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

K

G

K

G

玻璃钝化玻璃钝化

单向可控硅平面和纵向结构

• 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 - 导通

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。

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 ）

单向可控硅反向特性

• 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。

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。

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

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 VDRM

5 反向重复峰值电压 VRRM

6 断态重复平均电流 IDRM

7 反向重复平均电流 IRRM

8 通态平均电压 VTM

9 控制极触发电流 IGT

10 控制极触发电压 VGT

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/dt

17 通态电流换向变化率 dIT/dt

18 控制极触发导通时间 tgt

19 维持电流 IH

20 关闭电流 IL

双向可控硅等效结构

双向可控硅触发模式

双向可控硅触发命名

双向可控硅平面和纵向结构

K

G

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

BT 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 1-3≤5mA IGT 4≤10mAE ： IGT 1-3≤10mA IGT 4≤25mAF ： IGT 1-3≤25mA IGT 4≤70mAG ： IGT 1-3≤50mA IGT 4≤100mA

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=12A16=16A24=24A41=40A

电压值表示：400=400V600=600V800=800V1000=1000V

触发电流表示：B ： IGT 1-3≤50mA IGT 4≤100mAC ： IGT 1-3≤25mA IGT 4≤50mABW ： IGT 1-3≤50mACW ： IGT 1-3≤35mASW ： IGT 1-3≤10mATW ： IGT 1-3≤5mAW 表示三象限

BT A 04 – 600 B

双向可控硅的命名

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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