三端双向可控硅原理及在家电产品原应用电路

瑞瑞萨萨科科技技硅可控开关元件与三端双向可控硅开关元件瑞萨科技公司2004年2月Rev.1模拟与分立半导体业务组通用半导体器件分部通用半导体产品工程部2硅可控开关（硅可控整流器）的工作原理硅可控开关（硅可控整流器）的工作原理栅极(G)阴极(K)阳极(A)符号阴极(K)栅极(G)阳极(A)PNNP结构栅极信号电流(阳极→阴极)电源ttt特性CRSilicon（硅）Controlled（控制）Rectifier（整流器）CRSilicon（硅）Controlled（控制）Rectifier（整流器）硅可控整流器(SCR)Semiconductor（半导体）Controlled（控制）Rectifier（整流器）(1957:GE)硅可控整流器(SCR)Semiconductor（半导体）Controlled（控制）Rectifier（整流器）(1957:GE)电流方向(IG)(Vin)(IT)onoffonoff封锁!硅可控开关无反向电流通过3三端双向可控硅开关的工作原理三端双向可控硅开关的工作原理端口2(T2)端口1(T1)栅极(G)符号结构端口2(T2)端口1(T1)栅极(G)PNNNP特性三端双向可控硅开关（TRIAC）TRIode（三端）ACsemiconductorswitch（交流半导体开关）(1958:GE)三端双向可控硅开关（TRIAC）TRIode（三端）ACsemiconductorswitch（交流半导体开关）(1958:GE)BCRBi-directional（双向）Control（控制）Rectifier（整流器）BCRBi-directional（双向）Control（控制）Rectifier（整流器）电流(双向)栅极信号电流(T1⇔T2)电源ttt(IG)(Vin)(IT)onoffon三端双向可控硅开关能够通过双向电流4三端双向可控硅开关与硅可控开关在白色电器系统中的应用三端双向可控硅开关与硅可控开关在白色电器系统中的应用(1)(1)洗衣机(电动机,阀门,电磁开关)M~VMRY微处理器洗衣电机供水阀门排水电机自动关闭继电器Vcc增强系列可用于高绝缘强度产品三端双向可控硅开关特点加强了误操作时并发触发电流的容量DIP(16P4)封装简化了装配AY08B4-14BCR3KM-14LABCR08AM-14BCR08AM-14BCR08AM-14BCR12KM-14LA交流100V或交流200VAY08B4-14BCR3KM-14LABCR08AM-14BCR08AM-14BCR08AM-14BCR8KM-14LABCR8KM-16LA最高7千克200V-240VAY08B4-12BCR5KM-12LA/LBBCR10KM-12LA/LB最高10千克AY08B4-12BCR5KM-12LA/LBBCR1AM-12BCR1AM-12ABCR8KM-12LA/LB最高7千克100V-120V洗衣槽水泵自动关闭继电器排水电机供水阀门洗衣电机容量输入电压(交流)洗衣机用三端双向可控硅开关洗衣机用三端双向可控硅开关BCR1AM-12BCR1AM-12ABCR1AM-12BCR1AM-12ABCR1AM-12BCR1AM-12ABCR1AM-12BCR1AM-12ABCR1AM-12BCR1AM-12A5三端双向可控硅开关与硅可控开关在白色电器系统中的应用三端双向可控硅开关与硅可控开关在白色电器系统中的应用(2)(2)真空吸尘器(电机)20A系列三端双向可控硅开关最适合于真空吸尘器.