可控硅基础知识优秀PPT.ppt

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1、可控硅基础知识第1页，本讲稿共25页 单向可控硅晶体管模型第2页，本讲稿共25页KG玻璃钝化玻璃钝化玻璃钝化玻璃钝化 单向可控硅平面和纵向结构第3页，本讲稿共25页栅极悬空时，栅极悬空时，BG1和和BG2截截止止,没有电流流过负载电阻没有电流流过负载电阻RL。栅极输入一个正脉冲电压时栅极输入一个正脉冲电压时,BG2道通，道通，VCE(BG2)VCE(BG2)下降，下降，VBE(VBE(BG1)升高。升高。正反馈过程使正反馈过程使BG1和和BG2进入进入饱和道通状态。饱和道通状态。电路很快从截止状态进入道通电路很快从截止状态进入道通状态。状态。由于正反馈的作用栅极没有触由于正反馈的作用栅极没有触

2、发将保持道通状态不变。发将保持道通状态不变。可控硅工作原理-导通第4页，本讲稿共25页可控硅工作原理-截止阳极和阴极加上反向电压阳极和阴极加上反向电压BG1和和BG2截止。截止。加大负载电阻加大负载电阻RL使电路电流减使电路电流减少少BG1和和BG2的基电流也将减少。的基电流也将减少。当减少到某一个值时由于电路当减少到某一个值时由于电路的正反馈作用，电路翻转为截的正反馈作用，电路翻转为截止状态。止状态。这个电流为维持电流。这个电流为维持电流。第5页，本讲稿共25页关闭电流（关闭电流（IL)单向可控硅I-V曲线正向导通电压（正向导通电压（VTM)正向导通电流正向导通电流(IT)正向漏电流（正向漏

3、电流（Idrm)击穿电压击穿电压(Vdrm)反向漏电流（反向漏电流（Irm)击穿电压击穿电压(Vrm)维持电流（维持电流（IH)闭锁电流（闭锁电流（IL）第6页，本讲稿共25页 单向可控硅反向特性条件：控制极开路，阳极条件：控制极开路，阳极加上反向电压时加上反向电压时分析：分析：J2结正偏，但结正偏，但J1、J2结反偏。当结反偏。当J1，J3结的结的雪崩击穿后，电流迅速增雪崩击穿后，电流迅速增加，如特性加，如特性OR段所示，段所示，弯曲处的电压弯曲处的电压URRM叫反叫反向转折电压，也叫反向重向转折电压，也叫反向重复峰值电压。复峰值电压。结果：可控硅会发生永久性结果：可控硅会发生永久性反向击穿

4、。反向击穿。第7页，本讲稿共25页单向可控硅正向特性条件：条件：控制极开路，阳控制极开路，阳极加正向电压极加正向电压分析：分析：J1J1、J3J3结正偏，结正偏，J2J2结反偏，这与普通结反偏，这与普通PNPN结的结的反向特性相似，也只能流反向特性相似，也只能流过很小电流，如特性过很小电流，如特性OAOA段段所示，弯曲处的是所示，弯曲处的是UDRMUDRM叫：叫：正向转折电压，也叫断态正向转折电压，也叫断态重复峰值电压。重复峰值电压。结果：正向阻断状态。结果：正向阻断状态。第8页，本讲稿共25页单向可控硅负阻特性及导通条件：条件：J2结的雪崩击穿结的雪崩击穿分析：分析：J2J2结的雪崩击穿后结

5、的雪崩击穿后J2J2结结发生雪崩倍增效应，发生雪崩倍增效应，J2J2结变成结变成正偏，只要电流稍增加，电压正偏，只要电流稍增加，电压便迅速下降。便迅速下降。结果：出现所谓负阻特性结果：出现所谓负阻特性正向导通正向导通条件：电流继续增加条件：电流继续增加分析：分析：J1J1、J2J2、J3J3三个结均三个结均处于正偏，它的特性与普通处于正偏，它的特性与普通的的PNPN结正向特性相似，结正向特性相似，结果：结果：可控硅便进入正向导电状态可控硅便进入正向导电状态-通态，通态，第9页，本讲稿共25页单向可控硅触发导通条件：控制极条件：控制极G上加入正上加入正向电压向电压分析：分析：J3J3正偏，形成触

6、发正偏，形成触发电流电流IGTIGT。内部形成正反。内部形成正反馈，加上馈，加上IGTIGT的作用，图的作用，图中的伏安特性中的伏安特性OAOA段左移，段左移，IGTIGT越大，特性左移越快。越大，特性左移越快。结果：可控硅提前导通。结果：可控硅提前导通。第10页，本讲稿共25页状态 条件说明从关断到导通从关断到导通 1、阳极电位高于是阴极电位、阳极电位高于是阴极电位2、控制极有足够的正向电压、控制极有足够的正向电压和电流和电流 两者缺两者缺一不可一不可 维持导通维持导通 1、阳极电位高于阴极电位、阳极电位高于阴极电位2、阳极电流大于维持电流、阳极电流大于维持电流 两者缺两者缺一不可一不可 从

7、导通到关断从导通到关断 1、阳极电位低于阴极电位、阳极电位低于阴极电位2、阳极电流小于维持电流、阳极电流小于维持电流 任一条任一条件即可件即可 单向可控硅导通和关断条件第11页，本讲稿共25页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VTM9控制极触发电流IGT10控制极触发电压VGT第12页，本讲稿共25页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

8、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13页，本讲稿共25页双向可控硅等效结构第14页，本讲稿共25页双向可控硅触发模式第15页，本讲稿共25页双向可控硅触发命名第16页，本讲稿共25页双向可控硅平面和纵向结构T1G第17页，本讲稿共25页铜芯线电流估算双向可控硅I-V曲线第18页，本讲稿共25页双向可控硅优缺点优点：优点：双向可控硅可以用门极和双向可控硅可以用

9、门极和T1 间的正向或负向电流触发。间的正向或负向电流触发。因而能在四个因而能在四个“象限象限”触发触发缺点：缺点：1.高高IGT-需要高峰值需要高峰值IG。2.由由IG 触发到负载电流开始流动，两者之间迟后时间较长触发到负载电流开始流动，两者之间迟后时间较长 要求要求IG 维持较长时间。维持较长时间。3.低得多的低得多的dIT/dt 承受能力承受能力 若控制负载具有高若控制负载具有高dI/dt 值（例如白炽灯的冷灯丝），门极可能发生强烈值（例如白炽灯的冷灯丝），门极可能发生强烈退化。退化。4.高高IL 值（值（1-工况亦如此）工况亦如此）对于很小的负载，若对于很小的负载，若在电源半周起始点导

10、通，可能需要较长时间的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，才能让负载电流达到较高的IL。第19页，本讲稿共25页双向可控硅误导通（a）电子噪声引发门极信号）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

11、大的切换电流变化率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20页，本讲稿共25页三象限（无缓冲）双向可控硅无缓冲）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

12、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21页，本讲稿共25页双向可控硅的命名BT 134 600 E 前缀字母表示：B：双向T：

13、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22页，本讲稿共25页前缀字母表示：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=12A

14、16=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23页，本讲稿共25页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

15、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H

16、i-Com 双向可控硅。第24页，本讲稿共25页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。第25页，本讲稿共25页