作為可控硅器件的領(lǐng)導廠商，瑞能半導體一直致力于開發(fā)出性能更卓越，更加可靠的產(chǎn)品。為此瑞能半導體成功推出了具有過壓鉗位保護功能的ACT/ACTT系列可控硅。這些產(chǎn)品主要用于各種家電產(chǎn)品中，像洗衣機，洗碗機，智能馬桶等。這些電器在日常使用中，因為市電中的噪聲影響，尤其是在電器開關(guān)的過程中，常常會發(fā)生瞬態(tài)的過壓現(xiàn)象，因此需要可控硅具有電壓鉗位功能和更高的 dVD/dt。

前言

可控硅作為功率半導體器件，具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，功能強的特點，被廣泛應用于各種電子和電氣設備中。雙向可控硅，作為唯一的可以用來控制交流負載的雙向?qū)ǖ陌雽w開關(guān)器件，在白色家電，小家電等消費類產(chǎn)品中，被普遍的用作交流開關(guān)來控制馬達，閥門和加熱器等負載?？煽毓柙谧钄酄顟B(tài)時的誤觸發(fā)是在實際應用中讓廣大用戶苦惱的問題， 超出最大斷態(tài)電壓變化率（dVD/dt）和超出斷態(tài)重復電壓峰值（VDRM）是實際應用中造成可控硅誤觸發(fā)的主要原因。日常使用中，電網(wǎng)中的感性負載、容性負載的切換和電機的啟停都會在市電中產(chǎn)生各種各樣的噪聲和瞬態(tài)尖峰，造成可控硅在過壓下誤觸發(fā)導通，進而導致器件因電流應力過大而損壞。瑞能半導體，作為可控硅器件的領(lǐng)導廠商，一直致力于開發(fā)出性能更卓越，更可靠的產(chǎn)品?；谄湎冗M的平面鈍化工藝,推出了帶過壓鉗位保護功能的雙向可控硅產(chǎn)品—ACT系列和ACTT系列：

AC Thyristors (ACT)

AC Thyristor Triacs (ACTT)

圖1：瑞能ACT/ACTT 可控硅典型應用

過壓鉗位保護可控硅簡介

雙向可控硅，又稱作TRIAC,，是英文Triode AC semiconductor switch的縮寫，其意思是三端交流半導體開關(guān)，目前主要用于對交流電源的控制。TRIAC具有兩個穩(wěn)定的工作狀態(tài)：高阻抗、低漏流的關(guān)斷狀態(tài)和低阻抗、高電流的導通狀態(tài)。TRIAC 可以承受正向和反向的阻斷電壓，并在施加門極觸發(fā)電流后導通電流。TRIAC 典型的電流-電壓特性曲線如圖2 所示。

圖2：TRIAC 典型的電流- 電壓特性曲線

瑞能ACT/ACTT 過壓鉗位保護可控硅在三端雙向可控硅的基礎上增加了瞬態(tài)過電壓鉗位功能，同時提高了斷態(tài)電壓突變處理能力（dVD/dt）。ACT/ACTT系列產(chǎn)品能夠在交流回路中存在過壓噪聲的情況下，將電壓鉗位于其能夠承受的范圍內(nèi)，噪聲的能量將會轉(zhuǎn)化為熱量耗散掉，使其不會因為過壓而導致誤觸發(fā)。ACT/ACTT 可控硅作為性能卓越的交流開關(guān)，在150℃結(jié)溫下dVD/dt 典型值達到了1000V/us以上，提升了整個系統(tǒng)的抗噪聲能力。瑞能半導體擁有豐富的ACT/ACTT系列產(chǎn)品,涵蓋0.2A~16A的電流和600V~800V的電壓范圍，大部分的產(chǎn)品達到Tj(max)=150℃的高結(jié)溫要求，多種封裝形式能夠給客戶提供多種選擇。在白色家電，洗碗機，智能馬桶，風扇，水泵等高電感和高安全要求應用中，因其出色的性能和極高的可靠性被眾多終端用戶廣泛使用。

表1：瑞能半導體過壓鉗位保護可控硅系列概覽

ACT/ACTT可控硅在洗衣機中的應用

TRIAC作為半控型開關(guān)器件主要特點為可以通過門極驅(qū)動信號控制器件導通卻不能控制其關(guān)閉，當門極施加觸發(fā)電流后，TRIAC會發(fā)生閉鎖（Latch up）進而導通，移除門極觸發(fā)電流后 仍然處于導通狀態(tài)，直到負載電流小于其維持電流后自動關(guān)閉， TRIAC作為交流開關(guān)器件廣泛應用于交流負載的控制。在以洗衣機為代表的白色家電中，TRIAC經(jīng)常被用于交流電機、電磁門閥、排水泵、進水閥等負載的控制。ACT/ACTT系列可控硅在洗衣機中的應用如圖3所示。

圖3：ACT/ACTT可控硅在洗衣機中的應用拓撲圖

洗衣機交流電機特性(AC Motor)

交流異步電機因其制作工藝成熟、可靠性高、價格便宜在洗衣機中被廣泛使用，其主要由繞線組成，具有高感抗的特性，工作過程中經(jīng)常會遇到反動電動勢帶來的問題。反電動勢是指由反抗電流發(fā)生改變的趨勢而產(chǎn)生電動勢。反電動勢一般出現(xiàn)在電磁線圈中，如繼電器線圈、電磁閥、接觸器線圈、電動機、電感等。通常情況下，只要存在電能與磁能轉(zhuǎn)化的電氣設備中，在斷電的瞬間，均會有反電動勢，反電動勢有許多危害，控制不好，會損壞電氣元件。

