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闸流管闸流管是一种可控制的整流管，由门极向阴极送出微小信号电流即可触发单向电流自阳极 流向阴极。让门极相对阴极成正极性，使产生门极电流，闸流管立即导通。当门极电压达到阀值电压VGT，并导致门极电流达到阀值IGT，经过很短时间t gt（称作门极控制导通时间）负载电流从正极流向阴极。假如门极电流由很窄的脉冲构成，比方说1μs，它的峰值应增大，以保证触发。 当负载电流达到闸流管的闩锁电流值 IL时，即使断开门极电流，负载电流将维持不变。只要有足够的电流继续流动，闸流管将继续在没有门极电流的条件下导通。这种状态称作闩锁状态。注意，VGT参数的值都是25下的数据。在低温下这些值将增大，所以驱动电路必须提供足够的电压、电流振幅和持续时间，按可能遇到的最低的运行温度考虑。 规则 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I。这条件必须满足，并按可能遇到的最低温度考虑。灵敏的门极控制闸流管，如BT150，容易在高温下因阳极至阴极的漏电而导通。假如结温Tj 高于Tjmax，将达到一种状态，此时漏电流足以触发灵敏的闸流管门极。闸流管将丧失维持截止状态的能力，没有门极电流触发已处于导通。要避免这种自发导通，可采用下列解决办法中的一种或几种：确保温度不超过Tjma；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。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I 。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I 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，I 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I 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I /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。值（第2象限工况亦如此）→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。 表1双向可控硅的四象限触发方式、导通方式、电路原理。第一象限正向触发方式工作电压为T2正T1负，触发电压为G正T1负。导通电流的方向是T2流向T1。我们称这种方式为第一象限的正向触发方式。 第二象限正向触发方式工作电压为T2正T1负，触发电压为G负T1正。导通电流的方向是T2流向T1。我们称这种方式为第二象限的负向触发方式。第三象限正向触发 工作电压为T1正T2负，触发电压为G负T1正。导通电流的方向是T1流向T2。我们称这种方式为第三象限的负向触发方式。 第四象限正向触发方式 工作电压为T1正T2 负，触发电压为G正T1 负。导通电流的方向是T1流向T2。我们称这种方式为第四象限的正向触发方式。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T2的极性始终不变。这表明，工况总是在第1象限和第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、2 等等。这是从双向可控硅的V/I特性图导出的代号。正的T2相应正电流进入T2，相反也是（见图 5）。实际上，工况只能存在1。 规则3、设计双向可控硅触发电路时，只要有可能，就要避开第3象限（T2-，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 T1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 T1 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 灵敏度型号双向可控硅。 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T1（或阴极）。若用硬线 ，用螺旋双线或屏蔽线。门极和T1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，低灵敏度双向可控硅。 (b)超过最大切换电压上升率dV COM /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dV COM /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dV COM /dt承受能力受二个条件影响： dICOM /dt为切换时负载电流下降率。dI COM /dt高，则dV COM /dt承受能力下降。 接面温度Tj越高，dVCOM /dt承受能力越下降。假如双向可控硅的dV COM /dt的允许有 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。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dI COM /dt 导致高dI COM /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dI COM /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dI COM /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dV COM /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dI COM /dt。 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 DRM（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，T1和T2间（或阳极和阴极间）应该加上 RC 缓冲电路，以限制dVD/dt /dt或dVCOM /dt可能引起问题，在T1、T2间加入 RC 缓冲电路。若高 dI COM /dt可能引起问题，加入一几mH的电感和负载串联。 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，T2 电压可能超过 VDRM，此时 T2、T1间的漏电将达到一定程度，并使双向可控硅自发导通（见图 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。 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1k Ω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 由于超过VDRM 或dV /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dI /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dI /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μ 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250V RMS 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V DRM 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μ MOV跨接于电源，并在电源侧增加滤波电路。 导通时的dI /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 dI /dt可能导致局部烧毁，并使T1-T2 短路。 若在第4象限触发，局部的机理进一步降低dI /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-T1 结将逐步地烧毁，阻值下降。表现为，I GT 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。 高dI /dt值和峰值IG（不超出门极功率条件下），就有较高的dI /dt承受能力。规则 7选用好的门极触发电路，避开第4象限工冴，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，dI /dt将具有最大值。假如这值有可能超过双向可控硅的dI 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dI /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。 规则 8若双向可控硅的dI /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I 的规则和闸流管相同，见规则2。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（SOT186 F-pack 和更新的SOT186A X-pack）。 注意：SOT78 就是TO220AB。 螺栓固定 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。 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。 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。 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： 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。丌要把铆钉 芯轴放在器件接口片一侧。 th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R th =T/P，这里 是温升，以K（Kelvin）为单位；P是功率耗散，以W 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 Rth j-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 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。 thj-a thj-mb thh-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。 thj-a thj-h thh-a （绝缘组件） thj-mb thj-h 是确定的，对每一器件的数据可在其资料中查到。 thmb-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。 thh-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： 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V 应用前面的热阻公式：Rth j-a 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-mbRthmb-h 数据。应用前面的热阻公 式Rth j-a= Rth j-mb Rthmb-h+Rth h-a，可最后求得散热器热阻Rth h-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 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 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 Zth j-mb。 随着电流脉冲持续时间减小，Zth j-mb下降，因为芯片加热减少。假如持 续时间增大，接近 秒，Zthj-mb增大至稳定状态的热阻值 Rth j-mb。 手册 SC03 提供每种器件的Zth j-mb曲线，适用于持续时间低至 10μ 双向或单向的电流。规则 10为了长期可靠工作，应保证R th 丌高于Tjmax |
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