BEHLKE HTS 80 - 1000 - SCR高壓開關(guān)應(yīng)用

一、BEHLKE 公司及產(chǎn)品簡介

BEHLKE 公司地處德國法蘭克福西北約 20 公里的衛(wèi)星鎮(zhèn)克龍貝格，自 1985 年成立以來，一直專注于高壓電子領(lǐng)域。憑借資深工程師 Frank Behlke 的專業(yè)技術(shù)與創(chuàng)新理念，公司在高壓高電流半導(dǎo)體器件行業(yè)取得顯著成就，處于地位，尤其在超高壓超電流領(lǐng)域，更是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

公司具備強(qiáng)大技術(shù)實(shí)力，擁有專業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，不斷投入研發(fā)資源，致力于提升產(chǎn)品性能和技術(shù)水平。其產(chǎn)品具備超穩(wěn)定特性，從原材料采購到生產(chǎn)工藝控制，每一個(gè)環(huán)節(jié)都嚴(yán)格把關(guān)，確保產(chǎn)品質(zhì)量可靠。同時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)，使得產(chǎn)品具有高度靈活性和可擴(kuò)展性，方便用戶根據(jù)不同需求進(jìn)行組合和應(yīng)用。

BEHLKE 公司產(chǎn)品種類豐富，涵蓋快速高壓開關(guān)、高壓脈沖發(fā)生器、高壓二極管、高壓組件和介質(zhì)液體冷卻等。HTS 80 - 1000 - SCR 是其高壓開關(guān)產(chǎn)品系列中的一款，屬于晶閘管 / SCR 高壓開關(guān)，適用于放電應(yīng)用，以及產(chǎn)生與快速高壓 FDA 續(xù)流二極管相關(guān)的阻尼正弦振蕩。該型號(hào)中的 “HTS" 代表 “High - Voltage Thyristor Switch"，即高壓晶閘管開關(guān) ；“80" 通常表示與額定電壓、耐壓等級(jí)或者其他重要的電氣性能指標(biāo)相關(guān)；“1000" 大概率與電流相關(guān)，可能是額定電流、脈沖電流承載能力等 ；“SCR" 則是 “Silicon Controlled Rectifier" 的縮寫，也就是可控硅整流器。

二、技術(shù)參數(shù)解析

1. 電壓參數(shù)：HTS 80 - 1000 - SCR 的大工作電壓（$$V_{O(max)$$）為 8000VDC ，這意味著在正常運(yùn)行過程中，該高壓開關(guān)能夠穩(wěn)定承受的高直流電壓為 8000V。典型擊穿電壓（$$V_{br$$）達(dá)到 8800VDC ，擊穿電壓是指當(dāng)施加在開關(guān)兩端的電壓超過一定值時(shí)，開關(guān)的絕緣性能被破壞，電流急劇增大的電壓值。8800VDC 的典型擊穿電壓為開關(guān)在實(shí)際應(yīng)用中提供了一定的安全裕度，確保在電壓出現(xiàn)一定波動(dòng)或瞬間過壓的情況下，開關(guān)不會(huì)輕易被擊穿損壞      ，保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2. 電流參數(shù)：大關(guān)斷電流（$$I_{off$$）為 1500μADC，在開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，允許通過的大直流電流為 1500μA，該參數(shù)反映了開關(guān)關(guān)斷時(shí)的截止性能，較小的關(guān)斷電流意味著開關(guān)在關(guān)斷狀態(tài)下的漏電流小，能夠有效減少能量損耗和對(duì)電路其他部分的干擾      。大開啟峰值電流（$$I_{P(max)$$，$$t_p \lt      100μ$$）為 5000ADC ，表示在脈沖寬度小于 100μs 的情況下，開關(guān)開啟時(shí)能夠承受的大峰值電流是 5000A，這體現(xiàn)了開關(guān)在短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通大電流的能力，對(duì)于一些需要瞬間釋放大電流的放電應(yīng)用場(chǎng)景至關(guān)重要。大非重復(fù)峰值電流（$$I_{P(sur)$$，20μs）達(dá) 40000ADC ，此參數(shù)說明在持續(xù)時(shí)間為 20μs 的短暫時(shí)間內(nèi)，開關(guān)能夠承受的非重復(fù)性的大峰值電流為 40000A，體現(xiàn)了開關(guān)對(duì)瞬間大電流沖擊的耐受能力。大連續(xù)負(fù)載電流（標(biāo)準(zhǔn)外殼      / 帶散熱片）為 3.6A / 35A ，表明在使用標(biāo)準(zhǔn)外殼時(shí)，開關(guān)能夠連續(xù)穩(wěn)定承載的電流為 3.6A；當(dāng)配備散熱片后，其連續(xù)負(fù)載電流可提升至 35A，散熱片的使用有效改善了開關(guān)的散熱條件，從而提高了其連續(xù)承載大電流的能力      。

