作為可控硅器件的領(lǐng)導(dǎo)廠商，瑞能半導(dǎo)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(dǎo)體成功推出了具有過(guò)壓鉗位保護(hù)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(jī)，洗碗機(jī)，智能馬桶等。這些電器在日常使用中，因?yàn)槭须娭械脑肼曈绊懀绕涫窃陔娖鏖_關(guān)的過(guò)程中，常常會(huì)發(fā)生瞬態(tài)的過(guò)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(dǎo)體器件，具有體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好，功能強(qiáng)的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種電子和電氣設(shè)備中。雙向可控硅，作為唯一的可以用來(lái)控制交流負(fù)載的雙向?qū)ǖ陌雽?dǎo)體開關(guān)器件，在白色家電，小家電等消費(fèi)類產(chǎn)品中，被普遍的用作交流開關(guān)來(lái)控制馬達(dá)，閥門和加熱器等負(fù)載。可控硅在阻斷狀態(tài)時(shí)的誤觸發(fā)是在實(shí)際應(yīng)用中讓廣大用戶苦惱的問(wèn)題， 超出最大斷態(tài)電壓變化率（dVD/dt）和超出斷態(tài)重復(fù)電壓峰值（VDRM）是實(shí)際應(yīng)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(fù)載、容性負(fù)載的切換和電機(jī)的啟停都會(huì)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(guò)壓下誤觸發(fā)導(dǎo)通，進(jìn)而導(dǎo)致器件因電流應(yīng)力過(guò)大而損壞。瑞能半導(dǎo)體，作為可控硅器件的領(lǐng)導(dǎo)廠商，一直致力于開發(fā)出性能更卓越，更可靠的產(chǎn)品。基于其先進(jìn)的平面鈍化工藝,推出了帶過(guò)壓鉗位保護(hù)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(yīng)用

過(guò)壓鉗位保護(hù)可控硅簡(jiǎn)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(dǎo)體開關(guān)，目前主要用于對(duì)交流電源的控制。TRIAC具有兩個(gè)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(dǎo)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(dǎo)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(guò)壓鉗位保護(hù)可控硅在三端雙向可控硅的基礎(chǔ)上增加了瞬態(tài)過(guò)電壓鉗位功能，同時(shí)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(guò)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(huì)轉(zhuǎn)化為熱量耗散掉，使其不會(huì)因?yàn)檫^(guò)壓而導(dǎo)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(dá)到了1000V/us以上，提升了整個(gè)系統(tǒng)的抗噪聲能力。瑞能半導(dǎo)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(dá)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(jī)，智能馬桶，風(fēng)扇，水泵等高電感和高安全要求應(yīng)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(dǎo)體過(guò)壓鉗位保護(hù)可控硅系列概覽

ACT/ACTT可控硅在洗衣機(jī)中的應(yīng)用

TRIAC作為半控型開關(guān)器件主要特點(diǎn)為可以通過(guò)門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制器件導(dǎo)通卻不能控制其關(guān)閉，當(dāng)門極施加觸發(fā)電流后，TRIAC會(huì)發(fā)生閉鎖（Latch up）進(jìn)而導(dǎo)通，移除門極觸發(fā)電流后 仍然處于導(dǎo)通狀態(tài)，直到負(fù)載電流小于其維持電流后自動(dòng)關(guān)閉， TRIAC作為交流開關(guān)器件廣泛應(yīng)用于交流負(fù)載的控制。在以洗衣機(jī)為代表的白色家電中，TRIAC經(jīng)常被用于交流電機(jī)、電磁門閥、排水泵、進(jìn)水閥等負(fù)載的控制。ACT/ACTT系列可控硅在洗衣機(jī)中的應(yīng)用如圖3所示。

圖3：ACT/ACTT可控硅在洗衣機(jī)中的應(yīng)用拓?fù)鋱D

洗衣機(jī)交流電機(jī)特性(AC Motor)

交流異步電機(jī)因其制作工藝成熟、可靠性高、價(jià)格便宜在洗衣機(jī)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(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到反動(dòng)電動(dòng)勢(shì)帶來(lái)的問(wèn)題。反電動(dòng)勢(shì)是指由反抗電流發(fā)生改變的趨勢(shì)而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。反電動(dòng)勢(shì)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(dòng)機(jī)、電感等。通常情況下，只要存在電能與磁能轉(zhuǎn)化的電氣設(shè)備中，在斷電的瞬間，均會(huì)有反電動(dòng)勢(shì)，反電動(dòng)勢(shì)有許多危害，控制不好，會(huì)損壞電氣元件。

