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閱讀：344發(fā)布時(shí)間：2017-11-29
接《固態(tài)軟起動(dòng)器用散熱器選型與工藝要求（上）》的文章
2、可控硅在使用中的耗散功率分析與散熱器的選型
固態(tài)軟起動(dòng)采用反并聯(lián)方式在使用過程中，每個(gè)周期在不斷導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)都會(huì)產(chǎn)生功耗。從以上可控硅散熱傳導(dǎo)分析，為使可控硅能夠長期可靠地運(yùn)行，就需要對電氣主回路中可控硅耗散功率進(jìn)行計(jì)算。在電氣主回路中，理論狀態(tài)下，不論是高壓固態(tài)還是低壓固態(tài)在通電時(shí)，可控硅在處于關(guān)斷時(shí)，其兩端的電壓較高，但電流為零，則其產(chǎn)生功耗為零；當(dāng)可控硅處于導(dǎo)通時(shí)流過它的電流較大，但其兩端的電壓降為零，所以功耗也為零。也就是說，理論狀態(tài)下可控硅的效率為100%，無損耗。但實(shí)際使用中可控硅在關(guān)斷時(shí)，其兩端的電壓zui高，但電流不為零，總有一定的反向穿透電流I0，則其關(guān)斷時(shí)的功耗為：
POFF=UCE*I0
其中POFF：可控硅在關(guān)斷的功耗，W；
UCE：可控硅集電極-發(fā)射極之間或陽極-陰極之間的電壓，V；
I0：可控硅的反向穿透電流，A。
由于目前常用的可控硅大多數(shù)是使用硅材料制造的，其反向穿透電流一般為微安級，所以半導(dǎo)體功率開關(guān)器件在關(guān)斷時(shí)的功耗實(shí)際上是很小的，一般為毫瓦級。
實(shí)際的可控硅在導(dǎo)通時(shí)，其兩端的電壓很低，稱為導(dǎo)通壓降(管壓降)，對于常用的可控硅大約為2.5V(因制造工藝與材料的不同，進(jìn)口與國產(chǎn)可控硅的壓降范圍也不一樣)，但由于導(dǎo)通電流一般很大，約為幾十安至幾百安，所以其導(dǎo)通時(shí)的功耗一般為幾十瓦到幾百瓦。實(shí)際的可控硅在導(dǎo)通時(shí)，其功耗為
PON=US*IS
其中PON：可控硅在導(dǎo)通時(shí)的功耗，W；
US： 可控硅導(dǎo)通壓降，V；
IS： 可控硅的導(dǎo)通電流，A。
可控硅在導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí)需要經(jīng)過一個(gè)中間過程，這個(gè)過程的電壓和電流均較大，如果開關(guān)器件的開關(guān)特性良好，則這個(gè)過程時(shí)間很短，功耗較?。蝗绻_關(guān)器件的開關(guān)特性較差，則這個(gè)過程時(shí)間較長，功耗較大。
當(dāng)電機(jī)從“0”轉(zhuǎn)速運(yùn)行到額定轉(zhuǎn)速過程中，固態(tài)軟起動(dòng)中的可控硅經(jīng)過數(shù)次導(dǎo)通與關(guān)斷，其導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)的功耗增加，自身的溫度也隨之升高，當(dāng)升高到一定值時(shí)，PN結(jié)將破壞而使器件失效?？煽毓璨牧掀骷臉O限工作溫度一般規(guī)定為150℃，為了使可控硅器件能夠在較高溫度下正常工作，并能把可控硅工作時(shí)發(fā)出的熱量及時(shí)散發(fā)到周圍環(huán)境中去，并且將其工作溫度維持在極限工作溫度以下，可控硅就可以在安全的環(huán)境之中運(yùn)行。在從以上可控硅散熱傳導(dǎo)分析中可以看出，其自身內(nèi)部各器件所產(chǎn)生的熱阻抗與耗散功率一般熱學(xué)設(shè)計(jì)常使用下面的公式進(jìn)行計(jì)算：
∑Rth= Rth(j-c) + Rth(c-s) + Rth(s-a)
△T=Tj－ Ta
Pcm=
其中∑Rth：器件傳熱系統(tǒng)下熱阻總和，℃/W；
Rth(j-c):P-N結(jié)熱阻，℃/W；
Rth(c-s)：殼和散熱器接觸的熱阻，℃/W；
Rth(s-a)：散熱器熱阻，℃/W；
△T：器件zui高工作結(jié)溫與環(huán)境溫度差，℃；
Tj ：器件zui高工作結(jié)溫，℃；（視器件不同而不同，可控硅：125℃ ，整流管：150℃）；
Ta ：環(huán)境溫度，℃；（風(fēng)冷時(shí)規(guī)定為35℃，水冷時(shí)規(guī)定為40℃）；
Pcm ：耗散功率，W；
通過查找器件熱阻、接觸熱阻以及計(jì)算出的可控硅在使用工況(導(dǎo)通與關(guān)斷)時(shí)的耗散功率，并根據(jù)以上公式的計(jì)算，可得出所需散熱器的熱阻。從而經(jīng)查散熱器單位熱阻，可計(jì)算出散熱器散熱面積。并請可控硅制造廠家驗(yàn)證選型的散熱器容量是否滿足使用要求，一般選型時(shí)，實(shí)際計(jì)算出的散熱器需放大1.5～2倍左右，zui后完成該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
未完待續(xù)......
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