结点温度可达到150ºC的TN5015H-6G高温晶闸管详细解析

ST最近更新了其高温晶体闸流管产品系列，结点温度可达到150ºC，提供抗高噪声功能。TN系列涵盖了从12A到80A的各种通态电流。本文将重点关注一款特殊的设备：TN5015H-6G。该器件是第一个50 A的通态电流和600 V的关态电压的器件，它能解决多大的问题？

我们如何保护家用电器、工业系统和摩托车稳压器中的电路？近日，ST最近更新了其高温晶体闸流管产品系列，结点温度可达到150ºC，提供抗高噪声功能。TN系列涵盖了从12A到80A的各种通态电流。本文将重点关注一款特殊的设备：TN5015H-6G。该器件是第一个50 A的通态电流和600 V的关态电压的器件，它能解决多大的问题？

首先介绍几个知识点：

半导体闸流管？

半导体闸流管（thyristor）是固态的半导体器件，又叫可控硅。它由交替的P类和T类物质（PNPN）构成创建三个pn结层。，一个半导体闸流管通常具有3个电极：一个阳极，一个阴极和一个门（控制电极）。

左为单向晶闸管，右为双向晶闸管

最普遍的半导体闸流管类型是硅控整流器（SCR）。当阴极相对于阳极被消极管制时，只有当门上被加上脉冲时才有电流流过。然后SCR开始导电，直到阴极和阳极之间的电压倒置或降低到极限值。使用这种半导体闸流管，只需使用小的触发电流或电压就可以实现交换或控制大量电力。

什么叫浪涌？

所谓的浪涌又称为电涌、突波，是指瞬间超出稳定值的峰值，包括浪涌电压和浪涌电流。供电系统的浪涌主要来自两方面的原因：外部（雷电原因）和内部（电气设备启停和故障等）。浪涌的特点往往是时间很短（雷电造成的过电压往往在微秒级，电气设备造成的过电压往往在毫秒级），但是瞬时的电压和电流极大，极有可能对用电设备和电缆造成危害，所以需要浪涌保护器对它们进行保护。

其中浪涌保护器，即所谓的防雷器，其常用在电子设备及仪器上等方面。当电气设备受干扰产生最高电流或受到雷击时，浪涌保护器既能及时导通分流，还能迅速将电流泄入大地，保护设备不受雷击。

在选购漏电保护器时，要注意它的大小。通常漏电保护器分为额定和动作电流两种。其中额定电流分为10A，16A，20A等，而动作电流常见的有30毫安，10毫安及100mA的等。如果家用电流6安，可选择额定20A，D型的漏电保护器。

TN5015H-6G

这需要工程师重新评估，思考如何防范来自苛刻要求下的涌流产生。

当工程师们希望提高利润率和产品差异化时，许多人选择提高设计的稳定性。用户也期望他们的产品能经受住越来越恶劣的环境，特别是在高端或小众市场。团队使产品更加稳健的一种方法是改进过电压保护。事实上，作为一个品牌，很少有什么比未能防范价格突然飙升对品牌造成的损害更大的了。例如，由于电源不可靠导致损坏的电视机，或因天气影响而损坏的工业产品，这都是不可接受的。因此，随着稳健性变得越来越重要，浪涌保护也变得越来越关键。

目前，根据应用的不同，大多数认证都是针对2kv到4kv之间的电涌进行防范的。虽然这些价值反映了大多数用例，但许多人觉得它们已经不够了，特别是对于工业或高端设计。因此，工程师们越来越多地开发额定在6kv到12kv之间的浪涌保护电路。一些监管机构已经开始重新评估他们的标准，以考虑到这一新的现实。问题是，如今的公司需要解决方案，因为设计师正试图为更极端的极端情况制定计划。

晶闸管控制MOV漏电怎么办

一旦人们开始谈论电涌保护，许多工程师就开始考虑金属氧化物电阻器（MOV）。MOV的主要目的是吸收巨大的电压浪涌，以防止损坏系统的其他部分。在其最基本的表现形式中，MOV使用许多二极管与负载并行。在正常工作条件下，MOV具有很高的抗腐蚀性。然而，如果突然出现一个高的瞬态电压，二极管的电阻下降到几乎为零，从而使浪涌从初级器件转移。因此，这是一种有效的方法来保护敏感部件不受突然激增的影响。

