【導(dǎo)讀】功率二極管晶閘管廣泛應(yīng)用于AC/DC變換器，UPS，交流靜態(tài)開關(guān)，SVC和電解氫等場(chǎng)合，但大多數(shù)工程師對(duì)這類雙極性器件的了解不及對(duì)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(hù)以及損耗與熱特性。內(nèi)容摘來自英飛凌《雙極性半導(dǎo)體技術(shù)信息》。
3.3 晶閘管的控制性質(zhì)
3.3.1 正門極控制
3.3.1.1 門級(jí)電流iG
iG是流過控制通道的電流（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(yīng)，反向斷態(tài)階段的正向觸發(fā)脈沖將導(dǎo)致斷態(tài)損耗大大增加。這種損耗對(duì)功能性有不利影響且可能導(dǎo)致元件損壞。
例外：對(duì)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 門極電壓VG
VG是施加于門極端子(G)和陰極(K)或輔助陰極(HK)的正向電壓。
3.3.1.3 門極觸發(fā)電流IGT
IGT是使晶閘管觸發(fā)所需的最小門極電流值。該值取決于主端子之間的電壓和結(jié)溫。在規(guī)定的門極觸發(fā)電流值下，所有規(guī)定類型的晶閘管都將被觸發(fā)。門極觸發(fā)電流隨結(jié)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)生器必須安全超過數(shù)據(jù)手冊(cè)值IGTmax（另見3.3.1.8）。
例外：對(duì)于光觸發(fā)晶閘管，規(guī)定了觸發(fā)所有規(guī)定類型的晶閘管所需的最小光功率。
3.3.1.4 門極觸發(fā)電壓VGT
VGT是指當(dāng)門極觸發(fā)電流IGT流過時(shí)，門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(jié)溫。在規(guī)定的門極觸發(fā)電壓值下，所有規(guī)定類型的晶閘管都將被觸發(fā)。門極觸發(fā)電壓隨結(jié)溫的升高而降低，因此，在25°C時(shí)指定該值。當(dāng)規(guī)定負(fù)載電流流過時(shí)測(cè)量VGT。
3.3.1.5 門極不觸發(fā)電流IGD
IGD是恰好不使晶閘管觸發(fā)的門極電流值。該值取決于主端子之間的電壓和結(jié)溫。達(dá)到規(guī)定最大值時(shí)，規(guī)定類型的晶閘管不觸發(fā)。門極不觸發(fā)電流隨結(jié)溫的升高而減小，因此，在Tvj max下指定該值。
3.3.1.6 門極不觸發(fā)電壓VGD
VGD是恰好不使晶閘管觸發(fā)的門極電壓值。該值取決于主端子之間的電壓和結(jié)溫。達(dá)到規(guī)定最高值時(shí)，規(guī)定類型的晶閘管不觸發(fā)。門極不觸發(fā)電壓隨結(jié)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(qū)示例
3.3.1.7 控制特性
控制特性顯示了某類型晶閘管的輸入特性的統(tǒng)計(jì)分布極限。輸入特性的統(tǒng)計(jì)分布圖中詳細(xì)顯示了依賴溫度的觸發(fā)區(qū)和最大允許門極功率耗散曲線PGM(a-20W/10ms, b-40W/1ms,c-60W/0.5ms)。
3.3.1.8 控制電路
在常規(guī)應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)控制數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)控制電路，本文詳細(xì)描述了控制數(shù)據(jù)與通態(tài)電流臨界上升時(shí)間、門極控制延遲時(shí)間和擎住電流的關(guān)系（見圖15）。
3.3.1.3和3.3.1.4提供的最小控制數(shù)據(jù)僅對(duì)在電流臨界上升時(shí)間和門極控制時(shí)間方面的要求較低的應(yīng)用有效。實(shí)際上，使數(shù)據(jù)手冊(cè)中規(guī)定的IGT過激勵(lì)4至5倍可確保安全操作，即使是在對(duì)電流上升時(shí)間和門極控制延遲時(shí)間有較高要求的情況下。相關(guān)術(shù)語的含義如下：
diG/dt=門極電流轉(zhuǎn)換速率
iGM=門極峰值電流
tG=觸發(fā)脈沖的持續(xù)時(shí)間
VL=控制電路的開路電壓
隨著通態(tài)電流diT/dt和來自緩沖電路的重復(fù)開通電流 IT(RC)M的轉(zhuǎn)換速率的升高，應(yīng)注意負(fù)載電路對(duì)門極電流iG的影響（見3.4.1.2和圖21）。
圖15.晶閘管觸發(fā)電路設(shè)計(jì)
在晶閘管的開通過程中，最初只有管芯門極區(qū)域附近的一小塊區(qū)域?qū)ǎ瑥亩鴮?dǎo)致高電流密度及電壓升高。由于內(nèi)耦合，這種電壓還出現(xiàn)在控制端子，因此致使門極觸發(fā)電流適度下降。為了避免晶閘管可能受損，iG不得下降到門極觸發(fā)電流IGT以下。為了防止門極脈沖過度下降，可能有必要通過提高觸發(fā)電路的開路電壓VC進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)于并聯(lián)或串聯(lián)連接的晶閘管，為了達(dá)到同樣的開通效果，有必要采用急升同步高脈沖。另見門極控制延遲時(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(qū)域內(nèi)發(fā)光。規(guī)定的光功率PL最小值和規(guī)定的開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(duì)于開通，也建議過激勵(lì)，尤其是對(duì)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(duì)準(zhǔn)合適配件后使用(見圖16)，英飛凌將激光二極管、對(duì)準(zhǔn)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符合下列激光類別：如果激光二極管的末端為光纜，控制系統(tǒng)則符合第1類激光。無操作危險(xiǎn)。
如果開放操作激光二極管或光纜斷裂，控制系統(tǒng)則為 IEC 60825-1所述的第3b類激光。此時(shí)由于不可見的輻射，存在操作危險(xiǎn)。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
為了控制光觸發(fā)晶閘管，我們建議對(duì)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(zhǎng)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(duì)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(xù)時(shí)間
至少應(yīng)在超過晶閘管的擎住電流(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(jié)束前，晶閘管的門極觸發(fā)電流必須至少保持在額定值。
對(duì)于具有極短電流上升時(shí)間或低負(fù)載電流的應(yīng)用，通常使用具有多脈沖（例如重復(fù)頻率為6kHz）的觸發(fā)曲線。
對(duì)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(nèi)。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(duì)于具有高上升率的應(yīng)用，電流iGT的過激勵(lì)程度可能比3.3.1.8所述的更高。對(duì)于這種情況，應(yīng)在tG=10至20μs的時(shí)間內(nèi)使門極電流增大至IGT的8至10倍，然后減小波幅并維持足夠時(shí)間tG。為了確保高惰性門極電流，觸發(fā)電路的開路電壓至少應(yīng)為30V。
圖19.門極觸發(fā)電流的安全過激勵(lì)
原創(chuàng)：Infineon Bipolar
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