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晶閘管生產廠家為你介紹雙向可控硅噪聲抑制的基本原理是什么呢?

來源:www.thai-hebmed.com 發表時間:2018-08-13

  從上個世紀70年代開始,雙向可控硅(又稱三端雙向晶閘管)一直用于控制交流負載,幾乎在所有電器上都能看到雙向可控硅。當終端設備上的電壓上升速率過快時,雙向可控硅將會自動觸發,從那時起,設計人員就必須面對雙向可控硅的這個特性。當設計對電壓快速瞬變有要求的電器時,必須考慮這個問題。

  半導體易受到dV/dt變化速率的影響

  功率半導體器件由多個半導體層組成。例如,雙向可控硅是四層結構交流開關元件,每層是半個祼片,每層通過交替摻雜方法控制空穴濃度(P區)或自由電子濃度(N區),形成兩個單向可控硅。因此,雙向可控硅相當于兩個反極性并聯的單向可控硅(圖1)。

  每個PN結都會產生寄生電容,當施加斜坡電壓時,就會產生電容電流(ICAP)。電容電流可能會向IGBT或功率MOSFET等電壓控制型半導體的柵極電容充電。如果電容電壓持續升高,超過閾壓(VGS(th)或VGE(th)),器件可能會導通。即使不足以觸發器件,器件也可能進入飽和模式(如果是MOSFET)或線性模式(如果是IGBT),導致功率損耗過大和器件失效。為避免這個問題,柵極必須通過低阻抗以源極或發射極為參考點。

  雙向可控硅結構易受dV/dt上升率影響b)dV/dt上升率引起導通示例圖

  如果dV/dt(以A1端為參考點)為正值,則電流ICAP經P1-N1結流至A1;如果dV/dt為負值,則電流ICAP經P2-N3結流至A2(如圖1所示)。假如P1或P2層電壓分別高于P1-N2或P2-N3結閾壓(即0.6V),該電容電流就可能導致雙向可控硅導通。

  在雙向可控硅產品數據手冊中,廠商給出相關器件在導通前能夠承受的最小的dV/dt上升速率。如果電壓上升速率高于這個數值,雙向可控硅可能就會導通,如圖1b所示。只要施加的電流小于器件最大輸入電流,dV/dt引起的導通不會損壞雙向可控硅。因為當雙向可控硅導通時,電流會受到負載阻抗限制,所以大多數情況下不會損壞雙向可控硅。

  改進雙向可控硅的dV/dt特性

  為避免當雙向可控硅輸入端上電壓變化速率過快而引起的導通問題,傳統解決方案是給雙向可控硅并聯一個阻容緩沖電路,抑制市電的dV/dt變化速率。但是,這些電路需要一個大型電容,以耐受高達400V的峰壓(連接220-240V市電)。

  第二種解決方案是在柵極和陰極之間增加阻抗,即增加一個電阻器(圖1中的RG)。如圖1所示,這個解決方案只適用于正電壓dV/dt變化的情況,寄生電容電流在P1-N1結分流(見藍色虛線ICAP),防止開關被觸發。對于負電壓dV/dt情況,電容電流(圖1a中的紅色虛線)流向P2-N3結。外部器件無法分流這部分電流,因而無法改進反向dV/dt抑制功能。

  用電容替代電阻(圖1中的RG)也可以解決這個問題,雖然這個辦法在SCR(可控硅整流管)中效果很好,但是不建議用于雙向可控硅,因為雙向可控硅導通時dI/dt速率很高,這個電容可能會在雙向可控硅柵極上產生過流,導致器件損毀。

  為防范這種風險,可以給該電容串聯一個電阻,這樣做的好處是使用一個低阻值的RG,同時避免了從控制電路分流過高的電流,因為只要充電,CG相當于開路。

  

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