三端双向可控硅开关的特点容忍重复的冲流吸尘器用三端双向可控硅开关吸尘器用三端双向可控硅开关BCR2PM-12ABCR3KM-12LA/LBBCR12CM-12LA/LBBCR12KM-12LA/LB1000to1500WBCR2PM-12ABCR3KM-12LA/LBBCR8CM-12LA/LBBCR8KM-12LA/LB500Wto1000WAC200V～240VBCR2PM-12ABCR3KM-12LA/LBBCR20AM-12LA/LBBCR20KM-12LA/LB1000to1500WBCR2PM-12ABCR3KM-12LA/LBBCR16CM-12LA/LB500to1000WAC100V～120V电动刷电机真空电机容量输入电压低端型低端型M～真空电机M~安全开关M控制电路高端型高端型真空电机电动刷电机6三端双向可控硅开关与硅可控开关在白色电器系统中的应用三端双向可控硅开关与硅可控开关在白色电器系统中的应用(3)(3)电风扇(电动机,电磁开关)电风扇用三端双向可控硅开关电风扇用三端双向可控硅开关AY08B4-12BCR08AM-12ABCR08AM-12ABCR08AM-12AAC200Vto240VAY08B4-12BCR1AM-12BCR1AM-12BCR1AM-12AC100Vto120V垂直摆动风扇水平摆动风扇风扇电机输入电压三端双向可控硅开关的特点DIP(16P4)封装简化了装配支持高成本效益系统M~S微处理器电风扇电机电磁开关7如何使用三端双向可控硅开关元件2004年2月Rev.1模拟与分立半导体器件分部通用半导体产品工程部8如何使用三端双向可控硅开关元件如何使用三端双向可控硅开关元件(1)(1)耐压级别的选择耐压级别的选择三端双向可控硅开关的耐压(VDRM)=电源电压的2倍或3倍电源电压VDRMAC(V)使用位置(V)100V线路100V线路日本600120V线路美国100V线路电容电机的逆向运行200V线路220V线路中国，亚洲220V~240V线路亚洲，欧洲200V线路(240V)可逆电机70080010006009如何使用三端双向可控硅开关元件如何使用三端双向可控硅开关元件(2)(2)电流的确定电流的确定(1)(1)无冲流时无冲流时((加热器负载加热器负载))(负载电流)×1.3～1.5≦三端双向可控硅开关的允许电流例.6A×1.5=9适用10A级别三端双向可控硅开关*根据目录决定散热片的尺寸(2)(2)有冲流时有冲流时((电灯电灯,,变压器变压器,,电动机负载电动机负载))必须计算冲流，并进行详细的热计算.向我们提供下列数据，瑞萨公司会为你计算.a)环境温度(Ta)b)冲流的峰值(Ip)c)恒定电流值(IT(RMS))d)运行序列：导通期()秒，关断期()秒*散热片:材料,尺寸,涂覆,，热阻Rth(f-a)（如能提供的话）.10如何使用三端双向可控硅开关元件如何使用三端双向可控硅开关元件(3)(3)选择选择CRCR吸收电路吸收电路在用三端双向可控硅开关控制电感性负载时，一般要如下面所示连接CR吸收电路，以抑止施加到器件上的(dv/dt)c值。当用三端双向可控硅开关控制电感性负载（L型负载）时，如在转换期间由于电流延迟的作用，，((di/dt)cdi/dt)c和和(dv/dt)c(dv/dt)c超过某个值时，可能因为超过某个值时，可能因为((di/dt)cdi/dt)c和和((dv/dt)cdv/dt)c，不需栅极信号而进入导通状态，从而变得无法控制。，不需栅极信号而进入导通状态，从而变得无法控制。AC100V线路：C=0.01μF~0.47μFR=47~100ΩAC200V线路：C=0.01μF~0.47μFR=47~100ΩC:0.01μF～0.47μF，R=47～100Ω**用于噪声保护用于噪声保护11如何使用三端双向可控硅开关元件如何使用三端双向可控硅开关元件(4)(4)三端双向可控硅开关可通过施加正的或负的栅极信号打开。三端双向可控硅开关在施加正向或反向电压时均可通过栅极信号打开。三端双向可控硅开关可按下面四种模式用栅极信号触发。