具有机械电子双重优点的继电器

向晶闸管内置电压过零电路，仍就会产生尖峰电压。

图 2:左图) 光耦驱动电路，右图)电流过零尖峰电压

事实上，在一个光耦双向晶闸管驱动电路内，要想施加栅极电流，双向晶闸管A1和接线端子A2之间必须存在电压。双向晶闸管导通压降接近1V或1.5V，然而低于光耦双向晶闸管和G-A1结的电压降之和(两个电路的电压降都高于1V)，所以还不足以驱动电流经过栅极。每当负载电流为零时，因为没有电流施加到栅级，所以双向晶闸管关断。

在双向晶闸管关断后，线路电压回加到接线端子上，使电压VTPeak升高，升幅足以使在栅极施加的电流达到双向晶闸管的额定栅极电流IGT。在图2所示的T2550-12G双向晶闸管(25 A，1200 V，50 mA IGT)测试中，该电压的最大值电压为7.5 V (在变成负电压过程中)。假设光耦双向晶闸管和G-A1结的典型电压降分别为1.1 V和0.8 V，电阻R1为200 Ohm，这个电压值将会产生28 mA的栅电流，这正是我们所用样片在第3象限导通所需的IGT 电流(负VT电压和负栅电流)。

如果样片的IGT 值接近最大额定值(50 mA)，VTPeak 电压值可能会更高，因为IGT随着结温降低而升高，所以，如果结温降低，VTPeak 电压值也可能会提高。

因为VTPeak电压的出现频率是线路频率的2倍(如果交流电频率50 Hz，VTPeak电压出现频率是100 Hz)，使得继电器的EMI噪声辐射超出EN 55014-1家电和电动工具电磁干扰辐射标准规定的上限。需要说明的是，这一噪声只有当双向晶闸管导通时才会出现。只要继电器将光耦电路旁通，该噪声也就自动消失。这种断续骚扰是否适用EN 55014-1标准规定，取决于断续骚扰的重复率(或喀呖声)，即混合式继电器工作频率和骚扰时长。

为避免这些尖峰电压，在脉冲变压器和光耦双向晶闸管中，应优选脉冲变压器。增加一个整流器全桥和一个电容器，以修平变压器二次侧整流电压，这种方法可让直流驱动双向晶闸管栅极。因此，电流每次过零时都不会再有尖峰电压发生。但是，在导通过程中，从机电式继电器切换到双向晶闸管时，仍然有骚扰噪声出现，不过，这种切换好在只发生在在混合继电器关断过程中。图3所示是切换期间发生的尖峰电压。这个尖峰电压恰好发生在双向晶闸管导通时，也就是整个负载电流从继电器突然转移到双向晶闸管期间。

图3.b所示是流经双向晶闸管的电流的放大图。电流上升速率dIT/t接近8 A/µs。如果双向晶闸管被触发但没有导通(整个电流仍然流经机电继电器)，当电流开始流动时，硅衬底的电阻率很高，这会产生很高的峰值电压，在使用T2550-12G进行的试验中，这个峰值电压为11.6 V，如图3所示。

在双向晶闸管导通后，晶闸管硅结构的顶部和底部P-N结将向衬底注入少数载流子，在注入过程中，衬底电阻率降低，通态电压降至大约1-1.5 V。

这个现象与PIN二极管上出现峰值电压降和导通时出现高电流上升速率是同一现象，这也是PIN二极管数据手册提供VFP 峰压的原因。该参数大小取决于所施加的电压上升速率dI/dt，如果频率很高，则峰压值将影响应用能效。对于混合式继电器应用，该VFP 电压只在混合继电器关断时才会出现，当评测功率损耗时无需考虑这个参数。

还应指出的是，因为导致VFP现象的原因是注入少数载流子调整衬底电阻率需要时间，所以，与800V的双向晶闸管(例如，T2550-8)相比，1200V双向晶闸管的VFP电压更高，所以必须精心挑选晶闸管对耐受电压的要求，因为电压裕量过大将产生更高的导通峰压。

虽然脉冲电压器峰压测量值高于光耦双向晶闸管驱动电路的峰压测量值，但是EMI电磁干扰降低了，因为峰压现象每周期只出现一次，即混合继电器每关断一次才出现一次，且持续时间仅几微秒，所以，即使尺寸大，钕铁芯昂贵，成本高，脉冲变压器仍然是首选驱动解决方案。

图3: 混合继电器关断(a) – 双向晶闸管导通放大图 (b)

3. 降低VFP 峰压的小贴士

在控制电路设计中采纳几个简单的小贴士，有助于降低混合继电器的VFP现象。

最有实效的小贴士是控制继电器在负电流导通时关断。事实上，相对于正电流，负电流时VFP更低。图4所示的VFP电压测试条件与图3.b的VFP电压测试条件相同，只是正电流改为负电流。从图中不难看出，VFP电压降了二分之一，从正电流的11.6V降至负电流的5.5V。负电流VFP电压低的原因是，硅结构在第3象限导通比在第2象限(正A2-A1电压和负栅电流)更容易。

图4: 负关断电流时的VFP

第二个小贴士是提高双向晶闸管的栅极电流。以T2550-12G双向晶闸管为例，特别是对于正关断电流，当施加的栅极电流从额定的IGT 电流 (仅50 mA)提升到100 mA时，VFP 电压可以降低二分之一甚至三