雙向可控矽應用

為正常使用雙向可控矽
，需定量掌握其主要參數，對雙向可控矽進行適當選用並采取相應措施以達到各參數的要求。

 

耐壓級別的選擇：通常把 VDRM（斷態重複峰值電壓）和 VRRM（反向重複峰值電壓）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 2~3 倍，作 為允許的操作過電壓裕量。

 

電流的確定：由you於yu雙shuang向xiang可ke控kong矽gui通tong常chang用yong在zai交jiao流liu電dian路lu中zhong，因yin此ci不bu用yong平ping均jun值zhi而er用yong有you效xiao值zhi來lai表biao示shi它ta的de額e定ding電dian流liu值zhi。由you於yu可ke控kong矽gui的de過guo載zai能neng力li比bi一yi般ban電dian磁ci器qi件jian小xiao，因yin而er一yi般ban家jia電dian中zhong選xuan用yong可ke控kong矽gui的de電dian流liu值zhi為wei實shi際ji工gong作zuo電dian流liu值zhi的de 2~3 倍。同時，可控矽承受斷態重複峰值電壓 VDRM 和反向重複峰 值電壓 VRRM 時的峰值電流應小於器件規定的 IDRM 和 IRRM。

 

通態（峰值）電壓 VTM 的選擇：它是可控矽通以規定倍數額定電流時的瞬態峰值壓降。為減少可控矽的熱損耗
，應盡可能選擇 VTM 小的可控矽。

 

維持電流：IH 是維持可控矽維持通態所必需的最小主電流，它與結溫有關，結溫越高
，則 IH 越小。

 

電壓上升率的抵製：dv/dt 指zhi的de是shi在zai關guan斷duan狀zhuang態tai下xia電dian壓ya的de上shang升sheng斜xie率lv
，這zhe是shi防fang止zhi誤wu觸chu發fa的de一yi個ge關guan鍵jian參can數shu。此ci值zhi超chao限xian將jiang可ke能neng導dao致zhi可ke控kong矽gui出chu現xian誤wu導dao通tong的de現xian象xiang。由you於yu可ke控kong矽gui的de製zhi造zao工gong藝yi決jue定ding了le 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等效電流，這個電流就會成為 Ig
，也就是出現了觸發電流，導致誤觸發。

 

圖 2 雙向可控矽等效示意圖

 

切換電壓上升率 dVCOM/dt。驅(qu)動(dong)高(gao)電(dian)抗(kang)性(xing)的(de)負(fu)載(zai)時(shi)，負(fu)載(zai)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)的(de)波(bo)形(xing)間(jian)通(tong)常(chang)發(fa)生(sheng)實(shi)質(zhi)性(xing)的(de)相(xiang)位(wei)移(yi)動(dong)。當(dang)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)過(guo)零(ling)時(shi)雙(shuang)向(xiang)可(ke)控(kong)矽(gui)發(fa)生(sheng)切(qie)換(huan)，由(you)於(yu)相(xiang)位(wei)差(cha)電(dian)壓(ya)並(bing)不(bu)為(wei)零(ling)。這(zhe)時(shi)雙(shuang)向(xiang)可(ke)控(kong)矽(gui)須(xu)立(li)即(ji)阻(zu)斷(duan)該(gai)電(dian)壓(ya)。產(chan)生(sheng)的(de)切(qie)換(huan)電(dian)壓(ya)上(shang)升(sheng)率(lv)（dVCOM/dt）若超過允許值
，會迫使雙向可控矽回複導通狀態，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，則 dVCOM/dt 承受能力下降。結麵溫度 Tj 越高，dVCOM/dt 承受能力越下降。假如雙向可控矽的 dVCOM/dt 的允許值有可能被超過，為避免發生假觸發，可在 T1 和 T2 間裝置 RC 緩衝電路，以此限製電壓上升率。通常選用 47~100Ω 的能承受浪湧電流的碳膜電阻
，0.01μF~0.47μF 的電容

，晶閘管關斷過程中主電流過零反向後迅速由反向峰值恢複至零電流，此過程可在元件兩端產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。

 

