可控硅基础知识讲座

可 控 硅 基 础 知 识 讲 座2009-02-25 单 向 可 控 硅 等 效 结 构 单 向 可 控 硅 晶 体 管 模 型 KG KG 玻 璃 钝 化玻 璃 钝 化 单 向 可 控 硅 平 面 和 纵 向 结 构 栅 极 悬 空 时 ， BG 1和 BG 2截 止 ,没 有 电 流 流 过 负 载电 阻 RL。 栅 极 输 入 一 个 正 脉 冲 电 压时 ,BG 2道 通 ， VCE(BG2)下降 ， VBE(BG 1)升 高 。 正 反 馈 过 程 使 BG 1和 BG 2进 入 饱 和 道 通 状 态 。 电 路 很 快 从 截 止 状 态 进 入道 通 状 态 。 由 于 正 反 馈 的 作 用 栅 极 没有 触 发 将 保 持 道 通 状 态 不变 。可 控 硅 工 作 原 理 -导 通 可 控 硅 工 作 原 理 -截 止阳 极 和 阴 极 加 上 反 向 电 压BG 1和 BG 2截 止 。加 大 负 载 电 阻 RL使 电 路 电流 减 少 BG 1和 BG 2的 基 电 流也 将 减 少 。当 减 少 到 某 一 个 值 时 由 于 电路 的 正 反 馈 作 用 ， 电 路 翻 转为 截 止 状 态 。这 个 电 流 为 维 持 电 流 。 关 闭 电 流 （ IL) 单 向 可 控 硅 I-V曲 线 正 向 导 通 电 压 （ VTM)正 向 导 通 电 流 (IT)正 向 漏 电 流 （ Idrm)击 穿 电 压 (Vdrm)反 向 漏 电 流 （ Irm)击 穿 电 压 (Vrm) 维 持 电 流 （ IH )闭 锁 电 流 （ IL） 单 向 可 控 硅 反 向 特 性 条 件 ： 控 制 极 开 路 ， 阳极 加 上 反 向 电 压 时 分 析 ： J2结 正 偏 ， 但 J1、J2结 反 偏 。 当 J1， J3结的 雪 崩 击 穿 后 ， 电 流 迅速 增 加 ， 如 特 性 O R段 所示 ， 弯 曲 处 的 电 压URRM叫 反 向 转 折 电 压 ，也 叫 反 向 重 复 峰 值 电 压 。 结 果 ： 可 控 硅 会 发 生 永久 性 反 向 击 穿 。 单 向 可 控 硅 正 向 特 性条 件 ： 控 制 极 开 路 ，阳 极 加 正 向 电 压分 析 ： J1、 J3结 正 偏 ，J2结 反 偏 ， 这 与 普 通 PN结 的 反 向 特 性 相 似 ， 也只 能 流 过 很 小 电 流 ， 如特 性 OA段 所 示 ， 弯 曲 处的 是 UDRM叫 ： 正 向 转 折电 压 ， 也 叫 断 态 重 复 峰值 电 压 。结 果 ： 正 向 阻 断 状 态 。 单 向 可 控 硅 负 阻 特 性 及 导 通 条 件 ： J2结 的 雪 崩 击 穿 分 析 ： J2结 的 雪 崩 击 穿 后 J2结 发 生 雪 崩 倍 增 效 应 ， J2结变 成 正 偏 ， 只 要 电 流 稍 增 加 ，电 压 便 迅 速 下 降 。 结 果 ： 出 现 所 谓 负 阻 特 性 正 向 导 通 条 件 ： 电 流 继 续 增 加 分 析 ： J1、 J2、 J3三 个 结 均处 于 正 偏 ， 它 的 特 性 与 普 通的 PN结 正 向 特 性 相 似 ， 结 果 ： 可 控 硅 便 进 入 正 向 导 电 状 态-通 态 ， 单 向 可 控 硅 触 发 导 通 条 件 ： 控 制 极 G 上 加 入正 向 电 压 分 析 ： J3正 偏 ， 形 成触 发 电 流 IGT。 