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可控硅元件的简易判测方法及应用指南
可控硅元件的简易判测方法及应用指南
 
1、简单判断12A以上的单向可控硅或双向可控硅
先确认触发极。开关闭合时白炽灯亮度正常为双向可控硅,亮度明显较正常暗为单向可控硅(因半波作功)。开关未闭合时白炽灯亮为可控硅已击穿。开关闭合时白炽灯不亮,为可控硅阳极和阴极搞反,或控制极损坏。
2、 可控硅的触发极最易烧毁
由于可控硅内部构造所决定,允许流过控制极的电流为数安以下,远比允许流过阳极和阴极的电流为小,而且由于控制及阴极之间呈低电阻状态,可加电压仅为2V左右,因此若错将控制极当阳极使用,将导致系统失控或烧毁可控硅。如果先在可控硅的触发极上串接一支1.5Ω、1/8W左右的碳膜电阻后再接入系统,对40A以上的可控硅来说,1.5Ω的保护电阻将成为很好的限流熔丝,能使可控硅得到非常有效的保护。
3、宁可过流而不可过电压(并非赞同过流使用可控硅)
可控硅有较大的瞬间过流能力,如手册规定BTA41.600B型双向可控硅的过流能力达420A/10Ms,在散热条件良好的情况下,使可控硅过流二倍、过流时间几秒,一般不会损坏可控硅的峰值电压超过其耐受值,又无足够的限流措施,可控硅将瞬间击穿,且不可恢复。
4、 可控硅须装有足够大的散热板
可控硅在导通情况下有1.5V左右的电压降,而且在开或关的过程中存在极大的瞬间开关损耗,就一支标称为200A双向可控硅为例来说,在工频情况下,这二种功耗合起来可能达到400W以上。
由于可控硅元件管芯与管壳的热阻Rjc约在0.05℃/W左右,再考虑到管壳与散热片之间的热阻,要使可控硅的结温不超过通常允许的115℃,就必须加装相应面积的散热板(如SF15强制风冷型散热器,元件出厂时已附配),并在标准规定的环境温度和冷却风速下运行,使散热板的热阻在RSA0.05℃/W左右。
可控硅元件的散热面与散热板之间要有良好的热传导,即保证接触面平整以使接触面积最大,还须在接触面涂上导热硅脂,保证二者的接触热阻在0.005℃/W以下,使得可控硅的结温能尽量多地通过散热板降低至安全值,务必使可控硅元件的外壳温度不超过80℃—90℃。
附表:常用散热器的型号及热阻
系 列
自  冷  式  螺  栓  形
型 号
SZ11
SZ12
SZ13
SZ14
SZ14A
S15
SZ16
SZ17
热阻RSA℃/W
≤16
≤14
≤7.5
≤4.4
≤4.4
≤3.4
≤2.8
≤1.3
系 列
风  冷  式  螺  栓  形
型 号
SL16
L17
L17A
SL18
L18A
SL19
 
 
热阻RSA℃/W
≤0.6
≤0.25
≤0.25
≤0.16
≤0.16
≤0.11
 
 
系 列
风  冷  平  板  型
水  冷  平  板  型
型 号
SF12
SF13
SF14
SF15
SF16
SS11
SS12
SS13
热阻RSA℃/W
≤0.09
≤0.071
≤0.056
≤0.048
≤0.037
≤0.026
≤0.018
≤0.015
以上数据测试条件为:自冷:环境温度40℃;风冷:风温40℃,风速6m/S;水冷:入口水温35℃,流量为4000mL/min。
在数十千瓦的三相电热负载控制回路中,常用的散热器风冷平板形(SF)、自冷螺栓型(SZ)和风冷螺栓型(SL),水冷平板型(SS)一般用于在三相数百千瓦或单相数十千瓦电热负载的控制回路中。
5、 可控硅的散热片分绝缘型和非绝缘型
可以用万用表的R×100电阻档测量可控硅的散热片和阳极或阴极之间是否导通来判断:如果导通的,即属非绝缘型。在非并联应用时,多个可控硅就不能共用一个散热器,或多个散热器不能共用一个金属支架,而必须作相互电绝缘处理;如不导通,即属绝缘型,多个可控硅就可共用一个散热器(散热器足够大),或多个散热器共用一个金属支架。
非绝缘型可控硅的散热器将会带电,在安装和维修保养时须作相应的保护措施,以确保安全。
6、 可控硅在仪表屏中的安装位置
由于可控硅在使用中可能散发出100℃左右的高温,受该温度值的长期烘烤,任何电子产品都不能很好地工作。因此安装位置最好在仪表屏上部出风口处。
强制风冷或水冷的可控硅还要按可控硅制造商的规定,采取相应的风扇冷却或循环水冷却的措施。
7、 可控硅的热保护
在可控硅的散热器上安装一支90℃左右常闭型的绝缘型双金属温度继电器,将其常闭触点串接在调节仪表的供电回路中或触发回路中,可十分有效地起到非短路性质的过流超温保护。
8、可控硅的瞬间过电压保护
由于供电电源、连线及负载等均不可避免地存在寄生电感,故可控硅在微秒级的时间内开通和关断时,均可能因寄生电感而产生数千伏的瞬间高压,现场大功率电动机的起停也会因电源内阻而在电源中叠加一瞬间高压,如果此类瞬间高压超过了可控硅阳极与控制极或阴极间的可耐受电压,将瞬间击穿可控硅,因此在可控硅的阳极和阴极端子上就近接入阻容吸收电路,可防止可控硅不受瞬间高压击穿。
9、可控硅的并联使用
一般地说,可控硅最好不要用直接并联的方法来增大其电流容量,如受条件限制不得不采用并联方法时,应按下法进行:
a、挑选在实际工作电流下通态电压相差不超过0.05V,触发电压与触发电流相差都不超过10%的可控硅作并联器件。
b、在控制极上各串接入5.1Ω、1/4的碳膜电阻器进行均流,再参与并联。
c、将各可控硅的阳极、阴极用一样规格的导线各自接入电源端和负载端。
d、开始试用后不久即应探测各并联可控硅的温升情况,如某管温升低或几乎没有温升,即应调换触发电压较低的可控硅。直至各可控温升接近。
注:采用上述办法,要求可控硅触发器的输出功率较大,如脉冲幅度不低于4V,脉冲前沿在1uS内,输出内阻在3Ω内。
10、从抗干扰的角度来说,可控硅的触发灵敏度并非越高越好,一般选择触发电压2.2V左右,触发电流75mA左右较合适。
11、与单向可控硅不同,双向可控硅有时会发生换向失败的问题。具体表现在处于反向阻断状态下的可控硅在尚未加上触发电压的情况下,在正向电压作用下自行寻通。换向失败的本质是可控硅的换向电压上升率(du/dt)差。失败的原因一是由反向恢复电流引起,二是由控制极外电路通过门极晶闸管引起。换向失败可通过加大触发源的源电阻或串入二极管,以减少或阻挡此电流的通道,提高换向能力来解决。
12、由于大电流可控硅价格昂贵,因此其工作状态和使用寿命就必然被人们重视。因此驱动可控硅的仪表其输出的触发信号质量,如:脉冲前沿陡度、脉冲宽度、脉冲幅度就显得十分重要。目前普通可控硅的通态电流临界上升率di/dt一般在15-50A/μS左右,这就要求脉冲前沿应该在1μS内,脉冲宽度在20μS以上,脉冲幅度在3V以上,以降低开通损耗和扩展损耗。