Wie können SCRs effektiv parallel geschaltet werden?

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Ich entwerfe einen Vorladekreis, der im geschlossenen Zustand 200 A führt. Ich möchte MCO150 Silicon Controlled Rectifiers verwenden, aber sie werden den Strom nicht verarbeiten. Zwei parallel scheinen der kostengünstigste Weg zu sein, um mit dem Strom umzugehen, den ich brauche. Ich mache mir jedoch Sorgen um das thermische Durchgehen .

Die effektive Impedanz eines Geräts variiert mit der Temperatur. Wenn diese Impedanz mit der Temperatur ansteigt, teilen sich zwei Geräte parallel ziemlich gut. Das Gerät, das mehr Strom führt, erwärmt sich stärker und sein Anteil am Gesamtstrom fällt ab. Wenn jedoch die Impedanz des Geräts mit steigender Temperatur abnimmt, führt das Gerät, das mehr Strom führt, noch mehr Strom. Die Freigabe schlägt fehl und ein Gerät speichert den Strom, bis er stirbt.

Das Datenblatt für diesen SCR scheint das Problem des Temperaturkoeffizienten nicht zu behandeln. Wird nur angenommen, dass SCRs in der einen oder anderen Richtung einen Temperaturkoeffizienten haben? Wenn der Temperaturkoeffizient negativ ist, gibt es eine Möglichkeit, die beiden SCRs trotzdem zur gemeinsamen Nutzung zu zwingen? Oder sollte ich einen anderen Ansatz ausprobieren, z. B. ein einzelnes Gerät oder ein großes Schütz?

Stephen Collings
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Weitere Details: Ich muss 200 A im eingeschalteten Zustand tragen und 900 V im ausgeschalteten Zustand blockieren. Wie bei den meisten Geräten, die ich gesehen habe, ist der Preisunterschied zwischen einem SOT-227 SCR und der nächsten Paketgröße ziemlich dramatisch. Das Parallelschalten von zwei kleinen Geräten ist häufig viel billiger als das Verwenden eines größeren Geräts. In Bezug auf die Kosten scheint meine beste Wahl ein Relais zu sein.
Stephen Collings

Antworten:

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SCRs sind nicht gut parallel. Halbleiterübergänge wie bei SCRs, Dioden und Bipolartransistoren weisen einen Vorwärtsspannungsabfall auf, der mit der Temperatur abnimmt. Der heißere SCR zieht daher mehr Strom, wodurch er noch heißer wird, mehr Strom zieht usw.

Warum brauchst du SCRs? Ihre Hauptmerkmale sind ihr Verriegelungsverhalten und die Tatsache, dass sie mit großen Stromfähigkeiten hergestellt werden können. Wenn Sie nur Letzteres möchten, funktionieren mehrere MOSFETs parallel. Diese haben einen positiven Temperaturkoeffizienten, zeigen also kein thermisches Durchgehen. Sie müssen jedoch davon ausgehen, dass jeder der FETs den Strom gleichmäßig teilt.

Da FETs im eingeschalteten Zustand meistens resistiv aussehen, verringert eine Parallelschaltung nicht nur die Verlustleistung bei jedem, sondern auch die Gesamtverlustleistung. Bei 200 A verursachen nur 5 mΩ einen Abfall von 1 V und eine Verlustleistung von 200 W. Das Design ist nicht trivial, egal was Sie als Schalter verwenden. Es wird helfen, wenn diese 200 A nur in kurzen Impulsen mit einem viel niedrigeren Durchschnitt sind. Werfen Sie einen Blick auf das SCR-Datenblatt und sehen Sie den Vorwärtsabfall bei 200 A. Es wird auch nicht so schön sein, und Sie müssen sich auch mit einer erheblichen Verlustleistung beim SCR auseinandersetzen.

Glücklicherweise sind 5 mΩ für einige parallele FETs nicht so weit hergeholt. 4 FETs mit einer maximalen Rdson von 20 mΩ würden dies tun, und jeder würde nur 50 W verbrauchen, wenn sie den Strom gleichmäßig teilen würden. Ich würde wahrscheinlich beim Entwurf des thermischen Systems auf 100 W pro FET reduzieren.

Olin Lathrop
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Ich werde in einer Weile mehr zu meiner Anwendung sagen, aber ich wollte nur fragen: Sie sagen, dass Halbleiterübergänge einen Vorwärtsabfall haben, der mit der Temperatur abnimmt, aber das gilt nicht für eine große Anzahl von IGBTs, die ich evaluiert habe. Sind sie grundlegend anders? Entworfen, um diesen spezifischen Effekt zu erzielen?
Stephen Collings
@Remiel: Ich weiß nichts über IGBTs, da ich sie mir nicht so genau angesehen habe. In ihnen befindet sich jedoch ein FET, und der Spannungsabfall im Zustand kommt nicht vollständig von einem in Vorwärtsrichtung vorgespannten Siliziumübergang. Beachten Sie, dass dies bei einem normalen Bipolartransistor überhaupt nicht der Fall ist.
Olin Lathrop
Ich habe gerade von Infineon gehört, dass IGBTs im Allgemeinen positive Temperaturkoeffizienten haben, es sind nicht nur die, die ich mir angesehen habe. "Warum" ist wahrscheinlich eine tiefere Magie, als ich lange in meinem Kopf halten kann, ohne sie zu benutzen.
Stephen Collings