可控硅原理-檢測-擊穿分析

一、可控硅擊穿原因：1、RC電路只是用于尖峰脈沖電壓的吸收（平波作用），RC時間常數(shù)應(yīng)和尖峰脈沖上升沿時間一致，并且要注意電容的高頻響應(yīng)，應(yīng)使用高頻特性好的。2、壓敏電阻本身有反應(yīng)時間，該反應(yīng)時間必須要小于可控硅的最大過壓脈沖寬度，而且壓敏電阻的過壓擊穿電壓值有一定的離散性，實(shí)際的和標(biāo)識的值有一定的誤差。3、擊穿的可能性好多種,3、擊穿的可能性好多種,過電流,過電壓.短路,散熱不好都會被擊穿.RC電路或壓敏電阻只是吸收尖峰脈沖電壓.和涌浪電壓用的有條件.可以增大雙向可控硅容量，這能有效減少以上的問題,如果是短路就要查明短路原因二、問題例子：最初使用MOC3061+BT131控制電磁閥，BT131擊穿很多；后來將BT131更換成BT136雖然有多改善，但還是偶爾有擊穿。電路圖如下R56R55330RC1ABT1314ABT136控硅質(zhì)量問題，還是我的電路參數(shù)有問題？另外，有誰知道可控硅的門極觸發(fā)電流是怎么計(jì)算得來的？BT131R55、R56330BT136R56、R55330是不是這個值太小了，觸發(fā)電流太大引起的損壞？關(guān)于電路圖做一下補(bǔ)充：R68752.電容C11用的是103630V（0.01u）3.壓敏電阻R75用的是471V的回答一：對雙向可控硅驅(qū)動，技術(shù)已十分成熟了。對感性負(fù)載，驅(qū)動電路不要這樣接，有經(jīng)典的參考電路，請參考相應(yīng)的資料。我認(rèn)為該處應(yīng)該用ＣＢＢ電容(聚丙烯電容（CBB）)，其特性有利于浪涌的吸收。如果受體積限制，類似的電路我也這樣用。ＣＢＢ電容回答二：ＣＢＢ電容3左邊的電路為恒流，輸入5-30V都不會燒壞光耦。R320-50法完全導(dǎo)通，一直處于調(diào)壓狀態(tài)，很容易發(fā)熱甚至損壞回答三：回答四：TWTW機(jī)類使用的器件！仔細(xì)查一下手冊看看吧！三、可控硅檢測：注：本文中所使用的萬用表為指針式，若換為數(shù)字式，注意紅黑表筆極性正好相反注：本文中所使用的萬用表為指針式，若換為數(shù)字式，注意紅黑表筆極性正好相反1、判斷引腳極性方法一：GA1P導(dǎo)體連接的，兩電極間的電阻（體電阻）為幾十歐姆，根據(jù)公特點(diǎn)就可以方便地判斷出各電極來。A2：R×10GA1，A2；停在∞處，應(yīng)及時調(diào)整表筆所接電極，直到測出電阻值為幾十歐姆的兩電極，A2再區(qū)分控制極G和主電極 A1：現(xiàn)假定兩電極中任一為主電極A1，則另一個就為為控制極G，萬用表置于R×10擋，用黑表筆接主電極A2（已確定），再用紅表筆去接假定的主電極主“A1”，并用紅表筆筆尖碰一下G后再離開，如果表針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，指示在幾或幾十歐姆上，就說明假定的主電極"T1”為真的主電極T1，而另一電極也為真正的控制極G；如果表針沒有偏轉(zhuǎn)，說明假定是錯的，應(yīng)重新假定A1和G，即讓黑表筆仍接A2，而將紅表筆接新“A1”，果判別結(jié)呆同上，即對區(qū)分出控制極G和主電極A1。方法二：A2：R×1kA2”，A2”，A2，這是因?yàn)橹麟夾2A1GPNA2，再按上述方法測試判斷，直至找到真正的T2A2GA1，由于設(shè)計(jì)上的需要以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定，GA1R×10G、A1值小的那次為準(zhǔn)，黑表筆接的電極為主電極A1，而紅表筆接的電極為控制極G。測試時請注意，在測量大功率向可控硅時，應(yīng)盡是量使用低阻檔，如不1.5V使測試更為可靠。2、判斷好壞方法一：R×1kT2－T1、T2－GR×10T1－G在幾十歐姆時，就說明雙向可控硅是好的，可以使用；反之，1、 若測得T2－T1，、T2－G之間的正反向電阻較小甚或等于零．而Tl－G之間的正反向電阻很小或接近于零時．就說明雙向可控硅性能變壞或擊穿損壞。不能使用；2、 如果測得T1－G之間的正反向電阻很大(接近∞)時，說明控制極與主電極T1之間內(nèi)部接觸不良或開路損壞，也不能使用。方法二：R×10,1(a)T2，T1，T2GT1(T2)接一下后離開，如果表頭指針發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)并停留在一固定位置，說明雙向1(b)所示，改黑表筆接T1，T2，T1GT1(T2)同極性的觸發(fā)電壓證）均能觸發(fā)導(dǎo)通。圖1 判斷雙向可控硅的觸發(fā)導(dǎo)通能力方法三：檢查觸發(fā)導(dǎo)通能力。如圖2所示．取一只10uF左右的電解電容器，將萬用表置于R×10k檔(V電壓)，對電解電容器充電3~5s后用來代替圖1中的短路線，即利用電容器上所充的電壓作為觸發(fā)信號，然后再將萬用表置于檢查觸發(fā)導(dǎo)通能力。如圖2所示．