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晶闸管的静态特性和动态特性

 
 静态特性
导通特性
晶闸管的导通特性相似二极管。当正向电压超过门限电压时,导通电流随着正向电压的升高而增加(见图2.2.6)。当电流很大,远远超过允许的导通电流时,才变得比较平坦。在中小电流区域,导通电压同温度成反比,既在一定的导通电流时,导通电压随着温度的升高而降低。在较大的电流区域正相反。导通时的电流产生损耗(导通电流乘以导通电压),这种损耗使晶闸管发热。这个发热会限制正向电流,当它过大时会损坏晶闸管。截止特性当晶闸管的电压源反向连接时,在开始的几伏的范围内,截止电流缓慢上升然后基本不变。截止电流受温度影响很大,并随着温度的升高而提高。当提高外接电压就会进入穿透区,(见图2.2.6),截止电流上升很陡。这时就会出现雪崩效应(见第2.2.1.3章节)。
当在晶闸管上加一个正向的电压时,在开始阶段晶闸管不导通,如同截止状态。当电压上升到超过开启电压,晶闸管就进入导通状态,晶闸管会保持这种状态,直到流过晶闸管的电流小于保持电流时。截止电流在正向的外接电压时,随着温度而变化,不同的晶闸管有完全不同的温度变化。大多数的晶闸管在较高温度时的截止电流大于反向截止电流。基本的原因是它作为基极电流被npn 晶体管所放大。较大的正向截止电流不会影响晶闸管的性能和可靠性,它不是一种质量缺陷。这时产生的功耗很小,在计算整体损耗时可以忽略不计。
动态特性
开通特性
基极电流导致开通导通基极电流首先导致晶闸管导通,它发生在基极电流密度最高的截面上,然后再以相对较慢的速度的向外扩展(每微秒传播30 到100 微米)。既当晶闸管的直径在100mm时,需要大概1 千微秒才能全部导通。
图2.2.9 电流分布图 a)基极开通电流分布 b) 开通后导通电流的分布
在导通后正向电压会缓慢回落到静态电压VF。图2.2.10 展示了电压电流和损耗功率的图形。图2.2.10
图2.2.10 晶闸管开通电压电流和损耗功率曲线
当晶闸管刚被激发导通时,导通面积很小,电压在全部导通时在才会回落到静态值VF,所以在刚开通时,开通损耗集中在很小的面积内,这就会使硅片发热。为了保护晶闸管不被烧坏,必须把电流上升的速度限制在允许的规定范围(di/dt)cr 内。在对一些大型的晶闸管,允许的电流上升速度(di/dt)cr 可以通过辅助晶闸管(导向晶闸管)来提高。利用一个较小的晶闸管,其阴极同主要晶闸管的栅极相连,所以主要晶闸管的激发电流就会被放大(见图2.2.11)。主要晶闸管的激发的能量是从主要电流环路中得到,我们称之为内部放大晶闸管。
图 2.2.11 通过辅助晶闸管放大激发能量

另一种提高允许上升速度(di/dt)cr 的方法是把栅极设计成指状,这样可以加长辅助晶闸管和主要晶闸管的接触边长。但这样将损失发射极的有效面积,减少抗负载。

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