闸流管和双向可控硅Word下载.docx

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1.确保温度不超过Tjmax。

2.采用门极灵敏度较低的闸流管，如BT151，或在门极和阴极间串入1kΩ或阻值更小的电阻，降低已有闸流管的灵敏度。

3.若由于电路要求，不能选用低灵敏度的闸流管，可在截止周期采用较小的门极反向偏流。

这措施能增大IL。

应用负门极电流时，特别要注意降低门极的功率耗散。

截止（换向）要断开闸流管的电流，需把负载电流降到维持电流IH之下，并历经必要时间，让所有的载流子撤出结。

在直流电路中可用“强迫换向”，而在交流电路中则在导通半周终点实现。

（负载电路使负载电流降到零，导致闸流管断开，称作强迫换向。

）然后，闸流管将回复至完全截止的状态。

假如负载电流不能维持在IH之下足够长的时间，在阳极和阴极之间电压再度上升之前，闸流管不能回复至完全截止的状态。

它可能在没有外部门极电流作用的情况下，回到导通状态。

注意，IH亦在室温下定义，和IL一样，温度高时其值减小。

所以，为保证成功的切换，电路应充许有足够时间，让负载电流降到IH之下，并考虑可能遇到的最高运行温度。

规则

2.要断开（切换）闸流管（或双向可控硅），负载电流必须需要高峰值IG。

2.由IG触发到负载电流开始流动，两者之间迟后时间较长–>

要求IG维持较长时间。

3.低得多的dIT/dt承受能力—>

若控制负载具有高dI/dt值（例如白炽灯的冷灯丝），门极可能发生强烈退化。

4.高IL值（1-工况亦如此）—>

对于很小的负载，若在电源半周起始点导通，可能需要较长时间的IG，才能让负载电流达到较高的IL。

在标准的AC相位控制电路中，如灯具调光器和家用电器转速控制，门极和MT2的极性始终不变。

这表明，工况总是在1+和3-象限，这里双向可控硅的切换参数相同。

这导致对称的双向可控硅切换，门极此时最灵敏。

说明：

以1+，1-，3-和3+标志四个触发象限，完全是为了简便，例如用1+取代“MT2+，G+”等等。

这是从双向可控硅的V/I特性图导出的代号。

正的MT2相应正电流进入MT2，相反也是（见图5）。

实际上，工况只能存在1和3象限中。

上标+和-分别表示门极输入或输出电流。

规则3.设计双向可控硅触发电路时，只要有可能，就要避开3+象限（WT2-，G+）。

其它导通方式还有一些双向可控硅的导通方式是我们不希望发生的。

其中有些不损伤设备，另一些则可能破坏设备。

（a）电子噪声引发门极信号在电子噪声充斥的环境中，若干扰电压超过VGT，并有足够的门极电流，就会发生假触发，导致双向可控硅切换。

第一条防线是降低临近空间的杂波。

门极接线越短越好，并确保门极驱动电路的共用返回线直接连接到MTI管脚（对闸流管是阴极）。

若门极接线是硬线，可采用螺旋双线，或干脆用屏蔽线，这些必要的措施都是为了降低杂波的吸收。

为增加对电子噪声的抵抗力，可在门极和MT1之间串入1kΩ或更小的电阻，以此降低门极的灵敏度。

假如已采用高频旁路电容，建议在该电容和门极间加入电阻，以降低通过门极的电容电流的峰值，减少双向可控硅门极区域为过电流烧毁的可能。

另一解决办法，选用H系列的双向可控硅（例如，BT139-600H）。

这些是低灵敏度型号，规格10mAminIGT，专为增强抗干扰能力所设计。

PhilipsSemiconductors闸流管和双向可控硅-成功应用的十条黄金规则ApplicationNoteAN101215规则4.为减少杂波吸收，门极连线长度降至最低。

