◆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)
※Triacs (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,SCR
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,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一/二阳极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)
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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℃~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
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(α)可以在0℃~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:
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ACS/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 ACS/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:当它带一150Ω(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47~75Ω;(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DATAHSEET)
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式: IGT(-10℃)=1.5×IGT(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:Rg<2×(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:
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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VT≠0 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)
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(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/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/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:
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