トライアック（双方向サイリスタ）が壊れた理由

質問

BTA41-600BRGというトライアックを壊しました

400V 6800uFの電解コンデンサを一瞬で放電させる（コイルガンです）ための無接点スイッチとして利用しましたが、二度ほど放電したら壊れてしまいました。
ゲートからの電流は、抵抗器が無かったためエネループ2本直列をそのままつないでいました。
トライアックにはコンデンサ兼の保護回路としてファーストリカバリーダイオード400V サージ150Aの物を4本並列につないであります。コイルは1Ωもない程度です。
これは、サージによるものなのか、それともゲートから過電流を流してしまったせいなのか、どちらでしょうか？

サージによる物である場合の質問ですが、トライアックは複数並列に接続すればそれだけ耐電流が上がる物なのでしょうか？

ゲートから過電流を流してしまった場合の質問ですが、その場合は何Ωほどの抵抗をかませばいいでしょうか？

トライアックのデータシート
http://akizukidenshi.com/download/bta41.pdf

回答No.3

anachrockt · ベストアンサー

コイルガンですね，失礼しました．
前回のモジュールが安心ですが，SH30J13Aでうまく行くかどうか．
SH30J13Aのデータシートはググればわかります．
ITSM＝600A，di/dt＝100A/usです．
コイルの関係式
VL＝L（diL/dt）
で，ターンオンのときVL＝400Vとすると，di/dtを満足する直列インダクタンスは
L≧4uH
以上必要になります．
前回書いたように，アノード直近に塩ビ管等に配線材で手巻きして作ります．

スタッドがアノードですから，取り付けたヒートシンク（必須）には高圧が掛かって危険です．
構造は危険の無いように設計してください．
どの程度のヒートシンクが必要かは，温度上昇で決めます．

ゲートは10V電源から半導体（今ならMOSFETでしょう）スイッチに直列に20Ω接続し，ゲート－カソード間に1kΩ入れておきます．
直列に入れる20Ωには，0.1uFと10Ωを直列接続したCRを並列に入れれば，大分安心できます．
di/dt耐量は，トリガが掛かるとチップのゲート電極近傍から徐々にオンしていくために電流が集中して過熱・破壊しないように定められています．
急速トリガでオンさせると，di/dt耐量も大きくなります．
そこで，20Ω//(0.1uF+10Ω)をゲートに直列に入れて，急速トリガさせるわけです．
これを0Ωにすると，ゲートの最大定格を超えてゲートが飛びます．
ノイズによる誤動作を防止するため，ゲート回路の配線はゲートとカソードの線を寄り合わせて，メインのカソード配線とは別々に行います．

補足

何回もありがとうございます。
良く探してみたらデータシートは見つかりました
di/dtとかその辺をどう計算すればいいのかや、実際インダクタがどのような働きをするのかについて、経験がないことから今一つ実感できないでいます。
そんな状態での質問ですが、発射装置のコイルには0.8mmのエナメル線10mを直径11mmのアクリルパイプに巻いた物を使用しています。
これはインダクタンスを満たすこととは関係はないのでしょうか

もうひとつ
SH30J13Aですが、2つ並列で繋げればdi/dtは倍になるのではと思うのですが、どうでしょうか

回答No.4

anachrockt

> di/dtとかその辺をどう計算すればいいのかや、実際インダクタがどのような働きをするのかについて、経験がないことから今一つ実感できないでいます。

経験ではなくて，知識の問題です．
電気回路の教科書を読めば理解できます．

> これはインダクタンスを満たすこととは関係はないのでしょうか

SH30J13Aが1個だけなら，多分4uHは不要です．

> 2つ並列で繋げればdi/dtは倍になるのではと思うのですが、どうでしょうか

先に説明したように，di/dtはチップ内部のミクロな話ですから，2つ並列で繋げて2倍になる保証はありません．
並列に繋げて倍にするには，バランス・コイル（各アノードに4uH）か，このような（図4）トランスによる均等分流回路を入れます．
http://www.tlm.co.jp/web/gijyutu/zaulas1.html

なお，サイリスタの本で日本語のものは多分入手不可能です．
英語ですが，これがまとまっています．
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/HBD855-D.PDF
これを見ればわかるように，ゲートはトランジスタのベースと同じですから，直接3Vの電池を接続すればトランジスタと同様に飛びます．
先に書いたように，必ず直列抵抗を入れます．

回答No.2

anachrockt

どんな設計をしているかわかりませんが，400V 6800uFにフル充電したときのエネルギーは
CV^2/2＝544[J]
です．つまり1秒で平均すると544[W]になります．
レールガンの効率がわかりませんが，多分ほとんどのエネルギーがサイリスタで消費されるんじゃないでしょうか？
先に紹介したのは小容量の放電用サイリスタで，大容量の場合には電力的には大物が必要です．
大物と言えば，通販ではRSオンラインのこれでしょうか？
IRKH142/12PBF
http://jp.rs-online.com/web/search/searchBrowseAction.html?method=getProduct&R=0301300

逆並列用のダイオードも入っていて好都合です．
dI/dtは300A/usで少し大きくなっています．
この値を守るには，レールガンのインダクタンスで充分かどうかですが，アノード直近に塩ビ管等に配線材で手巻きして1uHくらいのインダクタンスを作れば多分大丈夫でしょう．

ゲートは6V電源から半導体（今ならMOSFETでしょう）スイッチに直列に1Ω接続し，ゲート－カソード間に100Ω入れておきます．

補足

なかなか値が張りますね
ちょっと実験程度では出せない値段です
色々調べたのですが、
http://page11.auctions.yahoo.co.jp/jp/auction/n77112794
のサイリスタが
600V 常用30A di/dtが200Aで使えるのではないかと思いました。
データシートが手に入らないため、少し不安ではありますが
何か致命的なものがあればご指摘お願いします。
この辺りの計算をあまり分かっていないので、もうすこし勉強してみようと思います。

あと、レールガンではなくコイルガンです
コイルに一瞬高電圧を流すことによって磁力を発生させ、磁性体を発射する装置を作っています。
レールガンはローレンツ力とプラズマで物を飛ばす装置なので…

設計は単純にコンデンサにコイルとトライアックを繋げ、保護回路として並列にフライホイールダイオードを繋げただけの物です

回答No.1

anachrockt

> これは、サージによるものなのか、
> それともゲートから過電流を流してしまったせいなのか、
> どちらでしょうか？
普通はサージ電流によると考えられます．
サイリスタのサージ電流定格には，ピークオン電流，臨界オン電流上昇率，電流二乗時間積の3つがあります．
このなかでコンデンサを放電させるとき問題になるのは，臨界オン電流上昇率です．
BTA41-600BRGの臨界オン電流上昇率（dI/dt）は50A/usで小さすぎるようです．
コンデンサ放電用のサイリスタは各社から出ています．
たとえば，これはdI/dt＝1500A/usです．
http://www.niec.co.jp/products/pdf/tsn10a80.pdf
たとえば，これはdI/dt＝1200A/usです．
http://www.sanken-ele.co.jp/prod/semicon/pdf/tfc561dj.pdf

ゲートトリガ条件は，データシートに載っているからそれに従います．
不明な点は，メーカーに問い合わせれば，親切に教えてくれます．

補足

di/dtが低いというのはわかりました。
いろいろなものを見てみましたが、どれも通販では入手しがたい物ばかりです
高di/dt製品で入手しやすいものはありませんでしょうか？