可控硅基础知识

环昕微可控硅基础知识

1. P型半导体

因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。

在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质。

2. N型半导体

因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。

在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。

3.PN结形成

在P型半导体和N型半导体结合后，由于N型区内电子很多而空穴很少，而P型区内空穴很多电子很少，在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差别。  这样，电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。

于是，有一些电子要从N型区向P型区扩散，也有一些空穴要从P型区向N型区扩散。它们扩散的结果就使P区一边失去空穴，留下了带负电的杂质离子,N区一边失去电子，留下了带正电的杂质离子。半导体中的离子不能任意移动，因此不参与导电。这些不能移动的带电粒子在P和N区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，就是所谓的PN结。

4.单向可控硅介绍（1）

4.单向可控硅介绍（2）

5.双向可控硅介绍（1）

5.双向可控硅介绍（2）

5.双向可控硅介绍（3）

可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可 以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成 。当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电 极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流 ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅 使饱和导通。

由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用,没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的. 由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化.

6.目前产品封装

插件（TO-92，TO-126，TO-202，TO-220，TO-3P，TO-3PS，TO-251,TO-262,SOT-82,TO-202-3,TO-220F,TO-247,TO-247S,RD91,TG-C）

贴片（SOT-23，SOT-23-3L,SOT-89，SOT-223，SOT-252，TO-263）

7.产品使用范围

动作快,寿命长,可靠性好,在调速，调光，调温以及其它各种控制电路已成熟大量应用,效率高,控制特性好,寿命长,体积小。

8.可控硅参数符号

IT(AV)--通态平均电流              VRRM--反向反复峰值电压

IDRM--断态重复峰值电流            ITSM--通态一个周波不反复浪涌电流

VTM--通态峰值电压                 IGT--门极触发电流

VGT--门极触发电压                 IH--维持电流

dv/dt--断态电压临界上升率         di/dt--通态电流临界上升率

Rthjc--结壳热阻                    VISO--模块绝缘电压

Tjm--额定结温                      VDRM--断态重复峰值电压

9.绝缘与非绝缘区别

T2与Tab散热片不连通                                            T2与Tab散热片连通

绝缘就是散热片不带电。不绝缘就是散热片带电。绝缘的有两种，外绝缘和内绝缘。外绝缘就是在散热片上包裹黑色塑料，我们称之为塑封。内绝缘就是在芯片和散热片之间加了一层陶瓷，由陶瓷和散热片接触。陶瓷是绝缘体。

10.可控硅损坏原因

（1）.过压击穿

可控硅不能承受电压而损坏，可控硅对过压的承受能力几乎没有时间的，即使在几毫秒的短时间内过压也会被击穿。过压击穿特征：芯片中有一个光洁的小孔。检查可控硅两端RC吸收回路是否有烧坏或失效的，即可避免干扰脉冲所引起的瞬间过压。

（ 2）过流击穿

电流超过额定电流，并在可控硅芯片内部产生热效应，使芯片温度升高，失效且不能恢复。过流击穿特征：电子元器件表面有烧焦现象，痕迹特征是芯片出现坑洞。选择可控硅耐压2~3倍。

（3）过热击穿

工作电流并不超过可控硅额定电流的情况下而发生的热击穿。特征：电子元器件表面有烧焦现象，痕迹特征是芯片出现坑洞。注意环境温度，保持可控硅与散热器之间的接触面良好。

11.可控硅电压说明

功率器件的耐压与市电输入电压有直接关系，通常情况下，功率器件的耐压是市电输入电压的三倍。故，正反向耐压计算公式为：输入电压×3=功率器件的額定电压。

例如：中国的市电两相输入电压为180V~240V，国标是以220V为标准值，功率器件在计算其耐压时是取平均值的，即以200V为基准，则计算公司为：200V×3≈600V，三相电输入的280V～380V，三相电的应用主要是电机电路，电压落差也很大。

