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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
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可控硅基础知识讲座 2009-02-25
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 • 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。
单向可控硅I-V曲线 维持电流（IH) 闭锁电流（IL） 正向导通电压（VTM) 正向导通电流(IT) 关闭电流（IL) 反向漏电流（Irm) 击穿电压(Vrm) 正向漏电流（Idrm) 击穿电压(Vdrm)
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。 单向可控硅反向特性
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。
双向可控硅平面和纵向结构 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 BT134 – 600E 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 触发电流表示： D：IGT 1-3≤5mA IGT 4≤10mA E：IGT 1-3≤10mA IGT 4≤25mA F：IGT 1-3≤25mA IGT 4≤70mA G：IGT 1-3≤50mA IGT 4≤100mA 电流值表示： 131=1A 134=4A 136=4A 137=8A 138=12A 139=16A 电压值表示： 400=400V 600=600V 800=800V 1000=1000V 1200=1200V
双向可控硅的命名 BTA04 – 600B 触发电流表示： B：IGT 1-3≤50mA IGT 4≤100mA C：IGT 1-3≤25mA IGT 4≤50mA BW： IGT 1-3≤50mA CW： IGT 1-3≤35mA SW： IGT 1-3≤10mA TW： IGT 1-3≤5mA W 表示三象限 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=4A 06=6A 08=8A 10=10A 12=12A 16=16A 24=24A 41=40A 电压值表示： 400=400V 600=600V 800=800V 1000=1000V
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。
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