作者@@：儒卓力@@标准产品@@经理@@ Thomas Bolz 和@@ Littelfuse 技术@@营销部@@ Tawade Prasad
交流电三极管即是@@三端双向可控硅@@开关@@，是@@晶闸管系列的一部分@@，可以通过正电压和@@负电压操作@@，一旦触发便会保持导通状态@@，除非接收到@@进一步的触发信号@@，否则直到@@负载电流低于保持电流才会发生变化@@。当使用交流电压运行时@@，这种情况最迟发生在@@电流过零点@@。
如图@@@@ 1 所示@@，其结构可以看作为@@两个电气隔离的反并联晶闸管@@，它们共享一个栅电极@@，两个晶闸管的电源区域的控制面重叠@@。有两种控制三端双向可控硅@@开关的方法@@。
图@@ 1：具有@@主端子@@ MT1_= _node 1、MT2_=_Anode_2 和@@栅极的三端双向可控硅@@开关电路符号@@，MT2 通常直接连接到@@封装@@@@。
图@@片@@来源@@：儒卓力@@
第一种是@@突发控制@@ (Burst control)，允许开关在@@一定数量的半周期导通@@，然后在@@几个半周期保持关断@@。这导致负载上的平均功率取决于导通和@@关断半波的比率@@，在@@图@@@@ 2，这一比例为@@@@2:1。
图@@ 2：突发控制示意图@@@@
图@@片@@来源@@：Littelfuse
电网@@规定的周期长度只允许设置整数比@@，这限制了输出变量的量化@@。为@@了获得有用的时间平均值@@，导通和@@关断周期必须在@@几个半波的范围内@@@@。
突发控制用于控制交流电压消耗器的功率@@，典型应用包括流量加热器@@和@@电加热器@@。由于开关仅仅发生在@@电流过零处@@，因此@@在@@很大程度上避免了奇次谐波@@。
第二种是@@相角控制@@，可在@@每个半周期开始后的设定时间触发三端双向可控硅@@开关@@。图@@3的示意图@@显示其功能原理@@。
图@@ 3：相角控制原理@@
图@@片@@来源@@：Littelfuse
通过改变触发三端双向可控硅@@开关的时间@@（也称为@@触发角@@），能够控制周期性平均值@@。通过自由选择触发角@@，允许在@@@@0 到@@100%范围内@@对平均值进行模拟调整@@。图@@ 4 的例子是@@用于调光器的简便触发操作@@。
图@@ 4：简单三端双向可控硅@@电路用于相位控制@@
图@@片@@来源@@：儒卓力@@
当阳极和@@阴极之间的主电流低于保持电流时@@，晶闸管和@@三端双向可控硅@@开关则关断@@。通过在@@关断后重新组合电荷@@，这种开关操作会产生所谓的返回电流@@。如果在@@栅极的相邻区域中存在@@剩余的过量电荷@@，并且在@@过零后电压再次升高@@，则可能会触发三端双向可控硅@@开关中的第二个晶闸管@@。
在@@高达@@ 400 Hz 左右的电网@@频率和@@正弦波形下@@，由于电流和@@电压是@@同相的@@，因此@@纯欧姆负载的换向操作不存在@@问题@@。正如预期@@，换向发生在@@电流的过零处@@，这与由于相移引起的电压过零同时发生@@。图@@ 5 显示了由此产生的电流和@@电压变化@@。
图@@ 5：纯欧姆负载换向@@
图@@片@@来源@@：儒卓力@@
如果三端双向可控硅@@开关用于控制电流和@@电压之间发生相移的感性负载@@，则会出现图@@@@ 6 所示@@的情况@@。
图@@ 6：感性负载换向@@
图@@片@@来源@@：儒卓力@@
在@@电流过零期间@@，三端双向可控硅@@开关的主端子上会出现电压@@。由此产生的电压@@dv/dt 快速变化可能会错误地触发敏感的三端双向可控硅@@开关@@。因此@@，需要非常仔细地设计可控硅开关的控制电路@@。
选择合适的三端双向可控硅@@开关的一个重要参数是@@允许电压上升率@@ dVcom/dt。如果超过此数值@@，则组件不会关断@@；为@@了保证关断@@，必须限制换向间隔期间的电流下降率@@ dIcom/dt和@@关断操作后的电压上升率@@ dVcom/dt。三端双向可控硅@@开关的数据表包含最大允许换向电压上升率数据@@，具体取决于三端双向可控硅@@未触发时的阳极电流下降率以及@@组件温度@@。
缓冲网@@络可防止不必要的触发@@
图@@ 7：具有@@ RC 缓冲网@@络的双向可控硅@@
图@@片@@来源@@：儒卓力@@
在@@选择合适的缓冲网@@络时@@，必须仔细选择各个组件@@。这里的关键因素是@@负载电感@@、交流电源的频率和@@负载的有效电流@@。缓冲电阻必须足够高@@，以防止电压过冲@@，并将使用三端双向可控硅@@开关的电容器的峰值放电电流限制在@@所允许@@ dI/dt 范围内@@。缓冲电容器必须针对电源系统的全交流电压进行设计@@。
然而@@，与三端双向可控硅@@开关并联的缓冲器网@@络增加了电路的复杂性@@，并且导致缓冲器中出现额外的功率损耗@@。
