功率二極管晶閘管廣泛應(yīng)用于AC/DC變換器、UPS、AC靜態(tài)開關(guān)、SVC和電解氫，但大多數(shù)工程師對這類雙極器件的了解還不如IGBT，
內(nèi)容摘自英飛凌英文應(yīng)用指南AN2012-01《雙極半導(dǎo)體技術(shù)信息》。
電氣特性
二極管和晶閘管的電氣特性隨溫度而變化，因此只有針對特定溫度給出的電氣特性才是有效的。除非另有說明，數(shù)據(jù)表中的所有值都適用于40至60Hz的電源頻率。
大值是廠家以極限值的形式給出的值，即使短時(shí)間內(nèi)也不能超過，否則可能會降低或損壞元器件的功能。特征值是規(guī)定條件下的數(shù)據(jù)分布范圍，可作為進(jìn)貨檢驗(yàn)的依據(jù)。
首先，積極的方向
正向關(guān)態(tài)特性是晶閘管正向特性的一部分，描述了正向關(guān)態(tài)電流和正向關(guān)態(tài)電壓的瞬時(shí)值。
正向關(guān)斷狀態(tài)電流iD
ID是晶閘管處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)流經(jīng)主端子的電流。在數(shù)據(jù)手冊中，該值是針對電壓VDRM和高結(jié)溫Tvjmax指定的。
正向關(guān)斷狀態(tài)電流隨結(jié)溫Tvj而變化。
正向截止?fàn)顟B(tài)電壓vD
VD是晶閘管處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)施加于主端子的正電壓。
1.正向關(guān)斷狀態(tài)重復(fù)峰值電壓VDRM
VDRM是正向關(guān)斷狀態(tài)下所有重復(fù)峰值電壓中最大的重復(fù)電壓值。
在DC應(yīng)用中有必要降低VD(DC)。另見第3節(jié)。
考慮到工作過程中產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓，晶閘管的峰值電源電壓通常等于高額定關(guān)態(tài)重復(fù)峰值電壓除以1.5-2.5之間的安全系數(shù)。
當(dāng)瞬態(tài)電壓已知時(shí)，通常采用較低的安全系數(shù)。這種情況通常是儲能大的自動換向變換器。電網(wǎng)提供未知瞬態(tài)水平時(shí)，變流器的安全電壓裕度為2.0至2.5。
如果運(yùn)行期間可能產(chǎn)生超過高容許關(guān)斷狀態(tài)重復(fù)峰值電壓的瞬態(tài)電壓，則必須提供適當(dāng)?shù)乃矐B(tài)電壓保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。
2.正向關(guān)斷狀態(tài)下的非重復(fù)峰值電壓VDSM
VDSM是施加于晶閘管的直流電壓中的高額定非重復(fù)峰值，在任何情況下晶閘管上的直流電壓都不得超過該值。
3.正向關(guān)斷狀態(tài)DC電壓VD(DC)
VD(DC)是關(guān)斷模式下長期允許的正向DC電壓。對于本文所述的半導(dǎo)體，該值約為關(guān)態(tài)重復(fù)峰值電壓的一半。這對100fit(單位時(shí)間間隔內(nèi)的失敗次數(shù)；1fit= failure -每小時(shí)9次，即設(shè)備工作109小時(shí)后出現(xiàn)故障)有效?？筛鶕?jù)要求提供不同DC電壓的預(yù)期故障率。
正向翻轉(zhuǎn)電壓V(BO)
V(BO)是晶體管在指定柵極電流下從關(guān)斷狀態(tài)切換到導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的直流電壓。
例外:對于集成有轉(zhuǎn)向二極管(BOD)的光觸發(fā)晶閘管(LTT ), V(BO)是晶閘管保護(hù)觸發(fā)所需的低電壓。
柵極開路正向翻轉(zhuǎn)電壓V(BO)0
V(B0)0是對應(yīng)于零柵極電流的轉(zhuǎn)換電壓。用高于V(B0)0的電壓觸發(fā)晶閘管可能會導(dǎo)致設(shè)備損壞。
例外:光觸發(fā)晶閘管受集成轉(zhuǎn)向二極管(BOD)保護(hù)。
保持當(dāng)前IH
