可控硅的工作原理和設(shè)計參考

1、可控硅的工作原理和設(shè)計參考可控硅物理結(jié)構(gòu)如下圖所示,P-N-P-N,就象兩只背靠背的三極管。我們先來分析柵極不作電氣聯(lián)接的情況。當(dāng)可控硅陰極電位大于陽極電位,J1和J3結(jié)反偏,器件截止。當(dāng)可控硅陰極電位小于陽極電位,J1和J3正偏,但J2反偏,器件仍然截止。如果J2的反偏電壓達(dá)到引發(fā)雪崩擊穿時,器件的導(dǎo)通特性就象單個正偏的PN結(jié)一樣。P1 N ANODEPNP圖一圖二圖三進(jìn)而分析圖三:可控硅可等效為一個PNP晶體管和一個NPN晶體管集基相聯(lián)而成,T1的集電極為T2提供基極電流,T1的基極電流由外電路通過柵極加T2的集電極電流提供。如果T1、T2集基環(huán)路的增益超過單位增益(請參考晶體管增益和偏置

2、電流的關(guān)系圖則環(huán)路電流持續(xù)保持增加,T1、T2進(jìn)入飽和,可控硅被稱為鎖定,陽極到陰極的電流由外部偏置電路決定。因此有幾種情況能使可控硅進(jìn)入鎖定狀態(tài)。 1、超過擊穿電壓使可控硅進(jìn)入導(dǎo)通當(dāng)加在可控硅陽極和陰極之間的電壓超過擊穿電壓V BO時,可控硅導(dǎo)通,V BO大于器件的額定電壓。在擊穿電壓時可控硅的陽極電流被稱作為鎖定電流IL。擊穿電壓觸發(fā)在大多數(shù)電路設(shè)計中是避免使用的。它的特點(diǎn)是正向電壓的下降沿很陡,下降時間是柵極觸發(fā)的二十分之一;但它允許的di/dt卻比柵極觸發(fā)的低。2、靠漏電流使可控硅進(jìn)入導(dǎo)通可控硅的結(jié)溫升高,漏電流也增大。如果結(jié)溫允許升得足夠高,使漏電流大到足以觸發(fā)可控硅體內(nèi)的集基耦合正

3、反饋環(huán)路進(jìn)入鎖定而導(dǎo)通。在結(jié)溫超過Tjmax的某一溫度,可控硅將不存在截止電壓。3.利用dv/dt使可控硅導(dǎo)通。任何PN結(jié)都有電容,結(jié)面積越大,電容也越大。當(dāng)一鋸齒電壓加到可控硅的陽極和陰極之間,充電電流由下式表示:ic=Cdv/dt如果電流足夠大,將引起可控硅導(dǎo)通。4.利用柵極觸發(fā)可控硅導(dǎo)通這是一種常用的方法使可控硅導(dǎo)通,提供柵極電流觸發(fā)可控硅體內(nèi)的集基耦合正反饋環(huán),使可控硅進(jìn)入鎖定狀態(tài)。如圖四所示。FORWARD CURRENT ARD當(dāng)柵流大于零時,使可控硅進(jìn)入導(dǎo)通的正向偏壓小于VBO。手冊上提供要保證某一可控硅可靠觸發(fā)導(dǎo)通的柵流和偏壓條件。同時,可控硅的觸發(fā)特性和溫度有關(guān),所以要保證柵

4、極觸發(fā)脈沖的寬度和時間必須足夠保證在所有條件下使可控硅進(jìn)入鎖定。設(shè)計時注意幾點(diǎn):1、電路設(shè)計上要保證dIF/dt不能超過規(guī)定指標(biāo),否則可控硅將被損壞。2、在柵極觸發(fā)電流設(shè)計上,比較好的方法是提供高速大電流過驅(qū)動脈沖(dIG/dt(不超過額定功率,使可控硅快速導(dǎo)通,怎樣可提高dIF/dt的額定值。3、一旦可控硅鎖定,柵極驅(qū)動即可減小或完全取消。使用脈沖信號觸發(fā)可控硅可減小柵極功耗。4、在柵極觸發(fā)方式中,觸發(fā)脈沖必須持續(xù)到可控硅的陽、極之間電流超過鎖定電流IL才能取消。一旦穩(wěn)定的導(dǎo)通狀態(tài)建立,IH是維持可控硅導(dǎo)通的最小電流。要關(guān)斷可控硅,必須使可控硅的導(dǎo)通電流降至IH之下。具體做法可減小可控硅兩端所施加的電壓。5、下面以本公司常用型號BT151為例作一說明。在規(guī)格書中, IGT=15MA,Vd=12V,It=0.1A在電阻性負(fù)載時的IL=40MA,TGT=2US。在下面的柵極觸發(fā)參考圖中可查得,有一特性曲線與其對應(yīng)。為了縮小開通時間的分散性,都應(yīng)采用強(qiáng)觸發(fā)脈沖,當(dāng)觸發(fā)脈沖的Igtm/Igt=56倍時,元件的開通性能有明顯的改善,這樣比較恰當(dāng)?shù)膹?qiáng)觸發(fā)電流波形的前沿如下圖所示.其對應(yīng)的特性曲線如斷態(tài)通態(tài)電