中心議題：

• 雙向可控矽特點
• 雙向可控矽應用

解決方案：

• 使用Hi-Com 雙向可控矽

引言　　

1958年

，從美國通用電氣公司研製成功第一個工業用可控矽開始，電能的變換和控製從旋轉的變流機組
、靜止的離子變流器進入以電力半導體" target="_blank">半導體器件組成的變流器時代。可控矽分單向可控矽與雙向可控矽。單向可控矽一般用於彩電的過流
、過壓保護電路。雙向可控矽一般用於交流調節電路，如調光台燈及全自動洗衣機中的交流電源控製。　　

shuangxiangkekongguishizaiputongkekongguidejichushangfazhanerchengde
，tabujinnengdaitiliangzhifanjixingbingliandekekonggui，erqiejinxuyigechufadianlu，shimuqianbijiaolixiangdejiaoliu開關器件，一直為家電行業中主要的功率控製器件。近幾年

，隨著半導體技術的發展

，大功率雙向可控矽不斷湧現，並廣泛應用在變流
、變頻領域，可控矽應用技術日益成熟。本文主要探討廣泛應用於家電行業的雙向可控矽的設計及應用。　　

雙向可控矽特點　　

雙向可控矽可被認為是一對反並聯連接的普通可控矽的集成，工作原理與普通單向可控矽相同。圖1為雙向可控矽的基本結構及其等效電路

，它有兩個主電極T1和T2
，一個門極G
，門極使器件在主電極的正反兩個方向均可觸發導通
，所以雙向可控矽在第1和第3象限有對稱的伏安特性。雙向可控矽門極加正
、負觸發脈衝都能使管子觸發導通，因此有四種觸發方式。
 

 
圖1 雙向可控矽結構及等效電路　　

雙向可控矽應用　　

為正常使用雙向可控矽，需定量掌握其主要參數，對雙向可控矽進行適當選用並采取相應措施以達到各參數的要求。　　

耐壓級別的選擇：通常把VDRM（斷態重複峰值電壓）和VRRM（反向重複峰值電壓）中較小的值標作該器件的額定電壓。選用時，額定電壓應為正常工作峰值電壓的2~3倍
，作為允許的操作過電壓裕量。　　

電流的確定：由(you)於(yu)雙(shuang)向(xiang)可(ke)控(kong)矽(gui)通(tong)常(chang)用(yong)在(zai)交(jiao)流(liu)電(dian)路(lu)中(zhong)，因(yin)此(ci)不(bu)用(yong)平(ping)均(jun)值(zhi)而(er)用(yong)有(you)效(xiao)值(zhi)來(lai)表(biao)示(shi)它(ta)的(de)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)值(zhi)。由(you)於(yu)可(ke)控(kong)矽(gui)的(de)過(guo)載(zai)能(neng)力(li)比(bi)一(yi)般(ban)電(dian)磁(ci)器(qi)件(jian)小(xiao)，因(yin)而(er)一(yi)般(ban)家(jia)電(dian)中(zhong)選(xuan)用(yong)可(ke)控(kong)矽(gui)的(de)電(dian)流(liu)值(zhi)為(wei)實(shi)際(ji)工(gong)作(zuo)電(dian)流(liu)值(zhi)的(de)2~3倍。同時
，可控矽承受斷態重複峰值電壓VDRM和反向重複峰值電壓VRRM時的峰值電流應小於器件規定的IDRM和IRRM。　　

通態（峰值）電壓VTM的選擇：它是可控矽通以規定倍數額定電流時的瞬態峰值壓降。為減少可控矽的熱損耗
，應盡可能選擇VTM小的可控矽。　　

維持電流：IH是維持可控矽維持通態所必需的最小主電流，它與結溫有關

，結溫越高，則IH越小。　　

電壓上升率的抵製：dv/dt指(zhi)的(de)是(shi)在(zai)關(guan)斷(duan)狀(zhuang)態(tai)下(xia)電(dian)壓(ya)的(de)上(shang)升(sheng)斜(xie)率(lv)，這(zhe)是(shi)防(fang)止(zhi)誤(wu)觸(chu)發(fa)的(de)一(yi)個(ge)關(guan)鍵(jian)參(can)數(shu)。此(ci)值(zhi)超(chao)限(xian)將(jiang)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)可(ke)控(kong)矽(gui)出(chu)現(xian)誤(wu)導(dao)通(tong)的(de)現(xian)象(xiang)。由(you)於(yu)可(ke)控(kong)矽(gui)的(de)製(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi)決(jue)定(ding)了(le)A2與G之間會存在寄生電容，如圖2所示。我們知道dv/dt的變化在電容的兩端會出現等效電流，這個電流就會成為Ig，也就是出現了觸發電流，導致誤觸發。
 