故功率器件取其平均值也分几个档次：265V，333V，400V，因而有了以下计算方法：265V×3≈800V

333V×3≈1000V400V×3≈1200V

12.可控硅工作条件

（1）从关断到导通

a.阳极电位高于阴极电位

b.控制极有足够的正向电压和电流，两者缺一不可。

(2) 维持导通

a.阳极电位高于阴极电位，

b.阳极电流大于维持电流，两者缺一不可。

(3) 从导通到关断

a.阳极电位低于阴极电位。

13.双向可控硅的触发特性

双向可控硅 TRIAC为三端元件，其三端分别为T1 (第二端子或第二阳极)，T 2(第一端子或第一阳极)和G(控制极)亦为一闸极控制开关，无论于正向或反向电压时皆可导通。因为它是双向元件，所以不管T1 ,T2的电压极性如何，若闸极有信号加入时，则T1 ,T2间呈导通状态；反之，无加闸极触发信号，则T1 ,T2间有极高的阻抗。

由于TRIAC为控制极控制的双向可控硅,控制极电压VG极性与阳极间之电压VT1T2四种组合分别如下：(1). VT1T2为正, VG为正。(2). VT1T2为正, VG为 负。(3). VT1T2为负, VG为正。(4). VT1T2为负, VG为 负。一般最好使用在对称情况下(1与4或2与3)，以使正负半周能得到对称的结果，最方便的控制方法则为1与4之控制状态，因为控制极信号 与VT1T2同极性。

14.双向可控硅的相位控制

TRIAC的相位控制与SCR很类似，但因TRIAC能双向导通之故，在正负半周均能触发、可作为全波功率控制之用，因此TRIAC除具有SCR的优点， 更方便于交流功率控制，图(a)为TRIAC相位控制电路，只适当的调整RC时间常数即可改变它的激发角，图(b)，(c)分别是激发角为30度时的 VT1-T2及负载的电压波形，一般TRIAC所能控制的负载远比SCR小，大体上而言约在600V，40A以下。

15.可控硅特性

1）静态的伏安特性

第I象限的是正向特性有阻断状态和导通状态之分。在正向阻断状态时，可控硅的伏安特性是一组随门极电流的增加而不同的曲线簇。当IG足够大时，可控硅的正向转折电压很小，可以看成与一般二极管一样 。

第III象限的是反向特性可控硅的反向特性与一般二极管的反向特性相似。IG=0时，器件两端施加正向电压，为正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低导通后的可控硅特性和二极管的正向特性相仿

可控硅本身的压降很小，在1V左右导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH以下，则可控硅又回到正向阻断状态。IH称为维持电流。可控硅上施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性可控硅的门极触发电流从门极流入可控硅，从阴极流出阴极是可控硅主电路与控制电路的公共端门极触发电流也往往是通过触发电路在门极和阴极之间施加触 发电压而产生的可控硅的门极和阴极之间是PN结J3，其伏安特性称为门极伏安特性。为保证可靠、安全的触发，触发电路所提供的触发电压、电流和功率应限制在可靠触发区。

15.可控硅特性

1) 开通过程

延迟时间td：门极电流阶跃时刻开始，到阳极电流上升到稳态值的10%的时间。

上升时间tr：阳极电流从10%上升到稳态值的90%所需的时间。

开通时间tgt：以上两者之和， tgt=td+ tr

2) 关断过程

反向阻断恢复时间trr：正向电流降为零到反向恢复电流衰减至近于零的时间

正向阻断恢复时间tgr：可控硅要恢复其对正向电压的阻断能力还需要一段时间

在正向阻断恢复时间内如果重新对可控硅施加正向电压，可控硅会重新正向导通。实际应用中，应对可控硅施加足够长时间的反向电压，使可控硅充分恢复其对正向电压的阻断能力，电路才能可靠工作

关断时间tq：trr与tgr之和，即   tq=trr+tgr

普通可控硅的关断时间约几百微秒，这是设计反向电压设计时间的依据。

16.维持电流与IL擎住电流区别

维持电流IH是从导通状态转变到阻断状态时，所必需的最小主电流。与结温有关，结温越高，则IH越小。

擎住电流是晶闸管刚从断态转入通态，并移除了触发信号后，能维持通态所必需的最小主电流。擎住电流约为维持电流的2到4倍。

也就说擎住电流是维持电流的特殊形式.

维持电流IH是从导通状态转变到阻断状态时，所必需的最小主电流。与结温有关，结温越高，则IH越小。

擎住电流是晶闸管刚从断态转入通态，并移除了触发信号后，能维持通态所必需的最小主电流。擎住电流约为维持电流的2到4倍。

也就说擎住电流是维持电流的特殊形式.