BEHLKE HTS 80 - 1000 - SCR高壓開關應用

BEHLKE HTS 80 - 1000 - SCR高壓開關應用

一、BEHLKE 公司及產品簡介

BEHLKE 公司地處德國法蘭克福西北約 20 公里的衛星鎮克龍貝格，自 1985 年成立以來，一直專注于高壓電子領域。憑借資深工程師 Frank Behlke 的專業技術與創新理念，公司在高壓高電流半導體器件行業取得顯著成就，處于地位，尤其在超高壓超電流領域，更是行業標準。

公司具備強大技術實力，擁有專業研發團隊，不斷投入研發資源，致力于提升產品性能和技術水平。其產品具備超穩定特性，從原材料采購到生產工藝控制，每一個環節都嚴格把關，確保產品質量可靠。同時，采用標準模塊化設計，使得產品具有高度靈活性和可擴展性，方便用戶根據不同需求進行組合和應用。

BEHLKE 公司產品種類豐富，涵蓋快速高壓開關、高壓脈沖發生器、高壓二極管、高壓組件和介質液體冷卻等。HTS 80 - 1000 - SCR 是其高壓開關產品系列中的一款，屬于晶閘管 / SCR 高壓開關，適用于放電應用，以及產生與快速高壓 FDA 續流二極管相關的阻尼正弦振蕩。該型號中的 “HTS" 代表 “High - Voltage Thyristor Switch"，即高壓晶閘管開關 ；“80" 通常表示與額定電壓、耐壓等級或者其他重要的電氣性能指標相關；“1000" 大概率與電流相關，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、技術參數解析

1. 電壓參數：HTS 80 - 1000 - SCR 的大工作電壓（$$V_{O(max)$$）為 8000VDC ，這意味著在正常運行過程中，該高壓開關能夠穩定承受的高直流電壓為 8000V。典型擊穿電壓（$$V_{br$$）達到 8800VDC ，擊穿電壓是指當施加在開關兩端的電壓超過一定值時，開關的絕緣性能被破壞，電流急劇增大的電壓值。8800VDC 的典型擊穿電壓為開關在實際應用中提供了一定的安全裕度，確保在電壓出現一定波動或瞬間過壓的情況下，開關不會輕易被擊穿損壞      ，保障了系統的穩定性和可靠性。

2. 電流參數：大關斷電流（$$I_{off$$）為 1500μADC，在開關處于關斷狀態時，允許通過的大直流電流為 1500μA，該參數反映了開關關斷時的截止性能，較小的關斷電流意味著開關在關斷狀態下的漏電流小，能夠有效減少能量損耗和對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，開關開啟時能夠承受的大峰值電流是 5000A，這體現了開關在短時間內導通大電流的能力，對于一些需要瞬間釋放大電流的放電應用場景至關重要。大非重復峰值電流（$$I_{P(sur)$$，20μs）達 40000ADC ，此參數說明在持續時間為 20μs 的短暫時間內，開關能夠承受的非重復性的大峰值電流為 40000A，體現了開關對瞬間大電流沖擊的耐受能力。大連續負載電流（標準外殼      / 帶散熱片）為 3.6A / 35A ，表明在使用標準外殼時，開關能夠連續穩定承載的電流為 3.6A；當配備散熱片后，其連續負載電流可提升至 35A，散熱片的使用有效改善了開關的散熱條件，從而提高了其連續承載大電流的能力      。

