可控硅基礎(chǔ)知識課件

1、 單向可控硅等效結(jié)構(gòu) 單向可控硅晶體管模型KGKG玻璃鈍化玻璃鈍化玻璃鈍化玻璃鈍化 單向可控硅平面和縱向結(jié)構(gòu) 柵極懸空時，柵極懸空時，BG1和和BG2截止截止, ,沒有電流流過負載沒有電流流過負載電阻電阻RL。 柵極輸入一個正脈沖電壓柵極輸入一個正脈沖電壓時時, ,BG2道通，道通，VCE(BG2)VCE(BG2)下下降，降，VBE(VBE(BG1)升高。升高。 正反饋過程使正反饋過程使BG1和和BG2進入飽和道通狀態(tài)。進入飽和道通狀態(tài)。 電路很快從截止?fàn)顟B(tài)進入電路很快從截止?fàn)顟B(tài)進入道通狀態(tài)。道通狀態(tài)。 由于正反饋的作用柵極沒由于正反饋的作用柵極沒有觸發(fā)將保持道通狀態(tài)不有觸發(fā)將保持道通狀態(tài)不變

2、。變?？煽毓韫ぷ髟?導(dǎo)通可控硅工作原理-截止陽極和陰極加上反向電壓陽極和陰極加上反向電壓BG1和和BG2截止。截止。加大負載電阻加大負載電阻RL使電路電使電路電流減少流減少BG1和和BG2的基電流的基電流也將減少。也將減少。當(dāng)減少到某一個值時由于電當(dāng)減少到某一個值時由于電路的正反饋作用，電路翻轉(zhuǎn)路的正反饋作用，電路翻轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)。為截止?fàn)顟B(tài)。這個電流為維持電流。這個電流為維持電流。 關(guān)閉電流（關(guān)閉電流（IL) 單向可控硅I-V曲線正向?qū)妷海ㄕ驅(qū)妷海╒TM)正向?qū)娏髡驅(qū)娏?IT)正向漏電流（正向漏電流（Idrm)擊穿電壓擊穿電壓(Vdrm)反向漏電流（反向漏電流（Irm)擊

3、穿電壓擊穿電壓(Vrm)維持電流（維持電流（IH)閉鎖電流（閉鎖電流（IL） 單向可控硅反向特性 條件：控制極開路，陽條件：控制極開路，陽極加上反向電壓時極加上反向電壓時 分析：分析：J2結(jié)正偏，但結(jié)正偏，但J1、J2結(jié)反偏。當(dāng)結(jié)反偏。當(dāng)J1，J3結(jié)結(jié)的雪崩擊穿后，電流迅的雪崩擊穿后，電流迅速增加，如特性速增加，如特性O(shè)R段所段所示，彎曲處的電壓示，彎曲處的電壓URRM叫反向轉(zhuǎn)折電壓，叫反向轉(zhuǎn)折電壓，也叫反向重復(fù)峰值電壓。也叫反向重復(fù)峰值電壓。 結(jié)果：可控硅會發(fā)生永結(jié)果：可控硅會發(fā)生永久性反向擊穿。久性反向擊穿。 單向可控硅正向特性條件：條件：控制極開路，控制極開路，陽極加正向電壓陽極加正向電

4、壓分析：分析：J1J1、J3J3結(jié)正偏，結(jié)正偏，J2J2結(jié)反偏，這與普通結(jié)反偏，這與普通PNPN結(jié)的反向特性相似，也結(jié)的反向特性相似，也只能流過很小電流，如只能流過很小電流，如特性特性O(shè)AOA段所示，彎曲處段所示，彎曲處的是的是UDRMUDRM叫：正向轉(zhuǎn)折叫：正向轉(zhuǎn)折電壓，也叫斷態(tài)重復(fù)峰電壓，也叫斷態(tài)重復(fù)峰值電壓。值電壓。結(jié)果：正向阻斷狀態(tài)。結(jié)果：正向阻斷狀態(tài)。單向可控硅負阻特性及導(dǎo)通 條件：條件：J2結(jié)的雪崩擊穿結(jié)的雪崩擊穿 分析：分析：J2J2結(jié)的雪崩擊穿后結(jié)的雪崩擊穿后J2J2結(jié)發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)，結(jié)發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)，J2J2結(jié)結(jié)變成正偏，只要電流稍增加，變成正偏，只要電流稍增加，電壓便迅

