閘流管和雙向可控硅

這篇技術文獻的目標是提供有趣的、描述性的、實際的介紹，幫助讀者在功率控制方面成功應用閘流流管立即導通。當門極電壓達到閥值電壓VGT

靈敏的門極控制閘流管，如B10，容易在高溫Tj高于Tjx,將達到一種狀態(tài)，此時漏電流足以觸發(fā)靈敏的閘流管門極。閘流管將喪失維持截止狀態(tài)的能力，沒有門極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1kΩ或阻值更小的電阻，降低若由于電路要求，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。應用負門極電流時，特別要注意降低截止（換向流IH之下，并歷經(jīng)必要時間，讓所有的載流子撤出IH之下足夠長的時間，注意，IH亦在室溫下定義，和IL一樣，溫度高時控制導通時間）負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1μs，它的峰值應增當負載電流達到閘流管的閂鎖電流值L斷開門極電流，負載電流將維持不變。只要有足夠的電流繼續(xù)流動，閘流管將繼續(xù)在沒有門極電流的條件注意，VGT，IGT和IL參數(shù)的值都是25℃下的數(shù)

足夠時間，讓負載電流降到

雙向可控硅可看作為“雙向閘流管”，因為它能雙向?qū)?。對標準的雙向可控硅，電流能沿任一方向子1和2用1門間MT1的正向或負向電流觸發(fā)。（VGT，IGTIL的選擇原則和閘流管相同，見規(guī)則1）因而能在四個“象限”觸發(fā)，如圖4所示。在負載電流過零時，門極用直流或單極脈沖觸發(fā)，優(yōu)先采用負的門極電流，理由如下。若運行在3+象限，由于雙向可控硅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，門極離主載流區(qū)列：高IGT->需要值IG

由IG觸發(fā)到負載電流開始流動，兩者之間遲后時間較長–>要求IG維持較長時間。低得多的dIT/dt承受能力—>若控制負載具有高dI/dt值（例如白熾燈的冷燈絲），門極可能發(fā)生高IL值（1-工況亦如此）—>對于很小的負載，若在電源半周起始點導通，可能需要較長時間的在標準的C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M2的極性始終不變。這表明，工況總是在+和3-象限，這里雙向可控硅的切換參數(shù)相同。這導致對稱的雙向可控硅切換，門極此說明：以1+，1-，3-和3+標志四個觸發(fā)象限，完全是為了簡便，例如用1+取代“MT2+，G+”等等。這是從雙向可控硅的V/I特性圖導出的代號。正的MT2相應正電流進入MT2，相反也是（見圖5）。實際上，工況只能存在1和3象限中。上標+和-分別表示門極要避開3+象限（WT2-，G+）。生的。其中有些不損傷設備，另一些則可能破壞設在電子噪聲充斥的環(huán)境中，若干擾電壓超過VT有足夠的門極電流，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I管腳（硬線，可采用螺旋雙線，或干脆用線，這些必要1之間串入kΩ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。另一解決辦法，選用H系列的雙向可控硅（例如，60H）。這些是低靈敏度型號，規(guī)格0AnG強螺旋雙線或線。門極和MT1間加電阻1k(b)超過最大切換電壓上升率驅(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（6）。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若超過允許的dt，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(jié)上撤出。高/dt /dt為切換時負載電流下降率。/dt高，則/dt承受能力下降。接面溫度Tj越高，/dt承受能力越下降。假如雙向可控硅的/dt的允許值有可能被超緩沖電路，以此限制電壓上升率。通常選用100Ω的能承受浪涌電流的碳膜電阻，100nF的電容。另一種選擇，采用雙向可控硅高的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導致高/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。非正弦波負載電流和高/dt的常見原因是整流供電的電感性負載。常常導致普通雙向可控硅切換失

敗，一旦電源電壓降到負載反電勢之下，雙向可控硅電流向零跌落。該效應見圖7。雙向可控硅處于零電流狀態(tài)時，負載電流繞著橋式整流器“空轉(zhuǎn)”。這類負載產(chǎn)生的dt如此之高，使雙向可控硅甚至不能支持0z波形由零上升時不大的Vdt。這里增加dt加一個幾H的電感，和負載串連，可以限制/dt。另一種解決辦法，采用雙向可控若截止的雙向可控硅上（或門極靈敏的閘流管）VDM（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)器假如發(fā)生這樣的問題，MT1和MT2間（或陽極和 限制dIT/dt；遇到嚴重的、異常的電源瞬間過程，MT2電壓可VDRMMT2MT1間的漏電將達到一定程度，并使雙向可控硅自發(fā)導通（9）。由于超過VM或t全的dIdt造成破壞。原因是，導通擴散至整個結(jié)需要時間，此時允許的IdtTdt控硅可能可以幸存。為此，可在負載上串聯(lián)一個幾（）假如上述解決方法不能接受，或不實際，可代替的方法是增加過濾和箝位電路，防止尖峰脈沖到達雙向可控硅?？赡芤玫浇饘傺趸镒冏杵鳎∣V），V有些廠家懷疑，電路中采用MV他們得知，在高溫環(huán)境下V會失控并導致嚴重事故。原因是它們的工作電壓有顯著的負溫度系數(shù)。但2VS3VV事故的可能極其微小。選用VS往往會發(fā)生事2V