斷開狀態下電壓變化率 dvD/dt。若截止的雙向可控矽上（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
，電容性內部電流能產生足夠大的門極電流，並觸發器件導通。門極靈敏度隨溫度而升高。假如發生這樣的問題，T1 和 T2 間（或陽極和陰極間） 應該加上 RC 緩衝電路，以限製 dvD/dt。

 

電流上升率的抑製：電流上升率的影響主要表現在以下兩個方麵：

 

①dIT/dt（導通時的電流上升率）—當dang雙shuang向xiang可ke控kong矽gui或huo閘zha流liu管guan在zai門men極ji電dian流liu觸chu發fa下xia導dao通tong，門men極ji臨lin近jin處chu立li即ji導dao通tong，然ran後hou迅xun速su擴kuo展zhan至zhi整zheng個ge有you效xiao麵mian積ji。這zhe遲chi後hou的de時shi間jian有you一yi個ge極ji限xian，即ji負fu載zai電dian流liu上shang升sheng率lv的de許xu可ke值zhi。過guo高gao的de dIT/dt 可能導致局部燒毀，並使 T1-T2 短路。假如過程中限製 dIT/dt 到一較低的值，雙向可控矽可能可以幸存。因此，假如雙向可控矽的 VDRM 在嚴重的、異常的電源瞬間過程中有可能被超出或導通時的 dIT/dt 有可能被超出，可在負載上串聯一個幾 μH 的不飽和（空心）電感。

 

②dICOM/dt (切換電流變化率) —導致高 dICOM/dt 值的因素是:高負載電流、高電網頻率（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 雙向可控矽甚至不能支持 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，可以限製 dICOM/dt。

 

·為了解決高 dv/dt 及 di/dt 引起的問題，還可以使用 Hi-Com 雙向可控矽
，它和傳統的雙向可控矽的內部結構有差別。差別之一是內部的二個“閘流管”分隔得更好，減少了互相的影響。這帶來下列好處：

 

①高 dVCOM/dt。能控製電抗性負載
，在很多場合下不需要緩衝電路
，保證無故障切換。這降低了元器件數量、底板尺寸和成本，還免去了緩衝電路的功率耗散。

 

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

 

③高 dvD/dt（斷開狀態下電壓變化率）。雙向可控矽在高溫下更為靈敏。高溫下
，處於截止狀態時
，容易因高 dV/dt 下的假觸發而導通。Hi-Com 雙向可控矽減少了這種傾向。從而可以用在高溫電器
，控製電阻性負載
，例如廚房和取暖電器，而傳統的雙向可控矽則不能用。

 

門極參數的選用

門極觸發電流—為了使可控矽可靠觸發，觸發電流 Igt 選擇 25 度時 max 值的 α 倍
，α 為門極觸發電流—結溫特性係數
，查數據手冊可得

，取特性曲線中最低工作溫度時的係數。若對器件工作環境溫度無特殊需要，通常 α 取大於 1.5 倍即可。

 

門極壓降—可以選擇 Vgt 25 度時 max 值的 β 倍。β 為門極觸發電壓—結溫特性係數
，查數據手冊可得，取特性曲線中最低工作溫度時的係數。若對器件工作環境溫度無特殊需要，通常 β 取 1~1.2 倍即可。

 

觸發電阻—Rg=（Vcc-Vgt）/Igt

 

觸發脈衝寬度—為了導通閘流管（或雙向可控矽）
，除了要門極電流≧IGT ，還要使負載電流達到≧IL（擎住電流），並按可能遇到的最低溫度考慮。因此
，可取 25 度下可靠觸發可控矽的脈衝寬度 Tgw 的 2 倍以上。

 

在電子噪聲充斥的環境中
，若幹擾電壓超過觸發電壓 VGT，bingyouzugoudemenjidianliu，jiuhuifashengjiachufa
，daozhishuangxiangkekongguiqiehuan。diyitiaofangxianshijiangdilinjinkongjiandezabo。menjijiexianyueduanyuehao，bingquebaomenjiqudongdianludegongyongfanhuixianzhijielianjiedao TI 管腳（對閘流管是陰極）。ruomenjijiexianshiyingxian，kecaiyongluoxuanshuangxian
，huogancuiyongpingbixian，zhexiebiyaodecuoshidoushiweilejiangdizabodexishou。weizengjiaduidianzizaoshengdedikangli，kezaimenjihe T1 之間串入 1kΩ huogengxiaodedianzu