5、速下降。電壓便迅速下降。 結(jié)果：出現(xiàn)所謂負阻特性結(jié)果：出現(xiàn)所謂負阻特性 正向?qū)ㄕ驅(qū)?條件：電流繼續(xù)增加條件：電流繼續(xù)增加 分析：分析：J1J1、J2J2、J3J3三個結(jié)均三個結(jié)均處于正偏，它的特性與普通處于正偏，它的特性與普通的的PNPN結(jié)正向特性相似，結(jié)正向特性相似，結(jié)果：結(jié)果：可控硅便進入正向?qū)щ姞顟B(tài)可控硅便進入正向?qū)щ姞顟B(tài)-通態(tài)，通態(tài)，單向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通 條件：控制極條件：控制極G上加入上加入正向電壓正向電壓 分析：分析：J3J3正偏，形成正偏，形成觸發(fā)電流觸發(fā)電流IGTIGT。內(nèi)部形。內(nèi)部形成正反饋，加上成正反饋，加上IGTIGT的的作用，圖中的伏安特作用，圖中的伏安特性性O(shè)AO

6、A段左移，段左移，IGTIGT越大，越大，特性左移越快。特性左移越快。 結(jié)果：可控硅提前導(dǎo)結(jié)果：可控硅提前導(dǎo)通。通。狀態(tài) 條件說明從關(guān)斷到導(dǎo)從關(guān)斷到導(dǎo)通通 1、陽極電位高于是陰極電位、陽極電位高于是陰極電位2、控制極有足夠的正向電壓、控制極有足夠的正向電壓和電流和電流 兩者缺兩者缺一不可一不可 維持導(dǎo)通維持導(dǎo)通 1、陽極電位高于陰極電位、陽極電位高于陰極電位2、陽極電流大于維持電流、陽極電流大于維持電流 兩者缺兩者缺一不可一不可 從導(dǎo)通到關(guān)從導(dǎo)通到關(guān)斷斷 1、陽極電位低于陰極電位、陽極電位低于陰極電位2、陽極電流小于維持電流、陽極電流小于維持電流 任一條任一條件即可件即可 單向可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷

7、條件單向可控硅電參數(shù)序號 參數(shù) 符號1額定通態(tài)峰值電流IT(RMS)2額定通態(tài)平均電流 IT(AV)3不重復(fù)通態(tài)浪涌電流IT(TSM)4斷態(tài)重復(fù)峰值電壓VDRM5反向重復(fù)峰值電壓VRRM6斷態(tài)重復(fù)平均電流 IDRM7反向重復(fù)平均電流 IRRM8通態(tài)平均電壓VTM9控制極觸發(fā)電流IGT10控制極觸發(fā)電壓VGT單向可控硅電參數(shù)序號 參數(shù) 符號11門極（觸發(fā)極）峰值電流I(GM)12門極（觸發(fā)極）峰值電壓V(GM)13門極（觸發(fā)極）反向峰值電壓V(RGM)14門極（觸發(fā)極）峰值功耗P(GM)15門極（觸發(fā)極）平均功耗PG (AV)16斷態(tài)電壓換向變化率dVD/dt17通態(tài)電流換向變化率dIT/dt1

8、8控制極觸發(fā)導(dǎo)通時間tgt19維持電流 IH20關(guān)閉電流 IL雙向可控硅等效結(jié)構(gòu)雙向可控硅觸發(fā)模式雙向可控硅觸發(fā)命名雙向可控硅平面和縱向結(jié)構(gòu)KGT1G銅芯線電流估算雙向可控硅I-V曲線雙向可控硅優(yōu)缺點優(yōu)點：優(yōu)點：雙向可控硅可以用門極和雙向可控硅可以用門極和T1 間的正向或負向電流間的正向或負向電流觸發(fā)。因而能在四個觸發(fā)。因而能在四個“象限象限”觸發(fā)觸發(fā)缺點：缺點：1. 高高IGT - 需要高峰值需要高峰值IG。2. 由由IG 觸發(fā)到負載電流開始流動，兩者之間遲后觸發(fā)到負載電流開始流動，兩者之間遲后時間較長時間較長 要求要求IG 維持較長時間。維持較長時間。3. 低得多的低得多的dIT/dt 承

9、受能力承受能力 若控制負載具有若控制負載具有高高dI/dt 值（例如白熾燈的冷燈絲），門極可能發(fā)值（例如白熾燈的冷燈絲），門極可能發(fā)生強烈退化。生強烈退化。4. 高高IL 值（值（1-工況亦如此）工況亦如此）對于很小的負載，對于很小的負載，若在電源半周起始點導(dǎo)通，可能需要較長時間的若在電源半周起始點導(dǎo)通，可能需要較長時間的IG，才能讓負載電流達到較高的，才能讓負載電流達到較高的IL。雙向可控硅誤導(dǎo)通（a）電子噪聲引發(fā)門極信號）電子噪聲引發(fā)門極信號在電子噪聲充斥的環(huán)境中，若干擾電壓超過VGT，并有足夠的門極電流，就會發(fā)生假觸發(fā)，導(dǎo)致雙向可控硅切換。(b)超過最大切換電壓上升率超過最大切換電壓上升

