晶閘管是一種電流控制型的雙極型半導體器件,它求門極驅動單元類似于一個電流源,能向晶閘管的門極提供一個特別陡直的尖峰電流脈沖,以保證在任何時刻均能可靠觸發晶閘管。晶閘管的門極觸發脈沖特性對晶閘管的額定值和特性參數有非常強烈的影響。我們建議用戶應用中采用強觸發方式,觸發脈沖電流幅值IG大于或等于10IGT;脈沖上升時間tr≤1µs。為了保證器件可靠工作,IG必須遠大于IGT。
但在實際應用中,許多用戶觸發脈沖電流幅值和脈沖上升時間遠未能滿足上述要求。尤其在電機軟啟動領域,許多整機廠給出的觸發脈沖非常臨界,某些情況下竟無法讓元件開通。在中頻電源領域,逆變器件的觸發脈沖一般陡度較差。針對不同門極觸發條件對晶閘管開通特性的影響問題,我們進行了一系列的模擬試驗。
一.觸發脈沖幅值對晶閘管開通的影響
晶閘管樣品:臺基公司 Y45KKE 實測門極參數 IGT: 78 mA ,VGT:1.25V。
在 VD:300V,di/dt:130A條件下試驗。
下圖A、B、C分別為觸發脈沖幅值IG =1A、200mA、80mA時的元件開通電壓波形。
由上圖可見,晶閘管的門極觸發電流幅值對元件的開通速度有十分明顯的影響,高的門極觸發電流可以明顯降低器件的開通時間。下表為不同門極觸發電流值下測試所得的器件開通時間值。
IGT (mA) |
1000 |
500 |
370 |
280 |
200 |
100 |
80 |
tgt(µs) |
2.1 |
2.3 |
2.4 |
2.6 |
3.2 |
6.4 |
20.2 |
可見,在觸發脈沖幅值接近于器件IGT時,器件雖可開通,但器件開通的延遲效應非常明顯,可能會高達數十微妙,這對于整機設備的可靠控制、安全運行是不利的。
二.觸發脈沖上升時間(陡度)對晶閘管開通的影響
晶閘管樣品:臺基公司 Y70KKG 門極參數 IGT: 129 mA ;VGT:1.69V。
在 VD:300V,di/dt:130A/µs條件下試驗。
下圖D、E分別為觸發脈沖幅值500mA上升時間0.5µs、 1.5µs時的元件開通電壓波形。
由圖可見,觸發脈沖上升時間(陡度)對晶閘管的開通速度也有明顯的影響,觸發脈沖上升時間越長,效果就等于降低了門極觸發電流。觸發脈沖越陡,上升時間越短的情況下,晶閘管的開通時間也越短。
三.晶閘管可靠觸發對門極觸發源要求
1. 一般要求:
鑒于晶閘管的門極觸發脈沖特性對晶閘管開通過程的影響。好的觸發脈沖可以使器件的開通時間縮短、開通損耗減小、器件耐受di/dt的能力增強。用戶應用中應采用強觸發方式,
觸發脈沖電流幅值:IG=10IGT;
脈沖上升時間:tr≤1ms;
門極脈沖寬度大于50微秒;
為了保證器件可靠工作,IG必須遠大于IGT。
2.高di/dt下運用:
器件在高di/dt下運用時,特別是當晶閘管的阻斷電壓很高時,在開通過程中門-陰間橫向電阻所產生的電壓可能會超過門極電壓,嚴重時,甚至會使門極電流倒流。這種負的門極電流會引起開通損耗增加或器件因di/dt損壞?赡軙䦟е缕骷di/dt損壞。
下圖為一只Y50KKE器件在VG 10V,di/dt 1200A/μs條件下的IG波形?梢娫谄骷_通1ms后,出現了門極電流倒流的現象。
因此,我們要求在高di/dt下運用時
門極觸發電源電壓VG不低于20V,或在門極線路上串聯二極管,防止門極電流倒流。
3.晶閘管串并聯使用
晶閘管的串聯:晶閘串聯管應用時,要求其相互串聯的每個晶閘管應盡可能地一致開通,這是因為較慢開通的器件可能承受過電壓,這就要求同組相串聯的晶閘管之間有最小的門極開通延遲時間偏差Δtd ,而強的門極觸發脈沖能使這個延遲時間偏差Δtd 降到最小。
晶閘管的并聯:陡而強的門極觸發脈沖能使并聯晶閘管開通特性的不平衡降至最小,從而使有最佳的均流效果。
在晶閘管串并聯使用時,要求:
IGM ≈1- 3A
diG/dt ≥ 1A/m s
tr ≤1 m s
tp(IGM) =5- 20 m s