中心議題：

• 雙向可控矽特點
• 雙向可控矽應用

解決方案：

• 使用Hi-Com 雙向可控矽

引言　　

1958年，從美國通用電氣公司研製成功第一個工業用可控矽開始，電能的變換和控製從旋轉的變流機組、靜止的離子變流器進入以電力半導體" target="_blank">半導體器件組成的變流器時代。可控矽分單向可控矽與雙向可控矽。單向可控矽一般用於彩電的過流
、過壓保護電路。雙向可控矽一般用於交流調節電路
，如調光台燈及全自動洗衣機中的交流電源控製。　　

shuangxiangkekongguishizaiputongkekongguidejichushangfazhanerchengde
，tabujinnengdaitiliangzhifanjixingbingliandekekonggui

，erqiejinxuyigechufadianlu，shimuqianbijiaolixiangdejiaoliu開關器件，一直為家電行業中主要的功率控製器件。近幾年
，隨著半導體技術的發展，大功率雙向可控矽不斷湧現
，並廣泛應用在變流
、變頻領域
，可控矽應用技術日益成熟。本文主要探討廣泛應用於家電行業的雙向可控矽的設計及應用。　　

雙向可控矽特點　　

雙向可控矽可被認為是一對反並聯連接的普通可控矽的集成，工作原理與普通單向可控矽相同。圖1為雙向可控矽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導通，所以雙向可控矽在第1和第3象限有對稱的伏安特性。雙向可控矽門極加正、負觸發脈衝都能使管子觸發導通，因此有四種觸發方式。
 

 
圖1 雙向可控矽結構及等效電路　　

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de2~3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/dtzhideshizaiguanduanzhuangtaixiadianyadeshangshengxielv，zheshifangzhiwuchufadeyigeguanjiancanshu。cizhichaoxianjiangkenengdaozhikekongguichuxianwudaotongdexianxiang。youyukekongguidezhizaogongyijuedingleA2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。qudonggaodiankangxingdefuzaishi
，fuzaidianyahedianliudeboxingjiantongchangfashengshizhixingdexiangweiyidong。dangfuzaidianliuguolingshishuangxiangkekongguifashengqiehuan，youyuxiangweichadianyabingbuweiling。zheshishuangxiangkekongguixulijizuduangaidianya。chanshengdeqiehuandianyashangshenglv（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。[page]
 

 
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。