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公司新闻
大功率晶闸管参数解析之正向特性
2023-08-12IP属地 湖北70

  功率二极管晶闸管广泛应用于AC/DC变换器、UPS、AC静态开关、SVC和电解氢,但大多数工程师对这类双极器件的了解还不如IGBT,

  内容摘自英飞凌英文应用指南AN2012-01《双极半导体技术信息》。

  电气特性

  二极管和晶闸管的电气特性随温度而变化,因此只有针对特定温度给出的电气特性才是有效的。除非另有说明,数据表中的所有值都适用于40至60Hz的电源频率。

  大值是厂家以极限值的形式给出的值,即使短时间内也不能超过,否则可能会降低或损坏元器件的功能。特征值是规定条件下的数据分布范围,可作为进货检验的依据。

  首先,积极的方向

  正向关态特性是晶闸管正向特性的一部分,描述了正向关态电流和正向关态电压的瞬时值。

  正向关断状态电流iD

  ID是晶闸管处于关断状态时流经主端子的电流。在数据手册中,该值是针对电压VDRM和高结温Tvjmax指定的。

  正向关断状态电流随结温Tvj而变化。

  正向截止状态电压vD

  VD是晶闸管处于关断状态时施加于主端子的正电压。

  1.正向关断状态重复峰值电压VDRM

  VDRM是正向关断状态下所有重复峰值电压中最大的重复电压值。

  在DC应用中有必要降低VD(DC)。另见第3节。

  考虑到工作过程中产生的瞬态电压,晶闸管的峰值电源电压通常等于高额定关态重复峰值电压除以1.5-2.5之间的安全系数。

  当瞬态电压已知时,通常采用较低的安全系数。这种情况通常是储能大的自动换向变换器。电网提供未知瞬态水平时,变流器的安全电压裕度为2.0至2.5。

  如果运行期间可能产生超过高容许关断状态重复峰值电压的瞬态电压,则必须提供适当的瞬态电压保护网络。

  2.正向关断状态下的非重复峰值电压VDSM

  VDSM是施加于晶闸管的直流电压中的高额定非重复峰值,在任何情况下晶闸管上的直流电压都不得超过该值。

  3.正向关断状态DC电压VD(DC)

  VD(DC)是关断模式下长期允许的正向DC电压。对于本文所述的半导体,该值约为关态重复峰值电压的一半。这对100fit(单位时间间隔内的失败次数;1fit= failure -每小时9次,即设备工作109小时后出现故障)有效。可根据要求提供不同DC电压的预期故障率。

  正向翻转电压V(BO)

  V(BO)是晶体管在指定栅极电流下从关断状态切换到导通状态时的直流电压。

  例外:对于集成有转向二极管(BOD)的光触发晶闸管(LTT ), V(BO)是晶闸管保护触发所需的低电压。

  栅极开路正向翻转电压V(BO)0

  V(B0)0是对应于零栅极电流的转换电压。用高于V(B0)0的电压触发晶闸管可能会导致设备损坏。

  例外:光触发晶闸管受集成转向二极管(BOD)保护。

  保持当前IH

  IH是保持晶闸管导通状态所需的小导通电流值。IH随着结温的升高而降低(见图9)。

  与同等规格的电触发晶闸管相比,光触发晶闸管的保持电流要小得多。

  保持当前的IL

  IL是指晶闸管在栅极电流衰减后维持导通状态所需的导通电流。保持电流随栅极电流的变化率、峰值、持续时间和结温而变化(见图9)。

  例外:与同规格的电触发晶闸管相比,光触发晶闸管的保持电流要小得多。

  On-state当前iT、ITAV、ITRMS、iF、IFAV、IFRMS。

  导通电流是指当晶闸管(iT、ITAV、ITRMS)或二极管(iF、IFAV、IFRMS)处于导通状态时流经主端子的电流。每个参数的含义是:

  IT,iF=瞬时值

  ITAV,IFAV=平均值

  ITRMS,IFRMS=RMS(均方根)

  图3:标准化保持电流IL和保持电流IH之间的典型关系曲线。

  导通状态电压vT,vF

  VT和vF是在指定导通状态电流下施加于主引脚的电压。通态电压随结温而变化。数据手册中给出的导通状态电压值仅对处于完全导通状态的晶闸管(vT)或二极管(vF)有效。

  正常特征

  导通特性是指在规定的结温下,二极管或晶闸管完全导通时的导通电流和导通电压之间的关系。

  vt、VF和rT的等值线近似

  等值线图近似于晶闸管(VT,rT)或二极管(VF,rT)的通态特性,用于计算通态功耗。

  每个参数的含义是:

  VT,VF=阈值电压

  RT=微分电阻或斜率电阻

  VT (VF)的值是等值线和电压轴的近似交点,rT是从等值线的上升率计算出来的。根据冷却情况,可能需要根据应用调整数据表中显示的轮廓。因此,在某些数据手册中,VT、VF和RT可能有额外的低电平值..

