图1所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构,N+区称为源区,附于其上的电极称为源极。N+区称为漏区。器件的控制区为栅区,附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P型区(包括P+和P一区)(沟道在该区域形成),称为亚沟道区(Subchannelregion)。而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区(Draininjector),它是IGBT特有的功能区,与漏区和亚沟道区一起形成PNP双极晶体管,起发射极的作用,向漏极注入空穴,进行导电调制,以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道,给PNP晶体管提供基极电流,使IGBT导通。反之,加反向门极电压消除沟道,切断基极电流,使IGBT关断。IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同,只需控制输入极N一沟道MOSFET,所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET的沟道形成后,从P+基极注入到N一层的空穴(少子),对N一层进行电导调制,减小N一层的电阻,使IGBT在高电压时,也具有低的通态电压。IGBT和可控硅区别IGBT与晶闸管1.整流元件(晶闸管)简单地说:整流器是把单相或三相正弦交流电流通过整流元件变成平稳的可调的单方向的直流电流。其实现条件主要是依靠整流管。按封装形式分类:可控硅按其封装形式可分为金属封装可控硅、塑封可控硅和陶瓷封装可控硅三种类型。天津进口可控硅模块咨询报价
双向晶闸管的伏安特性见图3,由于正、反向特性曲线具有对称性,所以它可在任何一个方向导通。从晶闸管的内部分析工作过程:晶闸管是四层三端器件,它有J1、J2、J3三个PN结图一,可以把它中间的NP分成两部分,构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管图二.当晶闸管承受正向阳极电压时,为使晶闸管导通,必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。图2中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此,两个互相复合的晶体管电路,当有足够的门极电流Ig流入时,就会形成强烈的正反馈,造成两晶体管饱和导通,晶体管饱和导通。设PNP管和NPN管的集电极电流相应为Ic1和Ic2;发射极电流相应为Ia和Ik;电流放大系数相应为a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik,设流过J2结的反相漏电电流为Ic0,晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和:Ia=Ic1+Ic2+Ic0或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为Ik=Ia+Ig从而可以得出晶闸管阳极电流为:I=(Ic0+Iga2)/(1-(a1+a2))(1—1)硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a1和a2随其发射极电流的改变而急剧变化如图三所示。当晶闸管承受正向阳极电压,而门极未受电压的情况下,式(1—1)中,Ig=0,(a1+a2)很小。进口可控硅模块销售厂可控硅分单向可控硅和双向可控硅两种。
E接成正向,而触动发信号是负的,可控硅也不能导通。另外,如果不加触发信号,而正向阳极电压大到超过一定值时,可控硅也会导通,但已属于非正常工作情况了。可控硅这种通过触发信号(小触发电流)来控制导通(可控硅中通过大电流)的可控特性,正是它区别于普通硅整流二极管的重要特征。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态,所以它具有开关特性,这种特性需要一定的条件才能转化,此条件见表1表1可控硅导通和关断条件状态条件说明从关断到导通1、阳极电位高于是阴极电位2、控制极有足够的正向电压和电流两者缺一不可维持导通1、阳极电位高于阴极电位2、阳极电流大于维持电流两者缺一不可从导通到关断1、阳极电位低于阴极电位2、阳极电流小于维持电流任一条件即可应用举例:可控硅在实际应用中电路花样多的是其栅极触发回路,概括起来有直流触发电路,交流触发电路,相位触发电路等等。1、直流触发电路:如图2是一个电视机常用的过压保护电路,当E+电压过高时A点电压也变高,当它高于稳压管DZ的稳压值时DZ道通,可控硅D受触发而道通将E+短路,使保险丝RJ熔断,从而起到过压保护的作用。
在钢铁厂电弧炉(200吨级)中,可控硅模块调节电极电流(50-200kA),通过相位控制实现功率连续调节。西门子的SIMETAL系统采用水冷GTO模块(6kV/6kA),响应时间<10ms,能耗降低20%。电解铝生产中,可控硅模块控制直流电流(比较高500kA),电压降需<1V以节省电耗。模块需应对强磁场干扰,采用磁屏蔽外壳(高导磁合金)和光纤触发技术,电流控制精度达±0.3%。此外,动态无功补偿装置(SVC)依赖可控硅快速投切电抗器(TCR),响应时间<20ms,功率因数校正至0.98。可控硅有三个电极---阳极(A)阴极(C)和控制极(G)。
三、按封装形式分类:可控硅按其封装形式可分为金属封装可控硅、塑封可控硅和陶瓷封装可控硅三种类型。其中,金属封装可控硅又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种;塑封可控硅又分为带散热片型和不带散热片型两种。四、按电流容量分类:可控硅按电流容量可分为大功率可控硅、率可控硅和小功率可控硅三种。通常,大功率可控硅多采用金属壳封装,而中、小功率可控硅则多采用塑封或陶瓷封装。五、按关断速度分类:可控硅按其关断速度可分为普通可控硅和高频(快速)可控硅。六、过零触发-一般是调功,即当正弦交流电交流电电压相位过零点触发,必须是过零点才触发,导通可控硅。七、非过零触发-无论交流电电压在什么相位的时候都可触发导通可控硅,常见的是移相触发,即通过改变正弦交流电的导通角(角相位),来改变输出百分比。可控硅使用规则1、为了导通闸流管(或双向可控硅),必须有门极电流≧IGT,直至负载电流达到≧IL,这条件必须满足,并按可能遇到的低温度考虑。2、要断开(切换)闸流管(或双向可控硅)。可控硅导通后,当阳极电流小干维持电流In时.可控硅关断。山西进口可控硅模块现货
可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件,共有三个PN结。天津进口可控硅模块咨询报价
在光伏电站和储能系统中,可控硅模块用于低电压穿越(LVRT)和故障隔离。当电网电压骤降50%时,模块需维持导通2秒以上,确保系统不脱网。阳光电源的1500V储能变流器使用SiC混合可控硅模块,开关频率提升至50kHz,效率达98.5%。海上风电换流器要求模块耐盐雾腐蚀,外壳采用氮化硅陶瓷镀层,防护等级IP68。未来,光控可控硅(LTT)模块将替代传统电触发,通过光纤传输信号提升抗干扰能力,触发延迟<500ns。可控硅模块需通过IEC 60747标准测试:1)高温阻断(150℃下施加80%额定电压1000小时,漏电流<10mA);2)功率循环(ΔTj=120℃,循环次数>2万次,热阻变化<10%);3)盐雾测试(5% NaCl溶液,96小时)。主要失效模式包括:1)门极氧化层击穿(占故障40%),因触发电流过冲导致;2)芯片边缘电场集中引发雪崩击穿,需优化台面造型(如斜角切割);3)压接结构应力松弛,采用有限元仿真优化接触压力分布。加速寿命模型(Arrhenius方程)预测模块在3kA工况下寿命超10年。天津进口可控硅模块咨询报价