工程师寻求建立更稳健的产品，他们经常试图解决MOV的固有缺点。事实上，MOV的性能会随着时间或多次使用而下降，一段时间后就会变得不那么管用。原因是MOV的泄漏电流在每次浪涌或超时后都会增大。为了解决这个问题，工程师们使用串联的晶闸管作为MOV漏电流的屏障。由于某些标准会试图限制产品对环境的影响，因此，寿命较短的MOV不再是一种理想选择。因此，工程师必须使用晶闸管，以确保其浪涌保护持续的更持久。这些趋势解释了为什么越来越多的工程师正在使用TN5015H-6G这样的设备。

TN5015H-6G：面对新挑战的解决方案

测量鲁棒性（dI/dt和dV/dt）

工程师们希望晶闸管能够提高其浪涌保护的鲁棒性，其中如何确定组件的尺寸至关重要。不幸的是，有些团队可能很难确定要优先考虑哪些技术规范。因此，有必要理解在无数的数据点中，有两个参数值得注意：

dI/dt

dV/dt

前者测量电流从关断状态到通断状态的最大变化率。简单地说，它代表了设备在一段时间内能够承受的电流，它将对系统能够管理的电涌产生直接影响。例如，TN5015H-6G dI / dt 100 a / 100µs，确保它可以处理6 kV浪涌测试。

另一个可以帮助工程师确定设备大小的值是dV/dt。本规范测量的是使设备启动的最小电压变化率。这个值很重要，因为低dV/dt意味着设备会在不适当的时候打开。因此，工程师们的困难在于找到一种具有足够低的栅极触发电流（IGT）的器件，在浪涌发生时能够足够灵敏地打开，但dV/dt又足以抵抗噪声，防止误触发。在150ºC环境下，IGT=15 mA，dV/dt= 500 V/µs，因此TN5015H-6G成为解决许多工程师创造更好过载保护的理想选择。

较高的结点温度是关键

得益于TN5015H-6G的15 mA调谐门，它可以作为浪涌电压斜坡的快速触发器，并专注于SCR的保护功能。在高达150°C的情况下，它的低栅电流和高浪涌电流额定权衡是市场上的一个独特特性。由于ST改进了其制造工艺，因此可以获得更高的结温。此外，ST增加了光刻精度，较于传统的125ºC，ST已能够设计在高温下运转的晶体闸流管。这也说明了为什么ST可以发布汽车行业认证的TN设备。

延伸阅读：漏电保护器的结构组成

漏电保护器主要由三部分组成：检测元件、中间放大环节、操作执行机构。

①检测元件。由零序互感器组成，检测漏电电流，并发出信号。

②放大环节。将微弱的漏电信号放大，按装置不同（放大部件可采用机械装置或电子装置），构成电磁式保护器相电子式保护器。

③执行机构。收到信号后，主开关由闭合位置转换到断开位置，从而切断电源，是被保护电路脱离电网的跳闸部件。

晶闸管在漏电保护器中的作用

当电气设备发生漏电时，出现两种异常现象：

一是，三相电流的平衡遭到破坏，出现零序电流；

二是，正常时不带电的金属外壳出现对地电压（正常时，金属外壳与大地均为零电位）。

漏电保护器的工作原理：

零序电流互感器B初级L1、L2 （双线并绕3~5匝）中的电流常态下相量和为零，当被保护线路发生触电或设备对地漏电时，初级就会出现剩余电流，L3 （数百匝）中便感应出几百毫伏的漏电信号，经L3、C1构成的串联谐振回路谐振后大于800mV，可直接触发单向晶闸管SCR导通（SCR的工作电压由220V经VD1~ VD4桥式整流供给），相当于a、b两点接通，220V的交流电几乎全部加在脱扣器T上，T实际上是一种电磁铁，由此吸动自由脱扣机械装置使动、静触头分离，切断电源，从而起到漏电（ 触电）保护作用。交流脱扣式产品脱扣功率大些，额定动作时间略快些，且脱扣（跳闸）迅速、利索。

编辑：hfy