TECHSEM
湖北台基半导体
 
株洲中车南车CRRC可控硅晶闸管
 
清华大学电子厂可控硅晶闸管
 

改进的晶闸管高di/dt性能

随着晶闸管在各类大功率感应加热电源、变频器、交流开关、电机控制、脉冲功率等领域的应用逐步扩大，越来越多的用户对晶闸管器件提出了较高的电流上升率要求。襄樊台基半导体有限公司(原襄樊仪表元件厂)在原产品的基础上，通过优化设计和严格的工艺控制，大大提升了器件的开通临界电流上升率di/dt。经测试，所生产的高频、快速、普通系列晶闸管di/dt性能已达到国外同类产品水平。

一、晶闸管高di/dt性能

晶闸管的开通临界电流上升率，反映了器件的大电流迅速开通能力。它与器件的开通速度、开通损耗、芯片局部热分布参数、热容量、热极限承受能力等因素均有关系。襄樊台基公司通过改善器件的分布式扩展门极结构、增强器件局部瞬时浪涌温度承受能力，大大提升了器件的di/dt能力。目前主要产品的di/dt指标如下：

普通晶闸管系列 (A/µs)

型号 di/dt（不重复） di/dt（重复）
Y24KP-Y40KP 400 200
Y40KP-55KP 600 350
Y60KP-Y89KP 700 400

高频、快速晶闸管系列 (A/µs)

型号 di/dt（不重复） di/dt（重复）
KA 1500 1000
Y30KK-Y40KK 1500 800
Y45KK-Y89KK 1500 1000
Y70KKG晶闸管di/dt=1500A/µs测试波形

图一为Y70KKG晶闸管di/dt=1500A/µs测试时的电压和电流波形。

测试条件：

  • 芯片结温：普通晶闸管：Tj=125°C，高频、快速晶闸管：Tj=115°C
  • 门极条件：门极电流IG=5IGT，门极上升时间tr=1µs

二、晶闸管高di/dt应用

提高晶闸管的临界电流上升率，对于用户使用有明显的意义：

  • 可以在许多场合省去了串联在晶闸管上的保护电感线圈，简化了整机设计，减小了设备成本
  • 在并联逆变工作线路中，晶闸管的高di/dt性能可使设计者减小晶闸管的换流时间，提高设备的工作频率
  • 晶闸管的高di/dt性能可使它方便地应用于部分脉冲功率电源领域

三、晶闸管工作于高di/dt时需注意事项

1. 结温控制

晶闸管的di/dt承受能力与其芯片结温有直接关系，di/dt承受能力随着温度的上升会有明显的下降。因此用户在使用时必须保证器件的散热条件。要求在工作过程中，普通晶闸管：Tj≤125°C，高频、快速晶闸管：Tj≤115°C。

2. 触发脉冲要求

晶闸管的di/dt承受能力实际反映了器件的电流快速开通能力，它受器件门极触发条件影响很大。采用上升率极陡的强触发脉冲，可以明显减小器件开通时间和开通损耗，增强器件di/dt承受能力。我们建议的触发脉冲要求为：

  • 触发电流幅值：IGM=4-10IGT
  • 触发电流上升时间：tr小于1µs

3. 使用限制

晶闸管在承受过高的di/dt时，会在其芯片产生局部瞬时高温，这种局部瞬时高温在长期工作中会影响器件的工作寿命。因此，使用者在任何时候，都应保证di/dt不应超过器件生产厂家给出的规定值，并且留有一定裕量。

晶闸管的di/dt与其开通损耗关系极大，晶闸管高di/dt应用于高频率场合时，需考虑开通损耗上升引起的结温上升，用户应考虑降低器件通过的通态电流或增强器件散热能力。