大功率晶闸管@@参数@@解析之正向@@特性@@

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编者按@@

功率二极管@@晶闸管@@广泛应用于@@AC/DC变换器@@、UPS、交流静态开关@@、SVC和@@电解氢等场合@@,但大多数工程师对这类双极性器件的@@了解@@不及对@@IGBT的@@了解@@,为此我们组织了@@6篇连载@@,包括正向@@特性@@,动态特性@@,控制特性@@,保护@@以及损耗与@@热特性@@。

内容摘自英飞凌英文版应用指南@@AN2012-01《双极性半导体技术信息@@》。

电气特性@@

二极管@@和@@晶闸管@@的@@电气特性@@随温度变化而变@@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@@,否则数据手册中的@@所有值@@均适用于@@40至@@60Hz的@@电源频率@@。

最大@@值@@为制造商以绝对极限值@@形式给出的@@值@@@@,通常即@@使在短时间内也不可超过此值@@@@,否则可能导致金宝博@@手机登录@@ 功能下降或@@损坏@@。特征值@@为规定条件下的@@数据分布范围@@,可以用作进厂检验依据@@。

一@@、正向@@

正向@@断态特性为晶闸管@@正向@@特性的@@一@@部分@@@@,这部分@@特性描述了正向@@断态电流@@@@和@@正向@@断态电压@@的@@瞬时值@@@@@@。

 

“图@@1.断态电流@@iD,R(VDRM,RRM)相对于@@ID,R(VDRM,RRM;Tvj
图@@1.断态电流@@iD,R(VDRM,RRM)相对于@@ID,R(VDRM,RRM;Tvj max)的@@比值@@与@@结温@@Tvj相对于@@Tvj max的@@比值@@之间的@@典型关系曲线@@@@@@

 

“图@@2.断态电压定义@@"
图@@2.断态电压定义@@

• 正向@@断态电流@@@@iD

iD是晶闸管@@处于断态时正向@@流过主端子的@@电流@@。在数据手册中@@,该值@@是针对电压@@VDRM和@@最高结温@@Tvjmax规定的@@@@。

正向@@断态电流@@@@随结温@@Tvj而变@@(见@@图@@@@7)。

• 正向@@断态电压@@vD
vD是晶闸管@@处于断态时正向@@施加于主端子的@@电压@@。

1. 正向@@断态重复峰值@@@@电压@@VDRM

VDRM是在正向@@断态条件下@@,所有重复峰值@@@@电压中的@@最大@@重复电压值@@@@。

在直流应用中有必要降低@@VD(DC)。另见@@章节@@3.

考虑到工作过程中产生的@@瞬态电压@@,晶闸管@@工作时的@@电源电压峰值@@@@通常等于最高额定断态重复峰值@@@@电压除以一@@个@@介于@@1.5和@@2.5之间的@@安全系数@@。

 

“大功率晶闸管@@参数@@解析之正向@@特性@@"

在瞬态电压已知的@@情况下通常采用较低安全系数@@。这类情况通常是具有大储能的@@自动换向变流器@@。对于电网@@提供的@@瞬态水平未知的@@变流器@@,首选@@2.0至@@2.5的@@安全电压裕量@@。

如果在工作过程中很可能产生超过最高允许断态重复峰值@@@@电压的@@瞬态电压@@,则必须提供合适的@@瞬态电压保护@@网@@络@@(见@@7.1)。

2. 正向@@断态不重复峰值@@@@电压@@VDSM

VDSM是施加在晶闸管@@上的@@正向@@电压中的@@最高额定不重复峰值@@@@@@,任何情况下晶闸管@@上的@@正向@@电压都不得超过此值@@@@。

3. 正向@@断态直流电压@@VD(DC)

VD(DC)是断态模式中长期允许的@@正向@@直流电压@@。对于本文所述@@的@@半导体@@,该值@@大约是一@@半的@@断态重复峰值@@@@电压@@。这对@@100fit(单位时间间隔内的@@失效次@@数@@;1fit=每小时失@@效@@1小时失@@-9次@@,即@@,器件工作@@109小时失@@效一@@次@@@@)左右的@@失效率是有效@@的@@@@。可应要求提供不同直流电压的@@预期失效率@@。

• 正向@@转折电压@@V(BO)