取一只10uF左右的電解電容器，將萬用表置于R×10k檔(V電壓)，對電解電容器充電3~5s后用來代替圖1中的短路線，即利用電容器上所充的電壓作為觸發(fā)信號，然后再將萬用表置于R×102(b)C明雙向可控硅是好的。圖2 判斷雙向可控硅的觸發(fā)導(dǎo)通能力應(yīng)用此法判斷雙向可控硅的觸發(fā)導(dǎo)通能力更為可靠。由于電解電容器上充的電壓較高，使觸發(fā)信號增大，更利于判斷大功率雙向可控硅的觸發(fā)能力。四、雙向可控硅概念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，而且僅需一個觸發(fā)電路，是比較理想的交流開關(guān)器件。其英文名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，而且僅需一個觸發(fā)電路，是比較理想的交流開關(guān)器件。其英文名TRIAC即三端雙向交流開關(guān)之意。雙向可控硅參數(shù)符號IT(AV)--通態(tài)平均電流Tc=75℃40AVRRM--反向反復(fù)峰值電壓800VIDRM--斷態(tài)重復(fù)峰值電流ITSM--通態(tài)一個周波不反復(fù)浪涌電流VTM--通態(tài)峰值電壓IGT--門極觸發(fā)電流 Tj=25℃100~150mAVGT--門極觸發(fā)電壓 Tj=25℃1.5VIH--維持電流 Tj=25℃100mAdv/dt--斷態(tài)電壓臨界上升率250V/uSdi/dt--通態(tài)電流臨界上升率 10A/uSRthjc--結(jié)殼熱阻VISO--模塊絕緣電壓Tjm--額定結(jié)溫VDRM--通態(tài)反復(fù)峰值電壓Tj=125℃800VIRRM--反向重復(fù)峰值電流IF(AV)--正向平均電流雙向可控硅的設(shè)計(jì)及應(yīng)用分析引言1958年，從美國通用電氣公司研制成功第一個工業(yè)用可控硅開始，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流、過壓保護(hù)電路。雙向可控硅一般用于交流調(diào)節(jié)電路，如調(diào)光臺燈及全自動洗衣機(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，而且僅需一個觸發(fā)電路，是目前比較理想的交流開關(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。雙向可控硅特點(diǎn)雙向可控硅可被認(rèn)為是一對反并聯(lián)連接的普通可控硅的集成，工作原理與1為雙向可控硅的基本結(jié)構(gòu)及其等效電路，它有兩個T1T2G13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。1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。VDRM（斷態(tài)重復(fù)峰值電壓）VRRM（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，額定電壓應(yīng)為正常2~3倍，作為允許的操作過電壓裕量。有效值來表示它的額定電流值。由于可控硅的過載能力比一般電磁器件小，2~3倍。同時，可控VDRMVRRM時的峰值電流應(yīng)IDRMIRRM。通態(tài)（峰值）VTMVTM小的可控硅。維持電流：IH是維持可控硅維持通態(tài)所必需的最小主電流，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)的一個關(guān)鍵參數(shù)。此值超限將可能導(dǎo)致可控硅出現(xiàn)誤導(dǎo)通的現(xiàn)象。由A2G之間會存在寄生電容2dv/dt的變化在電容的兩端會出現(xiàn)等效電流，這Ig，也就是出現(xiàn)了觸發(fā)電流，導(dǎo)致誤觸發(fā)。圖2雙向可控硅等效示意圖dVCOM/dt。驅(qū)動高電抗性的負(fù)載時，負(fù)載電壓和電流當(dāng)負(fù)載電流過零時雙向可控硅發(fā)生切換由于相位差電壓并不為零。這時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）若超過允許值，會迫使雙向可控硅回復(fù)導(dǎo)通狀態(tài)，因?yàn)檩d流子沒有充分的時間自結(jié)上撤出，如圖3所示。圖3切換時的電流及電壓變化高dVCOM/dt承受能力受二個條件影響：dICOM/dt—切換時負(fù)載電流下降率。dICOM/dtdVCOM/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的允許值有可能被超過，T1T2間裝RC47~100Ω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)斷過程中主電流過零反向后迅速由反向峰值恢復(fù)至零電流，此過程可在元件兩端產(chǎn)生達(dá)正常工作峰5-6倍的尖峰電壓。收回路。