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長命可控硅(晶閘管)模塊 

                                                     3-1    長命晶閘管(可控硅)模塊

我國留學專家受法國導師指點,跟蹤第三代晶閘管模塊多年,決定引進。因它:①採用玻璃鈍化硅芯片,防潮防腐防氧化;②採用高級DBC底板,工作壽命指標為標準的10倍以上,國際領先;③溫升低且長期穩定;④產品成熟,價格不再昂貴。它用於軍工、出口、電力化工煤礦等要求可靠性高的場合。
一、特點
·高級DBC底板使模塊工作壽命指標,承受冷熱衝擊次數至少高過標準10倍(氧化鋁DBC底板為5倍)。
·散熱能力最強,同等條件溫升最低且長期穩定。
·單嚮導電性指標,“漏電流”實測值只及我國標準的1/200且長期穩定。
·浪涌電流為額定值的19~42倍(我國標準16倍)。
·配上PEVIO牌瞬態衰減器,可承受4KV脈衝群、浪涌過電壓, 1萬次衝擊而不燒斷。經驗証明:用戶自製RC電路衰減過電壓能力不夠,難以適應我國嚴酷的工業電磁環境。於是,高可靠性場合,有人採用額定電壓3.3KV的模塊,價格高,還承受不了4KV的瞬態過電壓。
二、電連接:模塊內含二個晶閘管芯作“通用電連接”型式,代號為C,見下圖。1、2、3為功率端,配有不鏽鋼螺釘,可作為一個整流臂,用於直流電路;也可把2、3端短接成一個端,1為另一端,構成“反並聯”連接,用於交流電路。5、6端分別為二個晶閘管對應的“門極控制”端,可用電線錫焊后引出。
 

 

三、主要應用:整流變流器、充電器、、無功補償器、節電器、交流調壓器、電動機軟啟動器、固態開關等。
四、模塊底板:市上晶閘管模塊多是第一代產品,見圖1。厚3mm銅底板、普通陶瓷層、硅芯片的熱膨脹係數相差很大,冷熱易開裂。它使用幾個月后,層間逐漸開裂,管壓降增大、發熱嚴重導致損坏。其工作壽命指標,承受冷熱循環試驗次數為我國現行標準的1倍。
第二代模塊採用氧化鋁DBC(Direct Bonding Copper)底板,見圖2,氧化鋁(白色)陶瓷與銅皮鍵合成一體不開裂;與硅芯片的熱膨脹係數相差不太大,不易開裂。其工作壽命指標,承受冷熱循環試驗次數為我國現行標準的5倍。歐美日廠家處於試生產階段,質量尚待穩定。我國處於研製階段。
第三代模塊採用高級DBC底板,見圖3。高級陶瓷層與銅皮鍵合成一體不開裂;與硅芯片的熱膨脹係數最接近,難以開裂,耐冷熱衝擊、耐熱老化,工作壽命最長,可靠性最高。所以稱為“長命”。
福建省電子產品監督檢驗所”和“(西安)國家電力電子產品質量監督檢驗中心”聯合做破坏性試驗証實,本產品承受冷熱循環試驗次數為我國現行標準的10倍,3個樣品都沒損坏(標準允許損坏1個),而且都仍然為優等品:管壓降為1.57~1.67V(標準允許下降1.1倍);“漏電流”只及標準的1/200,見檢測報告。試驗專家嘆為觀止。
第一代晶閘管模塊       圖2 第二代晶閘管模塊        圖3 第三代晶閘管模塊
 
圖1 第一代晶閘管模塊 圖2 第二代晶閘管模塊 圖3 第三代晶閘管模 
 

五、型號

 

 

六、技術數據
單管峰值電壓1600V;臨介電流變化率di/dt=150A/uS;臨介電壓變化率dv/dt=1000V/uS;結溫T=-40+125,工作室溫=-10+60,模塊實際溫升參考值410K超溫限產品須訂貨。絕緣電壓3KVac/1分鐘。觸發時間Tgd均為2Us。門極不觸發電壓Vgd=0.25V,門極不觸發電流Igd=10Ma。其他參數見下表。                               

 
參數
MTC27-16CM                             
MTC49-16CM
MTC60-16CM
MTC116-16CM
MTC130-16CM
MTC250-16CM
MTC320-16CM
MTC500-16CM
電流
平均Iavm
27 A
49 A
60 A
116 A
130 A
250 A
320 A
500A
有效Irms
50 A
80 A
100 A
180 A
300 A
400 A
500 A
785A
浪涌電流倍數Ism/Iavm  
19
23
25
19
42
34
29
30
I2t   K*A2S
1.35
6.6
11.2
25.3
151
360
420
1125
門極功率Pgm
10 W
120 W
漏電流Irrm
3 mA
5 mA
10 mA
40 mA
當It=? 時
正向管壓降Vt
80A
1.64V
200A
1.75V
200A
1.57V
300A
1.50V
300A
1.36
600A
1.36
600A
1.32V
1200A
1.3
門極
電壓
Vto
0.85
0.85
0.85
 0.80
0.80
0.85
0.80
0.80
反向                     
峰值 Vrgm= 10V
門極
觸發
電壓
Vgt=1.5 V
2.5V
2V
2V
2V
電流
Igt=100 mA
150 mA
150 mA
150 mA
300mA
挈住電流Il
450 mA
300 mA
200 mA
200 mA
400mA
維持電流Ih
200 mA
200 mA
150 mA
150 mA
300mA
關斷時間Tq
150μS
150μS
150μS
150μS
200μS
200μS
350μ

七、應用要點:1、模塊額定電流 Irms應大於負載額定電流的3~5倍。實踐表明,模塊額定電流偏小和瞬態過電壓衝擊是半導體模塊損坏的基本原因,估計占95%。
 2、實踐表明,380V星形連接的交流電路也應選擇1600V的晶閘管。此外,在功率端1、2、3之間應該接“瞬態電壓抑制器”可承受4KV以下的瞬態過電壓,適應嚴酷的工業環境。其工作壽命1萬次。
八、模塊安裝:1、模塊底板與散熱器之間的接觸面一定要平整光滑、清潔;如有毛刺、沙礫,可能刺傷底板造成電擊穿。接觸面之間應墊上本公司的導熱絕緣墊片(一次性使用);再用螺釘均勻地適度擰緊。接觸面之間塗導電膏可避免接頭過熱,防腐防氧化。
2、外接導線應與銅鼻焊接,銅鼻用本公司的螺釘擰緊在模塊功率端上,不可強扭。銅鼻最好鍍銀,連接孔不宜過大。本公司的鍍銀紫銅連接片只可連接2、3端。
圖1 MTC27~116安裝尺寸 
圖2 MTC130安裝尺寸 
圖3 MTC250、320安裝尺寸 

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