白皮书

可控硅规范和建议(开启行为)

维基将可控硅整流器(可控硅/晶闸管)定义为一种电子元件，近似相当于两个可控硅整流器(可控硅/晶闸管)反向并联(并联但极性相反)，并将它们的门连接在一起。这就产生了一个双向电子开关，当它被触发(打开)时，可以在任意一个方向上传导电流，因此没有任何极性。它可以由施加在其栅电极上的正电压或负电压触发。一旦触发，该设备继续导电，直到通过它的电流降至某个阈值以下，即保持电流，例如在交流电(AC)主电源的半周期结束时。这使得可控硅是一种非常方便的交流电路开关，允许用毫安级控制电流控制非常大的功率流。此外，在交流周期的可控点应用触发脉冲可以控制流经可控硅到负载的电流的百分比(相位控制)。

万博一家客户要求Ansys识别关键可控硅部件参数，并确定必要的余量，以确保其模块化控制系统的成功运行。当前使用的可控硅是一种敏感门类型。

打开控制电路

当您将触发电压施加到闸板上并支持阀站电流和电压输出以激活指定数量和类型的电磁阀负载时，打开(闩锁)。

• 栅极触发电流(特定象限)
  • Max, min, justification
• 潜在的其他小负荷

关闭控制电路

即使暴露于过高的dV/dt、主交流电源上的噪声或关闭感应电磁负载后的反电动势，除非您将触发电压施加到栅极，否则请保持关闭。

• 栅极触发电流
  • Max, min, justification
• 火花电压
  • Max, min, justification
• 最小保持电流
  • Max, min, justification
• 最大的dV / dt
  • Max, min, justification

表演10年

当触发电压被移除时，迅速关闭，以防止在过流状态下的电路损坏。

• 最小保持电流
  • Max, min, justification

如果暴露在阀门电线上的指定浪涌中，则保持功能。

• 火花电压
  • Max, min, justification
• 冲击电流
  • Max, min, justification

能够耗散功率，并允许延长闭锁而不损坏部件。

• RMS开态电流
  • Max, min, justification
• 结温
  • Max, min, justification

香料模拟

模拟了可控硅和驱动器之间电路的SPICE模型，以确定螺线管和可控硅参数的影响。模型示意图如图1所示。使用SPICE指令指定了TRIAC行为，说明:

• 保持电流
• dV/dt触发临界值
• 栅极触发电流
• 栅极触发电压
• 作业状态电压
• 当前作业状态
• 把的时间在

这是修改，以调查关键的可控硅性质。SPICE模型可以很好地预测实际电路的行为，如图2所示，可以比较实测的可控硅电压降和模拟的电压降。

可控硅负载随着螺线管数量的增加

连接1至3个螺线管的SPICE模拟如图3至图5所示。如图所示，电流随所附triac的数量成比例地增加。假定螺线管的电感为0.100 H，电阻为40欧姆。

选择一个具有一个螺线管的电路进行建模，因为这是开机操作的最坏情况。由于线圈的电感升高，没有考虑可控硅和螺线管之间的导线长度。

在交流操作中，triac的开度主要是门触发电流的作用。当负载电流过零时，需要栅极触发电流每半个周期重新偏压可控硅内的结。其次，如果保持电流过低，在可控硅或线路中分别出现泄漏电流或噪声，则在没有门触发信号的情况下，可控硅会出现非预期的打开。开启时间只在高频电路中是一个问题，而在60Hz的使用中不是问题。

栅极触发电流

为了更准确地映射所需的栅极电流值，使用不同的栅极触发电流运行SPICE模拟。结果表明，栅极触发电流16.7mA是正常开启的最大IGT。图6和图7显示在16.7mA时正常开启。

在超过16.7mA的栅极触发电流时，观察到不正确的导通。在图8中，每半个周期穿过可控硅的电压峰值，以及在打开时出现的更大的峰值，如图9所示。

进一步增加测试可控硅的栅极触发电流参数会导致开关特性不断退化。参见图10和图11。通过可控硅的电压尖峰表明间歇性电源驱动电磁阀，这可能不允许电磁阀正常工作。

当栅极触发电流进一步增加时，电压尖峰变得更加严重。在17.2mA的触发电流下，可控硅只活跃半个周期(图12和图13)。这是栅触发电流的象限特异性的函数。

在施加栅极信号时，当可控硅栅极触发电流达到17.3mA时，发生完全不操作，如图14所示。

当触发电压的偏置和负载电压的偏置已知且恒定时，可控硅栅触发电流的象限特定额定值通常只与直流操作相关。控制系统为交流系统，带有感性负载。因此，TRIAC需要在所有象限中运行。当门电流额定值达到阈值时，一个或可能两个象限将先于其他象限失效，导致半波操作。

可控硅栅极上的噪声可能会进一步降低所需的IGT参数，其值与在典型工作环境中测量的值相等。

保持电流

通过将栅极触发电流设置为15mA来发现保持电流。最小工作保持电流为0.302mA。在0.301 mA时，在没有栅极触发电流的情况下观察到部分导通，如图15和图16所示。负载线上的噪声将使保持电流的最小值增加一个与噪声电流相等的值。将触发电流调整到最大16.7以下的值对所获得的值没有影响。

讨论和结论

开启特性取决于栅极触发电流额定值和最小保持电流额定值。在无噪声模拟中，临界值如下:

• Igt: 16.7mA(最大)
• Ih: 0.302mA(最小值)

关于可控硅开关和寿命可靠性的电路和可控硅特性的继续分析可能进一步限制这些值。在确定适当的裕度时，也应考虑噪声问题。

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