斷開狀態(tài)下電壓變化率dvD/dt。若截止的雙向可控硅上（或門極靈敏的閘流管）VDRM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，T1T2間（或陽極和陰極間）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)在以下兩個方面：①dIT/dt（導(dǎo)通時的電流上升率）—當(dāng)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)展至整個有效面積。這遲后的時dIT/dt可能導(dǎo)致局部燒T1-T2dIT/dt到一較低的值，雙向可控硅可VDRMdIT/dtμH的不飽和（空心）電感。②dICOM/dt切換電流變化率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,50Hz波形由零上dV/dtmHdICOM/dt。·為了解決高dv/dt及di/dt引起的問題，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“閘流管”分隔得更好，減少了互相的影響。這帶來下列好處：dVCOM/dt。能控制電抗性負(fù)載，在很多場合下不需要緩沖電路，保證無故障切換。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。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dICOM/dt。③高dvD/dt（斷開狀態(tài)下電壓變化率）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。門極參數(shù)的選用：門極觸發(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maxα倍，α為門極觸發(fā)電流—結(jié)溫特性系數(shù)，查數(shù)據(jù)手冊可得，取特1.5倍即可。門極壓降—可以選擇Vgt25度時max值的β倍。β為門極觸發(fā)電壓—結(jié)溫特性系數(shù)，查數(shù)據(jù)手冊可得，取特性曲線中最低工作溫度時的系數(shù)。若對器件工作環(huán)境溫度無特殊需要，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），除了要門極電流≧IGTIL（擎住電流），25Tgw2倍以上。在電子噪聲充斥的環(huán)境中，若干擾電壓超過觸發(fā)電壓VGT，并有足夠的門極電流，就會發(fā)生假觸發(fā)，導(dǎo)致雙向可控硅切換。第一條防線是降低臨近空間TI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T11kΩ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。TjRthj-aTj80[%]Tjmax,其值相應(yīng)于可能的最高環(huán)境溫度。雙向可控硅的安裝對負(fù)載小，或電流持續(xù)時間短（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。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，本文不做介紹。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（SOT82SOT78）（SOT186F-pack和更新的SOT186AX-pack）。注意，SOT78TO220AB。螺栓固定SOT78M3接頭片之間。應(yīng)該不對器件的塑料體施加任何力量。安裝過程中，螺絲刀決不能對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)致安裝孔周圍的隆起，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。結(jié)語在可控硅設(shè)計(jì)中，選用合適的參數(shù)以及與之相對應(yīng)的軟硬件設(shè)計(jì)，用可控硅構(gòu)成的變流裝置具有節(jié)約能源、成本低廉等特點(diǎn)，目前在工業(yè)中得到飛速的發(fā)展。對雙向可控硅內(nèi)部電路的探討引言雙向可控硅（TRIAC）在控制交流電源控制領(lǐng)域的運(yùn)用非常廣泛，如我們的日光燈調(diào)光電路、交流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路等都主要是利用雙向可控硅可以雙向觸發(fā)導(dǎo)通的特點(diǎn)來控制交流供電電源的導(dǎo)通相位角，從而達(dá)到控制供電電流的大小[1]。然而對其工作原理和結(jié)構(gòu)的描述，以我們可以查悉的資料都只是很淺顯地提及，大部分都是對它的外圍電路的應(yīng)用和工作方式、參數(shù)的選擇等等做了比較多的描述，更進(jìn)一步的--哪怕是內(nèi)部方框電路--內(nèi)容也很難找到。