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按机组功率

关于SCR可控硅额定值说明及计算公式

时间: 2024-03-16 12:50:34 |   作者: 按机组功率

产品详细

  在所有运行条件下,只有在不超过其额定值的情况下运行,才能确保 SCR 的可靠运行。每个晶闸管或 SCR 均按照特定的电流、电压、功率、温度和开关频率限制制造,在这些限制内它们能可靠地运行。

  这些称为额定值,可以是对 SCR 能力设置限制的最小值或最大值。即使在短时间内超过这些限制也有一定可能会导致 SCR 故障或损坏。

  因此,为了用户的利益,制造商给出了电流、电压、功率、温度额定值等的列表。这些额定值对于SCR在各种电力电子电路中的正确应用至关重要。在实践中,选择额定值高于所需工作额定值的 SCR 以留出安全裕度。

  这些额定值可以是连续的、非重复的或浪涌和重复的额定值。根据单边或双边设备,连续额定值以 RMS 或平均值表示。浪涌和重复额定值对应于 SCR 的峰值。

  因此,让我们简要讨论一下 SCR 的各种额定值。不同的电压和电流额定值分配有一个或多个下标,以便于识别。第一个下标表示 SCR 的状态,包括

  运行期间,即使是短时间,也不应超过 SCR 的电压承担接受的能力。因此,可控硅被分配了不同的标称电压,这些额定电压是可控硅能战场工作而不击穿结点的最大电压。它们被分配在 SCR 的两种阻断状态下,并能承受电压瞬变。下面给出了 SCR 的各种额定电压。

  它指定了 SCR 上的正向阻断电压的最大瞬时值,不包括所有浪涌和重复瞬态电压。超过该电压值 SCR 在运行期间将没办法承受。该 VDWM 等于图中所示的电源电压波形的最大值或峰值。

  它是可控硅在反复或周期性正向阻断状态下所能阻断的最大瞬态电压。这是通过阴极和栅极之间的特定偏置电阻或在栅极电路开路的最大允许结温下指定的。

  当 SCR 关闭或换向时或由于转换器电路中的二极管而在 SCR 上遇到或出现该电压 VDRM 。在关断过程中,反向恢复电流的突然变化会导致产生电压尖峰,因此导致SCR 上出现VDRM 。

  这是 SCR 上不重复的正向浪涌电压的最大瞬时值。该VDSM小于正向击穿电压VBO并且该值在VDRM的大约130%的范围内。

  这是 SCR 反向电压的最大瞬时值,不包括所有浪涌和重复瞬态电压。该VRWM等于图中所示电源电压波形的最大负值。

  它是在允许的最大结温下,反向反复或周期性地在 SCR 上出现的最大反向瞬态电压。超过此额定值,SCR 可能会因结温过高而损坏。该电压的出现也是由于与VDRM相同的原因。

  指可控硅两端不重复的反向瞬态电压的最大值。该VRSM小于反向击穿电压VBR并且该值在VRRM的大约130%的范围内。通过将额定电流相同的二极管与 SCR 串联,能大大的提升浪涌电压额定值 VDSM和 VRSM 。

  这是在指定结温和导通状态正向电流下阳极和阴极之间的压降。通常,该值约为 1 至 1.5 伏。

  这是在没有一点栅极脉冲或信号的情况下不会触发 SCR 的阳极电压的最大上升速率。如果该值大于规定值,则 SCR 可能会打开。正向阻断模式下的 SCR 类似于具有电介质的电容器。

  因此,当施加的电压增加时,充电电流流过它。如果电压上升速率较大,则足够的电荷将流过SCR的结J2,因此SCR将在没有一点栅极信号的情况下导通。

  这种类型的触发称为误触发,实际上并不采用。此外,该额定值还取决于结温。如果结温较高,则 SCR 的 dv/dt 额定值较低,反之亦然。通过在 SCR 上使用缓冲网络,可以限制应用于 SCR 的最大 dv/dt。

  一般情况下,可控硅的工作电压保持在VRSM以下,以避免由于不确定的情况而损坏可控硅。因此,电压安全系数与工作电压和 VRSM相关,计算公式为

  基本上,SCR 是单边设备,因此分配给它平均额定电流(而 RMS 额定电流分配给双边设备)。SCR 具有低热容量和短时间常数。这在某种程度上预示着即使是短时过流,结温也会超过其额定值。

  这可能会导致 SCR 损坏。因此,为了延长 SCR 的常规使用的寿命,必须正确选择电流额定值,因为结温取决于其处理的电流。让我们一起看看 SCR 的各种电流额定值。

  这是在不超过最大温度和 RMS 电流限制的情况下可流经 SCR 的正向电流的最大重复平均值。当 SCR 处于导通模式时,其正向压降非常低。因此晶闸管的功率损耗完全取决于正向电流ITAV。

  对于相控 SCR,平均正向电流取决于触发角。对于给定的平均正向电流,电流的有效值随着导通角的减小而增大。这会导致 SCR 两端的压降增加,进而增加平均功耗。因此结温升高超过安全极限。