圖2 雙向可控矽等效示意圖  

　　
切換電壓上升率dVCOM/dt。驅qu動dong高gao電dian抗kang性xing的de負fu載zai時shi，負fu載zai電dian壓ya和he電dian流liu的de波bo形xing間jian通tong常chang發fa生sheng實shi質zhi性xing的de相xiang位wei移yi動dong。當dang負fu載zai電dian流liu過guo零ling時shi雙shuang向xiang可ke控kong矽gui發fa生sheng切qie換huan，由you於yu相xiang位wei差cha電dian壓ya並bing不bu為wei零ling。這zhe時shi雙shuang向xiang可ke控kong矽gui須xu立li即ji阻zu斷duan該gai電dian壓ya。產chan生sheng的de切qie換huan電dian壓ya上shang升sheng率lv（dVCOM/dt）若超過允許值，會迫使雙向可控矽回複導通狀態，因為載流子沒有充分的時間自結上撤出
，如圖3所示。[page]
 

 
圖3 切換時的電流及電壓變化 　　

高dVCOM/dt承受能力受二個條件影響：　　

dICOM/dt—切換時負載電流下降率。dICOM/dt高
，則dVCOM/dt承受能力下降。　　

結麵溫度Tj越高，dVCOM/dt承受能力越下降。假如雙向可控矽的dVCOM/dt的允許值有可能被超過，為避免發生假觸發，可在T1 和T2 間裝置RC緩衝電路
，以此限製電壓上升率。通常選用47~100Ω的能承受浪湧電流的碳膜電阻，0.01μF~0.47μF的電容，晶閘管關斷過程中主電流過零反向後迅速由反向峰值恢複至零電流
，此過程可在元件兩端產生達正常工作峰值電壓5-6倍的尖峰電壓。一般建議在盡可能靠近元件本身的地方接上阻容吸收回路。　　

斷開狀態下電壓變化率dvD/dt。若截止的雙向可控矽上（或門極靈敏的閘流管）作用很高的電壓變化率

，盡管不超過VDRM，電容性內部電流能產生足夠大的門極電流
，並觸發器件導通。門極靈敏度隨溫度而升高。假如發生這樣的問題
，T1 和T2 間（或陽極和陰極間）應該加上RC 緩衝電路，以限製dvD/dt。　　

電流上升率的抑製：電流上升率的影響主要表現在以下兩個方麵：　　

①dIT/dt（導通時的電流上升率）—dangshuangxiangkekongguihuozhaliuguanzaimenjidianliuchufaxiadaotong，menjilinjinchulijidaotong

，ranhouxunsukuozhanzhizhenggeyouxiaomianji。zhechihoudeshijianyouyigejixian，jifuzaidianliushangshenglvdexukezhi。guogaodedIT/dt可能導致局部燒毀，並使T1-T2 短路。假如過程中限製dIT/dt到一較低的值，雙向可控矽可能可以幸存。因此，假如雙向可控矽的VDRM在嚴重的、異常的電源瞬間過程中有可能被超出或導通時的dIT/dt有可能被超出，可在負載上串聯一個幾μH的不飽和（空心）電感。　　

②dICOM/dt (切換電流變化率) —導致高dICOM/dt值的因素是:高負載電流、高電網頻率（假設正弦波電流）或者非正弦波負載電流,它們引起的切換電流變化率超出最大的允許值
，使雙向可控矽甚至不能支持50Hz 波形由零上升時不大的dV/dt，加入一幾mH的電感和負載串聯
，可以限製dICOM/dt。

為了解決高dv/dt及di/dt引起的問題，還可以使用Hi-Com 雙向可控矽
，它和傳統的雙向可控矽的內部結構有差別。差別之一是內部的二個“閘流管”分隔得更好
，減少了互相的影響。這帶來下列好處：
　　
①高dVCOM/dt。能控製電抗性負載，在很多場合下不需要緩衝電路
，保證無故障切換。這降低了元器件數量
、底板尺寸和成本，還免去了緩衝電路的功率耗散。　　

②高dICOM/dt。切換高頻電流或非正弦波電流的性能大為改善，而不需要在負載上串聯電感，以限製dICOM/dt。　　

③高dvD/dt（斷開狀態下電壓變化率）。雙向可控矽在高溫下更為靈敏。高溫下
，處於截止狀態時
，容易因高dV/dt下的假觸發而導通。Hi-Com雙向可控矽減少了這種傾向。從而可以用在高溫電器
，控製電阻性負載，例如廚房和取暖電器，而傳統的雙向可控矽則不能用。