可控硅基礎(chǔ)知識(shí)

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(shí)，柵極懸空時(shí)，BG1和和BG2截止截止, ,沒有電流流過(guò)負(fù)載沒有電流流過(guò)負(fù)載電阻電阻RL。 柵極輸入一個(gè)正脈沖電壓柵極輸入一個(gè)正脈沖電壓時(shí)時(shí), ,BG2道通，道通，VCE(BG2)VCE(BG2)下下降，降，VBE(VBE(BG1)升高。升高。 正反饋過(guò)程使正反饋過(guò)程使BG1和和BG2進(jìn)入飽和道通狀態(tài)。進(jìn)入飽和道通狀態(tài)。 電路很快從截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入電路很快從截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)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(yáng)極和陰極加上反向電壓陽(yáng)極和陰極加上反向電壓BG1和和BG2截止。截止。加大負(fù)載電阻加大負(fù)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(gè)值時(shí)由于電當(dāng)減少到某一個(gè)值時(shí)由于電路的正反饋?zhàn)饔?，電路翻轉(zhuǎn)路的正反饋?zhàn)饔?，電路翻轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)。為截止?fàn)顟B(tài)。這個(gè)電流為維持電流。這個(gè)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(yáng)條件：控制極開路，陽(yáng)極加上反向電壓時(shí)極加上反向電壓時(shí) 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(huì)發(fā)生永結(jié)果：可控硅會(huì)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(yáng)極加正向電壓陽(yáng)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(guò)很小電流，如只能流過(guò)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(fù)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，電壓便迅速

5、下降。電壓便迅速下降。 結(jié)果：出現(xiàn)所謂負(fù)阻特性結(jié)果：出現(xiàn)所謂負(fù)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(gè)結(jié)均三個(gè)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(jìn)入正向?qū)щ姞顟B(tài)可控硅便進(jìn)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)AOA

6、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(shuō)明從關(guān)斷到導(dǎo)從關(guān)斷到導(dǎo)通通 1、陽(yáng)極電位高于是陰極電位、陽(yáng)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(yáng)極電位高于陰極電位、陽(yáng)極電位高于陰極電位2、陽(yáng)極電流大于維持電流、陽(yáng)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(yáng)極電位低于陰極電位、陽(yáng)極電位低于陰極電位2、陽(yáng)極電流小于維持電流、陽(yáng)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)斷條

7、件單向可控硅電參數(shù)序號(hào) 參數(shù) 符號(hào)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(hào) 參數(shù) 符號(hào)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/dt18

8、控制極觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)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(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：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(fù)向電流間的正向或負(fù)向電流觸發(fā)。因而能在四個(gè)觸發(fā)。因而能在四個(gè)“象限象限”觸發(fā)觸發(fā)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1. 高高IGT - 需要高峰值需要高峰值IG。2. 由由IG 觸發(fā)到負(fù)載電流開始流動(dòng)，兩者之間遲后觸發(fā)到負(fù)載電流開始流動(dòng)，兩者之間遲后時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)間較長(zhǎng) 要求要求IG 維持較長(zhǎng)時(shí)間。維持較長(zhǎng)時(shí)間。3. 低得多的低得多的dIT/dt 承受

9、能力承受能力 若控制負(fù)載具有若控制負(fù)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(qiáng)烈退化。生強(qiáng)烈退化。4. 高高IL 值（值（1-工況亦如此）工況亦如此）對(duì)于很小的負(fù)載，對(duì)于很小的負(fù)載，若在電源半周起始點(diǎn)導(dǎo)通，可能需要較長(zhǎng)時(shí)間的若在電源半周起始點(diǎn)導(dǎo)通，可能需要較長(zhǎng)時(shí)間的IG，才能讓負(fù)載電流達(dá)到較高的，才能讓負(fù)載電流達(dá)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(hào)）電子噪聲引發(fā)門極信號(hào)在電子噪聲充斥的環(huán)境中，若干擾電壓超過(guò)VGT，并有足夠的門極電流，就會(huì)發(fā)生假觸發(fā)，導(dǎo)致雙向可控硅切換。(b)超過(guò)最大切換電壓上升率超過(guò)最大切換電壓上升率

10、dVCOM/dt當(dāng)負(fù)載電流過(guò)零時(shí)雙向可控硅發(fā)生切換，由于相位差電壓并不為零，這時(shí)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(guò)允許的dVCOM/dt，會(huì)迫使雙向可控硅回復(fù)導(dǎo)通狀態(tài)。因?yàn)檩d流子沒有充分的時(shí)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(guò)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，盡管不

11、超過(guò)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(wú)緩沖）雙向可控硅無(wú)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(shí)避開了4Q 雙向可控硅的缺點(diǎn)。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(jiǎn)單的極性觸發(fā)，信號(hào)來(lái)自IC 電路和其它電子驅(qū)動(dòng)電路），因而和所取得的優(yōu)點(diǎn)比較，損失3+象限的工作能力是微不足道的代價(jià)。3Q 雙向可控硅為初始產(chǎn)品制造廠帶來(lái)的好處雙向可控硅為初始產(chǎn)品制造廠帶來(lái)的好處1

12、. 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)則

14、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(fù)載電流達(dá)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(fù)載電流必須IH, 并維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使能回復(fù)至截止?fàn)顟B(tài)。在可能的最高運(yùn)行溫度下必須滿足上述條件。規(guī)則3. 設(shè)計(jì)雙向可控硅觸發(fā)電路時(shí)，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(zhǎng)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(wèn)題，在MT1 和MT2 間加入RC 緩沖電路。若高dICOM/dt 可能引起問(wèn)題，加入一幾mH 的電感和負(fù)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(yán)重的、異常的電源瞬間過(guò)程中有可能被超出，采用下列措施之一：負(fù)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