三端双向可控硅进行可靠操作的设计规则

三端双向可控硅进行可靠操作的设计规则 1，正确触发 要打开一个双向可控硅开，栅极驱动电路必须提供一个“活力”的栅极电流来保证快速有效的触发。 栅极电流的振幅： 门极电流（IG）要比指定的最大门触发电流高得多(IGTmax)。此参数是温度Tj = 25度时给定的。 在较低的温度下，用曲线表现为门极触发电流随温度的相对变化。设计预期的最低工作温度的栅极驱动。高IG值提供了一个高效触发（看§2）。 作为一个实际的原则，我们建议：

门电路的设计：

这里： VDD (min) = minimum value of the power supply VDD(最小)=电源电压的最小值 VOL = output voltage of the microcontroller (at 0 logic level) VOL=微处理器的输出电压 VG = voltage across the gate of the triac. Take the specified VGT. 在双向晶闸管的栅极电压。采取指定的VGT

IG = required gate current (IG > 2. IGT max) 所需的栅极电流 栅极电流持续时间： （对于ON-OFF开关） 脉宽的操作可以明显的降低栅极驱动功耗。 采用栅电流Ig直到负载电流达到闭锁电流（IL） 建议使用连续的栅极直流电流，避免流过的负载电流(IT < 50 or 100 mA)低于维持电流和擎住电流而引起电流的不连续性。 象限： 在新的项目中，为了是双向可控硅高性能运行，应避免在第4象限工作，仅在指定的1、2、3象限。 2，平滑导通 当可控硅导通，确保了通态电流上升率不超过规定的最高值。例如在有缓冲网络跨接在双向可控硅时，在电容放电的情况下，检查这一点是非常重要的。 如果di / dt的超过规定值，然后栅区周围的电流密度过高时，产生过热。高重复性的di / dt可能引起硅晶片的逐步退化，引起栅极电流的增加和阻断能力的丧失。 在大多数情况下开关零电压大大降低了通态di / dt和浪涌电流。 提醒： &一个强大的栅极电流提高了可控硅的di / dt的能力，并提高通态的换向的可靠性：IG >> IGT (at least 2 or 3 times IGT max，至少2或3倍IGT max)。 &在三端双向可控硅跨接有RC网络的情况下，串联电阻的值必须足以限制通过双向可控硅的峰值电流和di / dt。 我们推荐：

*在门极两端不要使用电容。 该电容显著降低di / dt的能力，此外，这种电容并不能改善静态dv / dt特性。 图2 为了尽量减少在打开时的di / dt的应力： R必须是大于47Ω更高； 不能并接栅极电容（CGK） 3，导通状态可靠工作 控制持续结温 Tj < Tj max specified（指定最大结温） 在任何时刻，关键是要知道流过器件的电流，和因此而产生的功耗。 功耗评估（P）： &通过数据手册给定的P = f(ITRMS)曲线。 &由下面的公式计算最大耗散功率：

这里：Vto = threshold voltage of on-state V (refer to the datasheet) characteristic Vto是导通状态的电压阀值特性（参考数据手册） Rd = dynamic on-state resistance (refer to the datasheet) Rd是通态动态电阻（参考数据手册） ITRMS = current through the triac ITRMS=通过可控硅的电流

无散热器的操作： 三端双向可控硅是在印刷电路板上直接安装没有任何冷却装置。

这里： Tamb是最大环境温度； Rth(j-a)是规定的结到环境的热阻（参考数据手册） P是双向可控硅导通时的耗散功率 在这些条件下，可控制负载电流低于2安培。

有散热器时的操作：

在这里：Tamb是最大环境温度； Rth(j-c)是结到壳的热阻(参考数据手册)； Rth(c-hs)是外壳到散热器的热阻； 例如：对于TO-220封装的Rth（C-HS）≤0.5℃/W(（导热硅脂) Rth(hs)是散热器的热阻； P是可控硅导通时的耗散功率； 4，安全关闭 为了保证安全关闭操作（无重复触发的风险），首先以通过应用电路的最大(dI/dt)c来选择元件。 1——标准可控硅与灵敏可控硅的情况： 监测(di/dt)c是不够的。在电感负载情况下，必须用RC缓冲网络把重复(dV/dt)c的值限制在规定的值（看图3）。 图3 (dV/dt)c限制于缓冲

最大允许值的范围一般是1 to 20 V/μs（参考数据手册） RC的实际计算关系式： 这里： Va是可控硅关断后的线电压(Va = VM . sinφ). L是负载电感 (dV/dt)c是规定的最小值 2——无缓冲双向可控硅的情况 仅检查最大的(dI/dt)c指定值。换向性能没有给出(dV/dt)c限制。必须是没有RC网络。