電機(jī)由于具有高感抗其繞組線圈中的電流不能突變，當(dāng)回路異常斷開時(shí)由于電流不能突變此時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)當(dāng)其高于可控硅的耐壓時(shí)會(huì)導(dǎo)致可控硅因過(guò)壓而誤開啟，可控硅過(guò)壓導(dǎo)通往往會(huì)伴隨著較大的電流應(yīng)力此時(shí)器件可能會(huì)因過(guò)電流而發(fā)生失效。圖4所示為ACTT產(chǎn)品吸收尖峰電壓過(guò)程。

圖4：ACTT產(chǎn)品吸收電壓尖峰

洗衣機(jī)電磁閥特性 (Solenoid Valve)

洗衣機(jī)進(jìn)水閥主要由線圈、導(dǎo)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(chǎng)，吸引閥芯向上移，水道打開水流導(dǎo)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?cái)唷?/p>

洗衣機(jī)進(jìn)水閥是高感抗和高阻抗負(fù)載，通常電感量能達(dá)到mH級(jí)別，阻抗從幾百歐姆到幾千歐姆不等。當(dāng)電路突然斷開時(shí)電磁閥線圈由于電流不能突變會(huì)產(chǎn)生一個(gè)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(shí)可控硅容易因?yàn)檫^(guò)dVD/dt或超出耐壓范圍而誤開啟，可控硅在高壓下開啟會(huì)產(chǎn)生較大的電流應(yīng)力。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)表明極端情況下即使電磁閥的電阻達(dá)到數(shù)千歐姆可控硅過(guò)壓開啟時(shí)所產(chǎn)生的dIT/dt能達(dá)到100A/us。

圖5：洗衣機(jī)進(jìn)水電磁閥

ACT/ACTT可控硅的優(yōu)勢(shì)

過(guò)電壓鉗位功能

ACT 和ACTT 能夠在交流回路中存在過(guò)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(huì)轉(zhuǎn)化為熱量耗散掉，使其不會(huì)因?yàn)檫^(guò)壓而導(dǎo)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(guò)程。通過(guò)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(dāng)電流增加到0.29mA時(shí)三象限 Hi-ComTM TRIAC直接閂鎖導(dǎo)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(guò)2.01mA才閂鎖導(dǎo)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(yáng)極（A）和陰極（K）之間的臨界電壓變化率。在實(shí)際應(yīng)用中，如果dVD/dt超過(guò)該臨界值可控硅會(huì)觸發(fā)導(dǎo)通。當(dāng)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(huì)對(duì)可控硅內(nèi)部的寄生結(jié)電容充電。和門級(jí)電流類似，當(dāng)該充電電流超過(guò)其臨界值后，可控硅會(huì)觸發(fā)導(dǎo)通。在產(chǎn)品手冊(cè)中一般會(huì)給出dVD/dt的最小值。圖-7所示為dVD/dt的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試電路和測(cè)試波形。在電源兩端加載待測(cè)器件67% 的VDRM電壓（VDM），當(dāng)開關(guān)SW閉合時(shí)電源通過(guò)R1對(duì)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(hù)作用，避免可控硅導(dǎo)通后因過(guò)電流而損壞。T為電壓波形10%~63.2%之間的時(shí)間，dVD/dt計(jì)算公式如下：

dVD/dt = 53.2% * VDM / T

圖7：dVD/dt 測(cè)試電路及波形

可控硅在斷態(tài)時(shí)的誤觸發(fā)是在實(shí)際應(yīng)用中讓廣大用戶苦惱的問(wèn)題，在電機(jī)、電磁閥等感性負(fù)載的應(yīng)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(duì)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(duì)比，瑞能ACT產(chǎn)品在Tj=125℃的條件下dVD/dt達(dá)到3200V/us是三象限 Hi-ComTM TRIAC的4倍，這對(duì)于提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性具有明顯優(yōu)勢(shì)。

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

可靠的平面鈍化工藝

圖9：TRIAC的剖面示意圖

瑞能半導(dǎo)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(duì)臺(tái)面工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：

更優(yōu)異的量產(chǎn)工藝：從緊控制，低的參數(shù)波動(dòng)。

切割過(guò)程中不會(huì)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(dǎo)致短路故障的風(fēng)險(xiǎn)。

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(dǎo)體過(guò)壓鉗位保護(hù)可控硅具有卓越的電壓瞬變處理能力（dVD/dt）及過(guò)電壓鉗位保護(hù)功能，提升了系統(tǒng)的可靠性，在大部分的應(yīng)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(jià)比在洗衣機(jī)、洗碗機(jī)等家用電器中被廣泛使用。

審核編輯 ：李倩