快速晶閘管
fast switching thyristor
可以� 400Hz以上頻率工作的晶閘管。視電流容量大小,其開通時間為4�8微秒,關(guān)斷時間為10�60微秒。主要用于較高頻率的整流、斬�、逆變和變頻電路�
快速晶閘管是一個PNPN四層三端器件,其符號與普通晶閘管(見逆阻晶閘管)一樣,它不僅要有良好的靜態(tài)特�,尤其要有良好的動態(tài)特�。快速晶閘管的動�(tài)參數(shù)要求為開通速度和導(dǎo)通擴展速度�,反向恢�(fù)電荷�,�(guān)斷時間短,通態(tài)電流臨界上升�(dI/dt)及斷�(tài)電壓臨界上升� (dV/dt)�。通態(tài)電流臨界上升率是在規(guī)定條件下,器件從斷態(tài)�(zhuǎn)入通態(tài)時,對晶閘管不產(chǎn)生有害影響的通態(tài)電流上升�;斷�(tài)電壓臨界上升率是在規(guī)定條件下,器件從斷態(tài)不致�(zhuǎn)向通態(tài)的斷�(tài)電壓上升�。快速晶閘管在額定頻率內(nèi)其額定電流不隨頻率的增加而下降或下降很少。而普通晶閘管� 400Hz以上時,因開�(guān)損耗隨頻率的提高而增�,并且在總損耗中所占比重也增加,所�,其額定電流隨頻率增加而急速下降�
快速晶閘管的結(jié)�(gòu)和工作原理與普通晶閘管相同,但在設(shè)計與制造中采取了特殊措施以減少開關(guān)耗散功率。通常采用增加門極-陰極周界長度、減薄基區(qū)厚度的辦�,增加初始�(dǎo)通面�,提高dI/dt耐量和提高擴展速度;采用陰極短路點、非對稱�(jié)�(gòu)、摻金、鉑或用電子、快中子輻照技�(shù)等辦法降低少子壽命,提高dV/dt耐量,降低�(guān)斷時��80年代,快速晶閘管已做到通態(tài)平均電流1000A,耐壓2500V,關(guān)斷時�30微秒�
一種對工作頻率有明確標定的快速晶閘管則稱為高頻晶閘管(中國型號為KG�。例如KG50�20kHz�,表示該高頻管的標稱工作頻率為20kHz,通態(tài)平均電流�50A�20kHz下正弦半波平均電流值)�80年代中期,中國已能生產(chǎn)KG100(20kHz)和KG200(10kHz),耐壓�1�1.2kV的高頻晶閘管�
快速晶閘管采取的特殊措�,在一定程度上降低了靜�(tài)特性(如升高了通態(tài)壓降�,故限制了它直接工作于更高頻率的大功率電子設(shè)�。為滿足更高頻率下工作對晶閘管提出的特殊要求,開�(fā)了門極輔助關(guān)斷晶閘管、可�(guān)斷晶閘管��
晶閘管T在工作過程中,它的陽極A和陰極K與電源和負載連接,組成晶閘管的主電路,晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接,組成晶閘管的控制電��
晶閘管的工作條件�
1. 晶閘管承受反向陽極電壓時,不管門極承受和種電�,晶閘管都處于關(guān)短狀�(tài)�
2. 晶閘管承受正向陽極電壓時,僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導(dǎo)通�
3. 晶閘管在�(dǎo)通情況下,只要有一定的正向陽極電壓,不論門極電壓如�,晶閘管保持�(dǎo)通,即晶閘管�(dǎo)通后,門極失去作用�
4. 晶閘管在�(dǎo)通情況下,當主回路電壓(或電流)減小到接近于零時,晶閘管�(guān)��
從晶閘管的內(nèi)部分析工作過程:
晶閘管是四層三端器件,它有J1、J2、J3三個PN�(jié)�1,可以把它中間的NP分成兩部�,構(gòu)成一個PNP型三極管和一個NPN型三極管的復(fù)合管�
當晶閘管承受正向陽極電壓時,為使晶閘管導(dǎo)�,必須使承受反向電壓的PN�(jié)J2失去阻擋作用。圖2中每個晶體管的集電極電流同時就是另一個晶體管的基極電�。因此,兩個互相復(fù)合的晶體管電�,當有足夠的門機電流Ig流入時,就會形成強烈的正反饋,造成兩晶體管飽和�(dǎo)�,晶體管飽和�(dǎo)��
�(shè)PNP管和NPN管的集電極電流相�(yīng)為Ic1和Ic2;發(fā)射極電流相應(yīng)為Ia和Ik;電流放大系�(shù)相應(yīng)為a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik,設(shè)流過J2�(jié)的反相漏電電流為Ic0,
晶閘管的陽極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和:
Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0
若門極電流為Ig,則晶閘管陰極電流為Ik=Ia+Ig
從而可以得出晶閘管陽極電流為:I=(Ic0+Iga2)/�1-(a1+a2))�1�1)式
硅PNP管和硅NPN管相�(yīng)的電流放大系�(shù)a1和a2隨其�(fā)射極電流的改變而急劇變化如圖3所示�
當晶閘管承受正向陽極電壓,而門極未受電壓的情況下,式(1�1)中,Ig=0,(a1+a2)很小,故晶閘管的陽極電流Ia≈Ic0 晶閘�(guān)處于正向阻斷狀�(tài)。當晶閘管在正向陽極電壓�,從門極G流入電流Ig,由于足夠大的Ig流經(jīng)NPN管的�(fā)射結(jié),從而提高起點流放大系數(shù)a2,�(chǎn)生足夠大的極電極電流Ic2流過PNP管的�(fā)射結(jié),并提高了PNP管的電流放大系數(shù)a1,�(chǎn)生更大的極電極電流Ic1流經(jīng)NPN管的�(fā)射結(jié)。這樣強烈的正反饋過程迅速進行。從�3,當a1和a2隨發(fā)射極電流增加而(a1+a2)≈1�,式�1�1)中的分�1-(a1+a2)≈0,因此提高了晶閘管的陽極電流Ia.這時,流過晶閘管的電流完全由主回路的電壓和回路電阻決定。晶閘管已處于正�?qū)顟B(tài)�
式(1�1)中,在晶閘管導(dǎo)通后�1-(a1+a2)≈0,即使此時門極電流Ig=0,晶閘管仍能保持原來的陽極電流Ia而繼�(xù)�(dǎo)�。晶閘管在導(dǎo)通后,門極已失去作用�
在晶閘管�(dǎo)通后,如果不斷的減小電源電壓或增大回路電阻,使陽極電流Ia減小到維持電流IH以下�,由于a1和a1迅速下�,當1-(a1+a2)≈0時,晶閘管恢�(fù)阻斷狀�(tài)