PN型半導(dǎo)體的分布圖，采用分離元器件--電阻和電容--PN的連接、分布和履行的功能上完全與雙向可控硅類似，從而通過該電路來達(dá)到深入解析可控硅和設(shè)計(jì)實(shí)際運(yùn)用電路的目的。雙向可控硅工作原理與特點(diǎn)從理論上來講，雙向可控硅可以說是有兩個反向并列的單向可控硅組成，理解單向可控硅的工作原理是理解雙向可控硅工作原理的基礎(chǔ)[2-5]。單向可控硅1-aP、N、P、NA、K、G1-b所示切成兩半，就1-cPNPNPN三極管為主組成一個單向可控硅管。1-c2所示，當(dāng)陽極-陰極（A-K）接VGVgQ2就會正向?qū)?，Q1Q1也在Q2的拉電流下導(dǎo)通，此時由于C被充電，即便斷開G極的觸發(fā)電源Vg，Q1Q2在相互作用下仍能維持導(dǎo)通狀態(tài)，只有當(dāng)電源電壓VQ1Q2才會再次截止。雙向可控硅相比于單向可控硅，雙向可控硅在原理上最大的區(qū)別就是能雙向?qū)?，不T1T23-a所示，如果G3-b反向并聯(lián)而成[1-2]3-c所示連接。T1T2之間接通電源后，給G極正向觸發(fā)信號（T1、T2所接電源負(fù)極而言），G極接負(fù)觸發(fā)4Q3BE壓而致使Q3導(dǎo)通，繼而Q1導(dǎo)通給電容C充電后致Q2導(dǎo)通并保持導(dǎo)通狀態(tài)。雙向可控硅的主要特點(diǎn)TRICTriadACsemiconductorswitch出或反向[6][7]。T2VT1V的負(fù)極，GVgT2VT1V的負(fù)極，GVgT1VT2V的負(fù)極，G觸發(fā)信號分別接Vg的正、負(fù)極。類雙向可控硅電路設(shè)計(jì)在理解了前面所述雙向可控硅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理之后，依據(jù)其內(nèi)部結(jié)575PN結(jié)的63-a、b5It12It21所示，It12P2N2-P1-N1流出，It21P1N2-P2-N32流出；GIg+P2Ig-N31四個象限的觸發(fā)導(dǎo)通工作過程。T2Vt21正極，T1Vt21負(fù)GVg+Q4、Q5、Q6、Q7處于反向截止，Q1BE極之間無正偏壓也處于截止?fàn)顟B(tài)，Vg+P2R3Q2BEQ3導(dǎo)通，這時即使撤出Vg+C1的的作用下，Q2、Q3也仍然能處于導(dǎo)通狀態(tài)，只有當(dāng)Vt21GVg為負(fù)，Q4、Q5、Q6、Q7同樣處于反向截止?fàn)顟B(tài)，Q1BEVgQ3、Q2導(dǎo)通并得以保持導(dǎo)通狀態(tài)。T1Vt12正極，T2Vt12的負(fù)極GVgQ1BE極之間處于反向偏壓而截止，Q3處于反向截止，Q2BEQ4、Q7Q6、Q7Vt12先反向或撤除才重回截GVg為負(fù)，Q1、Q2Q3Q4Q5B極和EVgQ6Q7、Q6導(dǎo)通并得以保持導(dǎo)通狀態(tài)。電路制作與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證NPNS8050PNP三極S8550(PCB)56中所標(biāo)識的T2、T1G5T2、T1G三個接70，當(dāng)正或負(fù)觸發(fā)信號接通并撤離后電流表指示依然保持原來的電流值。該實(shí)驗(yàn)表明該電路在正負(fù)電源供電情況下能雙向觸發(fā)導(dǎo)通。812T1-T2之間的電壓。在0是，T1-T2當(dāng)觸發(fā)信號脈沖到來時，T1-T20，表明模塊電路已經(jīng)導(dǎo)通。結(jié)束語在詳細(xì)解讀了雙向可控硅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)了一款7個三極管為主要元器件和電阻電容可以被雙向觸發(fā)的控制電路。利用常用S8050S8550運(yùn)用過程中可以通過對此電路的相關(guān)器件做適當(dāng)調(diào)整來滿足具體的需求和設(shè)計(jì)要求。同時，利用所設(shè)計(jì)的電路形象具體地解釋了雙向可控硅的工作原理與過程。五、晶閘管兩端并聯(lián)阻容網(wǎng)絡(luò)的作用RCRC容吸收電路。我們知道，晶閘管有一個重要特性參數(shù)－斷態(tài)電壓臨界上升率dlv/dlt。它表明晶閘管在額定結(jié)溫和門極斷路條件下，使晶閘管從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)的最低電壓上升率。若電壓上升率過大，超過了晶閘管的電壓上升率的值，則會在無門PNJ2C0C0，J3C0管誤導(dǎo)通現(xiàn)象，即常說的硬開通，這是不允許的。因此，對加到晶閘管上的陽極電壓上升率應(yīng)有一定的限制。為了限制電路電壓上升率過大，確保晶閘管安全運(yùn)行，常在晶閘管兩RCCR可起阻尼作用，它可以防止R、L、C電路在過渡過程中，因振蕩在電容器兩端出現(xiàn)的過電壓損壞晶閘管。同時，避免電容器通過晶閘管放電電流過大，造成過電