平板可控硅封装原来这么草率也难怪之前见过有人出平板可控硅的管芯,应该是在货场收的被砸过的,当时还奇怪硅片怎么可能那么干净那么完整
由此想到,对于这类可控硅直接拆开取管芯进行安装会不会稍微简单一些(甚至或许可以试试给管芯上锡直接焊接?)
关键词
可控硅平板可控硅电流上升率安装力
电流上升率
可控硅(SCR)刚触发时,如果电流上升速度太快,就会烧掉。这是可控硅特有的问题(比如MOS,IGBT就不需要考虑di/dt),它的原因是:可控硅刚触发时,硅片上只有门极附近的区域是导通的,导通的区域向周围扩散的速度很慢,大约只有50-100m/s。如果电流上升的速度过快,门极附近就会承受过大的电流密度,并过热烧毁。
比如最常见的70TPS系列,允许的电流上升率(di/dt)是150A/us。感应和轨道炮很容易超过这个值。比如你做了一套轨道炮,初始电感0.4uH,那只要储能电压高于60V,di/dt就会达到150A/us;感应炮用5uH的线圈,那1000V的电压就会有200A/us的di/dt,也容易烧掉可控硅。
比较反常识的是,更大的可控硅一般不会有显著更高的di/dt,形象地说就是你用拖鞋大的可控硅,一样该烧不耽误。比如说下图中的KP3000A可控硅,一个有一斤多沉,能承受3000A的直流电流,能顶一管70TPS。但di/dt能力只有250A/us,没比70TPS好多少。
KP3000A可控硅(图源淘宝)
这也很好理解,因为最大电流是受硅片总面积限制的,而di/dt能力是受门极限制的,大个的可控硅尽管硅片总面积很大,但只要门极设计没有显著变化,那di/dt就不会有很大变化。
要找合适的可控硅,可以用“pulse power thyristor”做关键词。比如littlefuse(原IXYS)有两款可控硅,di/dt有几kA/us,完全够用了。(不过买不到)
littlefuse的脉冲功率晶闸管
另外,之前偶然发现国内有一家厂,叫“锦州市圣合科技电子有限责任公司”,生产的可控硅标了异常高di/dt参数,原因不明。淘宝上也有卖的,有兴趣的可以买来试试。
锦州圣合的可控硅
安装力
感应和轨道炮(特别是轨道炮)因为电流大,要用平板可控硅才比较划算。平板可控硅(平板二极管也一样)使用时需要用很大的力夹紧(一般要几吨力),力不够大可能会在使用时损坏硅片。这是因为平板可控硅的封装非常粗暴,简单的说就是两个铜块中间放一个硅片。它们之间没有焊接,导电靠的是“欧姆接触”(就是“搭上”)。封装本身并不提供足够的接触力(我之前甚至买到过一个,轻轻晃一下能听到里面有东西在响……),而接触力不够大的话,接触电阻就会变高,大电流时会严重发热,烧毁硅片。所以需要一个额外的夹子把它夹紧。
这个夹子需要提供很大的力,比如上面提到的KA1000,需要最小19kN的安装力,即1.9吨力。同时这个力还要精确,因为力太大会把硅片夹碎,KA1000标称的最大安装力是26kN。应该需要用扭力扳手来安装。
淘宝上有卖这种夹具的,不过都是带散热的,用在电炮上总感觉很亏。一方面是因为它为了保证散热能力,尺寸重量很大,但电炮上的可控硅并不需要散热;另一方面是,它价格可能快赶上可控硅价格的一半了。希望能有大慈大悲之人设计一套便宜小巧可靠而且开源的安装方式
这是一篇短文,主要内容整理自我在科创电磁炮群里的聊天记录(整理时有巨大的修改)。本文很不全面,也就是说你按文中提到的做法搞,虽然能避开一些坑,但几乎一定会碰到其他问题。作为帖子发出来主要是为了方便检索和阅读。因为这种问题在QQ群里每隔几个月都会被提起来一次,每次都重说一遍也挺浪费键盘寿命的,而且说完也不一定有用,整理成帖子发出来就好多了。
[修改于 4 年前 - 2021/06/15 18:47:46]
平板可控硅封装原来这么草率也难怪之前见过有人出平板可控硅的管芯,应该是在货场收的被砸过的,当时还奇怪硅片怎么可能那么干净那么完整
由此想到,对于这类可控硅直接拆开取管芯进行安装会不会稍微简单一些(甚至或许可以试试给管芯上锡直接焊接?)
学习了。多谢楼主。
而且也明白了我十多年前为啥用可控硅控制电*爆@桥#丝会失败。当时计算电压,脉冲电流什么的,都满足,可就是怎么搞都不行,要么不起bao,要么可控硅炸掉。
原来原因是可控硅不能过快导通。这和电^爆&桥*丝的要求是反的。电!爆@桥#丝要求快速导通,电流快速上升。
有一种国产的平板scr,型号为kk打头,开启速度要比kp系列快一些,常用做中频感应加热逆变管,售价也高一些。具体di/dv没查过,但拆过,触发极在内部呈环绕型,和普通scr明显不同。图片中左边这个就是kk500的硅片,右边是进口1000A普通硅片。
晶闸管做开关是真的香
最近买了一个kp1200-44,首先需要解决的就是安装力问题。手册上给的数据是30KN,但是手头没有钢板,只能是用木板简单凑活着
从测试结果来说,30KN的安装力估计差不多
这个夹子用铜板作为电极
在对它的测试中,(5平方铜线5匝做线圈)将近1.8kj(2000v720uf)放电下依旧流畅开断
在极限测试中(电容2000v薄膜),能级达到2.1kj时,kp1200因为di/dt低的缘故击穿
在后续的拆解中发现一个银质垫片(几乎是999)
融化以后有这么大
看硅片的烧蚀就会发现,门极和漏极因为烧蚀已经相连。又因为电源共用(充电器,电压表,触发器),共地,2.2kj的能量顺着触发器把电路中所有集成模块都烧毁了
总的来说,晶闸管除了di/dt低以外都不错