可控硅基础知识

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单向可控硅等效结构,单向可控硅晶体管模型,K,G,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，,BG1,和,BG2,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,BG2,道通，VCE(BG2)下降，VBE(,BG1),升高。,正反馈过程使,BG1,和,BG2,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,BG1,和,BG2,截止。,加大负载电阻,RL,使电路电流减少,BG1,和,BG2,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（I,L,),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OR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,I,T(RMS),2,额定通态平均电流,I,T(AV),3,不重复通态浪涌电流,I,T(TSM),4,断态重复峰值电压,V,DRM,5,反向重复峰值电压,V,RRM,6,断态重复平均电流,I,DRM,7,反向重复平均电流,I,RRM,8,通态平均电压,V,TM,9,控制极触发电流,I,GT,10,控制极触发电压,V,GT,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,P,G,(AV),16,断态电压换向变化率,dV,D,/dt,17,通态电流换向变化率,dI,T,/dt,18,控制极触发导通时间,tgt,19,维持电流,I,H,20,关闭电流,I,L,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,T1,G,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IGT - 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dVCOM/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dICOM/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=1A,134=4A,136=4A,137=8A,138=12A,139=16A,电压值表示：,400=400V,600=600V,800=800V,1000=1000V,1200=1200V,触发电流表示：,D：I,GT,1-35mA,I,GT,410mA,E：I,GT,1-310mA,I,GT,425mA,F：I,GT,1-325mA,I,GT,470mA,G：I,GT,1-350mA,I,GT,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=4A,06=6A,08=8A,10=10A,12=12A,16=16A,24=24A,41=40A,电压值表示：,400=400V,600=600V,800=800V,1000=1000V,触发电流表示：,B：IGT 1-350mA,IGT 4100mA,C：IGT 1-325mA,IGT 450mA,BW： IGT 1-350mA,CW： IGT 1-335mA,SW： IGT 1-310mA,TW： IGT 1-35mA,W 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mH 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Tjmax ,其值相应于可能的最高环境温度。,