V(BO)是在规定的@@@@门极电流下@@,晶体管从断态转换到通态时的@@正向@@电压@@。

例外@@:对于集成了转折二极管@@@@(BOD)的@@光触发晶闸管@@@@(LTT),V(BO)是发生晶闸管@@保护@@性触发所需的@@最低电压@@

• 门极开路正向@@转折电压@@@@V(BO)0

V(B0)0是零栅电流对应的@@@@转折电压@@。用高于@@V(B0)0的@@电压触发晶闸管@@可能导致器件损坏@@。

例外@@:光触发晶闸管@@通过集成的@@转折二极管@@@@(BOD)得到保护@@@@。

• 维持电流@@IH

IH是使晶闸管@@维持通态所必需的@@最小通态电流@@值@@@@。IH随着结温的@@升高而减小@@(见@@图@@@@9)。

与@@规格相当的@@电触发晶闸管@@相比@@,光触发晶闸管@@的@@维持电流@@要小得多@@。

• 擎住电流@@IL

IL是指门极电流衰减后@@,晶闸管@@维持通态所需的@@通态电流@@@@。擎住电流@@随门极电流的@@变化率@@、峰值@@@@、持续时间以及结温而变@@@@(见@@图@@@@9)。

例外@@:与@@规格相当的@@电触发晶闸管@@相比@@,光触发晶闸管@@的@@擎住电流@@要小得多@@。

• 通态电流@@iT,ITAV,ITRMS,iF, IFAV, IFRMS

通态电流@@是晶闸管@@@@(iT,ITAV,ITRMS)或@@二极管@@@@(iF, IFAV,IFRMS)处于通态时流过主端子的@@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:归一@@化的@@擎住电流@@@@IL和@@维持电流@@@@IH的@@典型关系曲线@@"
图@@3:归一@@化的@@擎住电流@@@@IL和@@维持电流@@@@IH的@@典型关系曲线@@

• 通态电压@@vT,vF

vT、vF是在规定的@@@@通态电流@@下施加于主端子的@@电压@@。通态电压@@随结温而变@@@@。数据手册中各给出的@@通态电压@@值@@仅对处于完全导通状态的@@晶闸管@@@@(vT)或@@二极管@@@@(vF)有效@@。

• 通态特性@@

通态特性@@是指在@@规定结温下@@,二极管@@或@@处于完全导通状态的@@晶闸管@@的@@通态电流@@和@@通态电压@@之间的@@关系@@。

• VT(TO)、VF(TO)和@@rT的@@等值@@线近似@@

等值@@线是对晶闸管@@@@(VT(TO),rT)或@@二极管@@@@(VF(TO),rT) 的@@通态特性@@的@@近似@@,用于计算通态功率耗散@@。

各参数@@含义为@@:

VT(TO),VF(TO)=门槛电压@@

rT=微分电阻或@@斜率电阻@@

VT(TO)、VF(TO)的@@值@@是等值@@线近似与@@电压轴的@@交点值@@@@,rT是由等值@@线的@@上升率计算而来的@@@@。可能有必要根据@@应用调整数据手册中显示的@@等值@@线@@,具体取决于冷却情况@@。因此@@,在某些数据手册中@@,VT(TO)、VF(TO)和@@rT可能存在额外的@@低水平值@@@@。

对于具有高阻断电压的@@金宝博@@手机登录@@@@ (T...1N,T...3N, D...1N),等值@@线另外显示为对典型通态特性@@的@@近似@@,其描述的@@大约为统计分布中的@@@@50%值@@。在使用许多相同金宝博@@手机登录@@ 的@@应用中@@,可使用典型等值@@线类似计算整个装置的@@导通损耗@@。

 

“图@@4通态特性@@和@@其匹配的@@等值@@线近似@@示例@@"
图@@4通态特性@@和@@其匹配的@@等值@@线近似@@示例@@

• 最大@@平均通态电流@@@@ITAVM、IFAVM

根据@@DIN VDE 0558第@@1部分@@,ITAVM、IFAVM是单相半波阻性负载电路中的@@通态电流@@的@@最大@@允许连续平均值@@@@@@,是在规定管壳温度@@TC和@@40至@@60Hz的@@频率下评定的@@@@。

具有低阻断电压的@@晶闸管@@或@@二极管@@@@的@@@@数据手册中提供了一@@张图@@@@,此图@@显示了各种电流导通角对应的@@@@最大@@平均通态电流@@@@和@@最高允许管壳温度@@TC。

此图@@只考虑了导通损耗@@。对于具有高阻电压@@(>2200 V)的@@金宝博@@手机登录@@ ,需要考虑额外的@@关断损耗及一@@定程度的@@阻断和@@开通损耗@@。

对于具有极高阻断电压@@(>4kV)的@@金宝博@@手机登录@@ ,相应数据表中不提供此图@@@@。

• 最大@@RMS通态电流@@ITRMSM、IFRMSM

ITRMSM、IFRMSM是在将器件的@@所有装配件的@@电应力和@@热应力都考虑在内的@@前提下@@,RMS通态电流@@的@@最大@@允许值@@@@。不论是压接型型还是螺栓型模块@@,通态电流@@都不得超过此电流值@@@@,即@@使晶闸管@@@@(ITRMSM) 和@@二极管@@@@(IFRMSM)处于最佳冷却状态@@。