3. 時間參數：典型開啟延遲時間（$$t_{d(on)$$）為      215ns，指從觸發信號施加到開關開始導通之間的時間間隔為 215ns，這個參數對于需要精確控制開關導通時刻的應用非常關鍵，較短的開啟延遲時間可以提高系統的響應速度和控制精度      。典型開啟上升時間（$$t_{r(on)$$，80%$$V_{O(max)$$）為 150 - 530ns ，表示開關從開始導通到電壓上升至大工作電壓 80% 所需的時間在 150 - 530ns 之間，上升時間的長短影響著開關在導通瞬間的電壓變化速率，進而影響整個電路的性能。大開關頻率（$$f_{max$$）為 2.5kHz，意味著開關每秒能夠進行開關動作的多次數為 2500 次，該參數限制了開關在高頻應用場景中的使用，在設計高頻電路時需要考慮此參數，以確保開關能夠正常穩定工作      。典型抖動（$$t_{jitter$$）為 1ns，抖動是指開關每次導通或關斷時時間上的偏差，1ns 的典型抖動體現了該開關在時間控制上具有較高的精度和穩定性，保證了實驗數據的高度可重復性，對于對時序精度要求高的科研場景尤為重要      。

4. 其他參數：該開關具有電流依賴導通時間的特性，即其導通時間會根據通過的電流大小而發生變化。在與快速高壓 FDA 續流二極管配合使用時，能夠產生阻尼正弦振蕩，滿足特定的電路需求      。并且具備高的 dv/dt 耐受能力（高達 50kV/μs）和極低的自身電感，確保了在快速放電實驗中不會因開關自身特性引入額外的電壓尖峰或振蕩，這對于保護昂貴的實驗樣品（如激光晶體、探測器）和獲取真實物理數據至關重要      。還擁有輔助電源監控和故障信號輸出功能，便于集成到自動化實驗平臺或安全聯鎖系統中，提高了系統的安全性和可靠性 。

三、實際應用場景案例呈現

（一）放電應用案例

在某高校的科研項目中，需要進行一系列的高能量密度物理實驗，其中涉及到快速放電過程，對放電開關的性能要求。該高校選用了 BEHLKE 高壓開關 HTS 80 - 1000 - SCR。實驗裝置主要包括儲能電容組、放電回路以及各種監測儀器。儲能電容組預先充電至較高電壓，在實驗觸發時，通過 HTS 80 - 1000 - SCR 開關將電容組與負載連接，實現快速放電。

在項目開展前，使用的傳統開關存在諸多問題。其導通速度慢，導致放電延遲，無法滿足實驗對快速放電的時間要求；而且在大電流放電時，開關容易過熱損壞，穩定性差，使得實驗結果的重復性不佳。

使用 HTS 80 - 1000 - SCR 開關后，情況得到極大改善。它憑借僅 215ns 的典型開啟延遲時間和 150 - 530ns 的典型開啟上升時間，能夠快速導通，實現了電容組的快速放電，滿足了實驗對放電速度的嚴格要求。在大開啟峰值電流（$$I_{P(max)$$，$$t_p \lt 100μ$$）5000ADC 和大非重復峰值電流（$$I_{P(sur)$$，20μs）40000ADC 的強大電流承載能力下，即使在大電流放電過程中，開關也能穩定工作，有效減少了開關過熱損壞的情況。據實驗數據統計，使用該開關后，實驗結果的重復性得到顯著提高，成功率從原來使用傳統開關時的 60% 提升到了 90%，為科研項目的順利進行提供了有力保障 。

（二）阻尼正弦振蕩生成案例

某電子設備制造企業在研發一款新型電子測試設備時，需要產生精確的阻尼正弦振蕩信號，用于模擬各種復雜的電磁環境，以測試電子設備在不同電磁干擾下的性能。該企業采用 BEHLKE 高壓開關 HTS 80 - 1000 - SCR 與快速高壓 FDA 續流二極管配合使用的方案。

在之前的研發過程中，企業嘗試過其他開關方案，但都無法準確生成所需的阻尼正弦振蕩信號。有的開關在與續流二極管配合時，產生的振蕩波形失真嚴重，無法滿足測試標準；有的則由于開關自身的特性限制，無法在高頻下穩定工作，導致信號不穩定。