内 部 形成 正 反 馈 ， 加 上 IGT的作 用 ， 图 中 的 伏 安 特性 OA段 左 移 ， IGT越 大 ，特 性 左 移 越 快 。 结 果 ： 可 控 硅 提 前 导通 。 状 态 条 件 说 明从 关 断 到 导通 1、 阳 极 电 位 高 于 是 阴 极 电 位2、 控 制 极 有 足 够 的 正 向 电 压和 电 流 两 者 缺一 不 可 维 持 导 通 1、 阳 极 电 位 高 于 阴 极 电 位2、 阳 极 电 流 大 于 维 持 电 流 两 者 缺一 不 可 从 导 通 到 关断 1、 阳 极 电 位 低 于 阴 极 电 位2、 阳 极 电 流 小 于 维 持 电 流 任 一 条件 即 可 单 向 可 控 硅 导 通 和 关 断 条 件 单 向 可 控 硅 电 参 数序 号 参 数 符 号1 额 定 通 态 峰 值 电 流 IT(RMS)2 额 定 通 态 平 均 电 流 IT(AV)3 不 重 复 通 态 浪 涌 电 流 IT(TSM)4 断 态 重 复 峰 值 电 压 VDRM5 反 向 重 复 峰 值 电 压 VRRM6 断 态 重 复 平 均 电 流 I DRM7 反 向 重 复 平 均 电 流 IRRM8 通 态 平 均 电 压 VTM9 控 制 极 触 发 电 流 IGT10 控 制 极 触 发 电 压 VGT 单 向 可 控 硅 电 参 数序 号 参 数 符 号11 门 极 （ 触 发 极 ） 峰 值 电 流 I(GM)12 门 极 （ 触 发 极 ） 峰 值 电 压 V(GM)13 门 极 （ 触 发 极 ） 反 向 峰 值 电 压 V(RGM)14 门 极 （ 触 发 极 ） 峰 值 功 耗 P(GM)15 门 极 （ 触 发 极 ） 平 均 功 耗 PG (AV)16 断 态 电 压 换 向 变 化 率 dVD/dt17 通 态 电 流 换 向 变 化 率 dIT/dt18 控 制 极 触 发 导 通 时 间 tgt19 维 持 电 流 IH20 关 闭 电 流 IL 双 向 可 控 硅 等 效 结 构 双 向 可 控 硅 触 发 模 式 双 向 可 控 硅 触 发 命 名 双 向 可 控 硅 平 面 和 纵 向 结 构KG T1G 铜 芯 线 电 流 估 算双 向 可 控 硅 I-V曲 线 双 向 可 控 硅 优 缺 点优 点 ：双 向 可 控 硅 可 以 用 门 极 和 T1 间 的 正 向 或 负 向 电 流触 发 。 因 而 能 在 四 个 “ 象 限 ” 触 发缺 点 ：1. 高 IG T - 需 要 高 峰 值 IG 。2. 由 IG 触 发 到 负 载 电 流 开 始 流 动 ， 两 者 之 间 迟 后时 间 较 长 要 求 IG 维 持 较 长 时 间 。3. 低 得 多 的 dIT/dt 承 受 能 力 若 控 制 负 载 具 有高 dI/dt 值 （ 例 如 白 炽 灯 的 冷 灯 丝 ） ， 门 极 可 能 发生 强 烈 退 化 。4. 高 IL 值 （ 1-工 况 亦 如 此 ） 对 于 很 小 的 负 载 ，若 在 电 源 半 周 起 始 点 导 通 ， 可 能 需 要 较 长 时 间 的IG ， 才 能 让 负 载 电 流 达 到 较 高 的 IL。 双 向 可 控 硅 误 导 通（ a） 电 子 噪 声 引 发 门 极 信 号在 电 子 噪 声 充 斥 的 环 境 中 ， 若 干 扰 电 压 超 过 VGT， 并 有 足 够 的 门 极 电 流 ， 就会 发 生 假 触 发 ， 导 致 双 向 可 控 硅 切 换 。