，yicijiangdimenjidelingmindu。jiaruyicaiyonggaopinpangludianrong，jianyizaigaidianronghemenjijianjiarudianzu，yijiangditongguomenjidedianrongdianliudefengzhi，jianshaoshuangxiangkekongguimenjiquyuweiguodianliushaohuidekeneng。

 

結溫 Tj 的控製：為了長期可靠工作
，應保證 Rth j-a 足夠低，維持 Tj 不高於 80%Tjmax , 其值相應於可能的最高環境溫度。

 

雙向可控矽的安裝

對負載小，或電流持續時間短（小於 1 秒鍾）的(de)雙(shuang)向(xiang)可(ke)控(kong)矽(gui)，可(ke)在(zai)自(zi)由(you)空(kong)間(jian)工(gong)作(zuo)。但(dan)大(da)部(bu)分(fen)情(qing)況(kuang)下(xia)，需(xu)要(yao)安(an)裝(zhuang)在(zai)散(san)熱(re)器(qi)或(huo)散(san)熱(re)的(de)支(zhi)架(jia)上(shang)
，為(wei)了(le)減(jian)小(xiao)熱(re)阻(zu)
，可(ke)控(kong)矽(gui)與(yu)散(san)熱(re)器(qi)間(jian)要(yao)塗(tu)上(shang)導(dao)熱(re)矽(gui)脂(zhi)。

 

雙向可控矽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。這同樣適用於非絕緣封裝（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

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麵應處理
，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ying避bi免mian使shi用yong自zi攻gong絲si螺luo釘ding
，因yin為wei擠ji壓ya可ke能neng導dao致zhi安an裝zhuang孔kong周zhou圍wei的de隆long起qi
，影ying響xiang器qi件jian和he散san熱re器qi之zhi間jian的de熱re接jie觸chu。安an裝zhuang力li矩ju無wu法fa控kong製zhi，也ye是shi這zhe種zhong安an裝zhuang方fang法fa的de缺que點dian。器qi件jian應ying首shou先xian機ji械xie固gu定ding，然ran後hou焊han接jie引yin線xian。這zhe可ke減jian少shao引yin線xian的de不bu適shi當dang應ying力li。

 

在可控矽設計中，選用合適的參數以及與之相對應的軟硬件設計
，用可控矽構成的變流裝置具有節約能源、成本低廉等特點
，目前在工業中得到飛速的發展。

 

除此以外
，可控矽的應用市場，可謂是相當的廣闊
，譬如：在自動化控製領域
、機電領域、工業電器以及家電等方麵

，都有可控矽的身影。在消費級市場
，U 型馬達和電熱阻絲也是可控矽應用比較多的方向。通常情況下

，一般采用雙向可控矽（TRIAC）或者結合交流電源來實現電機控製、恒溫恒功率的控製電路。

 

不管是電熱阻絲還是 U 馬達
，由於其加入了 TRIAC 這樣的雙向可控矽的器件，加入了 PID 控(kong)製(zhi)算(suan)法(fa)所(suo)以(yi)其(qi)相(xiang)關(guan)的(de)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)就(jiu)變(bian)得(de)非(fei)常(chang)複(fu)雜(za)，為(wei)了(le)讓(rang)大(da)家(jia)更(geng)好(hao)的(de)更(geng)輕(qing)鬆(song)的(de)實(shi)現(xian)相(xiang)關(guan)產(chan)品(pin)的(de)設(she)計(ji)，我(wo)特(te)意(yi)開(kai)設(she)了(le)此(ci)次(ci)直(zhi)播(bo)課(ke)
，幫(bang)忙(mang)大(da)家(jia)係(xi)統(tong)地(di)理(li)解(jie)可(ke)控(kong)矽(gui)的(de)在(zai)實(shi)際(ji)具(ju)體(ti)產(chan)品(pin)的(de)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)。