晶閘管智能控制模塊的應用
（文章來源：電子元器件查詢網(wǎng) 王昭杰1，余光輝2）
（1彩虹集團公司，陜西咸陽712021）
（2三聯(lián)器材公司，陜西西安710075）
文章加入時間：2004年12月3日 13:38:33
1引言
硅晶閘管自20世紀50年代問世以來，在功率半導體器件研究工作者的不懈努力下取得了令人矚目的成就。硅晶閘管由普通晶閘管（PCT）逐漸演變出門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、集成門極換向晶閘管（IGCT）、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）、MOS門控晶閘管（MCT、BRT、EST）。晶閘管以其高電壓、大電流的特性，在許多電力電子系統(tǒng)中大顯身手。
隨著功率集成技術(shù)與新材料、新工藝的不斷進步與成熟，科技工作者又利用陶瓷覆銅（DCB）技術(shù)將晶閘管及其移相觸發(fā)電路、自動調(diào)節(jié)電路與SMT表面貼裝技術(shù)相結(jié)合，將其集成封裝于一體，使之具有電力調(diào)節(jié)、自動控制的功能，業(yè)內(nèi)人士稱之為晶閘管智能控制模塊，其外形如圖1所示。
2結(jié)構(gòu)、參數(shù)、分類及應用領(lǐng)域
晶閘管智能控制模塊按其用途一般分為通用模塊和專用模塊。通用模塊一般指整流模塊、交流模塊等；專用模塊有充、放電模塊、電機軟啟動模塊等。
通用模塊由晶閘管主電路、移相觸發(fā)電路和保護電路組成，具有電力調(diào)控功能和過熱、過壓、過流保護功能，可靠性、穩(wěn)定性、智能化程度都較高，但體積并不大。采用DCB工藝，將銅箔在高溫下直接鍵合到氧化鋁或氮化鋁陶瓷基片表面，利用先進的焊接工藝使模塊的絕緣電壓達到2.5kV以上，并保證模塊熱阻低、熱循環(huán)次數(shù)多、使用壽命長。
圖1 晶閘管智能控制模塊的外形
根據(jù)功能的不同，專用模塊內(nèi)部集成了晶閘管主電路、移相觸發(fā)電路、反饋電路、保護電路、線性電壓或電流傳感器、轉(zhuǎn)速與電流雙閉環(huán)調(diào)速電路、功放電路、單片機等。采用DCB工藝，具有機械設計簡單、組裝容易、使用方便的特點，主要用于電動機、發(fā)電機的勵磁電源、前級調(diào)壓、蓄電池充/放電及交流電機軟啟動等領(lǐng)域。
晶閘管智能控制模塊的主要參數(shù)有：工作頻率f;;輸入線電壓范圍VIN（RMS）；控制信號電壓VCON；控制信號電流ICON；輸出電壓不對稱度；輸出電壓溫度系數(shù)；模塊絕緣電壓VISO（RMS）；最大輸入電流IIN（RMS）；最大輸出電流IOUT（RMS）；觸發(fā)電源電流IE；工作殼溫TC。
3模塊的使用、安裝與保護
圖2和圖3分別示出晶閘管充、放電模塊的典型應用電路，圖4為限流軟啟動模塊的典型應用電路。
圖2 典型應用電路
圖3 典型應用電路
圖4 限流軟啟動模塊的應用電路
無論是通用模塊還是專用模塊，為保證設備運轉(zhuǎn)正常，選取的模塊額定電流值應為負載電流的1.5倍～3倍，在整個運行過程中，負載電流不能超過模塊的額定電流。使用模塊時，還應注意散熱條件的好壞，它將直接影響模塊的性能發(fā)揮及安全可靠。散熱方式一般有3種：即水冷、強迫風冷和自然冷卻。水冷散熱效果好，有水冷條件的應首選水冷散熱形式。
自然冷卻的結(jié)構(gòu)最簡單，費用最低廉且維護最方便，但是時常滿足不了模塊工作時的效率及溫升要求。模塊常采用散熱器風冷方式，但會因此增加通風損耗。系統(tǒng)要求設計壽命超過7年時，傳統(tǒng)上不采用風扇，但隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，可將風扇管理、監(jiān)測電路集成在模塊內(nèi)，現(xiàn)場維護和更換方便，風冷形式最常用。表1為各種冷卻方式下的典型功率密度。
表1 各種冷卻方式的典型功率密度