  为了限制最大结温,允许的平均正向电流必须随着导通角的减小而降低。制造商通常提供数据表,显示相对于外壳温度的正向平均电流变化。作为示例,不同导通角的正半周形成的电流波形如下所示。

  这是在可流经 SCR 的最大结温下指定的最大重复 RMS 电流。对于直流电,RMS 和平均电流相同。然而,这个额定值对于承受低占空比峰值电流波形的 SCR 来说很重要。此外,还需要此额定值来防止 SCR 的引线、金属接头和接口过度加热。

  它规定了 SCR 在其常规使用的寿命期间可承受有限次数的最大非重复电流或浪涌电流。制造商规定了浪涌额定值,以适应由于短路和故障而导致的 SCR 不正常的情况。如果超过浪涌电流的峰值幅度和周期数,则 SCR 可能会损坏。

  该额定值用于确定设备的热能吸收。选择 SCR 使用的熔断器或其他保护设备时需要此额定值。这是衡量熔断器清除故障之前 SCR 可以在极短的时间内吸收的热能的指标。

  它是最大瞬时电流的平方的时间积分。为了通过熔断器或其他保护设备可靠地保护 SCR,熔断器(或任何其他保护设备)的 I2t额定值必须小于SCR 的I2t额定值。

  它是在不对 SCR 造成任何损坏或危害的情况下阳极至阴极电流的最大允许上升率。如果阳极电流的上升速率与电荷载流子的扩散速度相比非常快,则由于结的受限区域中的载流子集中(由于高电流密度)而产生局部热点。

  这会使结温超过安全极限,因此 SCR 可能会损坏。因此,对于所有 SCR,规定了最大允许 di/dt 额定值,以保护 SCR。它以安培/微秒为单位,通常在 50 至 800 安培/微秒范围内。

  它是移除栅极驱动后将 SCR 维持在导通状态所需的最小导通状态电流。打开 SCR 后,必须允许阳极电流建立,以便在栅极脉冲移除之前获得锁存电流。否则,如果门信号被移除,SCR 将被关闭。

  这是阳极电流的最小值,低于此值 SCR 停止导通并关闭。保持电流与关断过程相关,通常是毫安培范围内的一个非常小的值。

  栅极电流越大,SCR 的导通时间越早,反之亦然。然而,一定要通过指定最大和最小栅极电流来为栅极提供安全限制。为了控制 SCR,将栅极电流施加到栅极端子。该栅极电流分为两种;最小栅极电流IGmin和最大栅极电流IGmax。

  最小栅极电流 IGmin是栅极端子打开 SCR 所需的电流,其中 IGmax是可以安全地施加到栅极的最大电流。在这两个限制之间,SCR 的导通角受到控制。

  SCR的正向和反向阻断能力由结温Tj决定。如果超过最大结温,即使没有一点栅极信号,SCR也会被驱动至导通状态。T j的这个上限是通过考虑对转折电压、耐热性和关断时间的温度依赖性而施加的。

  此外,还需要存储温度上限 Ts来限制硅晶体、引线附件和封装环氧树脂上的热应力。超过这两个温度限制可能会导致 SCR 运行不可靠。在某些情况下,存储温度上限高于 SCR 的工作时候的温度限制。

  SCR 中的功率耗散会导致结区温度上升。SCR中的功率耗散包括正向功率耗散;开启和关闭损耗以及栅极功耗。

  它是平均阳极电流与 SCR 正向压降的乘积。这是 SCR 正常工作循环运行时结点加热的大多数来自。给定电源的峰值功率不允许超出平均功耗额定值,以保证设备的安全。该额定值是针对不一样导通角指定的,作为平均正向电流的函数,如图所示。

  该额定值定义了正向或反向峰值功率以及施加到栅极的平均功率。如果超过这些额定值,则会对门造成相当大的损坏。因此,在计算施加的电压和电流时,一定要考虑栅极脉冲的宽度(因为峰值功率是时间的函数)。对于脉冲型触发,栅极损耗可忽略不计,而具有高占空比的栅极信号,栅极损耗变得更显着。

  其他功率损耗包括ON状态损耗、OFF状态损耗、正向阻断损耗和反向阻断损耗。选择 SCR 额定值时一定要考虑开启和关闭损耗,因为这些损耗占总损耗的很大一部分。而且,与传导损耗相比,正向和反向阻断损耗非常小,因为阻断状态下的漏电流很小且电压降可忽略不计。

  导通时间是施加栅极信号的瞬间与导通状态电流达到其最终值的 90% 的瞬间之间的时间间隔。如果增加栅极驱动,则导通时间会更短。该开启时间仅对阻性负载有效,因为感性负载中阳极电流的上升速率较慢。

  因此,导通时间并不表示栅极信号移除后器件保持导通状态的时间。如果负载是阻性负载,则确定导通时间是指即使栅极被移除,可控硅仍就保持导通状态的时间间隔。

  关断时间是阳极电流变为零或负的瞬间与向 SCR 重新施加正电压的瞬间之间的时间间隔。对于快速开关 SCR,开启和关闭时间值都非常低。

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