可控硅驱动设计要点

单向可控硅导通和关断条件
状态 从关断到导 通 维持导通 从导通到关 断 条件 说明
1、阳极电位高于是阴极电位 两者缺 2、控制极有足够的正向电压 一不可 和电流 1、阳极电位高于阴极电位 2、阳极电流大于维持电流 1、阳极电位低于阴极电位 2、阳极电流小于维持电流 两者缺 一不可 任一条 件即可
单向可控硅电参数
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。
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。
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
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。
反向漏电流（Irm) 击穿电压(Vrm)
正向漏电流（Idrm)
击穿电压(Vdrm)
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。
• 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。
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
（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。
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9
参数
额定通态峰值电流 额定通态平均电流 不重复通态浪涌电流 断态重复峰值电压 反向重复峰值电压 断态重复平均电流 反向重复平均电流 通态平均电压 控制极触发电流
符号
IT(RMS) IT(AV) IT(TSM) VDRM VRRM IDRM IRRM VTM IGT
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
G K
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。
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=1A 134=4A 136=4A 137=8A 138=12A 139=16A 电压值表示： 400=400V 6ຫໍສະໝຸດ Baidu0=600V 800=800V 1000=1000V 1200=1200V 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
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) ) 关闭电流（IL 正向导通电流(IT)
10
控制极触发电压
VGT
单向可控硅电参数
序号
11 12 13 14
参数
门极（触发极）峰值电流 门极（触发极）峰值电压 门极（触发极）反向峰值电压 门极（触发极）峰值功耗
符号
I(GM) V(GM) V(RGM) P(GM)
15
16 17 18 19 20
门极（触发极）平均功耗
断态电压换向变化率 通态电流换向变化率 控制极触发导通时间 维持电流 关闭电流
双向可控硅的命名
BT A 04 – 600 B
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 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
状态条件说明从关断到导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额定通态峰值电流itrms额定通态平均电流itav不重复通态浪涌电流ittsm断态重复峰值电压vdrm反向重复峰值电压vrrm断态重复平均电流idrm反向重复平均电流irrm通态平均电压vtm控制极触发电流igt10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igm12门极触发极峰值电压vgm13门极触发极反向峰值电压vrgm14门极触发极峰值功耗pgm15门极触发极平均功耗pgav16断态电压换向变化率dvddt17通态电流换向变化率ditdt18控制极触发导通时间tgt19维持电流ih20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铜芯线电流估算双向可控硅iv曲线双向可控硅优缺点优点
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。
PG (AV)
dVD/dt
dIT/dt tgt IH 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 T1
K
G
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：