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1、编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第37页 共37页图解可控硅培训资料(全）ACS/Triac/SCR培训目录介绍: 为什么要用Triacs或者ACSTM主要参数:如何选出最好的料号关断状态: 过压保护、抗噪声干扰开通过程: 控制极驱动、动态特性直通状态: RMS电流、热设计等关断过程: (di/dt)c、缓冲器;总结普通Triacs, 高结温、无缓冲器、ACST和ACSTM等P/N选择向导结论介绍:高交流电压静态开关做为交流开关,它可直接用作交流负载开关控制不同的家族(设计&技术)SCRs (Silicon Control Rectifier:硅控制整流)Tr
2、iacs (标准4象限或者内置缓冲器以及逻辑电平、高结温等)ACS (利用半导体工艺内置像过压等一些功能)ACST (第一代集功率功能和ACST功能的交流开关控制,今后将陆续推出更高功率的新一代产品)交流开关方案从下图方案中,我们将发现Triac方案是最便宜的交流静态开关方案!Triac与传统继电器的比较相比与继电器,Triac有以下优点:没有可活动的部件提高使用寿命及其可靠性抗震动和摆动能力强无触点颤动无机械噪声更容易用电子线路驱动脉冲触发达到节能的效果需要注意的地方:功率损耗:由于Triacs在实际工作时,因本身导通时存在动态阻抗, 所以要消耗一些能量;隔离:因控制端和主回路端没有隔离,所
3、以在使用时可能会用光藕去做隔离;(责任编辑：admin)SCR 单向可控硅工作原理 有且仅当正向门极触发电流时,电流才可以开始从阳极A流向阴极K,一旦导通后,即使移开门极触发电流,在保持阳极电压大于阴极电压条件下,SCR将依旧保持导通,有且仅当门极电流和ISCR减少到0时,SCRSCR 单向可控硅工作原理有且仅当正向门极触发电流时,电流才可以开始从阳极A流向阴极K,一旦导通后,即使移开门极触发电流,在保持阳极电压大于阴极电压条件下,SCR将依旧保持导通,有且仅当门极电流和ISCR减少到0时,SCR将被关断.Triac 双向可控硅工作原理有且仅当正/反向门极触发电流打开时,电流才可以开始从第一/
4、二阳极A1/2流向第二/一阳极A2/A1,一旦导通后,即使移开门极触发电流,在保持第一/二阳极电压大于第二/一阳极电压条件下,直到换向时(过零时)Triac将依旧保持导通,有且仅当门极电流和IT减少到0时,Triac将被关断.工作模式一:ON/OFF 控制(替代继电器)(责任编辑：admin)工作模式二: 相位控制1048774;用于灯光控制和马达速度控制等,导通角()可以在0180 范围内变化. 4种工作步骤及其关键的参数 断开状态开启过程状态导通状态关断过程状态 断开状态: 在此状态中, 特别要注意电压过工作模式二:相位控制&1048774;用于灯光控制和马达速度控制等,导通角()可以在0
5、180 范围内变化.4种工作步骤及其关键的参数断开状态开启过程状态导通状态关断过程状态断开状态: 在此状态中, 特别要注意电压过高及其噪声带来的易干扰问题可控硅在过压使用时避免过压对策一: Triac+Varistor例如: Triac耐压600V,如加一Varistor后,它可使可控硅两端电压控制在500V以内,从而达到保护可控硅的目的.注意: Varistor要尽可能小,否则就达不到保护的效果.避免过压对策二: 使用Crowbar Triac(见下一页解释)Crowbar Triac方案:(责任编辑：admin)ACS/ACST Triac即是Crowbar Triac方案的一种: 它可提
6、升可控硅的EMC能力,使得产品轻而易举的通过欧盟的各种EMC测试,它的耐压将超过2KV或更高.(具体测试 条件可参考产品DATASHEET)下面以ACS108-5为例说明:当它带一150ACS/ACST Triac即是Crowbar Triac方案的一种:它可提升可控硅的EMC能力,使得产品轻而易举的通过欧盟的各种EMC测试,它的耐压将超过2KV或更高.(具体测试条件可参考产品DATASHEET)下面以ACS108-5为例说明:当它带一150(相当于40W冷光灯)时,它可通过IEC6100-4-5的浪涌测试.电子噪声干扰:dV/dt 参数当实际提供的dV/dt 大于产品规格指定的静态dV/dt
7、时,可控硅将会有误触发而导致开通的危险.但此类误触发不会对可控硅本身造成损坏.静态dV/dt也和温度有直接关系,下图为一简单示意图:以24A;600V Triac为例:温度越高,dV/dt 越小;对于单向可控硅(SCR)的电子噪声抗干扰措施: 减少Rgk,将提高dV/dt.减少Rgk后,一部分寄生电容电流将被Rgk旁路,从而达到抗干扰目的.对于单向可控硅(SCR)的电子噪声抗干扰的另一措施:减少Rgk和增加一电容Cgk,将提高dV/dt.(此措施尤其对大于8A的SCR有效)减少Rgk和增加Cgk后,一部分寄生电容电流将被Rgk和Cgk旁路,从而达到抗干扰目的.对于双向可控硅(Triac)的电子
