雙向可控硅的節(jié)能設計

1、雙向可控硅的節(jié)能設計及應用分析來源：中國節(jié)能產(chǎn)業(yè)網(wǎng)時間：2009-3-10 10:20:16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)的變流機組、 靜止的離子變流器進入以電力半導體器件組成的變流器時代?？?控硅分單向可控硅與雙向可控硅。單向可控硅一般用于彩電的過流、過壓保護電路。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中的交流電源控制。雙向可控硅是在普通可控硅的基礎上發(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，隨著半導體技術的發(fā)展

2、，大功率雙向可控硅不斷涌現(xiàn)， 并廣泛應用在變流、變頻領域，可控硅應用技術日益成熟。本文主要探討廣泛應用于家 電行業(yè)的雙向可控硅的設計及應用。雙向可控硅特點雙向可控硅可被認為是一對反并聯(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構及其等效電路，它有兩個主電極T1和T2，一個門極G,門極使器件在主電極的正反兩個方向均可觸發(fā)導通，所以雙向可控硅在第 1和第3象限有對稱的伏安特性。雙向可控硅門極加正、負觸發(fā)脈沖都能使管子觸發(fā)導 通，因此有四種觸發(fā)方式。V1中曲料鼻產(chǎn)業(yè)P4WWW. H MJ ET.eeM _CNword 文檔可編輯圖1雙向可控硅結構及等效電路雙向可控

3、硅應用為正常使用雙向可控硅，需定量掌握其主要參數(shù)，對雙向可控硅進行適當選用并采 取相應措施以達到各參數(shù)的要求。耐壓級別的選擇：通常把 VDRM （斷態(tài)重復峰值電壓）和 VRRM （反向重復峰值 電壓）中較小的值標作該器件的額定電壓。選用時，額定電壓應為正常工作峰值電壓的 23倍，作為允許的操作過電壓裕量。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，因而一般家電中選用 可控硅的電流值為實際工作電流值的23倍。同時，可控硅承受斷態(tài)重復峰值電壓VDRM和反向重復峰值電壓 VRRM時的峰值電流應小于器件規(guī)定的 IDR

4、M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)額定電流時的瞬態(tài)峰值壓降。 為減少可控硅的熱損耗，應盡可能選擇VTM小的可控硅。維持電流：IH是維持可控硅維持通態(tài)所必需的最小主電流，它與結溫有關，結溫 越高，則IH越小。電壓上升率的抵制：dv/dt指的是在關斷狀態(tài)下電壓的上升斜率，這是防止誤觸發(fā) 的一個關鍵參數(shù)。此值超限將可能導致可控硅出現(xiàn)誤導通的現(xiàn)象。由于可控硅的制造工 藝決定了 A2與G之間會存在寄生電容，如圖 2所示。我們知道dv/dt的變化在電容的 兩端會出現(xiàn)等效電流，這個電流就會成為Ig，也就是出現(xiàn)了觸發(fā)電流，導致誤觸發(fā)。r wv/w.hpnrr.eeM.eN圖2雙

5、向可控硅等效示意圖切換電壓上升率dVCOM/dt。驅(qū)動高電抗性的負載時，負載電壓和電流的波形間通 常發(fā)生實質(zhì)性的相位移動。當負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導通狀態(tài)，因為載流子沒有充分的時間自結上撤出，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 切換時負載電流下降率。dICOM/dt高，貝V dVCOM/dt承受能力下降。結面溫度Tj越高，dVCOM/dt承受能力越下降。假如雙向可控硅的dVCOM/dt的允

6、許值有可能被超過，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 47100 的能承受浪涌電流的碳膜電阻，0.01尸0.47尸的電容，晶閘管關斷過程中主電流過零反向后迅速由反向峰值恢復至零電流，此過程可在元 件兩端產(chǎn)生達正常工作峰值電壓 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）作用很 高的電壓變化率，盡管不超過VDRM ,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

7、該加上 RC緩沖電路，以限制dvD/dt o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： dIT/dt （導通時的電流上升率）一當雙向可控硅或閘流管在門極電流觸發(fā)下導通，門極臨近處立即導通，然后迅速擴展至整個有效面積。這遲后的時間有一個極限，即負 載電流上升率的許可值。 過高的dIT/dt可能導致局部燒毀，并使T1-T2短路。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。因此，假如雙向可控硅的VDRM 在嚴重的、異常的電源瞬間過程中有可能被超出或?qū)〞r的 dIT/dt 有可能被超出，可在 負載上串聯(lián)一個幾 pH的不飽和（空心）電感。 dICOM/dt （切換電

