ST最近更新了其高溫晶體閘流管產(chǎn)品系列，結(jié)點溫度可達到150oC，提供抗高噪聲功能。TN系列涵蓋了從12A到80A的各種通態(tài)電流。本文將重點關(guān)注一款特殊的設(shè)備：TN5015H-6G。該器件是第一個50 A的通態(tài)電流和600 V的關(guān)態(tài)電壓的器件，它能解決多大的問題？

我們?nèi)绾伪Ｗo家用電器、工業(yè)系統(tǒng)和摩托車穩(wěn)壓器中的電路？近日，ST最近更新了其高溫晶體閘流管產(chǎn)品系列，結(jié)點溫度可達到150oC，提供抗高噪聲功能。TN系列涵蓋了從12A到80A的各種通態(tài)電流。本文將重點關(guān)注一款特殊的設(shè)備：TN5015H-6G。該器件是第一個50 A的通態(tài)電流和600 V的關(guān)態(tài)電壓的器件，它能解決多大的問題？

首先介紹幾個知識點：

半導(dǎo)體閘流管？

半導(dǎo)體閘流管（thyristor）是固態(tài)的半導(dǎo)體器件，又叫可控硅。它由交替的P類和T類物質(zhì)（PNPN）構(gòu)成創(chuàng)建三個pn結(jié)層。，一個半導(dǎo)體閘流管通常具有3個電極：一個陽極，一個陰極和一個門（控制電極）。

左為單向晶閘管，右為雙向晶閘管

最普遍的半導(dǎo)體閘流管類型是硅控整流器（SCR）。當(dāng)陰極相對于陽極被消極管制時，只有當(dāng)門上被加上脈沖時才有電流流過。然后SCR開始導(dǎo)電，直到陰極和陽極之間的電壓倒置或降低到極限值。使用這種半導(dǎo)體閘流管，只需使用小的觸發(fā)電流或電壓就可以實現(xiàn)交換或控制大量電力。

什么叫浪涌？

所謂的浪涌又稱為電涌、突波，是指瞬間超出穩(wěn)定值的峰值，包括浪涌電壓和浪涌電流。供電系統(tǒng)的浪涌主要來自兩方面的原因：外部（雷電原因）和內(nèi)部（電氣設(shè)備啟停和故障等）。浪涌的特點往往是時間很短（雷電造成的過電壓往往在微秒級，電氣設(shè)備造成的過電壓往往在毫秒級），但是瞬時的電壓和電流極大，極有可能對用電設(shè)備和電纜造成危害，所以需要浪涌保護器對它們進行保護。

其中浪涌保護器，即所謂的防雷器，其常用在電子設(shè)備及儀器上等方面。當(dāng)電氣設(shè)備受干擾產(chǎn)生最高電流或受到雷擊時，浪涌保護器既能及時導(dǎo)通分流，還能迅速將電流泄入大地，保護設(shè)備不受雷擊。

在選購漏電保護器時，要注意它的大小。通常漏電保護器分為額定和動作電流兩種。其中額定電流分為10A，16A，20A等，而動作電流常見的有30毫安，10毫安及100mA的等。如果家用電流6安，可選擇額定20A，D型的漏電保護器。

TN5015H-6G

這需要工程師重新評估，思考如何防范來自苛刻要求下的涌流產(chǎn)生。

當(dāng)工程師們希望提高利潤率和產(chǎn)品差異化時，許多人選擇提高設(shè)計的穩(wěn)定性。用戶也期望他們的產(chǎn)品能經(jīng)受住越來越惡劣的環(huán)境，特別是在高端或小眾市場。團隊使產(chǎn)品更加穩(wěn)健的一種方法是改進過電壓保護。事實上，作為一個品牌，很少有什么比未能防范價格突然飆升對品牌造成的損害更大的了。例如，由于電源不可靠導(dǎo)致?lián)p壞的電視機，或因天氣影響而損壞的工業(yè)產(chǎn)品，這都是不可接受的。因此，隨著穩(wěn)健性變得越來越重要，浪涌保護也變得越來越關(guān)鍵。

目前，根據(jù)應(yīng)用的不同，大多數(shù)認證都是針對2kv到4kv之間的電涌進行防范的。雖然這些價值反映了大多數(shù)用例，但許多人覺得它們已經(jīng)不夠了，特別是對于工業(yè)或高端設(shè)計。因此，工程師們越來越多地開發(fā)額定在6kv到12kv之間的浪涌保護電路。一些監(jiān)管機構(gòu)已經(jīng)開始重新評估他們的標準，以考慮到這一新的現(xiàn)實。問題是，如今的公司需要解決方案，因為設(shè)計師正試圖為更極端的極端情況制定計劃。

晶閘管控制MOV漏電怎么辦

一旦人們開始談?wù)撾娪勘Ｗo，許多工程師就開始考慮金屬氧化物電阻器（MOV）。MOV的主要目的是吸收巨大的電壓浪涌，以防止損壞系統(tǒng)的其他部分。在其最基本的表現(xiàn)形式中，MOV使用許多二極管與負載并行。在正常工作條件下，MOV具有很高的抗腐蝕性。然而，如果突然出現(xiàn)一個高的瞬態(tài)電壓，二極管的電阻下降到幾乎為零，從而使浪涌從初級器件轉(zhuǎn)移。因此，這是一種有效的方法來保護敏感部件不受突然激增的影響。

