过去的几个智能开关项目中,频繁使用可控硅作为无触点开关,期间由于个人对可控硅设计认知粗糙的原因,跳入了好几个“坑”,现在对可控硅设计知识要点进行总结:

 

可控硅类别:

a. 单向可控硅:门极带阻灵敏型单向可控硅、门极灵敏型单向可控硅、标准型单向可控硅······

b. 双向可控硅:标准型双向可控硅、四象限双向可控硅、洗衣机专用双向可控硅、高结温双向可控硅、瞬态抑制型双向可控硅······

c. 电力电子可控硅:电力电子可控硅模块芯片、电力电子可控硅模块组件

 

可控硅等效结构:
单向可控硅

 


双向可控硅

 


对于一个可控硅,主要看其 5 个参数:

额定平均电流、维持电流、控制极触发电压和电流、 正向阻断峰值电压、反向阻断峰值电压

 


经验教训 1:该电路能否将灯点亮?

 


解析:不能,由于控制可控硅关断的 1,3 引脚没有通路,无触发电流

 

经验教训 2:该电路负载通断不受 MOC3021 控制?

 


解析:不受控制,对于交流电,可以不经过 MOC3021 而直接流过可控硅的 1,3 引脚使其处于控制极导通状态

 

理解可控硅的“象限”——

1、为何需要有“象限”这个概念?“象限”通用命名法?(个人认为:对于象限概念的提出,是为了更好地描述、理解可控硅的特性,就如同笛卡尔引入直角坐标系是为了更好地描述二维数据)

 

2、如何区分不同象限可控硅?

第一象限:MT2+    Igt+

第二象限:MT2+    Igt-

第三象限:MT2 -    Igt-

第四象限:MT2 -    Igt+

 

 


可控硅从导通到底关断的条件?

1、单独撤去控制极电压;

2、MT1,MT2 电流小于导通维持电流。

 

注意:可控硅 MT1、MT2 流过的电流小于导通维持电流时,可控硅关断,但是单独撤去可控硅控制极电压时,需等到第 2 个条件满足时才会关断

 

一个改进型的可控硅例子

 


可控硅设计十条黄金规则

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 。这条件必须满足,并按可能遇到的最低温度考虑;

2. 要断开(切换)闸流管(或双向可控硅),负载电流必须<IH, 并维持足够长的时间,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;

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-,+);

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;

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;

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

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;

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;

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。;

10. 为了长期可靠工作,应保证 Rth j-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。