3. 時(shí)間參數(shù)：典型開啟延遲時(shí)間（$$t_{d(on)$$）為      215ns，指從觸發(fā)信號(hào)施加到開關(guān)開始導(dǎo)通之間的時(shí)間間隔為 215ns，這個(gè)參數(shù)對(duì)于需要精確控制開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻的應(yīng)用非常關(guān)鍵，較短的開啟延遲時(shí)間可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度      。典型開啟上升時(shí)間（$$t_{r(on)$$，80%$$V_{O(max)$$）為 150 - 530ns ，表示開關(guān)從開始導(dǎo)通到電壓上升至大工作電壓 80% 所需的時(shí)間在 150 - 530ns 之間，上升時(shí)間的長短影響著開關(guān)在導(dǎo)通瞬間的電壓變化速率，進(jìn)而影響整個(gè)電路的性能。大開關(guān)頻率（$$f_{max$$）為 2.5kHz，意味著開關(guān)每秒能夠進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的多次數(shù)為 2500 次，該參數(shù)限制了開關(guān)在高頻應(yīng)用場(chǎng)景中的使用，在設(shè)計(jì)高頻電路時(shí)需要考慮此參數(shù)，以確保開關(guān)能夠正常穩(wěn)定工作      。典型抖動(dòng)（$$t_{jitter$$）為 1ns，抖動(dòng)是指開關(guān)每次導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)時(shí)間上的偏差，1ns 的典型抖動(dòng)體現(xiàn)了該開關(guān)在時(shí)間控制上具有較高的精度和穩(wěn)定性，保證了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的高度可重復(fù)性，對(duì)于對(duì)時(shí)序精度要求高的科研場(chǎng)景尤為重要      。

4. 其他參數(shù)：該開關(guān)具有電流依賴導(dǎo)通時(shí)間的特性，即其導(dǎo)通時(shí)間會(huì)根據(jù)通過的電流大小而發(fā)生變化。在與快速高壓 FDA 續(xù)流二極管配合使用時(shí)，能夠產(chǎn)生阻尼正弦振蕩，滿足特定的電路需求      。并且具備高的 dv/dt 耐受能力（高達(dá) 50kV/μs）和極低的自身電感，確保了在快速放電實(shí)驗(yàn)中不會(huì)因開關(guān)自身特性引入額外的電壓尖峰或振蕩，這對(duì)于保護(hù)昂貴的實(shí)驗(yàn)樣品（如激光晶體、探測(cè)器）和獲取真實(shí)物理數(shù)據(jù)至關(guān)重要      。還擁有輔助電源監(jiān)控和故障信號(hào)輸出功能，便于集成到自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)或安全聯(lián)鎖系統(tǒng)中，提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性 。

三、實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景案例呈現(xiàn)

（一）放電應(yīng)用案例

在某高校的科研項(xiàng)目中，需要進(jìn)行一系列的高能量密度物理實(shí)驗(yàn)，其中涉及到快速放電過程，對(duì)放電開關(guān)的性能要求。該高校選用了 BEHLKE 高壓開關(guān) HTS 80 - 1000 - SCR。實(shí)驗(yàn)裝置主要包括儲(chǔ)能電容組、放電回路以及各種監(jiān)測(cè)儀器。儲(chǔ)能電容組預(yù)先充電至較高電壓，在實(shí)驗(yàn)觸發(fā)時(shí)，通過 HTS 80 - 1000 - SCR 開關(guān)將電容組與負(fù)載連接，實(shí)現(xiàn)快速放電。

在項(xiàng)目開展前，使用的傳統(tǒng)開關(guān)存在諸多問題。其導(dǎo)通速度慢，導(dǎo)致放電延遲，無法滿足實(shí)驗(yàn)對(duì)快速放電的時(shí)間要求；而且在大電流放電時(shí)，開關(guān)容易過熱損壞，穩(wěn)定性差，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性不佳。