返回线直接连至MT1（或阴极）。

若用硬线，用螺旋双线或屏蔽线。

门极和MT1间加电阻1kΩ或更小。

高频旁路电容和门极间串接电阻。

另一解决办法，选用H系列低灵敏度双向可控硅。

（b）超过最大切换电压上升率dVCOM/dt驱动高电抗性的负载时，负载电压和电流的波形间通常发生实质性的相位移动。

当负载电流过零时双向可控硅发生切换，由于相位差电压并不为零（见图6）。

这时双向可控硅须立即阻断该电压。

产生的切换电压上升率若超过允许的dVCOM/dt，会迫使双向可控硅回复导通状态。

因为载流子没有充分的时间自结上撤出。

高dVCOM/dt承受能力受二个条件影响：

1.dICOM/dt为切换时负载电流下降率。

dICOM/dt高，则dVCOM/dt承受能力下降。

2.接面温度Tj越高，dVCOM/dt承受能力越下降。

假如双向可控硅的dVCOM/dt的允许值有可能被超过，为避免发生假触发，可在MT1和MT2间装置RC缓冲电路，以此限制电压上升率。

通常选用100Ω的能承受浪涌电流的碳膜电阻，100nF的电容。

另一种选择，采用Hi-Com双向可控硅注意，缓冲电路中无论如何不能省略电阻。

没有这限流电阻，电容向双向可控硅释放电荷时可能形成高的dIT/dt，在不利的切换条件下有破坏性。

（c）超出最大的切换电流变化率dICOM/dt导致高dICOM/dt值的因素是，高负载电流、高电网频率（假设正弦波电流）或者非正弦波负载电流。

非正弦波负载电流和高dICOM/dt的常见原因是整流供电的电感性负载。

常常导致普通双向可控硅切换失败，一旦电源电压降到负载反电势之下，双向可控硅电流向零跌落。

该效应见图7。

双向可控硅处于零电流状态时，负载电流绕着桥式整流器“空转”。

这类负载产生的dICOM/dt如此之高，使双向可控硅甚至不能支持50Hz波形由零上升时不大的dV/dt。

这里增加缓冲电路并无好处，因为dVCOM/dt不是问题所在。

增加一个几mH的电感，和负载串连，可以限制dICOM/dt。

另一种解决办法，采用Hi-Com双向可控硅。

（d）超出最大的断开电压变化率dVD/dt若截止的双向可控硅上（或门极灵敏的闸流管）作用很高的电压变化率，尽管不超过VDRM（见图8），电容性内部电流能产生足够大的门极电流，并触发器件导通。

门极灵敏度随温度而升高。

假如发生这样的问题，MT1和MT2间（或阳极和阴极间）应该加上RC缓冲电路，以限制dVD/dt。

若用的是双向可控硅，采用Hi-Com型双向可控硅更为有利。

PhilipsSemiconductors闸流管和双向可控硅-成功应用的十条黄金规则ApplicationNoteAN101216规则5.若dVD/dt或dVCOM/dt可能引起问题，在MT1和MT2间加入RC缓冲电路。

若高dICOM/dt可能引起问题，加入一几mH的电感和负载串联。

另一种解决办法,采用Hi-Com双向可控硅。

（e）超出截止状态下反复电压峰值VDRM遇到严重的、异常的电源瞬间过程，MT2电压可能超过VDRM，此时MT2和MT1间的漏电将达到一定程度，并使双向可控硅自发导通（见图9）。

