可控硅晶闸管

      可控硅晶闸管能在高电压、大电流条件下工作,具有 耐压高、容量大、体积小等优点,它是大功率开关型半导体器件,广泛应用在电力、电子线路中。

特性

      可控硅晶闸管分单向可控硅、双向可控硅。单向可控硅有阳极A、阴极K、控制极G三个引出脚。双向可控硅有阳极A1(T1),第二阳极A2(T2)、控制极G三个引出脚。

  只有当单向可控硅阳极A与阴极K之间加有正向电压,同时控制极G与阴极间加上所需的正向触发电压时,方可被触发导通。此时A、K间呈低阻导通状态,阳极A与阴极K间压降约1V。单向可控硅导通后,控制器G即使失去触发电压,只要阳极A和阴极K之间仍保持正向电压,单向可控硅继续处于低阻导通状态。只有把阳极A电压拆除或阳极A、阴极K间电压极性发生改变(交流过零)时,单向可控硅才由低阻导通状态转换为高阻截止状态。单向可控硅一旦截止,即使阳极A和阴极K间又重新加上正向电压,仍需在控制极G和阴极K间有重新加上正向触发电压方可导通。单向可控硅的导通与截止状态相当于开关的闭合与断开状态,用它可制成无触点开关。

  双向可控硅阳极A1与第二阳极A2间,无论所加电压极性是正向还是反向,只要控制极G和阳极A1间加有正负极性不同的触发电压,就可触发导通呈低阻状态。此时A1、A2间压降也约为1V。双向可控硅一旦导通,即使失去触发电压,也能继续保持导通状态。只有当阳极A1、第二阳极A2电流减小,小于维持电流或A1、A2间当电压极性改变且没有触发电压时,双向可控硅才截断,此时只有重新加触发电压方可导通。

检测

      1. 单向可控硅的检测。

  万用表选电阻R*1Ω挡,用红、黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻直至找出读数为数十欧姆的一对引脚,此时黑表笔的引脚为控制极G,红表笔的引脚为阴极K,另一空脚为阳极A。此时将黑表笔接已判断了的阳极A,红表笔仍接阴极K。此时万用表指针应不动。用短线瞬间短接阳极A和控制极G,此时万用表电阻挡指针应向右偏转,阻值读数为10欧姆左右。如阳极A接黑表笔,阴极K接红表笔时,万用表指针发生偏转,说明该单向可控硅已击穿损坏。

  2. 双向可控硅的检测。

  用万用表电阻R*1Ω挡,用红、黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻,结果其中两组读数为无穷大。若一组为数十欧姆时,该组红、黑表所接的两引脚为阳极A1和控制极G,另一空脚即为第二阳极A2。确定A1、G极后,再仔细测量A1、G极间正、反向电阻,读数相对较小的那次测量的黑表笔所接的引脚为阳极A1,红表笔所接引脚为控制极G。将黑表笔接已确定的第二阳极A2,红表笔接阳极A1,此时万用表指针不应发生偏转,阻值为无穷大。再用短接线将A2、G极瞬间短接,给G极加上正向触发电压,A2、A1间阻值约10欧姆左右。随后断开A2、G间短接线,万用表读数应保持10欧姆左右。互换红、黑表笔接线,红表笔接第二阳极A2,黑表笔接阳极A1。同样万用表指针应不发生偏转,阻值为无穷大。用短接线将A2、G极间再次瞬间短接,给G极加上负的触发电压,A1、A2间的阻值也是10欧姆左右。随后断开A2、G极间短接线,万用表读数应不变,保持在10欧姆左右。符合以上规律,说明被测双向可控硅未损坏且三个引脚极性判断正确。 检测较大功率可控硅时,需要在万用表黑笔中串接一节1.5V干电池,以提高触发电压。

  3.晶闸管(可控硅)的管脚判别

  晶闸管管脚的判别可用下述方法: 先用万用表R*1K挡测量三脚之间的阻值,阻值小的两脚分别为控制极和阴极,所剩的一脚为阳极。再将万用表置于R*10K挡,用手指捏住阳极和另一脚,且不让两脚接触,黑表笔接阳极,红表笔接剩下的一脚,如表针向右摆动,说明红表笔所接为阴极,不摆动则为控制极。

失效机理

      一、非常常见的失效:

  1、没有足够的热沉(散热体)。大家都知道,半导体器件的工作是要发热的,如果热量不能被有效的散发出去(不能达到合理的热平衡点)的话,会产生热奔现象,进而导致热击穿。

  2、电路电压超过器件固有耐压值。当然这种过电压包括:输入过电压、内部过电压和输出过电压。过电压会产生局部热奔,可以说最终还是电流导致的热击穿。

  为什么说这两种是常见的失效呢?因为这代表了最普遍的应用失效,大多是对器件不了解的工程师遇到的情况。解决起来很简单。

  二、不常见的失效

  di/dt 、 dv/dt 、 光照

  1、di/dt失效,也叫初始电流上升率失效。可控硅的开通时要经历延迟阶段、上升阶段、扩散阶段的。而电流上升过快导致局部电流密度过大,而产生热击穿。电容投切设备上比较常见这样的实效。

  2、dv/dt失效,晶闸管在阻断状态下所能承受的正向电压上升率。在一个正向电压上升率下,J2结空间电荷区的微分电容Cj充电需要电流密度,在P2层中,代表了流向J3的空穴流,效果与门极触发电流相似。(简单的说,高dv/dt可使器件导通)那么器件在非正常开通的情况下,不禁对器件会造成损害,甚至危及到整个设备。

  3、光照。光照会使流过反偏P-N结的电流密度增加,导致器件开通,光控晶闸管就是利用这个原理。当然这种失效我们可以不做考虑,因为我们能得到可控硅都是封装在一个相对密闭的管壳内,光照极其有限。

  三、特殊应用必须考虑的失效

  热循环失效 、 热斑失效

      1、热循环失效,一种很不常见的失效,但却实实在在的存在,国外在上个世纪八十年代就已经重视起来了。失效在于,器件内部所用的材料不同,热膨胀系数也不同,在经历反复的(冷-热-冷)工作时,产生机械摩擦。导致失效。

  2、热斑失效,在期间开通和关断的瞬态过程中,会出现局部重载区,局部重载区与相邻区域存在局部温差Tloc,当 Tloc大于300K时,器件失效。

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