(b)超 过 最 大 切 换 电 压 上 升 率 dVCO M/dt当 负 载 电 流 过 零 时 双 向 可 控 硅 发 生 切 换 ， 由 于 相 位 差 电 压 并 不 为 零 ， 这 时 双向 可 控 硅 须 立 即 阻 断 该 电 压 。 产 生 的 切 换 电 压 上 升 率 若 超 过 允 许 的 dVCOM/dt，会 迫 使 双 向 可 控硅 回 复 导 通 状 态 。 因 为 载 流 子 没 有 充 分 的 时 间 自 结 上 撤 出 。（ c） 超 出 最 大 的 切 换 电 流 变 化 率 dICO M/dt过 高 的 dIT/dt 可 能 导 致 局 部 烧 毁 ， 并 使 MT1-MT2 短 路 。 高 dIT/dt 承 受 能 力 决 定于 门 极 电 流 上 升 率 dIG/dt 和 峰 值 IG。 较 高 的 dIG/dt 值 和 峰 值 IG(d) 超 出 最 大 的 断 开 电 压 变 化 率 dVD/dt若 截 止 的 双 向 可 控 硅 上 （ 或 门 极 灵 敏 的 闸 流 管 ） 作 用 很 高 的 电 压 变 化 率 ， 尽管 不 超 过 VDRM（ 见 图 8） ， 电 容 性 内 部 电 流 能 产 生 足 够 大 的 门 极 电 流 ， 并 触发 器 件 导 通 。 门 极 灵 敏 度 随 温 度 而 升 高 。 三 象 限 （ 无 缓 冲 ） 双 向 可 控 硅 3Q 双 向 可 控 硅 具 有 和 4Q 双 向 可 控 硅 不 同 的 内 部 结构 ， 它 在 门 极 没 有 临 界 的 重 叠 结 构 。 这 使 它 不 能 在3+象 限 工 作 ， 但 由 于 排 除 了 3+象 限 的 触 发 ， 同 时 避开 了 4Q 双 向 可 控 硅 的 缺 点 。 由 于 大 部 分 电 路 工 作 在1+和 3-象 限 （ 用 于 相 位 控 制 ） ， 或 者 工 作 在 1-和 3-象限 （ 用 于 简 单 的 极 性 触 发 ， 信 号 来 自 IC 电 路 和 其 它电 子 驱 动 电 路 ） ， 因 而 和 所 取 得 的 优 点 比 较 ， 损 失3+象 限 的 工 作 能 力 是 微 不 足 道 的 代 价 。3Q 双 向 可 控 硅 为 初 始 产 品 制 造 厂 带 来 的 好 处1. 高 dVCOM/dt 值 性 能 ,不 需 缓 冲 电 路2 高 dVD/dt 值 性 能 ,不 需 缓 冲 电 路3. 高 dICOM/dt 值 性 能 ， 不 必 串 联 电 感 双 向 可 控 硅 的 命 名BT 134 600 E 前 缀 字 母 表 示 ：B： 双 向T： 三 端 BT： 三 端 双 向可 控 硅 ， 全 部非 绝 缘 型 电 流 值 表 示 ：131=1A134=4A136=4A137=8A138=12A139=16A 电 压 值 表 示 ：400=400V600=600V800=800V1000=1000V1200=1200V 触 发 电 流 表 示 ：D： IGT 1-35mA IGT 410mAE： IGT 1-310mA IGT 425mAF： IGT 1-325mA IGT 470mAG： IGT 1-350mA IGT 4100mA 前 缀 字 母 表 示 ：B： 双 向T： 三 端BT： 三 端 双 向可 控 硅 封 装 性 能 表 示 ：A： 绝 缘 型B： 非 绝 缘 型 电 流 值 表 示 ：04=4A06=6A08=8A10=10A12=12A16=16A24=24A41=40A 电 压 值 表 示 ：400=400V600=600V800=800V1000=1000V 触 发 电 流 表 示 ：B： IGT 1-350mA IGT 4100mAC： IGT 1-325mA IGT 450mABW： IGT 1-350mACW： IGT 1-335mASW： IGT 1-310mATW： IGT 1-35mAW 表 示 三 象 限BT A 04 600 B 双 向 可 控 硅 的 命 名 可 控 硅可 控 硅 十 条 黄 金 规 则规 则 1. 