若负载允许高涌入电流通过，在硅片导通的小面积上可能达到极高的局部电流密度。

这可能导致硅片的烧毁。

白炽灯、电容性负载和消弧保护电路都可能导致强涌入电流。

由于超过VDRM或dVD/dt导致双向可控硅导通，这不完全威胁设备安全。

而是随之而来的dIT/dt很可能造成破坏。

原因是，导通扩散至整个结需要时间，此时允许的dIT/dt值低于正常情况下用门极信号导通时的允许值。

假如过程中限制dIT/dt到一较低的值，双向可控硅可能可以幸存。

为此，可在负载上串联一个几μH的不饱和（空心）电感。

假如上述解决方法不能接受，或不实际，可代替的方法是增加过滤和箝位电路，防止尖峰脉冲到达双向可控硅。

可能要用到金属氧化物变阻器（MOV），作为“软”电压箝位器，跨接在电源上，MOV上游增加电感、电容滤波电路。

有些厂家怀疑，电路中采用MOV是否可靠，因为他们得知，在高温环境下MOV会失控并导致严重事故。

原因是它们的工作电压有显著的负温度系数。

但是，假如推荐电压等级275VRMS用于230V电源，MOV事故的可能极其微小。

选用250VRMS往往会发生事故，对于高温下的230V电源这是不够的。

规则6.假如双向可控硅的VDRM在严重的、异常的电源瞬间过程中有可能被超出，采用下列措施之一：

负载上串联电感量为几μH的不饱和电感，以限制dIT/dt；

用MOV跨接于电源，并在电源侧增加滤波电路。

导通时的dIT/dt当双向可控硅或闸流管在门极电流触发下导通，门极临近处立即导通，然后迅速扩展至整个有效面积。

这迟后的时间有一个极限，即负载电流上升率的许可值。

过高的dIT/dt可能导致局部烧毁，并使MT1-MT2短路。

若在3+象限触发，局部的机理进一步降低dIT/dt的许可值。

初始的、急剧的电流上升率可立即使门极进入反向雪崩击穿状态。

这可能不会立即导致破坏。

反复作用下，门极-MT1结将逐步地烧毁，阻值下降。

表现为，IGT逐步上升，直至双向可控硅不能再触发。

高灵敏的双向可控硅容易受到影响。

Hi-Com双向可控硅不工作在3+象限，所以不受此影响。

高dIT/dt承受能力决定于门极电流上升率dIG/dt和峰值IG。

较高的dIG/dt值和峰值IG（不超出门极功率条件下），就有较高的dIT/dt承受能力。

规则7.选用好的门极触发电路，避开3+象限工况，可以最大限度提高双向可控硅的dIT/dt承受能力。

前面已提到过，具有高初始涌入电流的常见负载是白炽灯，冷态下电阻低。

对于这种电阻性负载，若在电源电压的峰值开始导通，dIT/dt将具有最大值。

假如这值有可能超过双向可控硅的dIT/dt值，最好在负载上串联一只几μH的电感加以限制，或串联负温度系数的热敏电阻。

重申，电感在最大电流下不能饱和。

一旦饱和，电感将跌落，再也不能限制dIT/dt。

无铁芯的电感符合这个条件。

一个更巧妙的解决办法是采用零电压导通，不必接入任何限制电流的器件。

电流可以从正弦波起点开始逐渐上升。

注意：

应该提醒，零电压导通只能用在电阻性负载。

对于电感性负载，由于电压和电流间存在相位差，使用这方法会引起“半波”或单极导通，可能使电感性负载饱和，导致破坏性的高峰电流，以及过热。

这种场合，更先进的控制技术采用零电流切换或变相位角触发。

PhilipsSemiconductors闸流管和双向可控硅-成功应用的十条黄金规则ApplicationNoteAN101217规则8.若双向可控硅的dIT/dt有可能被超出，负载上最好串联一个几μH的无铁芯电感或负温度系数的热敏电阻。

