快速晶閘管

快速晶閘管是普通晶閘管的一種派生器件，主要用於感應加熱的中頻電源裝置。是用於較高頻率的整流、逆變和變頻電路的器具，並且可以在 400Hz以上頻率工作的晶閘管。視電流容量大小，其開通時間為4～8微秒，關斷時間為10～60微秒。主要用於較高頻率的整流、斬波、逆變和變頻電路。

基本介紹

• 中文名：快速晶閘管
• 外文名：high speed thyristor
• 學科：電力工程
• 領域：工程技術
• 範圍：能源
• 釋義：普通晶閘管的一種派生器

簡介

快速晶閘管是一個PNPN四層三端器件，其符號與普通晶閘管（見逆阻晶閘管）一樣，它不僅要有良好的靜態特性，尤其要有良好的動態特性。快速晶閘管的動態參數要求為開通速度和導通擴展速度快，反向恢復電荷少,關斷時間短，通態電流臨界上升率(dI/dt)及斷態電壓臨界上升率 (dV/dt)高。通態電流臨界上升率是在規定條件下，器件從斷態轉入通態時，對晶閘管不產生有害影響的最大通態電流上升率；斷態電壓臨界上升率是在規定條件下，器件從斷態不致轉向通態的最大斷態電壓上升率。快速晶閘管在額定頻率內其額定電流不隨頻率的增加而下降或下降很少。而普通晶閘管在 400Hz以上時，因開關損耗隨頻率的提高而增大，並且在總損耗中所占比重也增加，所以，其額定電流隨頻率增加而急速下降。

結構設計

快速晶閘管基本結構與普通晶閘管類似，只是為了適應中頻套用的特點，其門極圖形的設計更為複雜。由於採用了特殊的工藝降低了壽命，快速晶閘管開關特性得到很大改善，關斷時間大大縮短，但這不利於器件通態特性，浪涌電流等性能。這些矛盾要在器件設計時總體考慮，使用者也應根據實際套用情況選擇具體參教要求。國內最高規格的快速晶閘管是直徑達125mm的KK500A/3000V，其關斷時間小於60微秒。

快速晶閘管的通態峰值電壓明顯高於同規格的普通晶閘管，其通態損耗也明顯大於同規格的普通晶閘管。隨著工作額率的提高，開關損耗在器件總損耗中占主要地位。這些影響了器件在較高頻率使用時的通流能力。

快速晶閘管承受通態臨界電流上升率及斷態臨界電壓上升率的能力強，否則，在高頻套用時極易發生di/dt損壞關斷失敗。

工作原理

快速晶閘管的結構和工作原理與普通晶閘管相同，但在設計與製造中採取了特殊措施以減少開關耗散功率。通常採用增加門極－陰極周界長度、減薄基區厚度的辦法,增加初始導通面積，提高dI/dt耐量和提高擴展速度；採用陰極短路點、非對稱結構、摻金、鉑或用電子、快中子輻照技術等辦法降低少子壽命，提高dV/dt耐量,降低關斷時間。80年代，快速晶閘管已做到通態平均電流1000A，耐壓2500V，關斷時間30微秒。

一種對工作頻率有明確標定的快速晶閘管則稱為高頻晶閘管（中國型號為KG）。例如KG50（20kHz）,表示該高頻管的標稱工作頻率為20kHz，通態平均電流為50A（20kHz下正弦半波平均電流值）。80年代中期,中國已能生產KG100(20kHz)和KG200(10kHz)，耐壓為1～1.2kV的高頻晶閘管。

快速晶閘管採取的特殊措施，在一定程度上降低了靜態特性（如升高了通態壓降），故限制了它直接工作於更高頻率的大功率電子設備。為滿足更高頻率下工作對晶閘管提出的特殊要求，開發了門極輔助關斷晶閘管、可關斷晶閘管等。

開關過程

快速晶閘管主要特點是工作頻率高，因此開關過程備受關注。快速晶閘管的開關過程電流電壓波形類似於普通晶閘管。快速晶閘管的關斷需要通過從電流過零到其正向能再次承受電壓的這一段時間，在器件內部而言主要是器件在導通期間產生大量非平衡載流子複合消失的時間。由於快速晶閘管具有特殊門極結構，而且採用特殊工藝降低了器件載流子壽命，所以器件內部載流子複合速讀大大加快，器件反向恢復電荷小，開關速度提高。

晶閘管的工作條件

1. 晶閘管承受反向陽極電壓時，不管門極承受和種電壓，晶閘管都處於關短狀態。

2. 晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導通。

3. 晶閘管在導通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管保持導通，即晶閘管導通後，門極失去作用。

4. 晶閘管在導通情況下，當主迴路電壓（或電流）減小到接近於零時，晶閘管關斷。