中心議題：

• 雙向可控矽特點
• 雙向可控矽應用
• 雙向可控矽的安裝

解決方案：

• 雙向可控矽門極加正、負觸發脈衝都能使管子觸發導通，有四種觸發方式
• 應用：需定量掌握其主要參數
  ，對其進行適當選用並采取相應措施以達到各參數的要求
• 雙向可控矽安裝方法有夾子壓接和螺栓固定兩種

引言

1958年，從美國通用電氣公司研製成功第一個工業用可控矽開始，電能的變換和控製從旋轉的變流機組、靜止的離子變流器進入以電力半導體器件組成的變流器時代。可控矽分單向可控矽與雙向可控矽。單向可控矽一般用於彩電的過流、過壓保護電路。雙向可控矽一般用於交流調節電路，如調光台燈及全自動洗衣機中的交流電源控製。

雙(shuang)向(xiang)可(ke)控(kong)矽(gui)是(shi)在(zai)普(pu)通(tong)可(ke)控(kong)矽(gui)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)發(fa)展(zhan)而(er)成(cheng)的(de)，它(ta)不(bu)僅(jin)能(neng)代(dai)替(ti)兩(liang)隻(zhi)反(fan)極(ji)性(xing)並(bing)聯(lian)的(de)可(ke)控(kong)矽(gui)，而(er)且(qie)僅(jin)需(xu)一(yi)個(ge)觸(chu)發(fa)電(dian)路(lu)，是(shi)目(mu)前(qian)比(bi)較(jiao)理(li)想(xiang)的(de)交(jiao)流(liu)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)，一(yi)直(zhi)為(wei)家(jia)電(dian)行(xing)業(ye)中(zhong)主(zhu)要(yao)的(de)功(gong)率(lv)控(kong)製(zhi)器(qi)件(jian)。近(jin)幾(ji)年(nian)，隨(sui)著(zhe)半(ban)導(dao)體(ti)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)，大(da)功(gong)率(lv)雙(shuang)向(xiang)可(ke)控(kong)矽(gui)不(bu)斷(duan)湧(yong)現(xian)，並(bing)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)在(zai)變(bian)流(liu)、變頻領域，可控矽應用技術日益成熟。本文主要探討廣泛應用於家電行業的雙向可控矽的設計及應用。

雙向可控矽特點

雙向可控矽可被認為是一對反並聯連接的普通可控矽的集成，工作原理與普通單向可控矽相同。圖1為雙向可控矽的基本結構及其等效電路，它有兩個主電極T1和T2


，一個門極G，門極使器件在主電極的正反兩個方向均可觸發導通，所以雙向可控矽在第1和第3象限有對稱的伏安特性。雙向可控矽門極加正、負觸發脈衝都能使管子觸發導通
，因此有四種觸發方式。

              圖1 雙向可控矽結構及等效電路

雙向可控矽應用

為正常使用雙向可控矽
，需定量掌握其主要參數
，對雙向可控矽進行適當選用並采取相應措施以達到各參數的要求。

耐壓級別的選擇：通常把VDRM（斷態重複峰值電壓）和VRRM（反向重複峰值電壓）中較小的值標作該器件的額定電壓。選用時，額定電壓應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you於yu雙shuang向xiang可ke控kong矽gui通tong常chang用yong在zai交jiao流liu電dian路lu中zhong，因yin此ci不bu用yong平ping均jun值zhi而er用yong有you效xiao值zhi來lai表biao示shi它ta的de額e定ding電dian流liu值zhi。由you於yu可ke控kong矽gui的de過guo載zai能neng力li比bi一yi般ban電dian磁ci器qi件jian小xiao，因yin而er一yi般ban家jia電dian中zhong選xuan用yong可ke控kong矽gui的de電dian流liu值zhi為wei實shi際ji工gong作zuo電dian流liu值zhi的de2~3倍。同時
，可控矽承受斷態重複峰值電壓VDRM和反向重複峰值電壓VRRM時的峰值電流應小於器件規定的IDRM和IRRM。