電機由于具有高感抗其繞組線圈中的電流不能突變，當回路異常斷開時由于電流不能突變此時會產(chǎn)生一個反電動勢當其高于可控硅的耐壓時會導致可控硅因過壓而誤開啟，可控硅過壓導通往往會伴隨著較大的電流應力此時器件可能會因過電流而發(fā)生失效。圖4所示為ACTT產(chǎn)品吸收尖峰電壓過程。

圖4：ACTT產(chǎn)品吸收電壓尖峰

洗衣機電磁閥特性 (Solenoid Valve)

洗衣機進水閥主要由線圈、導磁鐵框與銜鐵組成。其工作原理是，電磁鐵線圈通電后，形成磁場，吸引閥芯向上移，水道打開水流導通。電磁線圈失電后，在彈簧和重力作用下，閥芯下沉壓緊膜片堵住水道，水流截斷。

洗衣機進水閥是高感抗和高阻抗負載，通常電感量能達到mH級別，阻抗從幾百歐姆到幾千歐姆不等。當電路突然斷開時電磁閥線圈由于電流不能突變會產(chǎn)生一個瞬態(tài)電壓尖峰，瞬變電壓具有高的電壓上升率和峰值 ，此時可控硅容易因為過dVD/dt或超出耐壓范圍而誤開啟，可控硅在高壓下開啟會產(chǎn)生較大的電流應力。實驗室測試數(shù)據(jù)表明極端情況下即使電磁閥的電阻達到數(shù)千歐姆可控硅過壓開啟時所產(chǎn)生的dIT/dt能達到100A/us。

圖5：洗衣機進水電磁閥

ACT/ACTT可控硅的優(yōu)勢

過電壓鉗位功能

ACT 和ACTT 能夠在交流回路中存在過壓噪聲的情況下，將電壓鉗位于其能夠承受的范圍以內(nèi)，噪聲的能量將會轉(zhuǎn)化為熱量耗散掉，使其不會因為過壓而導致誤觸發(fā)。如6展示了可控硅吸收超出耐壓范圍的電壓尖峰的過程。通過I-V圖示儀我們可以清晰的看到，隨著電壓接近并超出可控硅的耐壓值電流快速的增加，當電流增加到0.29mA時三象限 Hi-ComTM TRIAC直接閂鎖導通而ACT產(chǎn)品隨著電流的增加一直將電壓鉗位在額定耐壓值，直到電流超過2.01mA才閂鎖導通。

圖6：ACT產(chǎn)品吸收超出耐壓范圍的電壓

優(yōu)異的dVD/dt性能

dVD/dt是可控硅在阻斷狀態(tài)下陽極（A）和陰極（K）之間的臨界電壓變化率。在實際應用中，如果dVD/dt超過該臨界值可控硅會觸發(fā)導通。當可控硅在阻斷狀態(tài)下，施加在AK之間的快速變化的電壓會對可控硅內(nèi)部的寄生結(jié)電容充電。和門級電流類似，當該充電電流超過其臨界值后，可控硅會觸發(fā)導通。在產(chǎn)品手冊中一般會給出dVD/dt的最小值。圖-7所示為dVD/dt的標準測試電路和測試波形。在電源兩端加載待測器件67% 的VDRM電壓（VDM），當開關(guān)SW閉合時電源通過R1對電容C充電，調(diào)節(jié)R1阻值大小可以調(diào)節(jié)可控硅兩端的電壓變化率。電感RL起限流保護作用，避免可控硅導通后因過電流而損壞。T為電壓波形10%~63.2%之間的時間，dVD/dt計算公式如下：

dVD/dt = 53.2% * VDM / T

圖7：dVD/dt 測試電路及波形

可控硅在斷態(tài)時的誤觸發(fā)是在實際應用中讓廣大用戶苦惱的問題，在電機、電磁閥等感性負載的應用中超出最大斷態(tài)電壓變化率（dVD/dt）是可控硅誤觸發(fā)最主要的原因之一。ACT/ACTT系列可控硅采用最新平面工藝相對傳統(tǒng)可控硅具有更高的dVD/dt能力。圖8所示為同一IGT不同類型產(chǎn)品的dVD/dt性能對比，瑞能ACT產(chǎn)品在Tj=125℃的條件下dVD/dt達到3200V/us是三象限 Hi-ComTM TRIAC的4倍，這對于提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性具有明顯優(yōu)勢。

圖8：ACT 產(chǎn)品與3Q Hi-Com TRIAC dVD/dt 性能對比

可靠的平面鈍化工藝

圖9：TRIAC的剖面示意圖

瑞能半導體目前市面上所有可控硅產(chǎn)品都使用平面工藝（如圖-9），平面工藝相對臺面工藝具有以下優(yōu)點：

更優(yōu)異的量產(chǎn)工藝：從緊控制，低的參數(shù)波動。

切割過程中不會破壞電壓鈍化層，極低的缺陷率保證了穩(wěn)定的壓阻特性。

Die頂部鈍化，鍵合打線方法消除了錫料污染導致短路故障的風險。

低漏電性能以及高穩(wěn)定性，使高Tj(max)+高耐壓+低IGT首次成為可能。

小結(jié)

瑞能半導體過壓鉗位保護可控硅具有卓越的電壓瞬變處理能力（dVD/dt）及過電壓鉗位保護功能，提升了系統(tǒng)的可靠性，在大部分的應用中可以不再需要RC吸收電路。ACT/ACTT系列可控硅以其優(yōu)越的性價比在洗衣機、洗碗機等家用電器中被廣泛使用。

審核編輯 ：李倩