當雙向可控硅或閘流管在門極電流觸發(fā)下導通，門極處立即導通，然后迅速擴展至整個有效面可值。過高的dIT/dt可能導致局部燒毀，并使MT1-若在3+象限觸發(fā)，局部的機理進一步降低Idt的值。初始的、急劇的電流上升率可立即使門極進入反向雪崩擊穿狀態(tài)。這可能不會立即導致破壞。-1表現(xiàn)為，IGT逐步上升，直至雙向可控硅不能再觸發(fā)。3dIT/dtdIG/dt和IGdIG/dtIG（不超出門極功率條件下），就有較高的dIT/dt承受能力。前面已提到過，具有高初始涌入電流的常見負載是白熾燈，冷態(tài)下電阻低。對于這種電阻性負載，若在電源電壓的峰值開始導通，dITdt將具有最大值。Idt載上串聯(lián)一只幾μH的電感加以限制，或串聯(lián)負溫度系數(shù)的熱敏電阻。重申，電感在最大電流下不能飽和。Idt。無鐵芯的電感符合這個條件。一個更巧妙的解決辦法是采用零電壓導通，不必接入任何限制電流的器件。電流可注意：應該提醒，零電壓導通只能用在電阻性負載。對于電感性負載，由于電壓和電流間存在相位差，使用這方引起“半波”或單極導通，可能使電感性負載飽和，導致破壞性的電流，以及過熱。這種場合，更先進的控制技術采用零電流切換或由于雙向可控硅用于交流電路，自然在負載電流每個半周的終點斷開，除非門極電流設置為后半周起點導通。對IH2。構(gòu)有差別。差別之一是內(nèi)部的二個“閘流管”分隔得高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/dt。切換高頻電流或非正弦波電流的性能高Vdt。雙向可控硅在高溫下更為靈敏。高溫Vdt而導通。而可以用在高溫電器，控制電阻性負載，例如廚內(nèi)部結(jié)構(gòu)差別的另一反映是3+象限觸發(fā)是不可能的。在大部分情況下這不成為問題，因為這個觸發(fā)象限最少描述，也最少應用。所以直接用可控硅取代相當型號的傳統(tǒng)雙向可控硅幾乎總是可以的。雙向可控硅在飛利浦的二份資料中有詳細介Factsheet013 Factsheet014 對負載小，或電流持續(xù)時間短（小于1秒鐘）雙向可控硅，可在自由空間工作。但大部分情況下，

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這是推薦的方法，熱阻最小。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（SOT186F-pack和更新的SOT186AX-pack）。SOT78M3成套安裝零件，包括矩形墊安裝力矩（帶墊圈）應在0.55Nm和0.8Nm之（3點）。安裝力矩無法控制，也是這除非十分，鉚接不是推薦的安裝方法，因為這種操作中可能產(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

在最高環(huán)境溫度下，結(jié)溫Tj升至最高允許結(jié)溫Tjmax，由此得出結(jié)溫最大允許提升值。這提供溫升應力。固定，然后焊接引線。鉚釘芯軸是相似的概念。如阻R=V/I，有相應的熱阻Rth=T/P，這里T是溫升，以K（Kelvin）為單位；PWRth的單位為環(huán)境熱阻Rthj-a。對SOT82組件的典型數(shù)據(jù)是100K/W，對SOT78組件是60K/W，而對絕緣的F-pack和X-pack為55K/W。Rthj-aRthj-mbRthmb-hRthh-a在器件和散熱器之間加入導熱添加劑或薄片，是一種推薦的方法。絕緣組件采用這種安裝方法時，安hb-h成為一常數(shù)，是采用導熱添加劑的最佳值。所以，結(jié)至環(huán)境熱阻是結(jié)Rthj-aRthj-hRthh-a（絕緣組件Rthj-mbRthj-h是確定的，對每一器件的數(shù)據(jù)可在其資Rthmb-h可在安裝手冊中查到，根據(jù)是絕緣安裝還是非散熱器熱阻，首先要根據(jù)下列確定雙向可控硅的P=Vo×IT(AVE)+RS×IT(RMS)VoRSSC03VT圖取線斜率（VT/IT）給出RS。應用前面的熱阻：Rthj-

根據(jù)選定的安裝方法，SC03Rthj-mb和Rthmb-h數(shù)據(jù)。應用前面的熱阻Rthj-a=Rthj-mb+Rthmb-h+Rthh-a，可最后求得散熱器熱阻Rthh-a。大于1秒。這條件下，熱量才有足夠的時間從結(jié)傳送到散熱器。對持續(xù)時間短于1程，散熱器的效果大為減弱。熱量只在器件內(nèi)部擴散，很少傳到散熱器。對于這種瞬間過程，結(jié)的溫升hj-b。隨著電流脈沖持續(xù)時間減小，Zthj-mb下降，因為1Zthj-mb增大至穩(wěn)定狀態(tài)的熱阻值Rthj-mb。續(xù)時間低至10μs的雙向或單向的電流。飛利浦的閘流管由0.8A的SOT54（TO92）到25A的SOT78（TO220AB）。1ASOT22325A （三象限觸發(fā)）都有供應。SOT541996年前提最小的組件是表面安裝的SOT223，用于較小的閘流管和雙向可控硅（圖10）。組件焊接在印刷線路同樣的也以SOT82封裝供應，這是不絕緣組件（圖12）。組件的散熱得到改善，因為散熱器熱流用SOT223的更小的，采用這封裝。這種組SOT78是最常見的不絕緣組件，我們的大部分器件以這種封裝供應（13）。14SOT186（F-pack）。這一直是飛利浦傳受1500V電壓峰值。SOT186A組件（X-pack）15，和SOT78組件完全相同，所以它可直SOT78器件，并提供絕緣，而不必修改安

它的接口片頂部不金屬，管腳至散熱器漏電距離較大。因而能提供絕緣電壓2500VRMS，大