通態（峰值）電壓VTM的選擇：它是可控矽通以規定倍數額定電流時的瞬態峰值壓降。為減少可控矽的熱損耗，應盡可能選擇VTM小的可控矽。

維持電流：IH是維持可控矽維持通態所必需的最小主電流，它與結溫有關，結溫越高，則IH越小。

電壓上升率的抵製：dv/dtzhideshizaiguanduanzhuangtaixiadianyadeshangshengxielv
，zheshifangzhiwuchufadeyigeguanjiancanshu。cizhichaoxianjiangkenengdaozhikekongguichuxianwudaotongdexianxiang。youyukekongguidezhizaogongyijuedingleA2與G之間會存在寄生電容，如圖2所示。我們知道dv/dt的變化在電容的兩端會出現等效電流，這個電流就會成為Ig，也就是出現了觸發電流，導致誤觸發。

               圖2 雙向可控矽等效示意圖

切換電壓上升率dVCOM/dt。驅(qu)動(dong)高(gao)電(dian)抗(kang)性(xing)的(de)負(fu)載(zai)時(shi)
，負(fu)載(zai)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)的(de)波(bo)形(xing)間(jian)通(tong)常(chang)發(fa)生(sheng)實(shi)質(zhi)性(xing)的(de)相(xiang)位(wei)移(yi)動(dong)。當(dang)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)過(guo)零(ling)時(shi)雙(shuang)向(xiang)可(ke)控(kong)矽(gui)發(fa)生(sheng)切(qie)換(huan)，由(you)於(yu)相(xiang)位(wei)差(cha)電(dian)壓(ya)並(bing)不(bu)為(wei)零(ling)。這(zhe)時(shi)雙(shuang)向(xiang)可(ke)控(kong)矽(gui)須(xu)立(li)即(ji)阻(zu)斷(duan)該(gai)電(dian)壓(ya)。產(chan)生(sheng)的(de)切(qie)換(huan)電(dian)壓(ya)上(shang)升(sheng)率(lv)（dVCOM/dt）若超過允許值，會迫使雙向可控矽回複導通狀態，因為載流子沒有充分的時間自結上撤出
，如圖3所示。

           圖3 切換時的電流及電壓變化

高dVCOM/dt承受能力受二個條件影響：

dICOM/dt—切換時負載電流下降率。dICOM/dt高，則dVCOM/dt承受能力下降。
結麵溫度Tj越高，dVCOM/dt承受能力越下降。假如雙向可控矽的dVCOM/dt的允許值有可能被超過，為避免發生假觸發，可在T1 和T2 間裝置RC緩衝電路，以此限製電壓上升率。通常選用47~100Ω的能承受浪湧電流的碳膜電阻，0.01μF~0.47μF的電容，晶閘管關斷過程中主電流過零反向後迅速由反向峰值恢複至零電流，此過程可在元件兩端產生達正常工作峰值電壓5-6倍的尖峰電壓。一般建議在盡可能靠近元件本身的地方接上阻容吸收回路。

斷開狀態下電壓變化率dvD/dt。若截止的雙向可控矽上（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，並觸發器件導通。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 緩衝電路，以限製dvD/dt。

電流上升率的抑製：電流上升率的影響主要表現在以下兩個方麵：

①dIT/dt（導通時的電流上升率）—當dang雙shuang向xiang可ke控kong矽gui或huo閘zha流liu管guan在zai門men極ji電dian流liu觸chu發fa下xia導dao通tong

，門men極ji臨lin近jin處chu立li即ji導dao通tong，然ran後hou迅xun速su擴kuo展zhan至zhi整zheng個ge有you效xiao麵mian積ji。這zhe遲chi後hou的de時shi間jian有you一yi個ge極ji限xian，即ji負fu載zai電dian流liu上shang升sheng率lv的de許xu可ke值zhi。過guo高gao的dedIT/dt可能導致局部燒毀，並使T1-T2 短路。假如過程中限製dIT/dt到一較低的值，雙向可控矽可能可以幸存。因此
，假如雙向可控矽的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，使雙向可控矽甚至不能支持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，可以限製dICOM/dt。

·為了解決高dv/dt及di/dt引起的問題，還可以使用Hi-Com 雙向可控矽，它和傳統的雙向可控矽的內部結構有差別。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：

①高dVCOM/dt。能控製電抗性負載
，在很多場合下不需要緩衝電路，保證無故障切換。這降低了元器件數量、底板尺寸和成本，還免去了緩衝電路的功率耗散。

②高dICOM/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，以限製dICOM/dt。

③高dvD/dt（斷開狀態下電壓變化率）。雙向可控矽在高溫下更為靈敏。高溫下
，處於截止狀態時
，容易因高dV/dt下的假觸發而導通。Hi-Com雙向可控矽減少了這種傾向。從而可以用在高溫電器，控製電阻性負載，例如廚房和取暖電器

