可控硅基础知识讲座

1、可控硅基础知识讲座第1页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二 单向可控硅等效结构第2页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二 单向可控硅晶体管模型第3页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二KG玻璃钝化玻璃钝化 单向可控硅平面和纵向结构第4页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二栅极悬空时，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

2、。可控硅工作原理-导通第5页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二可控硅工作原理-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。 第6页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二关闭电流（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）第7页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二 单向

3、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。 第8页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二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。第9页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二单向可控硅

4、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，第10页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二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。第11页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星

5、期二状态 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第12页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二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 IDRM7反向重复平均电流 IRRM8通态平均电压VTM

6、9控制极触发电流IGT10控制极触发电压VGT第13页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二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第14页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二双向可控硅等效结构第15页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二双

7、向可控硅触发模式第16页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二双向可控硅触发命名第17页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二双向可控硅平面和纵向结构T1G第18页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二铜芯线电流估算双向可控硅I-V曲线第19页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二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

8、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。第20页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二双向可控硅误导通（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

9、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。第21页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二三象限（无缓冲）双向可控硅 3Q 双向可控硅具有和

10、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，不必串联电感第22页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二双向可控硅的命名B

11、T 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第23页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二前缀字母表示：B：双向T：三端BT：三端双向可控硅封装性能表示：A

12、：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 双向可控硅的命名第24页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二可控硅可控硅十条黄金规则规则1. 为了导通闸流管（或双

13、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

14、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。第25页，共27页，2022年，5月20日，7点7分，星期二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