可控硅基礎知識

環(huán)昕微可控硅基礎知識

1. P型半導體

因三價雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴。

在P型半導體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；自由電子是少數(shù)載流子， 由熱激發(fā)形成?？昭ê苋菀追@電子，使雜質(zhì)原子成為負離子。三價雜質(zhì) 因而也稱為受主雜質(zhì)。

2. N型半導體

因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。

在N型半導體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子, 由熱激發(fā)形成。提供自由電子的五價雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。

3.PN結(jié)形成

在P型半導體和N型半導體結(jié)合后，由于N型區(qū)內(nèi)電子很多而空穴很少，而P型區(qū)內(nèi)空穴很多電子很少，在它們的交界處就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差別。  這樣，電子和空穴都要從濃度高的地方向濃度低的地方擴散。

于是，有一些電子要從N型區(qū)向P型區(qū)擴散，也有一些空穴要從P型區(qū)向N型區(qū)擴散。它們擴散的結(jié)果就使P區(qū)一邊失去空穴，留下了帶負電的雜質(zhì)離子,N區(qū)一邊失去電子，留下了帶正電的雜質(zhì)離子。半導體中的離子不能任意移動，因此不參與導電。這些不能移動的帶電粒子在P和N區(qū)交界面附近，形成了一個很薄的空間電荷區(qū)，就是所謂的PN結(jié)。

4.單向可控硅介紹（1）

4.單向可控硅介紹（2）

5.雙向可控硅介紹（1）

5.雙向可控硅介紹（2）

5.雙向可控硅介紹（3）

可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個PN結(jié)，分析原理時，可 以把它看作由一個PNP管和一個NPN管所組成 。當陽極A加上正向電壓時，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)。此時，如果從控制極G輸入一個正向觸發(fā)信號，BG2便有基流ib2流過，經(jīng)BG2放大，其集電 極電流ic2=β2ib2。因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連，所以ib1=ic2。此時，電流ic2再經(jīng)BG1放大，于是BG1的集電極電流 ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個電流又流回到BG2的基極，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個管子的電流劇增，可控硅 使飽和導通。

由于BG1和BG2所構(gòu)成的正反饋作用，所以一旦可控硅導通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用,沒有關(guān)斷功能，所以這種可控硅是不可關(guān)斷的. 由于可控硅只有導通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化.

6.目前產(chǎn)品封裝

插件（TO-92，TO-126，TO-202，TO-220，TO-3P，TO-3PS，TO-251,TO-262,SOT-82,TO-202-3,TO-220F,TO-247,TO-247S,RD91,TG-C）

貼片（SOT-23，SOT-23-3L,SOT-89，SOT-223，SOT-252，TO-263）

7.產(chǎn)品使用范圍

動作快,壽命長,可靠性好,在調(diào)速，調(diào)光，調(diào)溫以及其它各種控制電路已成熟大量應用,效率高,控制特性好,壽命長,體積小。

8.可控硅參數(shù)符號

IT(AV)--通態(tài)平均電流              VRRM--反向反復峰值電壓

IDRM--斷態(tài)重復峰值電流            ITSM--通態(tài)一個周波不反復浪涌電流

VTM--通態(tài)峰值電壓                 IGT--門極觸發(fā)電流

VGT--門極觸發(fā)電壓                 IH--維持電流

dv/dt--斷態(tài)電壓臨界上升率         di/dt--通態(tài)電流臨界上升率

Rthjc--結(jié)殼熱阻                    VISO--模塊絕緣電壓

Tjm--額定結(jié)溫                      VDRM--斷態(tài)重復峰值電壓

9.絕緣與非絕緣區(qū)別

T2與Tab散熱片不連通                                            T2與Tab散熱片連通

絕緣就是散熱片不帶電。不絕緣就是散熱片帶電。絕緣的有兩種，外絕緣和內(nèi)絕緣。外絕緣就是在散熱片上包裹黑色塑料，我們稱之為塑封。內(nèi)絕緣就是在芯片和散熱片之間加了一層陶瓷，由陶瓷和散熱片接觸。陶瓷是絕緣體。

10.可控硅損壞原因

（1）.過壓擊穿

可控硅不能承受電壓而損壞，可控硅對過壓的承受能力幾乎沒有時間的，即使在幾毫秒的短時間內(nèi)過壓也會被擊穿。過壓擊穿特征：芯片中有一個光潔的小孔。檢查可控硅兩端RC吸收回路是否有燒壞或失效的，即可避免干擾脈沖所引起的瞬間過壓。

（ 2）過流擊穿

電流超過額定電流，并在可控硅芯片內(nèi)部產(chǎn)生熱效應，使芯片溫度升高，失效且不能恢復。過流擊穿特征：電子元器件表面有燒焦現(xiàn)象，痕跡特征是芯片出現(xiàn)坑洞。選擇可控硅耐壓2~3倍。

（3）過熱擊穿

工作電流并不超過可控硅額定電流的情況下而發(fā)生的熱擊穿。特征：電子元器件表面有燒焦現(xiàn)象，痕跡特征是芯片出現(xiàn)坑洞。注意環(huán)境溫度，保持可控硅與散熱器之間的接觸面良好。

11.可控硅電壓說明

功率器件的耐壓與市電輸入電壓有直接關(guān)系，通常情況下，功率器件的耐壓是市電輸入電壓的三倍。故，正反向耐壓計算公式為：輸入電壓×3=功率器件的額定電壓。

例如：中國的市電兩相輸入電壓為180V~240V，國標是以220V為標準值，功率器件在計算其耐壓時是取平均值的，即以200V為基準，則計算公司為：200V×3≈600V，三相電輸入的280V～380V，三相電的應用主要是電機電路，電壓落差也很大。