10、率dVCOM/dt當(dāng)負載電流過零時雙向可控硅發(fā)生切換，由于相位差電壓并不為零，這時雙向可控硅須立即阻斷該電壓。產(chǎn)生的切換電壓上升率若超過允許的dVCOM/dt，會迫使雙向可控硅回復(fù)導(dǎo)通狀態(tài)。因為載流子沒有充分的時間自結(jié)上撤出。（c） 超出最大的切換電流變化率超出最大的切換電流變化率dICOM/dt過高的dIT/dt 可能導(dǎo)致局部燒毀，并使MT1-MT2 短路。高dIT/dt 承受能力決定于門極電流上升率dIG/dt 和峰值IG。較高的dIG/dt 值和峰值IG(d) 超出最大的斷開電壓變化率超出最大的斷開電壓變化率dVD/dt若截止的雙向可控硅上（或門極靈敏的閘流管）作用很高的電壓變化率，盡管

11、不超過VDRM（見圖8），電容性內(nèi)部電流能產(chǎn)生足夠大的門極電流，并觸發(fā)器件導(dǎo)通。門極靈敏度隨溫度而升高。三象限（無緩沖）雙向可控硅無緩沖）雙向可控硅 3Q 雙向可控硅具有和4Q 雙向可控硅不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它在門極沒有臨界的重疊結(jié)構(gòu)。這使它不能在3+象限工作，但由于排除了3+象限的觸發(fā)，同時避開了4Q 雙向可控硅的缺點。由于大部分電路工作在1+和3-象限（用于相位控制），或者工作在1-和3-象限（用于簡單的極性觸發(fā)，信號來自IC 電路和其它電子驅(qū)動電路），因而和所取得的優(yōu)點比較，損失3+象限的工作能力是微不足道的代價。3Q 雙向可控硅為初始產(chǎn)品制造廠帶來的好處雙向可控硅為初始產(chǎn)品制造廠帶來的好處

12、1. 高dVCOM/dt 值性能,不需緩沖電路2高dVD/dt 值性能,不需緩沖電路3. 高dICOM/dt 值性能，不必串聯(lián)電感雙向可控硅的命名BT 134 600 E 前綴字母表示：B：雙向T：三端BT：三端雙向可控硅，全部非絕緣型電流值表示：131=1A134=4A136=4A137=8A138=12A139=16A電壓值表示：400=400V600=600V800=800V1000=1000V1200=1200V觸發(fā)電流表示：D：IGT 1-35mA IGT 410mAE：IGT 1-310mA IGT 425mAF：IGT 1-325mA IGT 470mAG：IGT 1-350mA

13、 IGT 4100mA前綴字母表示：B：雙向T：三端BT：三端雙向可控硅封裝性能表示：A：絕緣型B：非絕緣型電流值表示：04=4A06=6A08=8A10=10A12=12A16=16A24=24A41=40A電壓值表示：400=400V600=600V800=800V1000=1000V觸發(fā)電流表示：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 雙向可控硅的命名可控硅可控硅十條黃金規(guī)則規(guī)

14、則1. 為了導(dǎo)通閘流管（或雙向可控硅），必須有門極電流IGT ，直至負載電流達到IL 。這條件必須滿足，并按可能遇到的最低溫度考慮。規(guī)則2. 要斷開（切換）閘流管（或雙向可控硅），負載電流必須IH, 并維持足夠長的時間，使能回復(fù)至截止?fàn)顟B(tài)。在可能的最高運行溫度下必須滿足上述條件。規(guī)則3. 設(shè)計雙向可控硅觸發(fā)電路時，只要有可能，就要避開3+象限（WT2-，+）。規(guī)則4. 為減少雜波吸收，門極連線長度降至最低。返回線直接連至MT1（或陰極）。若用硬線，用螺旋雙線或屏蔽線。門極和MT1 間加電阻1k或更小。高頻旁路電容和門極間串接電阻。另一解決辦法，選用H 系列低靈敏度雙向可控硅。規(guī)則5. 若dVD/dt 或dVCOM/dt 可能引起問題，在MT1 和MT2 間加入RC 緩沖電路。若高dICOM/dt 可能引起問題，加入一幾mH 的電感和負載串聯(lián)。另一種解決辦法，采用Hi-Com 雙向可控硅?？煽毓枋畻l黃金規(guī)則規(guī)則6. 假如雙向可控硅的VDRM 在嚴重的、異常的電源瞬間過程中有可能被超出，采用下列措施之一：負載上串聯(lián)電感量為幾H 的不飽和電感，以限制dIT/dt；用MOV 跨接于電源，并在電源側(cè)增加濾波電路。規(guī)則7. 選用好的門極