1、 # # PhilipsSemiconductors1PHILIIApplicationNote三象限雙向可控硅-給初始產品生產廠帶來利益AN10119AuthorNickHamNumberofpages:6Date:2002Jan112002KoninklijkePhilipsElectronicsN.V.Allrightsarereserved.Reproductioninwholeorinpartisprohibitedwithoutthepriorwrittenconsentofthecopyrightowner.Theinformationpresentedinthisdocumen

2、tdoesnotformpartofanyquotationorcontract,isbelievedtobeaccurateandreliableandmaybechangedwithoutnotice.Noliabilitywillbeacceptedbythepublisherforanyconsequenceofitsuse.Publicationthereofdoesnotconveynorimplyanylicenseunderpatent-orotherindustrialorintellectualpropertyrights. 4QonlyT2G觸發象限有時寫作，例如,用象限

3、1至爲的象限相混淆。在日常生活中我們已習慣于使用各種電器和電動工具。我們期待這些電器能可靠運行，使我們的生活更方便，或者更舒適。至于是什么使得這些電器能可靠工作，并且使用方便呢，正是電器的電子功率控制裝置。作為很多現代電器的核心，精選的控制器件是簡單、可靠，但價格不高的雙向可控硅。對于帶有電動機或其它電感性、電容性負載的電器，米用三象限（3Q）雙向可控硅給生產廠和最終用戶都帶來好處，因為能節約成本，并改善性能。本文的內容就是說明，三象限（3Q）雙向可控硅為什么優于傳統的四象限（4Q）雙向可控硅。觸發象限說明一個3Q雙向可控硅（亦可稱之為Hi-Com雙向可控硅）能在三種方式下觸發，而4Q雙向可控

4、硅則能在四種方式下觸發。其原理及命名說明如下。T（T2，G），有時命名容易和特性曲線命名法控硅特性曲線圖”表1：雙向可控硅觸發勢標i通用命名法” # #門扱wsexo普通寫法T2，G-+T2-，G-T2-，G+簡化寫法1-3-通用寫法IIIIIIV #T2為什么米用二象限雙向可控硅?St限2AR1象限4為了防止假脈沖觸發雙向可控硅，通，引起電機運行不穩定，噪聲增大，4Q雙向可控硅的電路中總是包括外加的保護元件。典型電路中，RC二V緩沖電路并聯在雙向可控硅的主端子之間，用來限止dV/dt）,有些情況下還需要大容量的電感，以限制切換時的電流變化率（di/dt）。這些元件增加電路的成本和尺寸。造成失

5、控導電壓變化率com甚至,還可能降低長期可靠性。選擇不佳的緩 電過快，這時就可能發生前述問題。沖元件能導致破壞性的峰值電流和電流上升率。假如向可控硅阻斷高電壓時被觸發，或者緩沖電容通過向可控硅放SEN如h茍站牡站如o樹越妊曲建緩沖電路由串聯的電容和碳質電阻構成，兩兀圖學更雲畫豊加豐芝豐?件都按電源電壓選用。元件的典型數值是0UF及三.八在球限仲彖限護P導通丿100Qo所用碳質電阻應能承受反復的浪涌電流而不燒毀。緩沖電I路元件的選擇是為了限制dVco/dt或dV/dt在一定水平下，確保不觸發雙向可控硅。在這D +條件下，選擇最大的R值和最小的C值，可以把緩沖電容放電時導致破壞的可能性降到最低。4

6、Q雙向可控硅已應用多年，但老習慣不容易改，仍可以看到這類器件，包括它的保護元件，得到廣泛應用。雙向可控硅可以認為是一種成熟的技術。盡管如此，雙向可控硅領域中不可能靜止不變，新的發展仍在繼續：近期發展的3Q“Hi-Com”雙向可控硅技術一般不需要保護元件。應用這技術的電器更可靠，更價廉，并且小巧。高質量的表面壓接式3Q雙向可控硅組件已供應市場。規格眾多，從SOT223和SOT428（DPAK的飛利浦型號）到SOT404（D2PAK的飛利浦型號）。對于采用表面壓接安裝的大容量制造廠，3Q雙向可控硅可以幫助產品進一步小型化和降價。應用實例很多小型電器需要某種方式的電源控制，其中大部分采用雙向可控硅，

7、用來開關或調節負載功率。加熱和烹調器件采用簡單的開/關方式維持溫度，使接近設定溫度。與此相似，通過壓縮機的開和關控制空調、冷卻器和冰箱的冷卻。對更先進的調節，需要連續地或離散地變動功率。普通的例子是廚房電器：食品加工機，攪拌器，手提攪拌器等，它們要求電機轉速可調，以滿足不同作業的需求。縫紉機是另一個很好的例子。一臺只能全速運轉的縫紉機可能很少有用。在不同國家還有各種流行的電器，例如：遠東的可變速移動冷卻風扇日本和歐洲的筒式真空吸塵器帶變轉速電機（用于控制吸力，同時節能）全歐流行的前裝載洗衣機有變轉速電機（適應往復滾動洗滌和快速摔干）小型變轉速廚房電器，流行全世界。大型的“白色商品”如洗衣機和碗