故功率器件取其平均值也分幾個檔次：265V，333V，400V，因而有了以下計算方法：265V×3≈800V

333V×3≈1000V400V×3≈1200V

12.可控硅工作條件

（1）從關(guān)斷到導通

a.陽極電位高于陰極電位

b.控制極有足夠的正向電壓和電流，兩者缺一不可。

(2) 維持導通

a.陽極電位高于陰極電位，

b.陽極電流大于維持電流，兩者缺一不可。

(3) 從導通到關(guān)斷

a.陽極電位低于陰極電位。

13.雙向可控硅的觸發(fā)特性

雙向可控硅 TRIAC為三端元件，其三端分別為T1 (第二端子或第二陽極)，T 2(第一端子或第一陽極)和G(控制極)亦為一閘極控制開關(guān)，無論于正向或反向電壓時皆可導通。因為它是雙向元件，所以不管T1 ,T2的電壓極性如何，若閘極有信號加入時，則T1 ,T2間呈導通狀態(tài)；反之，無加閘極觸發(fā)信號，則T1 ,T2間有極高的阻抗。

由于TRIAC為控制極控制的雙向可控硅,控制極電壓VG極性與陽極間之電壓VT1T2四種組合分別如下：(1). VT1T2為正, VG為正。(2). VT1T2為正, VG為 負。(3). VT1T2為負, VG為正。(4). VT1T2為負, VG為 負。一般最好使用在對稱情況下(1與4或2與3)，以使正負半周能得到對稱的結(jié)果，最方便的控制方法則為1與4之控制狀態(tài)，因為控制極信號 與VT1T2同極性。

14.雙向可控硅的相位控制

TRIAC的相位控制與SCR很類似，但因TRIAC能雙向?qū)ㄖ?，在正負半周均能觸發(fā)、可作為全波功率控制之用，因此TRIAC除具有SCR的優(yōu)點， 更方便于交流功率控制，圖(a)為TRIAC相位控制電路，只適當?shù)恼{(diào)整RC時間常數(shù)即可改變它的激發(fā)角，圖(b)，(c)分別是激發(fā)角為30度時的 VT1-T2及負載的電壓波形，一般TRIAC所能控制的負載遠比SCR小，大體上而言約在600V，40A以下。

15.可控硅特性

1）靜態(tài)的伏安特性

第I象限的是正向特性有阻斷狀態(tài)和導通狀態(tài)之分。在正向阻斷狀態(tài)時，可控硅的伏安特性是一組隨門極電流的增加而不同的曲線簇。當IG足夠大時，可控硅的正向轉(zhuǎn)折電壓很小，可以看成與一般二極管一樣 。

第III象限的是反向特性可控硅的反向特性與一般二極管的反向特性相似。IG=0時，器件兩端施加正向電壓，為正向阻斷狀態(tài)，只有很小的正向漏電流流過，正向電壓超過臨界極限即正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo，則漏電流急劇增大，器件開通隨著門極電流幅值的增大，正向轉(zhuǎn)折電壓降低導通后的可控硅特性和二極管的正向特性相仿

可控硅本身的壓降很小，在1V左右導通期間，如果門極電流為零，并且陽極電流降至接近于零的某一數(shù)值IH以下，則可控硅又回到正向阻斷狀態(tài)。IH稱為維持電流。可控硅上施加反向電壓時，伏安特性類似二極管的反向特性可控硅的門極觸發(fā)電流從門極流入可控硅，從陰極流出陰極是可控硅主電路與控制電路的公共端門極觸發(fā)電流也往往是通過觸發(fā)電路在門極和陰極之間施加觸 發(fā)電壓而產(chǎn)生的可控硅的門極和陰極之間是PN結(jié)J3，其伏安特性稱為門極伏安特性。為保證可靠、安全的觸發(fā)，觸發(fā)電路所提供的觸發(fā)電壓、電流和功率應限制在可靠觸發(fā)區(qū)。

15.可控硅特性

1) 開通過程

延遲時間td：門極電流階躍時刻開始，到陽極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的10%的時間。

上升時間tr：陽極電流從10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時間。

開通時間tgt：以上兩者之和， tgt=td+ tr

2) 關(guān)斷過程

反向阻斷恢復時間trr：正向電流降為零到反向恢復電流衰減至近于零的時間

正向阻斷恢復時間tgr：可控硅要恢復其對正向電壓的阻斷能力還需要一段時間

在正向阻斷恢復時間內(nèi)如果重新對可控硅施加正向電壓，可控硅會重新正向?qū)ā嶋H應用中，應對可控硅施加足夠長時間的反向電壓，使可控硅充分恢復其對正向電壓的阻斷能力，電路才能可靠工作

關(guān)斷時間tq：trr與tgr之和，即   tq=trr+tgr

普通可控硅的關(guān)斷時間約幾百微秒，這是設計反向電壓設計時間的依據(jù)。

16.維持電流與IL擎住電流區(qū)別

維持電流IH是從導通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到阻斷狀態(tài)時，所必需的最小主電流。與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高，則IH越小。

擎住電流是晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)，并移除了觸發(fā)信號后，能維持通態(tài)所必需的最小主電流。擎住電流約為維持電流的2到4倍。

也就說擎住電流是維持電流的特殊形式.

維持電流IH是從導通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到阻斷狀態(tài)時，所必需的最小主電流。與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高，則IH越小。

擎住電流是晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)，并移除了觸發(fā)信號后，能維持通態(tài)所必需的最小主電流。擎住電流約為維持電流的2到4倍。

也就說擎住電流是維持電流的特殊形式.