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

四、應用效果評估

（一）性能表現

1. 高電壓承受能力：在實際應用中，HTS 80 - 1000 - SCR 能夠穩定承受高達 8000VDC 的大工作電壓，面對一些電壓波動較大的復雜電路環境，如電力系統中的脈沖電壓實驗，該開關在多次測試中，即使電壓瞬間超過正常工作范圍，也未出現被擊穿損壞的情況，確保了整個電路系統的穩定運行      。

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，還是大非重復峰值電流（$$I_{P(sur)$$，20μs）40000ADC ，以及大連續負載電流（標準外殼 / 帶散熱片）3.6A / 35A ，在放電應用和阻尼正弦振蕩生成等實際場景中，都充分展示出其強大的電流承載能力。在某工業放電加工設備中，需要瞬間釋放大電流進行加工操作，HTS 80 - 1000 - SCR 能夠輕松滿足其對大電流的需求，且在長時間連續工作過程中，配合散熱片，大連續負載電流可達 35A，保證了設備的持續穩定運行 。

（二）穩定性

1. 時間穩定性：典型開啟延遲時間（$$t_{d(on)$$）為      215ns，典型開啟上升時間（$$t_{r(on)$$，80%$$V_{O(max)$$）為 150 - 530ns ，大開關頻率（$$f_{max$$）為 2.5kHz ，典型抖動（$$t_{jitter$$）為 1ns ，這些時間參數保證了開關在工作過程中的時間穩定性。在科研實驗中的高精度放電控制實驗中，該開關能夠精確按照設定的時間參數進行開關動作，多次實驗結果表明，其時間偏差極小，有效保障了實驗數據的準確性和可靠性      。

2. 電氣穩定性：高的 dv/dt 耐受能力（高達 50kV/μs）和極低的自身電感，使得開關在快速放電和產生阻尼正弦振蕩等應用中，能夠保持電氣性能的穩定。在與快速高壓 FDA 續流二極管配合產生阻尼正弦振蕩時，即使在高頻工作狀態下，也能輸出穩定的振蕩波形，不會因為自身特性而導致波形失真或電氣參數波動      。

（三）可靠性

1. 故障信號輸出與監控：具備輔助電源監控和故障信號輸出功能，在實際應用中，一旦出現異常情況，如過壓、過流或者其他故障，開關能夠及時輸出故障信號，便于操作人員快速發現并采取相應措施，避免故障進一步擴大。在自動化生產線上的電子設備測試環節中，該開關的故障信號輸出功能與自動化控制系統相連接，當檢測到故障時，系統能夠立即停止相關操作，有效保護了測試設備和產品      。

2. 耐用性：在經過長時間的使用和大量的開關動作后，該開關依然能夠保持良好的性能。在某電力設備老化測試實驗中，對      HTS 80 - 1000 - SCR 進行了連續數萬次的開關操作測試，其各項性能指標依然符合設計要求，證明了其具有較高的耐用性和可靠性      。

五、與同類產品對比優勢

在高壓開關市場中，BEHLKE HTS 80 - 1000 - SCR 憑借其性能優勢脫穎而出。與市場上常見的其他同類型高壓開關相比，在電壓方面，許多同類產品的大工作電壓只能達到 6000VDC，而 HTS 80 - 1000 - SCR 的大工作電壓為 8000VDC，典型擊穿電壓更是達到 8800VDC，更高的電壓承受能力使其能夠在一些對電壓要求苛刻的高壓實驗、電力傳輸模擬等場景中穩定運行，而同類產品可能因無法承受過高電壓而出現故障 。

從電流參數來看，在大開啟峰值電流（$$I_{P(max)$$，$$t_p \lt 100μ$$）和大非重復峰值電流（$$I_{P(sur)$$，20μs）指標上，同類產品通常只能達到 3000ADC 和 20000ADC 左右 ，HTS 80 - 1000 - SCR 則分別高達 5000ADC 和 40000ADC ，這使得它在大電流放電應用場景中，如大型電容器組的快速放電，能夠更加穩定可靠地工作，避免因電流承載能力不足而導致開關損壞或放電不穩定的情況 。在大連續負載電流（標準外殼 / 帶散熱片）方面，同類產品標準外殼下連續負載電流一般為 2A 左右，配備散熱片后也僅能提升至 25A 左右 ，HTS 80 - 1000 - SCR 標準外殼下為 3.6A，帶散熱片可達 35A，更好的散熱設計和電流承載能力使其在長時間連續工作的大電流負載場景中更具優勢，例如在工業電解鋁設備的供電電路中，能夠保證設備長時間穩定運行 。