8、碟清洗機，具有先進的節能特征，采用多達8只雙向可控硅，分別控制主機、水泵和閥門。雙向可控硅提供價格最低，系統簡單，無干擾的開關和功率控制。這類電器中的大部分采用相位控制電路來改變電刷電機的功率。圖3介紹一實例：電機轉速控制器用于1.5KW真空吸塵器。這圖顯示，采用雙向可控硅后，功率控制器多么簡單。3Q雙向可控硅電路不必包括緩沖元件，即能可靠運行。+這決定于該半導體的結構，因為在門極區有一微小重疊部分。工作在3+象限時，主端子負載電流由雙向可控硅晶片的這一半通過幾個導通的中間層流至晶片的另一半，距離較遠。由于這遠距離觸發方式，3+運行有幾個缺點：雙向可控硅具有最小靈敏度（IGT是四象限中最咼GT

9、的），所以需要較大門極電流才能保證觸發。接通門極電流至雙向可控硅導通間的時間滯后，在四象限中最長，因而門極電流維持接通時間應更長，才能保證觸發。允許的電流上升率在四象限中最低（最低的dIT/dt）。這表明，容易產生局部熱點，并在控制負載具有較高涌入電流時導致雙向可控硅在門極區燒毀。電容性負載和白熾燈的冷的燈絲就屬于這類負載。雙向可控硅的內部結構使它能在3+象限觸發，并且在dICOM/dt和dVCOM/dt較高時允許移動的電流載荷子從雙向可控硅的這一半進入另一半。這可能導致，負載電流越過零值時無法斷開。介紹三象限雙向可控硅3Q雙向可控硅具有和4Q雙向可控硅不同的內部結構，它在門極沒有臨界的重疊結

10、構。這使它不能在3+象限工作，但由于排除了3+象限的觸發，同時避開了4Q雙向可控硅的缺點。由于大部分電路工作在1+和3-象限（用于相位控制），或者工作在1-和3-象限（用于簡單的極性觸發，信號來自IC電路和其它電子驅動電路），因而和所取得的優點比較，損失3+象限的工作能力是微不足道的代價。3Q雙向可控硅為初始產品制造廠帶來的好處1.高dVCOM/dt值性能，不需緩沖電路電源半周結束時，負載電流將通過零點。此時雙向可控硅將斷開，回復到截止狀態，直至下一個門極脈沖的觸發。電流過零時的斷開稱為“換向”。控制電感性負載時（如電機，變壓器或線生足夠大的內部門極電流，并導致4Q雙向可控硅自發觸發。按慣例，

11、在主端子間并聯一個緩沖電路，把dVD/dt限制在一定水平，保證不發生自發觸發。換個辦法，只要選用3Q雙向可控硅，大部分情況下可以不用緩沖電路。在雙向可控硅中除去前面提到過的臨界重疊部分，使飛利浦的Hi-Com雙向可控硅具有最小的dVD/dt值lOOOV/us,而典型值為4000V/US。 #HighdVD/di可控硅電壓電感性負載圈），電壓和電流波形間有一相位差。負載電流遲后于電源電壓。因此，電流過零時，雙向可控硅可能突然要承受較高的反向電壓。當雙向可控硅回復至截止狀態，電路間存在雜散電容的情況下，由此引起的切換電壓上升率，對許多50/60HN電器，限制在20V/US（典型數據）。這一dVCO

12、M/dt值足以防止4Q雙向可控硅在下一半周的開始自發導通，即在沒有門極觸發信號情況下的切換。桉慣例，為防止dVCOM/dt引起假觸發，在主端子間并聯緩沖元件。采用3Q雙向可控硅后，大部分情況下可免去緩沖電路。 # 2.HighdVC0M/dt電感性負載三象限100Qcaibanresistor可控硅電壓負載電流高dVD/dt值性證不需緩沖電路3.1嚴cartiorJcompasl高dICOM/dt值l很多設備中雙向可控硅用來控制由橋式整流器流的三象限雙向可控硅Jposition不需緩naslslor供電的直流電機或其驅動的碳刷電機或通于小型廚房用具中的永磁電機，可在手提灑吧混中看到。這的工作條

13、件；還有人巳馬合器些整流驅動的電機給雙向可控硅施加惡劣電網每過半周，當供電壓下降趨近零時，將達點，此時電機產生的反電勢等于電源電源電壓繼續下降，取自電網的負載電流將MSO3O4到一個工況壓。隨后電突然停止，而電機電流環繞橋式整流器“空轉”。電流取自電產生的電壓劇下降。這，關斷，即使率，電源24僅在電源電壓超過電機反電勢的條件下，才有.源通過雙向可控硅。當電源電壓降到電機之下，雙向可控硅接近切換時經受電流急個高dI/dt值足以阻止四象限雙向可控硅comdVCOM/dt只有0-llV/us（這是最大上升0V,50Hz正弦波）。在電路經受電網的瞬間過程和電涌時，例感性重負載接入同一電路并在開關間切換,時，雙向可控硅可能經受很高的斷路電壓dVD/dt）。耦合雙向可控硅內部級的電容，可以產限止電流變硅，它能在常用解決方法是用一系列電感值為