温馨提示： 当电流为正弦波（一般情况下）时的(dI/dt)c是：

这里： ITRMS是通过负载的RMS; F是电源频率。 在50HZ，(dI/dt)c是：

示例：对于一个8 A RMS正弦电流通过负载，在断态的电流下降速率是：(dI/dt)c = 3.5 A /ms； 注意： 在非正弦波情况下，在应用电路中必须仔细测量(dI/dt)c，以便选择合适的可控硅。 在通用电机或通过桥式整流驱动感性负载的情况下，要特别注意。 3——晶闸管的情况下 可控硅的导通之后，延迟时间（TQ）在晶闸管（即SCR连接在整流桥之后的情况下）再次加直流电压之前，还得保持。当然，如果重新施加负电压时，可控硅能够在安全地自然关断。 另一方面，如果电压是正的，而且是过早或过快（dV / dt）C地重新上电，那么，晶闸管可能自行导通。

对标准晶闸管来说，这种延迟一般大约50μs；而非常敏感的可控硅这个延迟时间，可达到200μS。 如果延迟时间TQ不能延长，电压斜率（dV / dt）C可以用缓冲网络来减小。 注意，TQ延迟时间还取决于电源关断时，电流下降的斜率（di / dt）C，电流下降斜率（di / dt）C越大，延迟时间TQ越长。

5，保持阻塞下的控制 1——最大断态电压 横跨三端双向可控硅的电压必须始终比指定的最大阻断电压低：正常操作电压VDRM /VRRM和瞬态过压VDSM / VRSM。 双向可控硅技术是在最大额定电压(VDRM / VRRM)下可靠操作的。超过这个值，会引起可控硅不可逆的阻断能力下降。 而且，如果在可控硅电压达到击穿电压(VBO)，器件将导通。在大多数应用中，开关上的过电压会对双向晶闸管产生危险结果。事实上，这样的触发是不受控制，由于高的瞬时耗散功率不是均匀的分布在结，因此会产生过热。在一些极端的情况下，由于高di / dt，三端双向可控硅失效短路。 A, 保护免受外部瞬变。 可控硅必须要保护，避免承受叠加在电源电压上的过电压。使用钳位器件（Transil二极管或压敏电阻）横跨三端双向可控硅提供额外的保护，通常在设备的线路输入端使用电源钳位和滤波级来实现。 B，关断时防止过压（防止过压关断） 小的负载，如继电器线圈或高度感性阀门。当三端双向可控硅关断，负荷相当于一个电流发生器，提供保持电流（IH）。这个电流的中断产生的过电压可能横跨三端双向可控硅使其达到危险水平。我们建议通过VDR（压敏电阻）或RC网络，限制这些尖峰，使其低于VRSM/ VDSM。 2——消除不必要的触发风险。 杂散触发只能发生的原因如下： 高的dV/dt作用于可控硅 控制栅噪声 阻断能力丧失 超压 A,作用于可控硅的dV/dt 双向可控硅可以通过施加超过规定值较高的dV / dt来开启（静态dV/dt）。由于设备换向而来的快速瞬变的情况下（特别是机械开关）或从电源来的尖峰。有必要使用RC网络（缓冲网络） 对于RC值计算的实际关系： dV/dt是指定的最大值 图4 针对静态dV/dt保护

注意： 对于纯阻性负载，附加一个小电感是必要的 现有的钳位器件是用来避免过电压，但它们并不限制dV / dt。 对于一个三端双向可控硅，一个电阻并联连接在栅极（RGK）不会大幅度提高DV / dt的性能。 B，门噪声 如果在栅极上的电压保持低于指定VGD，三端双向可控硅保持在阻断状态（参考数据手册） 另一方面，通常指定一个最小触发电流（IGT最小），不可能把三端双向可控硅打开。 栅极端子是低阻抗电路（敏感器件小于1K或其他大约在100欧），所以设计驱动电路时，只要遵守一般规则，通过使用去耦和滤波很容易实现这些值。 避免直接在栅极连接滤波电容（看章节2） C，阻断能力的丧失 双向可控硅能自发的开-关： 在关断状态，如果结温过高而超过规定的最大值。在这种情况下，泄漏电流达到几毫安有热失控和双向晶闸管的失效风险：设置适当的冷却（看章节3）。 导通后，如果导通状态到关闭状态不满足换向的条件：超出(dI/dt)c或(dV/dt)c的条件，或结温度过高（看节4）. D,超压 如果可控硅两端的电压超过VDSM or VRSM的值-即使是瞬时的-设备将导通: 有效的钳位电路是必需的(看节5).

总结： 开发一个新的电路时，如本文所述，要充分利用性能和今天的双向可控硅的可靠性，设计人员必须应用一些简单的规则。 灾难性故障的风险可以通过下电流（di/ dt）的低速率增加，通过实施有效的过电压保护，以避免击穿发射打开可控硅上被淘汰。 长续航时间将得到保证得益于严格的监控通过选择合适的可控硅的额定电流方面取得的结温（预计最坏的情况下），通过设计一个高效率的冷却。