8、流變化率）一導致高dICOM/dt值的因素是：高負載電流、高電網(wǎng) 頻率（假設正弦波電流） 或者非正弦波負載電流 ,它們引起的切換電流變化率超出最大的 允許值，使雙向可控硅甚至不能支持 50Hz波形由零上升時不大的 dV/dt，加入一幾mH 的電感和負載串聯(lián)，可以限制 dICOM/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)部結構有差別。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： 高 dVCOM/dt 。能控制電抗性負載，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

9、件數(shù)量、底板尺寸和成本，還免去了緩沖電路的功率耗散。 高dICOM/dt。切換高頻電流或非正弦波電流的性能大為改善，而不需要在負載 上串聯(lián)電感，以限制 dICOM/dt。 高dvD/dt （斷開狀態(tài)下電壓變化率）。雙向可控硅在高溫下更為靈敏。高溫下， 處于截止狀態(tài)時， 容易因高 dV/dt 下的假觸發(fā)而導通。 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)電流一為了使可控硅可靠觸發(fā)，觸發(fā)電流Igt選擇25度時max值的a倍，a為門極觸發(fā)電流 一結溫特性系數(shù)，查數(shù)據(jù)手冊可得，取特性曲線中最

10、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a取大于1.5倍即可。門極壓降一可以選擇Vgt 25度時max值的卩倍。卩為門極觸發(fā)電壓一結溫特性系數(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 卩取11.2倍即可。觸發(fā)電阻 Rg=（Vcc-Vgt） /Igt觸發(fā)脈沖寬度一為了導通閘流管（或雙向可控硅），除了要門極電流仝 IGT，還要 使負載電流達到仝IL （擎住電流），并按可能遇到的最低溫度考慮。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，若干擾電壓超過觸發(fā)電壓VGT ，并有足夠的門極

11、電流，就會發(fā)生假觸發(fā)，導致雙向可控硅切換。第一條防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)動電路的共用返回線直接連接到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)域為過電流燒毀的可能。結溫Tj的控制：為了長期可靠工作，應保證Rth j-a足夠低，維持Tj不高于80%Tjmax , 其值相應于可能的最高環(huán)境

12、溫度。雙向可控硅的安裝對負載小，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。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（SOT82 和 SOT78） 和絕緣封裝（SOT186 F-pack 和更新的 SOT186A X-pack ）。 注意， SOT78 就是 TO220AB 。螺栓固定SO

13、T78 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處理，保證平坦，10mm上允許偏差0.02mm。安裝力矩（帶墊圈）應在 0.55Nm 和 0.8Nm 之間。應避免使用自攻絲螺釘， 因為擠壓可能導致安裝孔周圍的隆起，影響器件和散熱器 之間的熱接觸。安裝力矩無法控制，也是這種安裝方法的缺點。器件應首先機械固定，然后焊接引線。這可減少引線的不適當應力。 結語用可控硅構成的在可控硅設計中，選用合適的參數(shù)以及與之相對應的軟硬件設計，變流裝置具有節(jié)約能源、成本低廉

14、等特點，目前在工業(yè)中得到飛速的發(fā)展碳戰(zhàn)屣傭軍以您尊贊的歸牌與名義和準鎖能率，狙擊碳戰(zhàn)收益城rlfJlflEW械碳項口 -站式成果外包wwffxundt?nR,coni 支援呼叫：1332374100S碳戰(zhàn)刪HI軍 以您尊貴的品牌與名義 粘淮鎖定W能幫*狙擊碳戰(zhàn)收益您血想大展華腳號何吭被宸足不前成許憊公“用節(jié)節(jié)能頂“止任戕吹嘰怛聯(lián) 乏一佶粢統(tǒng)、科學血乩輔屋的方棠，無法向甲力 展現(xiàn)逐勺眾不同的申越手業(yè)能力戍許 址暫一牛廿胞合岡IE在響號中，（l!Wn的俺雄菲惟、技術機會、投疆磴*、投資收牢，嚨許 您有牛音同押諫骨理頊HiH柱實施”但 節(jié)能零總尼無沫帽確保中能耗泄漏強雇處總墾機會處在的但您冊要鎖定機會 收益是仔在的，但您爲耍鎖定收益碳戰(zhàn)雇傭軍 為您提供全國領先的盈利機制減川K-式零碳合同管理/低碳合同管理項忖機制：低碳機制排戰(zhàn)權交易機制 成果：凰排櫃及排放最獲得DOE桟證;聯(lián)得發(fā)改委認可的零碳項目證仏合同能源管理低碳風戀項訂機制：排放權祛證機制及項H方法學 威 果：減