時間參數上，同類產品的典型開啟延遲時間通常在 500ns 以上，典型開啟上升時間（80%$$V_{O(max)$$）也較長，一般在 800ns - 1μs ，而 HTS 80 - 1000 - SCR 的典型開啟延遲時間僅為 215ns，典型開啟上升時間（80%$$V_{O(max)$$）為 150 - 530ns ，較短的開啟延遲和上升時間使得它在對開關響應速度要求的高頻電路、快速脈沖放電等應用中，能夠快速準確地進行開關動作，滿足系統對快速切換的需求 。大開關頻率方面，同類產品大多為 1kHz - 1.5kHz ，HTS 80 - 1000 - SCR 的大開關頻率為 2.5kHz，在高頻應用場景，如高頻感應加熱設備中，能夠實現更高頻率的開關操作，提高設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 50kV/μs）和極低的自身電感，使其在快速放電和產生阻尼正弦振蕩時，能夠有效避免因自身特性引入額外的電壓尖峰或振蕩，保障實驗樣品安全和數據準確性，而許多同類產品在 dv/dt 耐受能力和自身電感控制上表現較差，容易對電路產生干擾 。此外，該開關的輔助電源監控和故障信號輸出功能，方便集成到自動化系統中，提高系統安全性和可靠性，這也是許多同類產品所不具備的優勢 。

六、總結與展望

BEHLKE 高壓開關 HTS 80 - 1000 - SCR 憑借其出色的技術參數，在放電應用和阻尼正弦振蕩生成等實際場景中表現。它不僅在性能、穩定性和可靠性方面遠超同類產品，為用戶帶來了高效、穩定的使用體驗，還通過高電壓承受能力、大電流承載能力以及精準的時間控制，滿足了眾多復雜電路和科研實驗的嚴格要求 。

展望未來，隨著科技的不斷發展，高壓開關在新能源、電力電子、科研實驗等領域的需求將持續增長。HTS 80 - 1000 - SCR 有望在更多新的應用場景中得到拓展，如在新型儲能系統中，用于快速充放電控制，進一步提高儲能系統的效率和穩定性；在高能物理實驗中，滿足對更精確、更快速的脈沖信號的需求。同時，隨著材料科學和制造工藝的不斷進步，BEHLKE 公司有望對該產品進行技術升級，進一步提升其性能，如提高開關頻率、降低導通電阻、增強散熱性能等，以更好地適應未來高壓開關市場對高性能產品的需求 。

七、Behlke 開關型號匯總

Behlke 開關型號眾多，涵蓋了不同的應用場景和電氣參數需求。常見型號如 Behlke HTS 40 - 1000 - SCR、Behlke HTS 60 - 1000 - SCR 等，這些型號在電壓、電流等關鍵參數上有所差異，以滿足不同客戶的多樣化需求。

在漢達森熱銷型號中，Behlke HTS 400 - 200 - SCR、Behlke HTS 440 - 1200 - SCR 等備受市場青睞。它們在各自的應用領域展現出優勢，例如在某些工業自動化生產線中，這些型號的開關憑借其穩定的性能和可靠的質量，確保了生產線的高效運行。不同型號之間的差異主要體現在電壓等級、電流承載能力、開關速度等方面。用戶在選擇時，需根據自身實際需求，如電路的工作電壓、所需的電流大小、對開關響應時間的要求等，綜合考慮這些參數，從而挑選出適合自己應用場景的 Behlke 開關型號。

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