可控硅用作感应炮/轨道炮开关时的两个注意事项
三水合番 2021-6-15原创 研究了个寂寞
关键词
可控硅平板可控硅电流上升率安装力
  1. 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。

    image.png

    KP3000A可控硅(图源淘宝)


    image.png
    attachment icon KP3000A-C.pdf 843.00KB PDF 6次下载 预览


    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)

    image.png

    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。

    image.png

    锦州圣合的可控硅

    attachment icon 锦州圣合 KA1000-800_1200.pdf 240.51KB PDF 6次下载 预览


  2. 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🙏

    image.png

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 3 个月前 - 2021-06-15 18:47:46]

+25  科创币    量子隧道   2021-06-16   知识干货
来自:高压与强磁 / 电磁炮
 
14
3个月2天前
1楼

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?)

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RodTech
3个月2天前
2楼

学习了 以前从没了解,以为di/dt只是开关达不到而不是会炸。。。


拆过一个垃圾,脉冲工作的,安装部分自带压力称。。。


Screenshot_20210616-042047_Gallery.jpg Screenshot_20210616-042055_Gallery.jpg Screenshot_20210616-042039_Gallery.jpg

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量子隧道
3个月2天前
3楼

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。


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张静茹
18天15时前
4楼

多个并联呢?不好均流是吧

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