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雙向可控硅的節能設計及應用分析
來源:中國節能產業網 時間:2009-3-10 10:20:16 用手機瀏覽

  斷開狀態下電壓變化率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,電容性內部電流能產生足夠大的門極電流,并觸發器件導通。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 緩沖電路,以限制dvD/dt。

  電流上升率的抑制:電流上升率的影響主要表現在以下兩個方面:

  ①dIT/dt(導通時的電流上升率)—當雙向可控硅或閘流管在門極電流觸發下導通,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,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,它和傳統的雙向可控硅的內部結構有差別。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:

 、俑遜VCOM/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。這降低了元器件數量、底板尺寸和成本,還免去了緩沖電路的功率耗散。

 、诟遜ICOM/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,以限制dICOM/dt。

 、鄹遜vD/dt(斷開狀態下電壓變化率)。雙向可控硅在高溫下更為靈敏。高溫下,處于截止狀態時,容易因高dV/dt下的假觸發而導通。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,而傳統的雙向可控硅則不能用。

  門極參數的選用:

  門極觸發電流—為了使可控硅可靠觸發,觸發電流Igt選擇25度時max值的α倍,α為門極觸發電流—結溫特性系數,查數據手冊可得,取特性曲線中最低工作溫度時的系數。若對器件工作環境溫度無特殊需要,通常α取大于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—結溫特性系數,查數據手冊可得,取特性曲線中最低工作溫度時的系數。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

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

  在電子噪聲充斥的環境中,若干擾電壓超過觸發電壓VGT,并有足夠的門極電流,就會發生假觸發,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1kΩ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境溫度。

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