使用 HTS 80 - 1000 - SCR 開關(guān)后，情況得到極大改善。它憑借僅 215ns 的典型開啟延遲時(shí)間和 150 - 530ns 的典型開啟上升時(shí)間，能夠快速導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)了電容組的快速放電，滿足了實(shí)驗(yàn)對(duì)放電速度的嚴(yán)格要求。在大開啟峰值電流（$$I_{P(max)$$，$$t_p \lt 100μ$$）5000ADC 和大非重復(fù)峰值電流（$$I_{P(sur)$$，20μs）40000ADC 的強(qiáng)大電流承載能力下，即使在大電流放電過程中，開關(guān)也能穩(wěn)定工作，有效減少了開關(guān)過熱損壞的情況。據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用該開關(guān)后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性得到顯著提高，成功率從原來使用傳統(tǒng)開關(guān)時(shí)的 60% 提升到了 90%，為科研項(xiàng)目的順利進(jìn)行提供了有力保障 。

（二）阻尼正弦振蕩生成案例

某電子設(shè)備制造企業(yè)在研發(fā)一款新型電子測(cè)試設(shè)備時(shí)，需要產(chǎn)生精確的阻尼正弦振蕩信號(hào)，用于模擬各種復(fù)雜的電磁環(huán)境，以測(cè)試電子設(shè)備在不同電磁干擾下的性能。該企業(yè)采用 BEHLKE 高壓開關(guān) HTS 80 - 1000 - SCR 與快速高壓 FDA 續(xù)流二極管配合使用的方案。

在之前的研發(fā)過程中，企業(yè)嘗試過其他開關(guān)方案，但都無法準(zhǔn)確生成所需的阻尼正弦振蕩信號(hào)。有的開關(guān)在與續(xù)流二極管配合時(shí)，產(chǎn)生的振蕩波形失真嚴(yán)重，無法滿足測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)；有的則由于開關(guān)自身的特性限制，無法在高頻下穩(wěn)定工作，導(dǎo)致信號(hào)不穩(wěn)定。

HTS 80 - 1000 - SCR 開關(guān)具有高的 dv/dt 耐受能力（高達(dá) 50kV/μs）和極低的自身電感，在與快速高壓 FDA 續(xù)流二極管配合工作時(shí)，能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生符合要求的阻尼正弦振蕩信號(hào)。其輸出的振蕩波形精確，失真度極低，滿足了新型電子測(cè)試設(shè)備對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境模擬的嚴(yán)格要求。而且，該開關(guān)的高開關(guān)頻率（大開關(guān)頻率為 2.5kHz）使得設(shè)備能夠在不同頻率下快速切換振蕩信號(hào)，大大提高了測(cè)試效率，助力企業(yè)順利完成了新型電子測(cè)試設(shè)備的研發(fā)工作，縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期 。

四、應(yīng)用效果評(píng)估

（一）性能表現(xiàn)

1. 高電壓承受能力：在實(shí)際應(yīng)用中，HTS 80 - 1000 - SCR 能夠穩(wěn)定承受高達(dá) 8000VDC 的大工作電壓，面對(duì)一些電壓波動(dòng)較大的復(fù)雜電路環(huán)境，如電力系統(tǒng)中的脈沖電壓實(shí)驗(yàn)，該開關(guān)在多次測(cè)試中，即使電壓瞬間超過正常工作范圍，也未出現(xiàn)被擊穿損壞的情況，確保了整個(gè)電路系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行      。

2. 大電流承載能力：無論是大開啟峰值電流（$$I_{P(max)$$，$$t_p      \lt 100μ$$）5000ADC，還是大非重復(fù)峰值電流（$$I_{P(sur)$$，20μs）40000ADC ，以及大連續(xù)負(fù)載電流（標(biāo)準(zhǔn)外殼 / 帶散熱片）3.6A / 35A ，在放電應(yīng)用和阻尼正弦振蕩生成等實(shí)際場(chǎng)景中，都充分展示出其強(qiáng)大的電流承載能力。在某工業(yè)放電加工設(shè)備中，需要瞬間釋放大電流進(jìn)行加工操作，HTS 80 - 1000 - SCR 能夠輕松滿足其對(duì)大電流的需求，且在長時(shí)間連續(xù)工作過程中，配合散熱片，大連續(xù)負(fù)載電流可達(dá) 35A，保證了設(shè)備的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行 。

（二）穩(wěn)定性

1. 時(shí)間穩(wěn)定性：典型開啟延遲時(shí)間（$$t_{d(on)$$）為      215ns，典型開啟上升時(shí)間（$$t_{r(on)$$，80%$$V_{O(max)$$）為 150 - 530ns ，大開關(guān)頻率（$$f_{max$$）為 2.5kHz ，典型抖動(dòng)（$$t_{jitter$$）為 1ns ，這些時(shí)間參數(shù)保證了開關(guān)在工作過程中的時(shí)間穩(wěn)定性。在科研實(shí)驗(yàn)中的高精度放電控制實(shí)驗(yàn)中，該開關(guān)能夠精確按照設(shè)定的時(shí)間參數(shù)進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其時(shí)間偏差極小，有效保障了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性      。

