晶闸管动态特性(5).ppt

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1、2.3.3晶闸管的动态特性(第五讲)2.3晶闸管的主要特性晶闸管的动态特性晶闸管在由开到关或由关到开的转变过程中的状态称为动态。动态特性分为：晶闸管的开通特性晶闸管的dv/dt耐量晶闸管的di/dt耐量晶闸管的关断特性1.晶闸管开通特性开通条件：α1+α2≥1其导通不是立刻完成的；开通时间:定义元件由“断态”到“通态”的时间为开通时间，用ton表示，则ton=td+tr100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA晶闸管开通特性(续）延迟时间td——规定IG上升到50%起到晶闸管的阳极电流上升到额定值的10%为止这一段时

2、间。上升时间tr——规定阳极电流由10%上升到90%所需的时间。扩展时间ts——阳极电流由90%IA上升到额定值，元件由局部导通扩展到全面积导通。晶闸管开通特性(续）临界电荷量：在短基区积累的使元件导通的少子电量。当超过这一数值后，只要再输入一点电流，阳极电流就会雪崩式的增长直至开通。开通过程的半定量分析晶闸管开通特性(续）由晶体管原理可以证明，当基区杂质为指数分布，发射极电流为Ie时，基区中积累的电子电荷是:式中，p(0)为J3结p2侧的杂质浓度.取Ie=IL(擎住电流)，有:式中，晶闸管开通特性(续）强触发对ton的影响：强触发会使延迟时间大

3、大缩短；影响开通过程的因素晶闸管开通特性(续）阳极电流、电压及温度对ton的影响随着电压增高，J2结空间电荷区扩展使有效基区宽度减小，因此存贮电荷下降。由可知触发延迟时间缩短。2.晶闸管的di/dt耐量当晶闸管不论被何种方式引起以后，其导通不是立刻完成的。开通后等离子体有一个扩展过程，扩展速度为0.03-0.1mm/μs。(1)问题的提出以侧门极结构为例，若阴极内侧的半径为3.5mm，扩展速度以0.1mm/μs计，扩展1μs的导通面积约为1mm2,假定电路的di/dt为100A/μs,则开通时的电流密度可达每cm2近万安培。2.晶闸管的di/dt

4、耐量(续）di/dt耐量---在指定电压下，每个器件都有一允许的di/dt额定值，即di/dt耐量。由于硅的比热很小，热容量不大，硅的热传导率也很小，因此电流通道中只有很少的热被传导出去，从而电流通道中的温度会迅速上升，造成硅pn结局部的迅速熔化。红外观测器件的导通扩展2.晶闸管的di/dt耐量(续）常见的di/dt失效放电应用；雷电浪涌；短路电流；中频或高频应用2.晶闸管的di/dt耐量(续）研究扩散速度的理论模式等离子模式横向电场模式(2)扩展模型2.晶闸管的di/dt耐量(续）等离子模式:将初始传导看作大注入过程，即P2区包含相等密度的电子

5、和空穴，基本上对外呈中性。就可以把等离子体的传播当作一个纯扩散过程来研究。当时，v=0。当稍大于时，v随上升的电流密度大约按增加。当时，有:触发区剩余载流子浓度:临界剩余载流子浓度2.晶闸管的di/dt耐量(续）横向电场模式:认为在这一过程中，由于大多数载流子从门极传输到阴极边缘，所以建立起一个侧向电场，即可把传导扩散当作侧向电场引起的漂移过程。2.晶闸管的di/dt耐量(续）侧向电场图象：晶闸管等效为两部分，用二极管和电容表示pn结，R1、R2分别是p2基区和n1基区的横向电阻。当在AK间加400伏正向阻断电压由J2结承担；当图中所示局部一旦导

6、通，导通区域的正向压降若为2V，则整个AK间电压变为2V；电压的这一变化引起第二个变化，J2结电容原充电至400V，此时要通过R2、J2结导通部分、R1而放电。这样在p2区和n1区产生了横向电场。p2区堆积的空穴和n1区堆积的电子在该横向电场的作用下都从左向右扩展。随着J2结预先所加反偏压越大。2.晶闸管的di/dt耐量(续）Matsuzawa由红外显象技术或微波反射技术测量扩展速度的试验结果表明：v(J)1/n，式中J为电流密度、n=2～3；v，为基区内的平均少子寿命；v。2.晶闸管的di/dt耐量(续）防止di/dt破坏失效的两个方面：

7、应用方面：强触发；串电感以抑制电路的di/dt。器件方面：提高载流子扩展速度——强触发；增大初始导通边长。边长比≥12(边长比:主晶闸管初始触发边长/放大门极初始触发边长)2.晶闸管的di/dt耐量提高di/dt耐量的措施:增强触发电流场引进结构再生门极结构放大门极结构渐开线结构2.晶闸管的di/dt耐量（续）提高di/dt耐量的措施:场引进结构图中B处圆弧为一高阻槽，槽左侧为一小晶闸管。晶闸管开通时，小晶闸管先开通，形成B(+)到D(-)的高电场，促使晶闸管迅速开通。这一原理称为F－I原理2.晶闸管的di/dt耐量（续）提高di/dt耐量的措施

8、:再生门极结构通过金属接触M1把门极附近在横向场中形成的电压分接到M2，M1和M2同时形成比阴极高的电压，使附近的n2发射极强烈处于正向