流電路中可用 “強(qiáng)迫換向 ”，而在交流電路中則在導(dǎo)通半周終點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。（負(fù)載電路使負(fù)載電流降到零，導(dǎo)致閘流管斷

4、開 ，稱作強(qiáng)迫換向 。） 然后，閘流管將回復(fù)至完全截止的狀態(tài) 。假如負(fù)載電流不能維持在I H 之下足夠長的時(shí)間 ， 在陽極和陰極之間電壓再度上升之前，閘流管不能回復(fù)至完全截止的狀態(tài)。它可能在沒有外部門極電流作用的情況下 ，回到導(dǎo)通狀態(tài) 。注意，IH 亦在室溫下定義 ，和 IL 一樣，溫度高時(shí)其值減小 。所以 ，為保證成功的切換，電路應(yīng)充許有足夠時(shí)間 ，讓負(fù)載電流降到 IH 之下，并考慮可能遇到的最高運(yùn)行溫度 。規(guī)則 2 要斷開（切換）閘流管（或雙向可控硅），負(fù)載電流必須 需要高峰值 IG 。2. 由 IG 觸發(fā)到負(fù)載電流開始流動(dòng) ，兩者之間遲后時(shí)間較長 要求 IG 維持較長時(shí)間 。3. 低得多

5、的 dIT/dt 承受能力 若控制負(fù)載具有高 dI/dt 值（例如白熾燈的冷燈絲 ），門極可能發(fā)生強(qiáng)烈退化。4. 高 IL 值（第 2象限工況亦如此 ） 對于很小的負(fù)載 ，若在電源半周起始點(diǎn)導(dǎo)通 ，可能需要較長時(shí)間的 IG，才能讓負(fù)載電流達(dá)到較高的 IL。表1雙向可控硅的四象限觸發(fā)方式導(dǎo)通方式電路原理工作電壓為T2 正 T1 負(fù)，觸發(fā)電壓為G正第一象限正T1 負(fù) 。 導(dǎo)通電流的方向是T2流向 T1。 我們稱向觸發(fā)方式這種方式為第一象限的正向觸發(fā)方式。工作電壓為T2正 T1負(fù)，觸發(fā)電壓為 G負(fù)T1第二象限正正 。導(dǎo)通電流的方向是T2流向 T1。 我們稱這種向觸發(fā)方式方式為第二象限的負(fù)向觸發(fā)方式。

6、工作電壓為T1正 T2負(fù)，觸發(fā)電壓為 G負(fù)T1第三象限正正 。導(dǎo)通電流的方向是T1流向 T2。 我們稱這種向觸發(fā)方式為第三象限的負(fù)向觸發(fā)方式。.學(xué)習(xí)幫手 . 專業(yè)整理 .工作電壓為T1 正 T2 負(fù)，觸發(fā)電壓為G正第四象限正T1 負(fù) 。 導(dǎo)通電流的方向是T1流向 T2。 我們稱向觸發(fā)方式這種方式為第四象限的正向觸發(fā)方式。在標(biāo)準(zhǔn)的 AC相位控制電路中 ，如燈具調(diào)光器和家用電器轉(zhuǎn)速控制 ，門極和 T2的極性始終不變 。 這表明，工況總是在第 1象限和第 3象限，這里雙向可控硅的切換參數(shù)相同 。這導(dǎo)致對稱的雙向可控硅切換 ，門極此 時(shí)最靈敏 。說明：以 1，2 -，3 和 4標(biāo)志四個(gè)觸發(fā)象限 ，完全

7、是為了簡便 ，例如用第 1象限取代 “T2+， G+ ”等等。 這是從雙向可控硅的 V/I 特性圖導(dǎo)出的代號(hào) 。正的 T2相應(yīng)正電流進(jìn)入 T2，相反也是（見圖 5）。實(shí)際上 ，工況只能存在 1 和 3 象限中 。上標(biāo) + 和 - 分別表示門極輸入或輸出電流。規(guī)則 3 設(shè)計(jì)雙向可控硅觸發(fā)電路時(shí)，只要有可能，就要避開第3象限（T2- ，G+）。其它導(dǎo)通方式還有一些雙向可控硅的導(dǎo)通方式是我們不希望發(fā)生的 。 其中有些不損傷設(shè)備 ，另一些則可能破壞設(shè)備 。（a）電子噪聲引發(fā)門極信號(hào)在電子噪聲充斥的環(huán)境中 ，若干擾電壓超過 VGT，并有足夠的門極電流 ，就會(huì)發(fā)生假觸發(fā)，導(dǎo)致雙向可控 硅切換 。 第一條防