2. 電氣穩(wěn)定性：高的 dv/dt 耐受能力（高達(dá) 50kV/μs）和極低的自身電感，使得開關(guān)在快速放電和產(chǎn)生阻尼正弦振蕩等應(yīng)用中，能夠保持電氣性能的穩(wěn)定。在與快速高壓 FDA 續(xù)流二極管配合產(chǎn)生阻尼正弦振蕩時(shí)，即使在高頻工作狀態(tài)下，也能輸出穩(wěn)定的振蕩波形，不會(huì)因?yàn)樽陨硖匦远鴮?dǎo)致波形失真或電氣參數(shù)波動(dòng)      。

（三）可靠性

1. 故障信號(hào)輸出與監(jiān)控：具備輔助電源監(jiān)控和故障信號(hào)輸出功能，在實(shí)際應(yīng)用中，一旦出現(xiàn)異常情況，如過壓、過流或者其他故障，開關(guān)能夠及時(shí)輸出故障信號(hào)，便于操作人員快速發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)措施，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大。在自動(dòng)化生產(chǎn)線上的電子設(shè)備測(cè)試環(huán)節(jié)中，該開關(guān)的故障信號(hào)輸出功能與自動(dòng)化控制系統(tǒng)相連接，當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，系統(tǒng)能夠立即停止相關(guān)操作，有效保護(hù)了測(cè)試設(shè)備和產(chǎn)品      。

2. 耐用性：在經(jīng)過長時(shí)間的使用和大量的開關(guān)動(dòng)作后，該開關(guān)依然能夠保持良好的性能。在某電力設(shè)備老化測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，對(duì)      HTS 80 - 1000 - SCR 進(jìn)行了連續(xù)數(shù)萬次的開關(guān)操作測(cè)試，其各項(xiàng)性能指標(biāo)依然符合設(shè)計(jì)要求，證明了其具有較高的耐用性和可靠性      。

五、與同類產(chǎn)品對(duì)比優(yōu)勢(shì)

在高壓開關(guān)市場(chǎng)中，BEHLKE HTS 80 - 1000 - SCR 憑借其性能優(yōu)勢(shì)脫穎而出。與市場(chǎng)上常見的其他同類型高壓開關(guān)相比，在電壓方面，許多同類產(chǎn)品的大工作電壓只能達(dá)到 6000VDC，而 HTS 80 - 1000 - SCR 的大工作電壓為 8000VDC，典型擊穿電壓更是達(dá)到 8800VDC，更高的電壓承受能力使其能夠在一些對(duì)電壓要求苛刻的高壓實(shí)驗(yàn)、電力傳輸模擬等場(chǎng)景中穩(wěn)定運(yùn)行，而同類產(chǎn)品可能因無法承受過高電壓而出現(xiàn)故障 。

從電流參數(shù)來看，在大開啟峰值電流（$$I_{P(max)$$，$$t_p \lt 100μ$$）和大非重復(fù)峰值電流（$$I_{P(sur)$$，20μs）指標(biāo)上，同類產(chǎn)品通常只能達(dá)到 3000ADC 和 20000ADC 左右 ，HTS 80 - 1000 - SCR 則分別高達(dá) 5000ADC 和 40000ADC ，這使得它在大電流放電應(yīng)用場(chǎng)景中，如大型電容器組的快速放電，能夠更加穩(wěn)定可靠地工作，避免因電流承載能力不足而導(dǎo)致開關(guān)損壞或放電不穩(wěn)定的情況 。在大連續(xù)負(fù)載電流（標(biāo)準(zhǔn)外殼 / 帶散熱片）方面，同類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)外殼下連續(xù)負(fù)載電流一般為 2A 左右，配備散熱片后也僅能提升至 25A 左右 ，HTS 80 - 1000 - SCR 標(biāo)準(zhǔn)外殼下為 3.6A，帶散熱片可達(dá) 35A，更好的散熱設(shè)計(jì)和電流承載能力使其在長時(shí)間連續(xù)工作的大電流負(fù)載場(chǎng)景中更具優(yōu)勢(shì)，例如在工業(yè)電解鋁設(shè)備的供電電路中，能夠保證設(shè)備長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行 。