，而傳統的雙向可控矽則不能用。

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門極參數的選用：

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

觸發脈衝寬度—為了導通閘流管（或雙向可控矽）

，除了要門極電流≧IGT 
，還要使負載電流達到≧IL（擎住電流），並按可能遇到的最低溫度考慮。因此，可取25度下可靠觸發可控矽的脈衝寬度Tgw的2倍以上。

在電子噪聲充斥的環境中，若幹擾電壓超過觸發電壓VGT，bingyouzugoudemenjidianliu，jiuhuifashengjiachufa，daozhishuangxiangkekongguiqiehuan。diyitiaofangxianshijiangdilinjinkongjiandezabo。menjijiexianyueduanyuehao，bingquebaomenjiqudongdianludegongyongfanhuixianzhijielianjiedaoTI 管腳（對閘流管是陰極）。ruomenjijiexianshiyingxian，kecaiyongluoxuanshuangxian
，huogancuiyongpingbixian，zhexiebiyaodecuoshidoushiweilejiangdizabodexishou。weizengjiaduidianzizaoshengdedikangli
，kezaimenjiheT1 之間串入1kΩhuogengxiaodedianzu，yicijiangdimenjidelingmindu。jiaruyicaiyonggaopinpangludianrong，jianyizaigaidianronghemenjijianjiarudianzu，yijiangditongguomenjidedianrongdianliudefengzhi，jianshaoshuangxiangkekongguimenjiquyuweiguodianliushaohuidekeneng。

結溫Tj的控製：為了長期可靠工作
，應保證Rth j-a 足夠低
，維持Tj不高於80%Tjmax ,其值相應於可能的最高環境溫度。

雙向可控矽的安裝

對負載小，或電流持續時間短（小於1 秒鍾）的(de)雙(shuang)向(xiang)可(ke)控(kong)矽(gui)，可(ke)在(zai)自(zi)由(you)空(kong)間(jian)工(gong)作(zuo)。但(dan)大(da)部(bu)分(fen)情(qing)況(kuang)下(xia)
，需(xu)要(yao)安(an)裝(zhuang)在(zai)散(san)熱(re)器(qi)或(huo)散(san)熱(re)的(de)支(zhi)架(jia)上(shang)，為(wei)了(le)減(jian)小(xiao)熱(re)阻(zu)，可(ke)控(kong)矽(gui)與(yu)散(san)熱(re)器(qi)間(jian)要(yao)塗(tu)上(shang)導(dao)熱(re)矽(gui)脂(zhi)。

雙向可控矽固定到散熱器的主要方法有三種，夾子壓接、螺栓固定和鉚接。前二種方法的安裝工具很容易取得。很多場合下，鉚接不是一種推薦的方法，本文不做介紹。

夾子壓接

這是推薦的方法
，熱阻最小。夾子對器件的塑封施加壓力。這同樣適用於非絕緣封裝（SOT82 和SOT78 ） 和絕緣封裝（ SOT186 F-pack 和更新的SOT186A X-pack）。注意，SOT78 就是TO220AB。

螺栓固定

SOT78 組件帶有M3 成套安裝零件，包括矩形墊圈

，墊圈放在螺栓頭和接頭片之間。應該不對器件的塑料體施加任何力量。

安裝過程中，螺絲刀決不能對器件塑料體施加任何力量。

和接頭片接觸的散熱器表麵應處理，保證平坦，10mm上允許偏差0.02mm。

安裝力矩（帶墊圈）應在0.55Nm 和0.8Nm 之間。

應ying避bi免mian使shi用yong自zi攻gong絲si螺luo釘ding，因yin為wei擠ji壓ya可ke能neng導dao致zhi安an裝zhuang孔kong周zhou圍wei的de隆long起qi
，影ying響xiang器qi件jian和he散san熱re器qi之zhi間jian的de熱re接jie觸chu。安an裝zhuang力li矩ju無wu法fa控kong製zhi，也ye是shi這zhe種zhong安an裝zhuang方fang法fa的de缺que點dian。
器件應首先機械固定，然後焊接引線。這可減少引線的不適當應力。

結語

在可控矽設計中，選用合適的參數以及與之相對應的軟硬件設計，用可控矽構成的變流裝置具有節約能源、成本低廉等特點，目前在工業中得到飛速的發展。

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