8、線是降低臨近空間的雜波 。 門極接線越短越好 ，并確保門極驅(qū)動(dòng)電路的共用返回線直接 連接到 T1管腳（對閘流管是陰極 ）。若門極接線是硬線，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 。為增加對電子噪聲的抵抗力 ，可在門極和 T1 之 間串入 1k 或更小的電阻 ，以此降低門極的靈敏度 。 假如已采用高頻旁路電容 ，建議在該電容和門極間加入電阻 ，以降低通過門極的電容電流的峰值 ，減少雙向可控硅門極區(qū)域?yàn)檫^電流燒毀的可能 。另一解決辦法 ，選 用靈敏度型號(hào)雙向可控硅 。規(guī)則 4 為減少雜波吸收，門極連線長度降至最低 。返回線直接連至 T1（或陰極）。若用硬線.學(xué)

9、習(xí)幫手 . 專業(yè)整理 .，用螺旋雙線或屏蔽線 。門極和T1間加電阻1k 或更小。高頻旁路電容和門極間串接電阻 。另一解決辦法，低靈敏度雙向可控硅。(b)超過最大切換電壓上升率dV COM /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)載電流過零時(shí) ，雙向可控硅發(fā)生切換 ，由于相位差電壓并不為零 （見圖 6）。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若超過允許的 dV COM /dt ，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：1. dI COM /dt為切換時(shí)負(fù)載電流

10、下降率。 dI COM /dt 高， 則dVCOM /dt承受能力下降 。2. 接面溫度Tj 越高，dV COM /dt 承受能力越下降 。 假如雙向可控硅的dV COM /dt 的允許有可能被超過 ，為避免發(fā)生假觸發(fā) ，可在 MT1 和 MT2 間裝置 RC緩沖電路 ，以此限制電壓上升率 。通常選用 100 的能承受浪涌電流的碳膜電阻，100nF的電容 。注意 ，緩沖電路中無論如何不能省略電阻。沒有這限流電阻，電容向雙向可控硅釋放電荷時(shí)可能形成高的 dIT/dt ，在不利的切換條件下有破壞性。（c） 超出最大的切換電流變化率dI COM /dt.學(xué)習(xí)幫手 . 專業(yè)整理 .導(dǎo)致高 dICOM

11、/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。非正弦波負(fù)載電流和高 dICOM /dt 的常見原因是整流供電的電感性負(fù)載 。常常導(dǎo)致普通雙向可控硅切換失敗 ，一旦電源電壓降到負(fù)載反電勢之下，雙向可控硅電流向零跌落 。該效應(yīng)見圖7 。雙向可控硅處于零電流狀態(tài)時(shí) ，負(fù)載電流繞著橋式整流器“空轉(zhuǎn) ”。這類負(fù)載產(chǎn)生的dICOM /dt 如此之高 ，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 。 這里增加 緩沖電路并無好處 ，因?yàn)?dV COM /dt不是問題所在 。 增規(guī)則 4. 為減少雜波吸收，門極連線長度降至最低。返回線直接連至（

12、或陰極）。若用硬線，用 螺加 一 個(gè) 幾 mHMT1的電感，和 負(fù) 載 串 連，可 以 限制 dI COM /dt 。旋雙線或屏蔽線。門極和MT1 間加電阻 1k 或更小。高頻旁路電容和門極間串接電阻。另一解決辦法，選用 H 系列低靈敏度雙向可控硅。(d) 超出最大的斷開電壓變化率 dVD /dt若截止的雙向可控硅上 （或門極靈敏的閘流管 ） 作用很高的電壓變化率 ，盡管不超過 VDRM （見圖 8 ）， 電容性內(nèi)部電流能產(chǎn)生足夠大的門極電流 ，并觸發(fā)器件導(dǎo)通 。 門極靈敏度隨溫度而升高 。假如發(fā)生這樣的問題 ， T1 和 T2 間（或陽極和 陰極間）應(yīng)該加上 RC 緩沖電路 ，以限制 dV

13、D /dt 。.學(xué)習(xí)幫手 . 專業(yè)整理 .規(guī)則 5 若 dV D/dt 或 dV COM/dt 可能引起問題，在 T1 和 T2 間加入 RC 緩沖電路。若高 dI COM /dt 可能引起問題，加入一幾 mH 的電 感和負(fù)載串聯(lián) 。(e) 超出截止?fàn)顟B(tài)下反復(fù)電壓峰值VDRM遇到嚴(yán)重的 、異常的電源瞬間過程 ，T2 電壓可能超過 VDRM ，此時(shí) T2 和 T1 間的漏電將達(dá)到一定程度 ，并使雙向可控硅自發(fā)導(dǎo)通 （見圖 9）。若負(fù)載允許高涌入電流通過，在硅片導(dǎo)通的小面積上可能達(dá)到極高的局部電流密度。這可能導(dǎo)致硅片的燒毀。白熾燈 、電容性負(fù)載和消弧保護(hù)電路都可能導(dǎo)致強(qiáng)涌入電流 。由于超過 VDR

