隨著晶閘管在各類大功率感應加熱電源、變頻器、交流開關、電機控制、脈沖功率等領域的應用逐步擴大,越來越多的用戶對晶閘管器件提出了較高的電流上升率要求。襄樊臺基半導體有限公司(原襄樊儀表元件廠)在原產品的基礎上,通過優化設計和嚴格的工藝控制,大大提升了器件的開通臨界電流上升率di/dt。經測試,所生產的高頻、快速、普通系列晶閘管di/dt性能已達到國外同類產品水平。
一. 晶閘管高di/dt性能
晶閘管的開通臨界電流上升率,反映了器件的大電流迅速開通能力。它與器件的開通速度、開通損耗、芯片局部熱分布參數、熱容量、熱極限承受能力等因素均有關系。襄樊臺基公司通過改善器件的分布式擴展門極結構、增強器件局部瞬時浪涌溫度承受能力,大大提升了器件的di/dt能力。目前主要產品的di/dt指標如下:
普通晶閘管系列 (A/µs)
型號 |
di/dt(不重復) |
di/dt(重復) |
Y24KP-Y40KP |
400 |
200 |
Y40KP-55KP |
600 |
350 |
Y60KP-Y89KP |
700 |
400 |
高頻、快速晶閘管系列 (A/µs)
型號 |
di/dt(不重復) |
di/dt(重復) |
KA |
1500 |
1000 |
Y30KK-Y40KK |
1500 |
800 |
Y45KK-Y89KK |
1500 |
1000 |
圖一為Y70KKG晶閘管di/dt=1500A/µs測試時的電壓和電流波形。
注:測試條件
芯片結溫:普通晶閘管:Tj=125°C, 高頻、快速晶閘管:Tj=115°C
門極條件:門極電流IG=5IGT, 門極上升時間tr=1µs
二. 晶閘管高di/dt應用
提高晶閘管的臨界電流上升率,對于用戶使用有明顯的意義。
1. 晶閘管的高di/dt,可以在許多場合省去了串聯在晶閘管上的保護電感線圈,簡化了整機設計,減小了設備成本。
2. 在并聯逆變工作線路中,
晶閘管的高di/dt性能可使設計者減小晶閘管的換流時間,提高設備的工作頻率。
3. 晶閘管的高di/dt性能可使它方便地應用于部分脈沖功率電源領域。
三. 晶閘管工作于高di/dt時需注意事項
1. 晶閘管的di/dt承受能力與其芯片結溫有直接關系,di/dt承受能力隨著溫度的上升會有明顯的下降。因此用戶在使用時必須保證器件的散熱條件。要求在工作過程中,普通晶閘管:Tj≤125°C,高頻、快速晶閘管:Tj≤115°C。
2.晶閘管的di/dt承受能力實際反映了器件的電流快速開通能力,它受器件門極觸發條件影響很大。采用上升率極陡的強觸發脈沖,可以明顯減小器件開通時間和開通損耗,增強器件di/dt承受能力。我們建議的觸發脈沖要求為:
觸發電流幅值:IGM=4-10IGT
觸發電流上升時間:tr小于1µs
3.晶閘管在承受過高的di/dt時,會在其芯片產生局部瞬時高溫,這種局部瞬時高溫在長期工作中會影響器件的工作壽命。因此,使用者在任何時候,都應保證di/dt不應超過器件生產廠家給出的規定值,并且留有一定裕量。
4.晶閘管的di/dt與其開通損耗關系極大,晶閘管高di/dt應用于高頻率場合時,需考慮開通損耗上升引起的結溫上升,用戶應考慮降低器件通過的通態電流或增強器件散熱能力。