【導讀】功率二極管晶閘管廣泛應用于A(yíng)C/DC變換器，UPS，交流靜態(tài)開(kāi)關(guān)，SVC和電解氫等場(chǎng)合，但大多數工程師對這類(lèi)雙極性器件的了解不及對IGBT的了解，為此我們組織了6篇連載，包括正向特性，動(dòng)態(tài)特性，控制特性，保護以及損耗與熱特性。內容摘來(lái)自英飛凌《雙極性半導體技術(shù)信息》。
3.3 晶閘管的控制性質(zhì)
3.3.1 正門(mén)極控制
3.3.1.1 門(mén)級電流iG
iG是流過(guò)控制通道的電流（端子G-HK）。
只能在正向斷態(tài)階段用脈沖觸發(fā)晶閘管。
由于晶體管效應，反向斷態(tài)階段的正向觸發(fā)脈沖將導致斷態(tài)損耗大大增加。這種損耗對功能性有不利影響且可能導致元件損壞。
例外：對于光觸發(fā)晶體管，允許反向斷態(tài)階段的控制脈沖。
3.3.1.2 門(mén)極電壓VG
VG是施加于門(mén)極端子(G)和陰極(K)或輔助陰極(HK)的正向電壓。
3.3.1.3 門(mén)極觸發(fā)電流IGT
IGT是使晶閘管觸發(fā)所需的最小門(mén)極電流值。該值取決于主端子之間的電壓和結溫。在規定的門(mén)極觸發(fā)電流值下，所有規定類(lèi)型的晶閘管都將被觸發(fā)。門(mén)極觸發(fā)電流隨結溫的下降而增大，因此，在25°C時(shí)指定該值。
觸發(fā)脈沖發(fā)生器必須安全超過(guò)數據手冊值IGTmax（另見(jiàn)3.3.1.8）。
例外：對于光觸發(fā)晶閘管，規定了觸發(fā)所有規定類(lèi)型的晶閘管所需的最小光功率。
3.3.1.4 門(mén)極觸發(fā)電壓VGT
VGT是指當門(mén)極觸發(fā)電流IGT流過(guò)時(shí)，門(mén)極端子和陰極之間產(chǎn)生的電壓。該值取決于主端子之間的電壓和結溫。在規定的門(mén)極觸發(fā)電壓值下，所有規定類(lèi)型的晶閘管都將被觸發(fā)。門(mén)極觸發(fā)電壓隨結溫的升高而降低，因此，在25°C時(shí)指定該值。當規定負載電流流過(guò)時(shí)測量VGT。
3.3.1.5 門(mén)極不觸發(fā)電流IGD
IGD是恰好不使晶閘管觸發(fā)的門(mén)極電流值。該值取決于主端子之間的電壓和結溫。達到規定最大值時(shí)，規定類(lèi)型的晶閘管不觸發(fā)。門(mén)極不觸發(fā)電流隨結溫的升高而減小，因此，在Tvj max下指定該值。
3.3.1.6 門(mén)極不觸發(fā)電壓VGD
VGD是恰好不使晶閘管觸發(fā)的門(mén)極電壓值。該值取決于主端子之間的電壓和結溫。達到規定最高值時(shí)，規定類(lèi)型的晶閘管不觸發(fā)。門(mén)極不觸發(fā)電壓隨結溫的升高而降低，因此，在Tvj max下指定該值。
圖14.VD=12V時(shí)，控制特性 vG=f(iG)的觸發(fā)區示例
3.3.1.7 控制特性
控制特性顯示了某類(lèi)型晶閘管的輸入特性的統計分布極限。輸入特性的統計分布圖中詳細顯示了依賴(lài)溫度的觸發(fā)區和最大允許門(mén)極功率耗散曲線(xiàn)PGM(a-20W/10ms, b-40W/1ms,c-60W/0.5ms)。
3.3.1.8 控制電路
在常規應用中，應根據控制數據設計控制電路，本文詳細描述了控制數據與通態(tài)電流臨界上升時(shí)間、門(mén)極控制延遲時(shí)間和擎住電流的關(guān)系（見(jiàn)圖15）。
3.3.1.3和3.3.1.4提供的最小控制數據僅對在電流臨界上升時(shí)間和門(mén)極控制時(shí)間方面的要求較低的應用有效。實(shí)際上，使數據手冊中規定的IGT過(guò)激勵4至5倍可確保安全操作，即使是在對電流上升時(shí)間和門(mén)極控制延遲時(shí)間有較高要求的情況下。相關(guān)術(shù)語(yǔ)的含義如下：