另一种解决办法：

对电阻性负载采用零电压导通。

断开由于双向可控硅用于交流电路，自然在负载电流每个半周的终点断开，除非门极电流设置为后半周起点导通。

对IH的规则和闸流管相同，见规则2。

Hi-Com双向可控硅Hi-Com双向可控硅和传统的双向可控硅的内部结构有差别。

差别之一是内部的二个“闸流管”分隔得更好，减少了互相的影响。

这带来下列好处：

1.高dVCOM/dt。

能控制电抗性负载，在很多场合下不需要缓冲电路，保证无故障切换。

这降低了元器件数量、底板尺寸和成本，还免去了缓冲电路的功率耗散。

2.高dICOM/dt。

切换高频电流或非正弦波电流的性能大为改善，而不需要在负载上串联电感，以限制dICOM/dt。

3.高dVD/dt。

双向可控硅在高温下更为灵敏。

高温下，处于截止状态时，容易因高dV/dt下的假触发而导通。

Hi-Com双向可控硅减少了这种倾向。

从而可以用在高温电器，控制电阻性负载，例如厨房和取暖电器，而传统的双向可控硅则不能用。

内部结构差别的另一反映是3+象限触发是不可能的。

在大部分情况下这不成为问题，因为这个触发象限最少描述，也最少应用。

所以直接用Hi-Com双向可控硅取代相当型号的传统双向可控硅几乎总是可以的。

Hi-Com双向可控硅在飞利浦的二份资料中有详细介绍：

Factsheet013–Hi-Com双向可控硅原理；

Factsheet014–Hi-Com双向可控硅应用。

双向可控硅按装方法对负载小，或电流持续时间短（小于1秒钟）的双向可控硅，可在自由空间工作。

但大部分情况下，需要安装在散热器或散热的支架上。

双向可控硅固定到散热器的主要方法有三种，夹子压接、螺栓固定和铆接。

前二种方法的安装工具很容易取得。

很多场合下，铆接不是一种推荐的方法。

夹子压接这是推荐的方法，热阻最小。

夹子对器件的塑封施加压力。

这同样适用于非绝缘封装（SOT82和SOT78）和绝缘封装（SOT186F-pack和更新的SOT186AX-pack）。

SOT78就是TO220AB。

螺栓固定

1.SOT78组件带有M3成套安装零件，包括矩形垫圈，垫圈放在螺栓头和接头片之间。

应该不对器件的塑料体施加任何力量。

2.安装过程中，螺丝刀决不能对器件塑料体施加任何力量。

3.和接头片接触的散热器表面应处理，保证平坦，10mm上允许偏差0.02mm。

4.安装力矩（带垫圈）应在0.55Nm和0.8Nm之间。

5.应避免使用自攻丝螺钉，因为挤压可能导致安装孔周围的隆起，影响器件和散热器之间的热接触（见上面第3点）。

安装力矩无法控制，也是这种安装方法的缺点。

6.器件应首先机械固定，然后焊接引线。

这可减少引线的不适当应力。

铆接除非十分小心，铆接不是推荐的安装方法，因为这种操作中可能产生很大的力，可能使接口变形，晶片裂纹，器件损坏。

假如要采用铆接，为了减少废品，必须遵守下列规则：

1.散热器必须为器件提供一个平整、光洁的表面。

2.散热器安装孔的直径不要比器件接头片安装孔的直径大。

3.铆钉应和接头片孔有间隙，而和散热器安装孔无间隙。

4.器件接口片一侧应是铆钉头，而不是心轴。

5.铆钉和接口应成90度（铆钉头在整个园周上和接口片相接触）。

6.铆接后，铆钉头不接触器件的塑料体。

PhilipsSemiconductors闸流管和双向可控硅-成功应用的十条黄金规则ApplicationNoteAN101218

7.先把器件固定，散热器装上印刷线路板，然后焊接引线。

这可把引线的应力降到最小。

规则9.器件固定到散热器时，避免让双向可控硅受到应力。

固定，然后焊接引线。

不要把铆钉芯轴放在器件接口片一侧。

热阻热阻Rth是限制热流自结散出的热阻。

热阻和电阻是相似的概念。

如同电阻公式R=V/I，有相应的热阻公式Rth=T/P，这里T是温升，以K（Kelvin）为单位；

P是功率耗散，以W为单位；

因此Rth的单位为K/W。

对于垂直安装在大气中的器件，热阻决定于结至环境热阻Rthj-a。

对SOT82组件的典型数据是100K/W，对SOT78组件是60K/W，而对绝缘的Fpack和X-pack为55K/W。

对于安装在散热器上的非绝缘器件，结至环境热阻是个总值由结至安装基面热阻、安装基面至散热器热阻和散热器至环境热阻相加。

Rthj-a=Rthj-mb+Rthmb-h+Rthh-a（非绝缘组件）在器件和散热器之间加入导热添加剂或薄片，是一种推荐的方法。

绝缘组件采用这种安装方法时，安装基面不再是一种基准，因为Rthmb-h成为一常数，是采用导热添加剂的最佳值。

所以，结至环境热阻是结至散热器和散热器至环境两热阻之和。

Rthj-a=Rthj-h+Rthh-a（绝缘组件）Rthj-mb和Rthj-h是确定的，对每一器件的数据可在其资料中查到。

Rthmb-h可在安装手册中查到，根据是绝缘安装还是非绝缘安装，是否添加导热添加剂。

Rthh-a决定于散热器尺寸和空气自由流动的程度。

散热器尺寸计算对给定的双向可控硅和负载电流，要计算需要的散热器热阻，首先要根据下列公式确定双向可控硅的功率耗散：