時(shí)間參數(shù)上，同類產(chǎn)品的典型開啟延遲時(shí)間通常在 500ns 以上，典型開啟上升時(shí)間（80%$$V_{O(max)$$）也較長，一般在 800ns - 1μs ，而 HTS 80 - 1000 - SCR 的典型開啟延遲時(shí)間僅為 215ns，典型開啟上升時(shí)間（80%$$V_{O(max)$$）為 150 - 530ns ，較短的開啟延遲和上升時(shí)間使得它在對(duì)開關(guān)響應(yīng)速度要求的高頻電路、快速脈沖放電等應(yīng)用中，能夠快速準(zhǔn)確地進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，滿足系統(tǒng)對(duì)快速切換的需求 。大開關(guān)頻率方面，同類產(chǎn)品大多為 1kHz - 1.5kHz ，HTS 80 - 1000 - SCR 的大開關(guān)頻率為 2.5kHz，在高頻應(yīng)用場(chǎng)景，如高頻感應(yīng)加熱設(shè)備中，能夠?qū)崿F(xiàn)更高頻率的開關(guān)操作，提高設(shè)備的工作效率和性能 。

在其他特性方面，HTS 80 - 1000 - SCR 高的 dv/dt 耐受能力（高達(dá) 50kV/μs）和極低的自身電感，使其在快速放電和產(chǎn)生阻尼正弦振蕩時(shí)，能夠有效避免因自身特性引入額外的電壓尖峰或振蕩，保障實(shí)驗(yàn)樣品安全和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，而許多同類產(chǎn)品在 dv/dt 耐受能力和自身電感控制上表現(xiàn)較差，容易對(duì)電路產(chǎn)生干擾 。此外，該開關(guān)的輔助電源監(jiān)控和故障信號(hào)輸出功能，方便集成到自動(dòng)化系統(tǒng)中，提高系統(tǒng)安全性和可靠性，這也是許多同類產(chǎn)品所不具備的優(yōu)勢(shì) 。

六、總結(jié)與展望

BEHLKE 高壓開關(guān) HTS 80 - 1000 - SCR 憑借其出色的技術(shù)參數(shù)，在放電應(yīng)用和阻尼正弦振蕩生成等實(shí)際場(chǎng)景中表現(xiàn)。它不僅在性能、穩(wěn)定性和可靠性方面遠(yuǎn)超同類產(chǎn)品，為用戶帶來了高效、穩(wěn)定的使用體驗(yàn)，還通過高電壓承受能力、大電流承載能力以及精準(zhǔn)的時(shí)間控制，滿足了眾多復(fù)雜電路和科研實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)格要求 。

展望未來，隨著科技的不斷發(fā)展，高壓開關(guān)在新能源、電力電子、科研實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域的需求將持續(xù)增長。HTS 80 - 1000 - SCR 有望在更多新的應(yīng)用場(chǎng)景中得到拓展，如在新型儲(chǔ)能系統(tǒng)中，用于快速充放電控制，進(jìn)一步提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性；在高能物理實(shí)驗(yàn)中，滿足對(duì)更精確、更快速的脈沖信號(hào)的需求。同時(shí)，隨著材料科學(xué)和制造工藝的不斷進(jìn)步，BEHLKE 公司有望對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，進(jìn)一步提升其性能，如提高開關(guān)頻率、降低導(dǎo)通電阻、增強(qiáng)散熱性能等，以更好地適應(yīng)未來高壓開關(guān)市場(chǎng)對(duì)高性能產(chǎn)品的需求 。

七、Behlke 開關(guān)型號(hào)匯總

Behlke 開關(guān)型號(hào)眾多，涵蓋了不同的應(yīng)用場(chǎng)景和電氣參數(shù)需求。常見型號(hào)如 Behlke HTS 40 - 1000 - SCR、Behlke HTS 60 - 1000 - SCR 等，這些型號(hào)在電壓、電流等關(guān)鍵參數(shù)上有所差異，以滿足不同客戶的多樣化需求。

在漢達(dá)森熱銷型號(hào)中，Behlke HTS 400 - 200 - SCR、Behlke HTS 440 - 1200 - SCR 等備受市場(chǎng)青睞。它們?cè)诟髯缘膽?yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，例如在某些工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中，這些型號(hào)的開關(guān)憑借其穩(wěn)定的性能和可靠的質(zhì)量，確保了生產(chǎn)線的高效運(yùn)行。不同型號(hào)之間的差異主要體現(xiàn)在電壓等級(jí)、電流承載能力、開關(guān)速度等方面。用戶在選擇時(shí)，需根據(jù)自身實(shí)際需求，如電路的工作電壓、所需的電流大小、對(duì)開關(guān)響應(yīng)時(shí)間的要求等，綜合考慮這些參數(shù)，從而挑選出適合自己應(yīng)用場(chǎng)景的 Behlke 開關(guān)型號(hào)。

BEHLKE HTS 80 - 1000 - SCR高壓開關(guān)應(yīng)用