可控硅基础 知识 讲座
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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. 单向可控硅平面和纵向结构. K. G. 玻璃钝化. 玻璃钝化. 可控硅工作原理 - 导通. 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 - 截止. 阳极和阴极加上反向电压 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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
K
G
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( 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 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 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 VDRM
5 反向重复峰值电压 VRRM
6 断态重复平均电流 IDRM
7 反向重复平均电流 IRRM
8 通态平均电压 VTM
9 控制极触发电流 IGT
10 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/dt
17 通态电流换向变化率 dIT/dt
18 控制极触发导通时间 tgt
19 维持电流 IH
20 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
K
G
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=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 1-3≤5mA IGT 4≤10mAE : IGT 1-3≤10mA IGT 4≤25mAF : IGT 1-3≤25mA IGT 4≤70mAG : IGT 1-3≤50mA IGT 4≤100mA
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 1-3≤50mA IGT 4≤100mAC : IGT 1-3≤25mA IGT 4≤50mABW : IGT 1-3≤50mACW : IGT 1-3≤35mASW : IGT 1-3≤10mATW : IGT 1-3≤5mAW 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 1kΩ 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 μH 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 μH 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。
可控硅
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