工程師尋求建立更穩(wěn)健的產(chǎn)品，他們經(jīng)常試圖解決MOV的固有缺點。事實上，MOV的性能會隨著時間或多次使用而下降，一段時間后就會變得不那么管用。原因是MOV的泄漏電流在每次浪涌或超時后都會增大。為了解決這個問題，工程師們使用串聯(lián)的晶閘管作為MOV漏電流的屏障。由于某些標準會試圖限制產(chǎn)品對環(huán)境的影響，因此，壽命較短的MOV不再是一種理想選擇。因此，工程師必須使用晶閘管，以確保其浪涌保護持續(xù)的更持久。這些趨勢解釋了為什么越來越多的工程師正在使用TN5015H-6G這樣的設(shè)備。

TN5015H-6G：面對新挑戰(zhàn)的解決方案

測量魯棒性（dI/dt和dV/dt）

工程師們希望晶閘管能夠提高其浪涌保護的魯棒性，其中如何確定組件的尺寸至關(guān)重要。不幸的是，有些團隊可能很難確定要優(yōu)先考慮哪些技術(shù)規(guī)范。因此，有必要理解在無數(shù)的數(shù)據(jù)點中，有兩個參數(shù)值得注意：

dI/dt

dV/dt

前者測量電流從關(guān)斷狀態(tài)到通斷狀態(tài)的最大變化率。簡單地說，它代表了設(shè)備在一段時間內(nèi)能夠承受的電流，它將對系統(tǒng)能夠管理的電涌產(chǎn)生直接影響。例如，TN5015H-6G dI / dt 100 a / 100μs，確保它可以處理6 kV浪涌測試。

另一個可以幫助工程師確定設(shè)備大小的值是dV/dt。本規(guī)范測量的是使設(shè)備啟動的最小電壓變化率。這個值很重要，因為低dV/dt意味著設(shè)備會在不適當(dāng)?shù)臅r候打開。因此，工程師們的困難在于找到一種具有足夠低的柵極觸發(fā)電流（IGT）的器件，在浪涌發(fā)生時能夠足夠靈敏地打開，但dV/dt又足以抵抗噪聲，防止誤觸發(fā)。在150oC環(huán)境下，IGT=15 mA，dV/dt= 500 V/μs，因此TN5015H-6G成為解決許多工程師創(chuàng)造更好過載保護的理想選擇。

較高的結(jié)點溫度是關(guān)鍵

得益于TN5015H-6G的15 mA調(diào)諧門，它可以作為浪涌電壓斜坡的快速觸發(fā)器，并專注于SCR的保護功能。在高達150°C的情況下，它的低柵電流和高浪涌電流額定權(quán)衡是市場上的一個獨特特性。由于ST改進了其制造工藝，因此可以獲得更高的結(jié)溫。此外，ST增加了光刻精度，較于傳統(tǒng)的125oC，ST已能夠設(shè)計在高溫下運轉(zhuǎn)的晶體閘流管。這也說明了為什么ST可以發(fā)布汽車行業(yè)認證的TN設(shè)備。

延伸閱讀：漏電保護器的結(jié)構(gòu)組成

漏電保護器主要由三部分組成：檢測元件、中間放大環(huán)節(jié)、操作執(zhí)行機構(gòu)。

①檢測元件。由零序互感器組成，檢測漏電電流，并發(fā)出信號。

②放大環(huán)節(jié)。將微弱的漏電信號放大，按裝置不同（放大部件可采用機械裝置或電子裝置），構(gòu)成電磁式保護器相電子式保護器。

③執(zhí)行機構(gòu)。收到信號后，主開關(guān)由閉合位置轉(zhuǎn)換到斷開位置，從而切斷電源，是被保護電路脫離電網(wǎng)的跳閘部件。

晶閘管在漏電保護器中的作用

當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生漏電時，出現(xiàn)兩種異?，F(xiàn)象：

一是，三相電流的平衡遭到破壞，出現(xiàn)零序電流；

二是，正常時不帶電的金屬外殼出現(xiàn)對地電壓（正常時，金屬外殼與大地均為零電位）。

漏電保護器的工作原理：

零序電流互感器B初級L1、L2 （雙線并繞3~5匝）中的電流常態(tài)下相量和為零，當(dāng)被保護線路發(fā)生觸電或設(shè)備對地漏電時，初級就會出現(xiàn)剩余電流，L3 （數(shù)百匝）中便感應(yīng)出幾百毫伏的漏電信號，經(jīng)L3、C1構(gòu)成的串聯(lián)諧振回路諧振后大于800mV，可直接觸發(fā)單向晶閘管SCR導(dǎo)通（SCR的工作電壓由220V經(jīng)VD1~ VD4橋式整流供給），相當(dāng)于a、b兩點接通，220V的交流電幾乎全部加在脫扣器T上，T實際上是一種電磁鐵，由此吸動自由脫扣機械裝置使動、靜觸頭分離，切斷電源，從而起到漏電（ 觸電）保護作用。交流脫扣式產(chǎn)品脫扣功率大些，額定動作時間略快些，且脫扣（跳閘）迅速、利索。

編輯：hfy