diG/dt=門(mén)極電流轉換速率
iGM=門(mén)極峰值電流
tG=觸發(fā)脈沖的持續時(shí)間
VL=控制電路的開(kāi)路電壓
隨著(zhù)通態(tài)電流diT/dt和來(lái)自緩沖電路的重復開(kāi)通電流 IT(RC)M的轉換速率的升高，應注意負載電路對門(mén)極電流iG的影響（見(jiàn)3.4.1.2和圖21）。
圖15.晶閘管觸發(fā)電路設計
在晶閘管的開(kāi)通過(guò)程中，最初只有管芯門(mén)極區域附近的一小塊區域導通，從而導致高電流密度及電壓升高。由于內耦合，這種電壓還出現在控制端子，因此致使門(mén)極觸發(fā)電流適度下降。為了避免晶閘管可能受損，iG不得下降到門(mén)極觸發(fā)電流IGT以下。為了防止門(mén)極脈沖過(guò)度下降，可能有必要通過(guò)提高觸發(fā)電路的開(kāi)路電壓VC進(jìn)行補償。對于并聯(lián)或串聯(lián)連接的晶閘管，為了達到同樣的開(kāi)通效果，有必要采用急升同步高脈沖。另見(jiàn)門(mén)極控制延遲時(shí)間值的分布(3.4.1.2.1)。
例外：為了控制光觸發(fā)晶閘管，要求激光二極管在900至1000nm區域內發(fā)光。規定的光功率PL最小值和規定的開(kāi)通電壓可確保晶閘管的安全觸發(fā)。光功率是在光纜輸出端確定的。即使對于開(kāi)通，也建議過(guò)激勵，尤其是對具有高di/dt要求的串聯(lián)或并聯(lián)連接。
英飛凌建議使激光二極管SPL PL90對準合適配件后使用(見(jiàn)圖16)，英飛凌將激光二極管、對準配件和光纜一起作為輔助器件提供。
圖16.帶光纜的LTT
激光二極管SPL PL 90符合下列激光類(lèi)別：如果激光二極管的末端為光纜，控制系統則符合第1類(lèi)激光。無(wú)操作危險。
如果開(kāi)放操作激光二極管或光纜斷裂，控制系統則為 IEC 60825-1所述的第3b類(lèi)激光。此時(shí)由于不可見(jiàn)的輻射，存在操作危險。須避免直接或間接接觸眼睛或皮膚。
圖17.激光二極管SPL PL 90的光功率與控制電流間的典型關(guān)系曲線(xiàn)
為了控制光觸發(fā)晶閘管，我們建議對激光二極管SPL PL90施加電流脈沖，如圖18所示。二極管SPL PL90不適合長(cháng)時(shí)間控制，因此我們建議用6kHz左右的頻率和圖18所示的脈沖控制激光二極管。
圖18.建議對激光二極管SPL PL 90施加的電流脈沖
3.3.1.9 觸發(fā)脈沖tgmin的最短持續時(shí)間
至少應在超過(guò)晶閘管的擎住電流(3.1.6)以后施加觸發(fā)脈沖，否則晶閘管將返回到斷態(tài)。觸發(fā)脈沖結束前，晶閘管的門(mén)極觸發(fā)電流必須至少保持在額定值。
對于具有極短電流上升時(shí)間或低負載電流的應用，通常使用具有多脈沖（例如重復頻率為6kHz）的觸發(fā)曲線(xiàn)。
對于光觸發(fā)晶閘管，在使用多脈沖時(shí)確保激光二極管的溫度在允許范圍內。電流控制的激光二極管的光功率隨溫度的升高而下降。
3.3.1.10 最大允許峰值觸發(fā)電流
對于具有高上升率的應用，電流iGT的過(guò)激勵程度可能比3.3.1.8所述的更高。對于這種情況，應在tG=10至20μs的時(shí)間內使門(mén)極電流增大至IGT的8至10倍，然后減小波幅并維持足夠時(shí)間tG。為了確保高惰性門(mén)極電流，觸發(fā)電路的開(kāi)路電壓至少應為30V。
圖19.門(mén)極觸發(fā)電流的安全過(guò)激勵
原創(chuàng )：Infineon Bipolar
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