雙向可控硅的設(shè)計(jì)及應(yīng)用分析
1958年,從美國(guó)通用電氣公司研制成功個(gè)工業(yè)用可控硅開始,電能的變換和控制從旋轉(zhuǎn)的變流機(jī)組、靜止的離子變流器進(jìn)入以電力半導(dǎo)體器件組成的變流器時(shí)代??煽毓璺謫蜗蚩煽毓枧c雙向可控硅。單向可控硅一般用于彩電的過流、過壓保護(hù)電路。雙向可控硅一般用于交流調(diào)節(jié)電路,如調(diào)光臺(tái)燈及全自動(dòng)洗衣機(jī)中的交流控制。
雙向可控硅是在普通可控硅的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的,它不僅能代替兩只反極性并聯(lián)的可控硅,而且僅需一個(gè)觸發(fā)電路,是目前比較理想的交流器件,一直為家電行業(yè)中主要的功率控制器件。近幾年,隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,大功率雙向可控硅不斷涌現(xiàn),并廣泛應(yīng)用在變流、變頻領(lǐng)域,可控硅應(yīng)用技術(shù)日益成熟。本文主要探討廣泛應(yīng)用于家電行業(yè)的雙向可控硅的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。
雙向可控硅特點(diǎn)
雙向可控硅可被認(rèn)為是一對(duì)反并聯(lián)連接的普通可控硅的集成,工作原理與普通單向可控硅相同。圖1為雙向可控硅的基本結(jié)構(gòu)及其等效電路,它有兩個(gè)主電極T1和T2,一個(gè)門極G,門極使器件在主電極的正反兩個(gè)方向均可觸發(fā)導(dǎo)通,所以雙向可控硅在第1和第3象限有對(duì)稱的伏安特性。雙向可控硅門極加正、負(fù)觸發(fā)脈沖都能使管子觸發(fā)導(dǎo)通,因此有四種觸發(fā)方式。
雙向可控硅應(yīng)用
為正常使用雙向可控硅,需定量掌握其主要參數(shù),對(duì)雙向可控硅進(jìn)行適當(dāng)選用并采取相應(yīng)措施以達(dá)到各參數(shù)的要求。
耐壓級(jí)別的選擇:通常把VDRM(斷態(tài)重復(fù)峰值電壓)和VRRM(反向重復(fù)峰值電壓)中較小的值標(biāo)作該器件的額定電壓。選用時(shí),額定電壓應(yīng)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:由于雙向可控硅通常用在交流電路中,因此不用平均值而用有效值來(lái)表示它的額定電流值。由于可控硅的過載能力比一般電磁器件小,因而一般家電中選用可控硅的電流值為實(shí)際工作電流值的2~3倍。同時(shí),可控硅承受斷態(tài)重復(fù)峰值電壓VDRM和反向重復(fù)峰值電壓VRRM時(shí)的峰值電流應(yīng)小于器件規(guī)定的IDRM和IRRM。
通態(tài)(峰值)電壓VTM的選擇:它是可控硅通以規(guī)定倍數(shù)額定電流時(shí)的瞬態(tài)峰值壓降。為減少可控硅的熱損耗,應(yīng)盡可能選擇VTM小的可控硅。
維持電流:IH是維持可控硅維持通態(tài)所必需的小主電流,它與結(jié)溫有關(guān),結(jié)溫越高,則IH越小。
電壓上升率的抵制:dv/dt指的是在關(guān)斷狀態(tài)下電壓的上升斜率,這是防止誤觸發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。此值超限將可能導(dǎo)致可控硅出現(xiàn)誤導(dǎo)通的現(xiàn)象。由于可控硅的制造工藝決定了A2與G之間會(huì)存在寄生,如圖2所示。我們知道dv/dt的變化在電容的兩端會(huì)出現(xiàn)等效電流,這個(gè)電流就會(huì)成為Ig,也就是出現(xiàn)了觸發(fā)電流,導(dǎo)致誤觸發(fā)。