P=Vo×

IT（AVE）+RS×

IT（RMS）2拐点电压Vo和斜率电阻RS可从SC03手册的VT图取得。

若数据没有直接列出，可通过作图取得。

对最大VT曲线作一切线，切线和VT轴线的交点给出Vo值，切线斜率（VT/IT）给出RS。

应用前面的热阻公式：

Rthj-a=T/P在最高环境温度下，结温Tj升至最高允许结温Tjmax，由此得出结温最大允许提升值。

这提供温升T。

根据选定的安装方法，SC03手册提供Rthj-mb和Rthmb-h数据。

应用前面的热阻公式Rthj-a=Rthj-mb+Rthmb-h+Rthh-a，可最后求得散热器热阻Rthh-a。

热阻抗前面的热阻计算只适用于稳定状态，即过程时间大于1秒。

这条件下，热量才有足够的时间从结传送到散热器。

对持续时间短于1秒的电流脉冲或瞬间过程，散热器的效果大为减弱。

热量只在器件内部扩散，很少传到散热器。

对于这种瞬间过程，结的温升决定于结至安装基面的热阻抗Zthj-mb。

随着电流脉冲持续时间减小，Zthj-mb下降，因为芯片加热减少。

假如持续时间增大，接近1秒，Zthj-mb增大至稳定状态的热阻值Rthj-mb。

手册SC03提供每种器件的Zthj-mb曲线，适用于持续时间低至10μs的双向或单向的电流。

规则10.为了长期可靠工作，应保证Rthj-a足够低，维持Tj不高于Tjmax,其值相应于可能的最高环境温度。

规格范围和封装方式飞利浦的闸流管由0.8A的SOT54（TO92）到25A的SOT78（TO220AB）。

飞利浦的双向可控硅由1A的SOT223至25A的SOT78。

传统的型号（四象限触发）和Hi-Com型号（三象限触发）都有供应。

SOT54计划在1996年前提供。

最小的组件是表面安装的SOT223，用于较小的闸流管和双向可控硅（图10）。

组件焊接在印刷线路板上，散热决定于印刷线路板的散热性能。

同样的芯片也以SOT82封装供应，这是不绝缘组件（图12）。

组件的散热得到改善，因为散热器热流高，热量逸散好。

图11显示SOT54，其中装的是最小的器件。

比适用SOT223的芯片更小的芯片，采用这封装。

这种组件最紧凑，不是表面安装。

SOT78是最常见的不绝缘组件，我们的大部分器件以这种封装供应（图13）。

PhilipsSemiconductors闸流管和双向可控硅-成功应用的十条黄金规则ApplicationNoteAN101219图14是SOT186（F-pack）。

这一直是飞利浦传统的绝缘组件。

在清洁的状态下，器件和散热器间可承受1500V电压峰值。

较近期的SOT186A组件（X-pack）见图15，和老型号相比有很多优点：

1.其管脚间距和SOT78组件完全相同，所以它可直接取代SOT78器件，并提供绝缘，而不必修改安装设置。

2.它的接口片顶部不暴露金属，管脚至散热器漏电距离较大。

因而能提供绝缘电压2500VRMS，大为改善。

3.它是完全密封的，SOT78取代品。

PhilipsSemiconductors闸流管和双向可控硅-成功应用的十条黄金规则ApplicationNoteAN1012110PhilipsSemiconductors闸流管和双向可控硅-成功应用的十条黄金规则ApplicationNoteAN1012111PhilipsSemiconductors闸流管和双向可控硅-成功应用的十条黄金规则ApplicationNoteAN1012112十条黄金规则汇总规则1.为了导通闸流管（或双向可控硅），必须有门极电流≧IGT，直至负载电流达到≧IL。

规则2.要断开（切换）闸流管（或双向可控硅），负载电流必须<

其值相应于可能的不高于Tjmax足够低，维持Tjj-a为了长期可靠工作，应保证Rth规则10.铆钉芯轴放在器件接口片一侧。

器件固定到散热器时，避免让双向可控硅受到应力。

不要把规则9.或负温度系数的热敏电阻。

的无铁芯电感有可能被超出，负载上最好串联一个几μHdt若双向可控硅的dIT规则8.承受能力。

dIT选用好的门极触发电路，避开3+象限工况，可以最大限度提高双向可控硅的规则7.跨接于电源，并在电源侧增加滤波电路。

用MOVdt；

的不饱和电感，以限制dIT负载上串联电感量为几μH列措施之一：

在严重的、异常的电源瞬间过程中有可能被超出，采用下假如双向可控硅的VDRM规则6.双向可控硅。

另一种解决办法，采用Hi-Com的电感和负载串联。

可能引起问题，加入一几mH若高dICOM缓冲电路。

间加入RC可能引起问题，在MT1或dVCOM若dVD规则5.系列低灵敏度双向可控硅。

和门极间串接电阻。

另一解决办法，选用H间加电阻1kΩ或更小。

高频旁路电容用硬线，用螺旋双线或屏蔽线。

门极和MT1为减少杂波吸收，门极连线长度降至最低。

若规则4.设计双向可控硅触发电路时，只要有可能，就要避开3+象限（WT2-，+）。

规则3.间，使能回复至截止状态。

在可能的最高运行温度下必须满足上述条件。

并维持足够长的时>