發布日期:2022-04-26 點擊率:146
快速可控硅
普通可控硅不能在較高的頻率下工作。因為器件的導通或關斷需要一定時間,同時陽極電壓上升速度太快時,會使元件誤導通;陽極電流上升速度太快時,會燒毀元件。人們在制造工藝和結構上采取了一些改進措施,做出了能適應于高頻應用的可控硅,我們將它稱為快速可控硅。它具有以下幾個特點。
一、關斷時間(toff)短
導通的可控硅,當切斷正向電流時。并不能馬上“關斷”,這時如立即加上正向電壓,它還會繼續導通。從切斷正向電流直到控制極恢復控制能力需要的時間,叫做關斷時間。用t0仟表示。
可控硅的關斷過程,實際上是儲存載流子的消失過程。為了加速這種消失過程,制造快速可控硅時采用了摻金工藝,把金摻到硅中減少基區少數載流子的壽命。硅中摻金量越多,t0仟越小,但摻金量過多會影響元件的其它性能。
二、導通速度快.能耐較高的電流上升率(dI/dt)
控制極觸發導通的可控硅。總是在靠近控制極的陰極區域首先導通,然后逐漸向外擴展,直到整個面積導通。大面積的可控硅需要50~1O0微秒以上才能全面積導通。初始導通面積小時,必須限制初始電流的上升速度,否則將發生局部過熱現象,影響元件的性能,甚至燒壞。高頻工作時這種現象更為嚴重。為此,仿造了集成電路的方法,在可控硅同一硅片上做出一個放大觸發信號用的小可控硅。控制極觸發小可控硅后,小可控硅的初始導通電流將橫向經過硅片流向主可控硅陰極,觸發主可控硅。從而實際強觸發,加速了元件的導通,提高了耐電流上升率的能力。
三、能耐較高的電壓上升率(dv/dt)
可控硅是由三個P—N結組成的。每個結相當于一個電容器。結電壓急劇變化時,就有很大的位移電流流過元件,它等效于控制極觸發電流的作用。可能使可控硅誤導通。這就是普通可控硅不能耐高電壓上升率的原因。
為了有效防止上述誤導通現象發生,快速可控硅采取了短路發射結結構。把陰極和控制極按一定幾何形狀短路。這樣一來,即使電壓上升率較高,可控硅的電流放大系數仍幾乎為零,不致使可控硅誤導通。只是在電壓上升率進一步提高,結電容位移電流進一步增大,在短路點上產生電壓降足夠大時,可控硅才能導通。
具有短路發射結結構的可控硅,用控制極電流觸發時。控制極電流首先也是從短路點流向陰極。只是當控制極電流足夠大,在短路點電阻上的電壓降足夠大,PN結正偏導通電流時,才同沒有短路發射結的元件一樣,可被觸發導通。因此,快速可控硅的抗干擾能力較好。
快 速可控硅的生產和應用都進展很快。目前,已有了電流幾百安培、耐壓1千余伏,關斷時間僅為20微妙的大功率快速可控硅,同時還做出了最高工作頻率可達幾十千赫茲供高頻逆變用的元件。其產品廣泛應用于大功率直流開關、大功率中頻感應加熱電源、超聲波電源、激光電源、雷達調制器及直流電動車輛調速等領域。
逆導可控硅
以 往的城市電車和地鐵機車為了便于調速采用直流供電,用直流開關動作增加或減小電路電阻,改變電路電流來控制車輛的速度。但它有不能平滑起動和加速。開關體積大、壽命短,而且低速運行時耗電大(減速時消耗在啟動電阻上)等缺點。自有了逆導可控硅,采用了逆導可控硅控制、調節車速,不僅克服了上述缺點,而且還降低了功耗,提高了機車可靠性。
逆導可控硅是在普通可控硅上反向并聯一只二極管而成(同做在一個硅片上。它的等效電路和符號如圖1所示。它的特點是能反向導通大電流。由于它的陽極和陰極接入反向并聯的二極管,可對電感負載關斷時產生的大電流、高電壓進行快速釋放。
目前已經能生產出耐壓達到1500~2500V正向電流達400A。吸收電流達150A,關斷時間小于30微秒的逆導可控硅。
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