更好的简化电路设计方法是@@使用@@Alternistor。与标准三端双向可控硅@@开关不同@@，这些高换向三端双向可控硅@@开关更好地分隔了两个@@“晶闸管半波@@”，从而具有@@更好的换向稳健性@@。更高的允许@@dVcom/dt还可以在@@没有缓冲器的情况下控制感性负载@@，这项特性可改善具有@@更高频率或@@非正弦形状的电流换向运作@@，而无需使用额外的电感器来限制@@ dI/dt。
这表明@@：使用交流电阻器减少了组件数量并在@@电路板空间@@和@@系统成本方面节省了大量成本@@，使得开发人员可以创建更简单的设计@@。
高感性负载的选项@@
Littelfuse提供的@@Alternistor具有@@至少是@@其标称电流十倍的高浪涌电流承受能力@@。这项性能在@@具有@@感性负载的电路中很重要@@，因为@@电感器的浪涌电流是@@标称电流的数倍@@。浪涌电流限制@@ ITSM 是@@ 10ms或@@ 8.3ms持续时间@@（50 或@@ 60 Hz）的正弦半波形式的通态电流浪涌峰值@@，在@@发生短路时三端双向可控硅@@开关可以承受这个电流而不会损坏@@。当三端双向可控硅@@开关加载有浪涌电流限制@@时@@，阻隔层温度会在@@短时间内升高@@。
Littelfuse提供采用@@不同机械和@@耐热封装@@的@@Alternistor产品@@，包括绝缘和@@非绝缘@@型款@@@@。分立封装@@允许使用弹簧夹进行安装@@，以减少安装工作量@@，所使用的夹式键合技术@@广泛用于制造高性能半导体模块和@@组件@@，保证了出色的可靠性@@。夹式键合技术@@采用@@的实心铜桥提供更好耐热性和@@超快开关能力@@，代替了芯片和@@引线之间通常使用的焊线连接@@。
铜夹的接触面比焊线大得多@@，热量可以更有效地从芯片顶部散发到@@引线框架@@，从而改善了散热性能@@。这样降低了运行期间的最高阻隔层温度@@，从而延长了三端双向可控硅@@开关的使用寿命并提高@@了可靠性@@。所有三端双向可控硅@@芯片都具有@@玻璃钝化的阻隔层@@，从而保证了长期的可靠性和@@组件参数的稳定性@@。
冷却叶片采用@@内部电隔离@@，隔离电压高达@@ 2500 V RMS，所有组件均通过@@ UL 认证@@（参考文件@@ E81734）。这样无需使用和@@安装单独的绝缘体@@，与采用@@带电冷却叶片的设计相比@@，可以节省成本@@。与传统的环氧树脂绝缘相比@@，使用陶瓷绝缘带来更好的散热性能和@@更长的使用寿命@@。
在@@Alternistor产品@@领域中@@，有四大系列特别值得业界关注@@，它们仅在@@象限@@ I、II 和@@ III 中运行@@（如图@@@@ 8）。由于典型应用通常连接到@@交流电路@@，因此@@三端双向可控硅@@开关在@@@@ I 和@@ III 象限中工作@@，可以包容第四触发象限的损耗@@。
图@@ 8：Alternistor三端双向可控硅@@开关的触发象限@@
图@@片@@来源@@：Littelfuse
Qxx10Hx：10 A型款@@提供采用@@@@ TO-220AB 封装@@和@@@@ TO-263 SMD封装@@ (D2Pak) 的绝缘产品@@和@@非绝缘产品@@@@。ITSM 为@@120 A (60 Hz)。25 A型款@@ (Qxx25xHx)则提供以下封装@@选项@@：TO-220 绝缘和@@非绝缘@@；坚固绝缘的@@ TO-218 和@@ TO218X 封装@@(带焊片@@)；TO-263 SMD 封装@@ (D2Pak)。ITSM 为@@ 250 A (60 Hz)。
QJ 系列高温@@Alternistor产品@@尤其是@@亮点@@：QJxx16xHx是@@一款@@ 16 A 功率双向可控硅@@，采用@@ TO-220AB 和@@绝缘@@ TO-220 及@@TO-263 封装@@，最高阻隔层温度为@@@@302° F (150°C) ，ITSM 为@@200 A (60 Hz)。25 A型款@@(QJxx25xHx)采用@@相同的封装@@@@，使用坚固绝缘的@@@@ TO-218 和@@ TO218X 封装@@(带有焊片@@)。这款三端双向可控硅@@开关的最高阻隔层温度为@@@@@@ 302°F (150°C)，ITSM 为@@ 250 A (60 Hz)。
QJ系列产品@@能够简化热管理@@，并具有@@高浪涌电流耐受能力@@，允许在@@@@加热和@@电机控制应用中出现高浪涌电流@@，有助于解决交流电源控制应用中的过热问题@@。
总结@@
三端双向可控硅@@开关非常适合交流电压开关和@@相位角控制应用@@，例如加热@@、照明和@@电机速度控制@@。这种开关可用于电流从电源插座流出的任何位置@@，包括在@@咖啡机@@、流量加热器@@、红外线加热器@@、厨房电器@@、电动工具@@、加热控制@@、交流半导体继电器@@、调光器和@@电机速度控制系统中@@。
文章来源@@：儒卓力@@微信公众号@@@@