14、M 或 dV D/dt 導(dǎo)致雙向可控硅導(dǎo)通 ， 這不完全威脅設(shè)備安全 。 而是隨之而來的 dIT/dt 很可能造成破壞 。原因是 ，導(dǎo)通擴(kuò)散至整個(gè)結(jié)需要時(shí)間 ，此 時(shí)允許的 dIT/dt 值低于正常情況下用門極信號(hào)導(dǎo)通時(shí)的允許值 。假如過程中限制 dIT /dt 到一較低的值 ，雙向可控硅可能可以幸存 。為此 ，可在負(fù)載上串聯(lián)一個(gè)幾 H 的不飽和 （空心）電感 。.學(xué)習(xí)幫手 . 專業(yè)整理 .假如上述解決方法不能接受 ，或不實(shí)際 ，可代替的方法是增加過濾和箝位電路 ，防止尖峰脈沖到達(dá)雙 向可控硅 ?？赡芤玫浇饘傺趸镒冏杵?（MOV ）， 作為 “軟 ”電壓箝位器 ，跨接在電源上 ，MOV 上

15、游增加電感 、電容濾波電路 。有些廠家懷疑 ，電路中采用MOV是否可靠 ，因?yàn)樗麄兊弥?，在高溫環(huán)境下MOV 會(huì)失控并導(dǎo)致嚴(yán)重事故。原因是它們的工作電壓有顯著的負(fù)溫度系數(shù)。但是 ，假如推薦電壓等級(jí) 275V RMS 用于 230V 電源， MOV 事故的可能極其微小 。 選用 250V RMS 往往會(huì)發(fā)生事故 ，對于高溫下的 230V 電源這是不夠的 。規(guī)則 6 假如雙向可控硅的 VDRM 在嚴(yán)重的、異常的電源瞬間過程中有可能被超出，采用下列措施之 一：負(fù)載上串聯(lián)電感量為幾 H 的不飽和電感，以 限制 dI T/dt ；用 MOV 跨接于電源，并在電源側(cè)增加濾波電路 。導(dǎo)通時(shí)的 dI T/dt當(dāng)

16、雙向可控硅或閘流管在門極電流觸發(fā)下導(dǎo)通，門極臨近處立即導(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。過高的 dI T可能導(dǎo)致局部燒毀 ，并使T1-T2短路。/dt若在 第 4象限觸發(fā) ，局部的機(jī)理進(jìn)一步降低dIT/dt 的許可值 。 初始的 、急劇的電流上升率可立即使門極進(jìn)入反向雪崩擊穿狀態(tài)。這可能不會(huì)立即導(dǎo)致破壞。反復(fù)作用下，門極 -T1結(jié)將逐步地?zé)龤?，阻值下降 。 表現(xiàn)為 ， IGT 逐步上升 ，直至雙向可控硅不能再觸發(fā)。 高靈敏的雙向可控硅容易受到影響。高 dI T/dt 承受能力決定于門極電流上升率 dI G/dt 和 峰值 IG 。較高的

17、dI G /dt 值和峰值 IG（不超出門極功率 條件下），就有較高的 dIT/dt 承受能力 。規(guī)則 7 選用好的門極觸發(fā)電路，避開第4象限工況，可以最大限度提高雙向可控硅的dI T/dt承受能力。前面已提到過 ，具有高初始涌入電流的常見負(fù)載是白熾燈 ，冷態(tài)下電阻低 。 對于這種電阻性負(fù)載 ，若在電源電壓的峰值開始導(dǎo)通 ， dIT/dt將具有最大值 。 假如這值有可能超過雙向可控硅的 dIT/dt值，最好在負(fù)載 上串聯(lián)一只幾 的電感加以限制 ，或串聯(lián)負(fù)H溫度系 數(shù)的熱敏電阻 。 重申 ，電感在最大電流下不能飽和。一旦飽和 ，電感將跌落 ，.學(xué)習(xí)幫手 . 專業(yè)整理 .再也不能限制 dI T 。

18、 無鐵芯 的電感符合這個(gè)條件。一個(gè)更巧妙的解決辦法是采用零/dt電壓導(dǎo)通 ，不必接入任何限制電流的器件 。電流可以從正弦波起點(diǎn)開始逐漸上升 。注意：應(yīng)該提醒 ，零電壓導(dǎo)通只能用在電阻性負(fù)載。對于電感性負(fù)載 ，由于電壓和電流間存在相位 差，使用這方法會(huì)引起 “半波 ”或單極導(dǎo)通 ，可能使電感性負(fù)載飽和 ，導(dǎo)致破壞性的高峰電流 ，以及過熱 。這種場合 ，更先進(jìn)的控制技術(shù)采用零電流切換或變相位角觸發(fā)。規(guī)則 8 若雙向可控硅的 dI T/dt有可能被超出，負(fù)載上最好串聯(lián)一個(gè)幾 H的無鐵芯電感或負(fù)溫度系 數(shù)的熱敏電阻。另一種解決辦法：對電阻性負(fù)載采用零電壓導(dǎo)通。斷開由于雙向可控硅用于交流電路 ，自然在負(fù)