  对于具有高阻断电压(T...1N,T...3N,D...1N),等值线显示为典型开态特性的近似值,描述了约50%的统计分布。在使用许多相同元件的应用中,典型等值线可用于计算整个器件的传导损耗。

  大平均开态电流ITAVM,IFAVM

  根据DIN VDE 0558第1部分,ITAVM和IFAVM是单相半波阻性负载电路中导通状态电流的最大容许连续平均值,在额定外壳温度TC和40至60Hz的频率下进行评估。

  低阻断电压晶闸管或二极管的数据手册中提供了一个图表,显示了对应于各种电流导通角的大平均通态电流和高允许外壳温度TC。

  这个数字只考虑了传导损耗。对于具有高电阻电压(2200 V)的元件,需要考虑额外的关断损耗以及一些阻塞和导通损耗。。

  大均方根通态电流ITRMSM、IFRMSM

  ITRMSM和IFRMSM是在考虑了器件所有元件的电应力和热应力的前提下,均方根通态电流的较大允许值。无论是压力接触型还是螺栓型模块,即使晶闸管(ITRMSM)和二极管(IFRMSM)处于良好的冷却状态,通态电流也不应超过该值。

  通态过载电流IT(OV),IF(OV)

  IT(OV)和IF(OV)是指晶闸管IT(OV)或二极管IF(OV)在短期运行中能传导而不失去控制性能的大的允许通态电流值。在通态过载电流图中,该电流是50Hz正弦半波峰值,对应于不同的预载和时间t。

  这个数字没有考虑具有高阻断电压的器件中发生的阻断或关断损耗的增加。对于具有极高阻断电压(4kV)的元件,数据手册中未提供该数字。

  大电流过载电流IT(OV)M,IF(OV)M

  IT(OV)M和IF(OV)M是指为了防止晶闸管(IT(OV)M)或二极管(IF(OV)M)损坏而必须关断器件时的导通状态电流值。这些值用于设计保护网络。当流过晶闸管的电流达到这个值时,晶闸管可能会暂时失去正向阻断能力和可控性。

  大电流过载电流特性将该值显示为时间t对应的50Hz正弦半波峰值,分为空载提前工作和大平均通态电流下提前工作两种情况。

  单独数据手册中提供的高电流过载电流特性适用于反向重复峰值电压80%的反向阻断电压。如果实际反向电压较低,领先的连续大状态过载电流ITAVM被允许为更大的大状态过载电流,如图11和12所示。如果没有引线负载,就不可能确定器件的状况。

  这个数字没有考虑具有高阻断电压的器件中发生的阻断或关断损耗的增加。对于具有极高阻断电压(4kV)的元件,数据手册中未提供该数字。第7.2节描述了这些设备的保护设计。

  ITSM和IFSM的通态浪涌电流

  ITSM和IFSM是指50Hz正弦半波电流脉冲在25°C条件下(相当于空载条件下的短路)或在高允许结温下的导通状态下(相当于加载大允许电流后的短路)的大允许峰值。当半导体受到通态浪涌电流时,器件失去阻断能力。因此,随后不得施加负电压。如果结温回落到允许的工作温度范围,这种应力可能会在故障情况下以非周期性的方式再次出现。

  如果该值超过最大允许值,则装置可能会损坏(详情请参考第7.2章过电流保护)。

  大额定值∫idt

  ∫idt是开态浪涌电流的平方对时间的积分。

  大的额定∫idt值可用于确定短路保护(见7.2)。

  对于周期短于10ms的正弦半波,较大额定值为∫i?dt值如图13所示。电压应力和重复性也适用于通态浪涌电流。当超过较大的允许值时,设备可能会损坏。此外,尤其是对于大直径晶闸管,不得超过允许的临界导通电流变化率(di/dt)cr。