GATET2TERMINAL+--+T2G+-+-T2G-++-T2G-+-+T2G模式模式(1)(1)模式模式(3)(3)模式模式(2)(2)模式模式(4)(4)电路的触发模式12如何使用三端双向可控硅开关元件如何使用三端双向可控硅开关元件(5)(5)栅极电路栅极电路三端双向可控硅开关有四个触发模式并可用于下面的组合模式模式(1)(3)(1)(3)模式模式(2)(3)(2)(3)模式模式(1)(4)(1)(4)栅极触发电路的例子栅极触发电路的例子SBS,SBS,diacdiac继电器继电器光电耦合器光电耦合器脉冲变压器脉冲变压器IC,IC,晶体管晶体管晶体管振荡器晶体管振荡器IC,IC,晶体管晶体管rrBCR1AMBCR1AM的辅助触发器的辅助触发器13如何使用三端双向可控硅开关元件如何使用三端双向可控硅开关元件(6)(6)如何设计栅极电路如何设计栅极电路例例.BCR8KM.BCR8KM--12LA12LA考虑工作温度为-20℃.栅极触发电流栅极触发电流(IGT1)=IGT(max@25℃)×α×γ=30mA×2.0×1.8=108mA1.1.栅极触发电流栅极触发电流栅极电阻栅极电阻(RG)≦(Vcc-VGT1)/IGT1≦(5.0V-1.8V)/108mA≦29.629.6欧姆欧姆3.3.栅极电阻栅极电阻栅极触发电电压栅极触发电电压(VGT1)=VGT(max@25℃)×β=1.5V×1.2=1.8V2.2.栅极触发电电压栅极触发电电压α：IGT的温度依赖性IGT(额定)=30mA(max)α=2.0@Ta=-20℃(栅极触发电流－结温特性)β：TemperaturedependabilityofVGTVGT(ratings)=1.5V(max)α=1.2@Ta=-20℃(栅极触发电压–结温特性)γ：Temperaturedependabilityofgatewidthα=1.8@Ta=-20℃(栅极触发电流–栅极电流脉宽特性)栅极VccT2T1地IGRGtwIG栅极电流14瑞萨三端双向可控硅开关与硅可控开关产品2004年2月Rev.1模拟与分立半导体器件分部通用半导体产品工程部15各种各种应用应用需求下需求下三端双向可控硅开关三端双向可控硅开关//硅可控开关硅可控开关的特点的特点*平面工艺*容忍高电压*开发小型封装*150℃，平面工艺*容忍高电压*下一代(开发中)产品应用需求特点三端双向可控硅开关复印机,打印机,洗衣机,吸尘器,风扇,带热水冲洗器的便盆等.*高质量*高温度保证*简化电路硅可控开关点火器,漏地断路器,电子熔断器,逆变照明装置*高电流控制*小型封装*高质量16三端双向可控硅开关三端双向可控硅开关与与硅可控开关硅可控开关的的工艺工艺演变演变性能'94'96'98‘00年'02'04'06玻璃玻璃钝化钝化三端双向可控硅开关/硅可控开关平面型平面型三端双向可控硅开关保证保证TTjj=150=150℃℃三端双向可控硅开关下一代下一代三端双向可控硅开关・低关断电流・高质量・高可靠性・电流容量的增强高附加值平面型平面型硅可控开关・低关断电流・高质量17瑞萨瑞萨硅可控开关硅可控开关和和三端双向可控硅开关三端双向可控硅开关的特点的特点**瑞萨是市场上首先保证瑞萨是市场上首先保证Tj=150Tj=150℃℃三端双向可控硅开关三端双向可控硅开关器件的厂商器件的厂商-三端双向可控硅开关3to30A:28种产品*为了采用150℃三端双向可控硅开关,应向客户提交CAS。如不向客户提交CAS，则向客户提供的是一般的125℃产品。**增强系列增强系列-三端双向可控硅开关0.8to30A:40种产品（普通）-硅可控开关0.3to12A:16种产品**各种各种应用应用最适合的产品最适合的产品-高涌流保护-小而薄的封装-转换特性保证-支持IGT项目**高电压容忍产品高电压容忍产品18Tj=150Tj=150℃℃保证保证三端双向可控硅开关三端双向可控硅开关的特点和品质的特点和品质功能概况*与目前一般125℃保证相比较，额定结温提高到150℃。•这一温度的提高可允许更大的电流容量。•采用平面结构产品系列下表是现有的3to30A/600V普通三端双向可控硅开关。.封装元件号TO-220BCR5/6/20AM-12LBBCR8/10/12/16CM-12LBTO-220FNBCR3/