19、載電流每個(gè)半周的終點(diǎn)斷開 ，除非門極電流設(shè)置為后半周起點(diǎn)導(dǎo)通 。對 IH 的規(guī)則和閘流管相同 ，見規(guī)則 2。雙向可控硅按裝方法對負(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 。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 。 前二種方法的安裝工具很 容易取得 。很多場合下 ，鉚接不是一種推薦的方法 。夾子壓接這是推薦的方法，熱阻最小 。夾子對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（ SOT186 F-pack和 更 新

20、的SOT186A X-pack）。注意：SOT78 就是 TO220AB 。螺栓固定1. 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)該不對器 件的塑料體施加任何力量 。2. 安裝過程中 ，螺絲刀決不能對器件塑料體施加任何力量。3.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 。.學(xué)習(xí)幫手 . 專業(yè)整理 .4. 安裝力矩 （帶墊圈 ）應(yīng)在 0.55Nm 和 0.8Nm 之 間。5.應(yīng)避免使用自攻絲螺釘 ，因?yàn)閿D壓可能導(dǎo)致安裝孔周圍的隆起 ，影響器件和散熱器之間的熱接觸 （見上面第 3 點(diǎn)）。安裝力矩?zé)o法控制 ，也

21、是這 種安裝方法的缺點(diǎn) 。6. 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 。鉚接除非十分小心 ，鉚接不是推薦的安裝方法 ，因?yàn)檫@種操作中可能產(chǎn)生很大的力 ，可能使接口變形 ，晶 片裂紋，器件損壞 。 假如要采用鉚接 ，為了減少廢品 ，必須遵守下列規(guī)則 ：1. 散熱器必須為器件提供一個(gè)平整 、光潔的表面 。2.散熱器安裝孔的直徑不要比器件接頭片安裝孔的直徑大。3. 鉚釘應(yīng)和接頭片孔有間隙 ，而和散熱器安裝孔無間隙 。4. 器件接口片一側(cè)應(yīng)是鉚釘頭 ，而不是心軸 。5.鉚釘和接口應(yīng)成 90 度（鉚釘頭在整個(gè)園周上和接口片相接觸 ）。6. 鉚接后，鉚釘頭不接觸器件的塑料體 。7

22、. 先把器件固定 ，散熱器裝上印刷線路板 ，然后焊 接引線。 這可把引線的應(yīng)力降到最小。規(guī)則 9.器件固定到散熱器時(shí)，避免讓雙向可控硅受到應(yīng)力 。固定，然后焊接引線。不要把鉚釘芯軸放在器件接口片一側(cè)。熱阻熱阻 Rth 是限制熱流自結(jié)散出的熱阻。熱阻和電阻是相似的概念。如同電阻公式R=V/I，有相應(yīng)的熱阻 公式 R =T/P ，這里 T 是溫升 ，以 K（ Kelvin ）為單位 ； P 是功率耗散 ，th以 W 為單位；因此 Rth 的單位為 K/W 。對于垂直安裝在大氣中的器件 ，熱阻決定于結(jié)至 環(huán)境 熱阻 Rth j-a 。 對 SOT82 組 件的典 型數(shù)據(jù) 是 100K/W ，對 SO

23、T78 組件是 60K/W ，而對絕緣的 F- pack 和 X-pack為55K/W 。對于安裝在散熱器上的非絕緣器件，結(jié)至環(huán)境熱阻是個(gè)總值由結(jié)至安裝基面熱阻 、安裝基面至散熱器熱阻和散熱器至環(huán)境熱阻相加。Rth j-a = R th j-mb + R th mb-h + R th h-a (非絕緣組件 ) 在器件和散熱器之間加入導(dǎo)熱添加劑或薄片，.學(xué)習(xí)幫手 . 專業(yè)整理 .是一種推薦的方法 。 絕緣組件采用這種安裝方法時(shí)，安裝基面不再是一種基準(zhǔn)，因?yàn)?Rthmb-h 成為一常數(shù) ，是采用導(dǎo)熱添加劑的最佳值 。所以 ，結(jié)至環(huán)境熱阻是結(jié)至散熱器和散熱器至環(huán)境兩熱阻之和 。Rth j-a = R th j-h + R th h-a （絕緣組件 ）th j-mb 和 Rth j-h 是確定的 ，對每一器件的數(shù)據(jù)可在其資料中查到 。RRth mb-h 可在安裝手冊中查到 ，根據(jù)是絕緣安裝還是非絕緣安裝，是否添加導(dǎo)熱添