8、噪声抗干扰的措施:加一Pi型电路.请注意:CGA1将不再允许直接加在触发端,因为CGA1将彻底减少第二和第三象限的di/dt能力.(工艺结构的原因)对于双向可控硅(Triac)的电子噪声抗干扰的另一措施: 设计好VGD参数电路.设计门极驱动电压时,要有足够高的VGA1电压(大于VGD),检查(VDD-VOHMAX.)RC噪声抗干扰参数的设计:为了改善可控硅在瞬态时的抗干扰能力,它将可能使用一RC电路作为噪声抑制器.通常来讲,C将选择约1nF左右,R将选择4775;(C和R不可选的太大) 而且,为了准确设定RC值,我们最好做一个BURST测试(IEC6100-4-4)ACS/ACST Triac
9、同普通可控硅的抗干扰能力比较:改善抗干扰性,而且降低IGT到适中值但不会太小.可控硅开启时的参数:di/dt请注意检查在可控硅开启时,di/dt值不能超过DATASHEET上指定时,否则可控硅将被损坏.可控硅在使用过高的di/dt后的损坏现象:第一步:IGT超过规格 第二步:VDRM 和/或VRRM失效,或者第一阳极和第二阳极直接短路.用测量的波形举例说明di/dt单向可控硅的硅状结构极其等效电路 内部结构: 等效电路:符号:PIN脚指定顺序:KAG注意:单向可控硅总是正极电流驱动双向可控硅的硅状结构请注意:对于双向可控硅,它既可正向电流驱动,亦可反向电流驱动,取决于具体的可控硅型号(参考DA
10、TAHSEET)双向可控硅触发象限:Q1/Q2/Q3/Q4双向可控硅Q1/Q4驱动的应用:第一阳极(A1)和VSS相连,通常我们不推荐Q4驱动,因为它相比于其它象限di/dt能力稍小些以及要求较高的IGT.双向可控硅Q2/Q3驱动的应用:第一阳极和VDD相连.双向可控硅Q1/Q3驱动的应用:需在门极加一DIAC,或加带PI型网络的隔离光藕.驱动电流参数:IGT 最小且必要的可控硅门极驱动电流在DATASHEET中,由于参数的离散性,所以一般最大值将被写入规格书中.驱动电压参数:VGT 由于最大IGT流过时所产生的门极电压.对于驱动电流参数的选择:由于温度对它影响较大,所以我们选择时要满足以下等
11、式: IGT(-10)=1.5IGT(25)对于门极驱动电阻参数的选择:考虑到?Rgmax=1.05Rg(电阻最大:5%)?最小温度:取决于使用环境温度?最大输出电压:取决于逻辑电平?最小的输入电压:VCC所以我们用下式去计算Rg:快速设计规则:Rg2(VCC/IGT)门锁电流:IL定义:当移开门极驱动时,阳极最小且必要保持导通的电流幅度.门锁(保持)电流IL(IH)将与结温有关:TJ越高,IL(IH)将越小.最小门极电流持续时间的设计:i(t)=Ipeak*sin(wt)热设计: 在做热设计时,首先了解稳定状态时的电流设计:ITRMS?在给定的最大表面温度条件下的最大的RMS电流值.(特别是
12、取决于散热器的尺寸)它是一热限制其次要知道功耗设计:功耗计算方法:(责任编辑：admin)如果是其它波形时: 也可以用DATAHSHEET中的图表和下面等式去近似获得功耗值: 实际应用中的TJ的设计: 算出来的TJ必须低于DATAHSHEET上规定的TJMAX.否则散热器是必要的! 举例说明热设计: 对于不同的封装,它的结点到如果是其它波形时:也可以用DATAHSHEET中的图表和下面等式去近似获得功耗值:实际应用中的TJ的设计:算出来的TJ必须低于DATAHSHEET上规定的TJMAX.否则散热器是必要的!举例说明热设计:对于不同的封装,它的结点到周围环境之间的热阻是不同的:影响热阻因素:针
13、对功率SMD器件的铜散热片a)铜箔厚度b)PCB板厚度c)铜表面处理瞬态电流设计注意事项:什么是Zth参数?由于消耗功率脉冲带来的温度升高!如何计算和使用Zth(t)参数?叠加原理:功率积分:计算Zth(j-c)或者Zth(j-a)的模型:在稳定状态下的散热器影响:外加散热器的使用:(Rth(j-a)或Rth(j-c)瞬态过流设计:ITSM定义?不可重复的最大浪涌电流能力浪涌电流能力:下图举例说明”浪涌峰值通态电流的次数”,它可供脉冲周期大于20MS的场合;ITSM参数:定义?最大的浪涌电流(在16.7或明或20ms以内),超过ITSM,可控硅将会短路或开路失效;I2t参数:定义?保护器件的熔
14、化特性最大不可重复电流能力的评价:关断过程中的参数: (di/dt)c & (dv/dt)c在感性负载应用中,电流和电压总是不在同一相位,在关断时,IT=0,但VT0如果设计时超过DATASHEET中的指定的(di/dt)c或者(dv/dt)c,可控硅可能将保持导通.(此时IG=0)(责任编辑：admin)(di/dt)c将取决于负载特性: (di/dt)c相对于(dv/dt)c: 减少(dv/dt)c方法:加一RC网络 注意:(di/dt)c值仅仅取决于负载,它意味着必须选择好的AC Switch去维持此值!例如ACS/ACST系列 产品. 结温对(di/dt)c的影响:TJ越大,(di/d
15、t)c将取决于负载特性:(di/dt)c相对于(dv/dt)c:减少(dv/dt)c方法:加一RC网络注意:(di/dt)c值仅仅取决于负载,它意味着必须选择好的AC Switch去维持此值!例如ACS/ACST系列产品.结温对(di/dt)c的影响:TJ越大,(di/dt)越小无缓冲网络的双向可控硅:不存在(dv/dt)c的限制!只要检查关断过程中的di/dt(可能由负载造成)注意:无缓冲网络的双向可控硅仅有三象限!举例说明无缓冲网络的双向可控硅的优点保持电流IH:当IT低于IH时,可控硅将被关断!高结温可控硅:高结温可控硅产品范围:ACS/ACST可控硅选用指南:(责任编辑：admin)第 37 页 共 37 页