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沈阳西诺尔电气有限公司
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阅读：356发布时间：2017-11-29
接《固态软起动器用散热器选型与工艺要求（上）》的文章
2、可控硅在使用中的耗散功率分析与散热器的选型
固态软起动采用反并联方式在使用过程中，每个周期在不断导通与关断时都会产生功耗。从以上可控硅散热传导分析，为使可控硅能够长期可靠地运行，就需要对电气主回路中可控硅耗散功率进行计算。在电气主回路中，理论状态下，不论是高压固态还是低压固态在通电时，可控硅在处于关断时，其两端的电压较高，但电流为零，则其产生功耗为零；当可控硅处于导通时流过它的电流较大，但其两端的电压降为零，所以功耗也为零。也就是说，理论状态下可控硅的效率为100%，无损耗。但实际使用中可控硅在关断时，其两端的电压zui高，但电流不为零，总有一定的反向穿透电流I0，则其关断时的功耗为：
POFF=UCE*I0
其中POFF：可控硅在关断的功耗，W；
UCE：可控硅集电极-发射极之间或阳极-阴极之间的电压，V；
I0：可控硅的反向穿透电流，A。
由于目前常用的可控硅大多数是使用硅材料制造的，其反向穿透电流一般为微安级，所以半导体功率开关器件在关断时的功耗实际上是很小的，一般为毫瓦级。
实际的可控硅在导通时，其两端的电压很低，称为导通压降(管压降)，对于常用的可控硅大约为2.5V(因制造工艺与材料的不同，进口与国产可控硅的压降范围也不一样)，但由于导通电流一般很大，约为几十安至几百安，所以其导通时的功耗一般为几十瓦到几百瓦。实际的可控硅在导通时，其功耗为
PON=US*IS
其中PON：可控硅在导通时的功耗，W；
US： 可控硅导通压降，V；
IS： 可控硅的导通电流，A。
可控硅在导通和关断状态之间转换时需要经过一个中间过程，这个过程的电压和电流均较大，如果开关器件的开关特性良好，则这个过程时间很短，功耗较小；如果开关器件的开关特性较差，则这个过程时间较长，功耗较大。
当电机从“0”转速运行到额定转速过程中，固态软起动中的可控硅经过数次导通与关断，其导通与关断时的功耗增加，自身的温度也随之升高，当升高到一定值时，PN结将破坏而使器件失效。可控硅材料器件的极限工作温度一般规定为150℃，为了使可控硅器件能够在较高温度下正常工作，并能把可控硅工作时发出的热量及时散发到周围环境中去，并且将其工作温度维持在极限工作温度以下，可控硅就可以在安全的环境之中运行。在从以上可控硅散热传导分析中可以看出，其自身内部各器件所产生的热阻抗与耗散功率一般热学设计常使用下面的公式进行计算：
∑Rth= Rth(j-c) + Rth(c-s) + Rth(s-a)
△T=Tj－ Ta
Pcm=
其中∑Rth：器件传热系统下热阻总和，℃/W；
Rth(j-c):P-N结热阻，℃/W；
Rth(c-s)：壳和散热器接触的热阻，℃/W；
Rth(s-a)：散热器热阻，℃/W；
△T：器件zui高工作结温与环境温度差，℃；
Tj ：器件zui高工作结温，℃；（视器件不同而不同，可控硅：125℃ ，整流管：150℃）；
Ta ：环境温度，℃；（风冷时规定为35℃，水冷时规定为40℃）；
Pcm ：耗散功率，W；
通过查找器件热阻、接触热阻以及计算出的可控硅在使用工况(导通与关断)时的耗散功率，并根据以上公式的计算，可得出所需散热器的热阻。从而经查散热器单位热阻，可计算出散热器散热面积。并请可控硅制造厂家验证选型的散热器容量是否满足使用要求，一般选型时，实际计算出的散热器需放大1.5～2倍左右，zui后完成该产品的结构设计。
未完待续......
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