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IGBT模块

几种特殊的可控硅及应用

发布日期:2022-04-26 点击率:114

快速可控硅
  普通可控硅不能在较高的频率下工作。因为器件的导通或关断需要一定时间,同时阳极电压上升速度太快时,会使元件误导通;阳极电流上升速度太快时,会烧毁元件。人们在制造工艺和结构上采取了一些改进措施,做出了能适应于高频应用的可控硅,我们将它称为快速可控硅。它具有以下几个特点。
一、关断时间(toff)短
  导通的可控硅,当切断正向电流时。并不能马上“关断”,这时如立即加上正向电压,它还会继续导通。从切断正向电流直到控制极恢复控制能力需要的时间,叫做关断时间。用t0仟表示。
  可控硅的关断过程,实际上是储存载流子的消失过程。为了加速这种消失过程,制造快速可控硅时采用了掺金工艺,把金掺到硅中减少基区少数载流子的寿命。硅中掺金量越多,t0仟越小,但掺金量过多会影响元件的其它性能。
二、导通速度快.能耐较高的电流上升率(dI/dt)
  控制极触发导通的可控硅。总是在靠近控制极的阴极区域首先导通,然后逐渐向外扩展,直到整个面积导通。大面积的可控硅需要50~1O0微秒以上才能全面积导通。初始导通面积小时,必须限制初始电流的上升速度,否则将发生局部过热现象,影响元件的性能,甚至烧坏。高频工作时这种现象更为严重。为此,仿造了集成电路的方法,在可控硅同一硅片上做出一个放大触发信号用的小可控硅。控制极触发小可控硅后,小可控硅的初始导通电流将横向经过硅片流向主可控硅阴极,触发主可控硅。从而实际强触发,加速了元件的导通,提高了耐电流上升率的能力。
三、能耐较高的电压上升率(dv/dt)
  可控硅是由三个P—N结组成的。每个结相当于一个电容器。结电压急剧变化时,就有很大的位移电流流过元件,它等效于控制极触发电流的作用。可能使可控硅误导通。这就是普通可控硅不能耐高电压上升率的原因。
  为了有效防止上述误导通现象发生,快速可控硅采取了短路发射结结构。把阴极和控制极按一定几何形状短路。这样一来,即使电压上升率较高,可控硅的电流放大系数仍几乎为零,不致使可控硅误导通。只是在电压上升率进一步提高,结电容位移电流进一步增大,在短路点上产生电压降足够大时,可控硅才能导通。
  具有短路发射结结构的可控硅,用控制极电流触发时。控制极电流首先也是从短路点流向阴极。只是当控制极电流足够大,在短路点电阻上的电压降足够大,PN结正偏导通电流时,才同没有短路发射结的元件一样,可被触发导通。因此,快速可控硅的抗干扰能力较好。
快  速可控硅的生产和应用都进展很快。目前,已有了电流几百安培、耐压1千余伏,关断时间仅为20微妙的大功率快速可控硅,同时还做出了最高工作频率可达几十千赫兹供高频逆变用的元件。其产品广泛应用于大功率直流开关、大功率中频感应加热电源、超声波电源、激光电源、雷达调制器及直流电动车辆调速等领域。
逆导可控硅
以  往的城市电车和地铁机车为了便于调速采用直流供电,用直流开关动作增加或减小电路电阻,改变电路电流来控制车辆的速度。但它有不能平滑起动和加速。开关体积大、寿命短,而且低速运行时耗电大(减速时消耗在启动电阻上)等缺点。自有了逆导可控硅,采用了逆导可控硅控制、调节车速,不仅克服了上述缺点,而且还降低了功耗,提高了机车可靠性。
  逆导可控硅是在普通可控硅上反向并联一只二极管而成(同做在一个硅片上。它的等效电路和符号如图1所示。它的特点是能反向导通大电流。由于它的阳极和阴极接入反向并联的二极管,可对电感负载关断时产生的大电流、高电压进行快速释放。


  目前已经能生产出耐压达到1500~2500V正向电流达400A。吸收电流达150A,关断时间小于30微秒的逆导可控硅。

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