为 了 导 通 闸 流 管 （ 或 双 向 可 控 硅 ） ， 必 须 有 门 极 电 流 IGT ， 直 至 负 载 电流 达 到 IL 。 这 条 件 必 须 满 足 ， 并 按 可 能 遇 到 的 最 低 温 度 考 虑 。规 则 2. 要 断 开 （ 切 换 ） 闸 流 管 （ 或 双 向 可 控 硅 ） ， 负 载 电 流 必 须 IH, 并 维 持 足 够长 的 时 间 ， 使 能 回 复 至 截 止 状 态 。 在 可 能 的 最 高 运 行 温 度 下 必 须 满 足 上 述条 件 。规 则 3. 设 计 双 向 可 控 硅 触 发 电 路 时 ， 只 要 有 可 能 ， 就 要 避 开 3+象 限 （ WT2-， +） 。规 则 4. 为 减 少 杂 波 吸 收 ， 门 极 连 线 长 度 降 至 最 低 。 返 回 线 直 接 连 至 MT1（ 或 阴极 ） 。 若 用 硬 线 ， 用 螺 旋 双 线 或 屏 蔽 线 。 门 极 和 MT1 间 加 电 阻 1k或 更 小 。高 频 旁 路 电 容 和 门 极 间 串 接 电 阻 。 另 一 解 决 办 法 ， 选 用 H 系 列 低 灵 敏 度 双 向 可 控 硅 。规 则 5. 若 dVD/dt 或 dVCOM/dt 可 能 引 起 问 题 ， 在 MT1 和 MT2 间 加 入 RC 缓 冲 电 路 。若 高 dICOM/dt 可 能 引 起 问 题 ， 加 入 一 几 m H 的 电 感 和 负 载 串 联 。 另 一 种 解决 办 法 ， 采 用 Hi-Com 双 向 可 控 硅 。 可 控 硅 十 条 黄 金 规 则规 则 6. 假 如 双 向 可 控 硅 的 VDRM 在 严 重 的 、 异 常 的 电 源 瞬 间 过 程 中 有 可 能 被超 出 ， 采 用 下 列 措 施 之 一 ：负 载 上 串 联 电 感 量 为 几 H 的 不 饱 和 电 感 ， 以 限 制 dIT/dt；用 MOV 跨 接 于 电 源 ， 并 在 电 源 侧 增 加 滤 波 电 路 。规 则 7. 选 用 好 的 门 极 触 发 电 路 ， 避 开 3+象 限 工 况 ， 可 以 最 大 限 度 提 高 双 向 可控 硅 的 dIT/dt 承 受 能 力 。规 则 8. 若 双 向 可 控 硅 的 dIT/dt 有 可 能 被 超 出 ， 负 载 上 最 好 串 联 一 个 几 H 的无 铁 芯 电 感 或 负 温 度 系 数 的 热 敏 电 阻 。 另 一 种 解 决 办 法 ： 对 电 阻 性 负载 采 用 零 电 压 导 通 。规 则 9. 器 件 固 定 到 散 热 器 时 ， 避 免 让 双 向 可 控 硅 受 到 应 力 。 固 定 ， 然 后 焊 接 引 线 。 不 要 把 铆 钉 芯 轴 放 在 器 件 接 口 片 一 侧 。规 则 10.为 了 长 期 可 靠 工 作 ， 应 保 证 Rth j-a 足 够 低 ， 维 持 Tj 不 高 于 Tjm ax ,其 值相 应 于 可 能 的 最 高 环 境 温 度 。 可 控 硅 谢 谢 ！