三端双向可控硅开关是使用广泛的固态交流电源开关，用于控制 50/60Hz 甚至 400Hz 的交流电源负载、家用电器、商业和工业设备。它们旨在承受高阻断电压，同时传导极低的漏电流，或锁存到导通状态以响应栅极上的低电平电流脉冲来传导负载电流。
与所有功率半导体一样，三端双向可控硅开关可用于从 <1A 起的多种不同电流水平。在更高的电流下，将需要一个散热器来散热。由于其技术固有的固定压降，三端双向可控硅开关通常每安培负载电流的功耗约为 1 瓦特。
如果三端双向可控硅开关由于任何原因变得过热（Tj > Tj（max）），它可能会失去控制，即无法换向（在半周期结束时自行关闭）并继续导通，即使没有对栅极施加触发命令。这可能导致三端双向可控硅开关的热失控和破坏性故障，并可能造成负载故障。为避免此类危险，应用程序必须经过过度设计，以允许所有可能的故障或过载情况。过度设计策略可能包括：
比允许故障条件所需的更大的三端双向可控硅开关;
散热器大于允许故障情况所需的散热器;
外壳大于允许故障条件冷却所需的外壳;
额外的热保护;
额外的过流保护;
人为限制间歇性负载的占空比。
温度和过载保护三端双向可控硅开关 （TOPTriac） 不需要任何此类过度设计，因为它可以保护自己免受过热，在远低于其会失去控制的温度时自行关闭。这允许应用程序专门设计用于正常运行，因为 TOPTriac 将处理自己的热过载条件。
除了在复位前无限期闭锁的过温保护外，TOPTriac 还可以通过门反馈将其状态传回系统微控制器。系统可以何时正常导通或阻断，或者是否处于过热跳闸状态，无论是否应用了门触发命令。它能够将其状态传达给微控制器，这为设计人员提供了实现智能过载监控功能的独特机会，并根据应用需求应用手动或自动复位。
TOPTriac 的过温保护和智能监控功能提高了终产品的整体安全性，无需为故障情况进行过度设计，无需额外的保护元件，并减少了现场故障的可能性。
图 1.Triac 和 TOPTriac 符号。
运作方式
TOPTriac 基于 Ween 的平面钝化三象限 Hi-Com 可控硅技术，是一款具有基于半导体的片上热保护的固态交流电源开关。该保护功能会禁用三端双向可控硅元件，防止在芯片温度过高导致器件或电路失控和损坏之前导电。在 125°C 至 150°C 的结温下激活保护。
作为双象限器件，TOPTriac 仅由负栅极电流触发。
TOPTriac 像标准 Triac 一样，通过向其栅极施加电流来触发。触发电流可以是直流（用于连续导通）或脉冲（用于任何相位角）。脉冲触发需要向栅极施加额外的低电平连续直流泄放电流。泄放电流在 0.5mA – 2mA 范围内。
当 TOPTriac 进入过温保护状态时，“跳闸”，由于连续的直流栅极触发电流或泄放电流，即使在冷却后，它也会无限期地保持锁定状态。
通过移除并重新施加 DC 栅极驱动器来实现 Reset。如果 Tj 低于跳闸温度，则将恢复正常导通。
三象限 Hi-com Triac 和 TOPTriac 的比较
表 1：三象限 Hi-com Triac 和 TOPTriac 的比较
应用电路
TOPTriac 触发和门监控电路可以根据应用需要简单或复杂。简单的分立电路（开环、无监控或反馈、手动复位）可应用于低成本设计和简单系统，而对于带有微控制器的高端应用，则可进行全面状态监控以及手动或自动复位的任意组合。
具有手动复位功能的离散相位控制
TOPTriac 是一款双象限器件，IGT 为 5mA 至 35mA。采用至少 35mA 幅度和可调相位角的负栅极电流脉冲进行可变功率控制。通过 R7 施加 ~0.8mA 的泄放电流，以确保在过温跳变后继续闭锁。复位是通过暂时打开与门串联的开关来实现的。
图 2.离散相位控制电路。
分立相位控制电路的物料清单
表 2.分立相位控制电路的物料清单
微控制器控制
将 TOPTriac 与微控制器相结合可实现全部功能。触发可以是连续直流或带泄放电流的脉冲触发（脉冲持续时间 10μs）。栅极电压反馈指示 TOPTriac 的状态：
电源频率方波的存在意味着负载电流正在流动;
低电平连续直流偏移和无交流信号意味着过热跳闸。
栅极反馈还允许检测负载电流过零，因为栅极电压 AC 信号反映了负载电流。这对于三端双向可控硅开关至关重要，因为三端双向可控硅开关在电流（而不是电压）过零时换向，因此脉冲触发需要与电流过零同步以实现连续导通。
当 TOPTriac 进入超温跳闸状态时，微控制器将自发检测其状态，并在编程的时间延迟后自动发送警报信号。例如，允许循环通过超温跳闸可能很危险（例如，机器意外启动可能不安全）。在这种情况下，可以对系统进行编程以发送早期警告信号，用户可以自我评估并干预该过程，从而允许电路手动复位。
图 3.使用 3.3V 微控制器进行直流和脉冲触发。
TOPTriac 与标准 Triac
在此分析过程中，评估了 TOPTriac 的性能，并与标准 Triac 进行了比较。所使用的测试板设计为在 TOPTriac 和标准 Triac 上都能正常工作。将 WeEN 的标准三端双向可控硅 BTA312B-600CT 与 WeEN 的 TOPTriac TOP12-800CO 进行了比较。设备由微控制器控制，并以 900 的相位角触发，同时使用 1200W 加热元件作为负载。在一般环境、工作条件和超过 Tjmax 的极端温度环境下评估了功能。
在图 4a 中，显示了一般环境条件下栅极触发脉冲的波形和标准三端双向可控硅开关的负载电流。当栅极脉冲出现在其栅极上时，三端双向可控硅开关在每个半周期打开。然而，图 4b 中所示的 TOPTriac 波形与图 4a 没有什么不同。两种器件均按照数据表中的规定运行。
TOPTriac 与标准 Triac 在普通工作条件下的性能
图 4.TOPTriac 和普通工作条件下的标准三端双向可控硅性能。左：BTA312B-600CT 在正常运行条件下和 900 触发角度。右：TOP12-800CO 在正常运行条件下和 900 触发角度。
当环境温度超过 Tjmax 时，可以观察到标准 Triac 和 TOPTriac 之间的主要差异。从图 5a 中可以看出，标准 Triac 继续导通整个半周期，而没有将栅极信号施加到栅极，而不是预期的相位控制导通。在这种情况下，无法控制提供给负载的功率，并且在负载和三端双向可控硅中耗散更高的功率。这导致三端双向可控硅开关具有更高的过热和设备故障风险。相比之下，如图 5b 所示，当受到相同的超温条件时，TOPTriac 会自我保护并在达到其温度跳闸极关闭。不仅如此，在触发过温保护后，无论是否向栅极施加栅极脉冲，TOPTriac 都不会再次导通。
TOPTriac 和过热条件下的标准三端双向可控硅性能。
图 5.TOPTriac在过热条件下具有标准的三端双向可控硅性能。左：BTA312B-600CT 在过热条件下和 900 触发角。右：TOP12-800CO 在过热条件下和 900 触发角度。