• 通态过载电流@@IT(OV)、IF(OV)

IT(OV)、IF(OV)是指晶闸管@@@@IT(OV)或@@二极管@@@@IF(OV)在短时工作中可以传导但又不失去控制性质的@@最大@@允许通态电流@@值@@@@。在通态过载电流@@图@@中@@,此电流是不同预负载和@@时间@@t对应的@@@@50Hz正弦半波峰值@@@@@@。

此图@@未考虑发生在具有高阻断电压的@@器件中的@@阻断或@@关断损耗增加的@@情况@@。对于具有极高阻断电压@@ (>4kV)的@@金宝博@@手机登录@@ ,数据手册中不提供此图@@@@。

• 最大@@通态过载电流@@@@IT(OV)M、IF(OV)M

IT(OV)M、IF(OV)M是指为了使晶闸管@@@@(IT(OV)M)或@@二极管@@@@(IF(OV)M)不被损坏而必须关断器件时的@@通态电流@@值@@@@。这些值@@专用于设计保护@@网@@络@@。流经晶闸管@@的@@电流达到该值@@时@@,晶闸管@@可能暂时失去正向@@阻断能力和@@可控性@@。

最大@@通态过载电流@@@@特性将该值@@显示为与@@时间@@@@t对应的@@@@50Hz正弦半波峰值@@@@@@。分为两种情况@@:空载工作超前和@@在最大@@平均通态电流@@@@下工作超前@@。

单独数据手册中提供的@@最大@@通态过载电流@@@@特性适用于反向重复峰值@@@@电压的@@@@80%的@@反向阻断电压@@@@。如果实际反向电压更低@@,则超前连续最大@@通态过载电流@@@@@@ ITAVM允许为更大的@@最大@@通态过载电流@@@@@@,如图@@@@11和@@图@@@@12所示@@。无法据此确定无超前负载器件的@@状况@@。

此图@@未考虑发生在具有高阻断电压的@@器件中的@@阻断或@@关断损耗增加的@@情况@@。对于具有极高阻断电压@@ (>4kV)的@@金宝博@@手机登录@@ ,数据手册中不提供此图@@@@。这些器件的@@保护@@设计如章节@@7.2所述@@。

 

“图@@5最大@@通态过载电流@@@@IT(OV)M、IF(OV)M(与@@10ms和@@Tvj
图@@5最大@@通态过载电流@@@@IT(OV)M、IF(OV)M(与@@10ms和@@Tvj max对应的@@@@浪涌电流@@ITSM或@@IFSM有关@@)与@@50Hz正弦半波数之间的@@典型关系曲线@@@@@@。参数@@:反向阻断电压@@VRM

 

“图@@6.
图@@6. 数个@@50Hz正弦半波的@@最大@@通态过载电流@@@@@@ IT(OV)M、IF(OV)M(与@@10ms和@@Tvj max对应的@@@@浪涌电流@@ITSM或@@IFSM有关@@)与@@时间@@t之间的@@典型关系曲线@@@@。参数@@:反向阻断电压@@VRM

• 通态浪涌电流@@ITSM、IFSM

ITSM、IFSM是指在@@25°C的@@条件下@@(相当于在无负载状态下短路@@)或@@在最高允许结温下的@@开通状态下@@(相当于在永久加载最大@@允许电流后短路@@),一@@个@@ 50Hz正弦半波电流脉冲的@@最大@@允许峰值@@@@@@。当半导体承受通态浪涌电流@@时@@,器件失去阻断能力@@。因此@@,随后不得施加负向电压@@。如果结温已回落至@@允许的@@工作温度范围内@@,则在故障情况中这种应力可能以一@@种非周期性方式重复出现@@。

超过最大@@允许值@@时@@,器件可能损坏@@(如需了解详情@@,请参阅章节@@7.2过流保护@@@@)。

• 最大@@额定@@值@@@@∫i²dt

∫i²dt是通态浪涌电流@@的@@平方对时间的@@积分@@。

最大@@额定@@∫i²dt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@@,最大@@额定@@∫i²dt值@@如图@@@@@@13所示@@。电压应力和@@重复性同样适用于通态浪涌电流@@@@。超过最大@@允许值@@时@@,器件可能损坏@@。此外@@,尤其是对大直径晶闸管@@而言@@,不得超过允许的@@临界开通电流变化率@@(di/dt)cr。

 

“图@@7.归一@@化到@@òi²dt值@@(10ms)的@@òi²dt与@@正弦半波持续时间@@tP之间的@@典型关系曲线@@@@"
图@@7.归一@@化到@@òi²dt值@@(10ms)的@@òi²dt与@@正弦半波持续时间@@tP之间的@@典型关系曲线@@@@
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