电路分析-可控硅设计经验分享

硬件笔记本

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：
0 Q5 Z' ?8 R& U, za. 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······
# {) r) N# Q0 P& g  Sb. 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······
$ ^9 C% X6 g( `5 i3 Uc. 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
- }2 d) v& m6 _* U7 U+ S
7 H  v. l2 V/ |/ S$ Y; f可控硅等效结构：
5 A# v% n' H9 X* U( K6 d- A单向可控硅

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* r( X/ V6 h- F! P: Q, }双向可控硅

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对于一个可控硅，主要看其5个参数：
' `& ]% ]$ C# k4 S% V, w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

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! X/ O/ \1 A+ D4 q, A- r
( m/ V, n. s1 c; }0 {经验教训1：该电路能否将灯点亮？
: _+ H8 [( ^8 T$ z, g2 Q0 n2 I

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+ l& ?& w- P! U% e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
- N9 @, a1 T' M
+ K& r* M' M- I4 B- x  d$ e0 K经验教训2：该电路负载通断不受MOC3021控制？

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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
% b6 m7 [; v9 `) Y: W( F% j2 a& H% ]
: Y, a5 G9 R6 Y! q0 j' U7 `$ v理解可控硅的“象限”——
& D1 M: V( i5 X! G- A' x4 z# w; ?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？
+ q4 L4 V" `8 g- Z第一象限：MT2+    Igt+
第二象限：MT2+    Igt-
+ ?! K' N+ p) V9 Y* V第三象限：MT2 -    Igt-
% F3 D# `  ?$ @7 o7 b第四象限：MT2 -    Igt+

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; B# {, @: M* d" Z
. b+ u- s9 {6 d  j" d2 f可控硅从导通到底关断的条件？
1、单独撤去控制极电压；
% E2 ?  V% H8 D2、MT1，MT2电流小于导通维持电流。
/ x3 s; {' U. s5 [1 }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
" h3 O2 B3 [2 H0 @) c) X$ \/ I
8 j( Z+ X+ P0 ?1 K) ~一个改进型的可控硅例子
4 n' |% `4 S+ A$ h. v

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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；
5 |& v! _4 x- z6 ?2.要断开（切换）闸流管（或双向可控硅），负载电流必须[I]
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；
# Q6 ]1 g  ?( P" }2 q8. 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；
4 a' C6 Z7 @1 I9 ~7 P- E. Z$ Q9. 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。；
5 @& n0 s+ M) M, j10.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。