IH是保持晶閘管導(dǎo)通狀態(tài)所需的小導(dǎo)通電流值。IH隨著結(jié)溫的升高而降低(見圖9)。
與同等規(guī)格的電觸發(fā)晶閘管相比，光觸發(fā)晶閘管的保持電流要小得多。
保持當(dāng)前的IL
IL是指晶閘管在柵極電流衰減后維持導(dǎo)通狀態(tài)所需的導(dǎo)通電流。保持電流隨柵極電流的變化率、峰值、持續(xù)時(shí)間和結(jié)溫而變化(見圖9)。
例外:與同規(guī)格的電觸發(fā)晶閘管相比，光觸發(fā)晶閘管的保持電流要小得多。
On-state當(dāng)前iT、ITAV、ITRMS、iF、IFAV、IFRMS。
導(dǎo)通電流是指當(dāng)晶閘管(iT、ITAV、ITRMS)或二極管(iF、IFAV、IFRMS)處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)流經(jīng)主端子的電流。每個參數(shù)的含義是:
IT，iF=瞬時(shí)值
ITAV，IFAV=平均值
ITRMS，IFRMS=RMS(均方根)
圖3:標(biāo)準(zhǔn)化保持電流IL和保持電流IH之間的典型關(guān)系曲線。
導(dǎo)通狀態(tài)電壓vT，vF
VT和vF是在指定導(dǎo)通狀態(tài)電流下施加于主引腳的電壓。通態(tài)電壓隨結(jié)溫而變化。數(shù)據(jù)手冊中給出的導(dǎo)通狀態(tài)電壓值僅對處于完全導(dǎo)通狀態(tài)的晶閘管(vT)或二極管(vF)有效。
正常特征
導(dǎo)通特性是指在規(guī)定的結(jié)溫下，二極管或晶閘管完全導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通電流和導(dǎo)通電壓之間的關(guān)系。
vt、VF和rT的等值線近似
等值線圖近似于晶閘管(VT，rT)或二極管(VF，rT)的通態(tài)特性，用于計(jì)算通態(tài)功耗。
每個參數(shù)的含義是:
VT，VF=閾值電壓
RT=微分電阻或斜率電阻
VT (VF)的值是等值線和電壓軸的近似交點(diǎn)，rT是從等值線的上升率計(jì)算出來的。根據(jù)冷卻情況，可能需要根據(jù)應(yīng)用調(diào)整數(shù)據(jù)表中顯示的輪廓。因此，在某些數(shù)據(jù)手冊中，VT、VF和RT可能有額外的低電平值..
對于具有高阻斷電壓(T...1N，T...3N，D...1N)，等值線顯示為典型開態(tài)特性的近似值，描述了約50%的統(tǒng)計(jì)分布。在使用許多相同元件的應(yīng)用中，典型等值線可用于計(jì)算整個器件的傳導(dǎo)損耗。
大平均開態(tài)電流ITAVM，IFAVM
根據(jù)DIN VDE 0558第1部分，ITAVM和IFAVM是單相半波阻性負(fù)載電路中導(dǎo)通狀態(tài)電流的最大容許連續(xù)平均值，在額定外殼溫度TC和40至60Hz的頻率下進(jìn)行評估。
低阻斷電壓晶閘管或二極管的數(shù)據(jù)手冊中提供了一個圖表，顯示了對應(yīng)于各種電流導(dǎo)通角的大平均通態(tài)電流和高允許外殼溫度TC。
這個數(shù)字只考慮了傳導(dǎo)損耗。對于具有高電阻電壓(2200 V)的元件，需要考慮額外的關(guān)斷損耗以及一些阻塞和導(dǎo)通損耗。。
大均方根通態(tài)電流ITRMSM、IFRMSM
ITRMSM和IFRMSM是在考慮了器件所有元件的電應(yīng)力和熱應(yīng)力的前提下，均方根通態(tài)電流的較大允許值。無論是壓力接觸型還是螺栓型模塊，即使晶閘管(ITRMSM)和二極管(IFRMSM)處于良好的冷卻狀態(tài)，通態(tài)電流也不應(yīng)超過該值。
通態(tài)過載電流IT(OV)，IF(OV)
IT(OV)和IF(OV)是指晶閘管IT(OV)或二極管IF(OV)在短期運(yùn)行中能傳導(dǎo)而不失去控制性能的大的允許通態(tài)電流值。在通態(tài)過載電流圖中，該電流是50Hz正弦半波峰值，對應(yīng)于不同的預(yù)載和時(shí)間t。
這個數(shù)字沒有考慮具有高阻斷電壓的器件中發(fā)生的阻斷或關(guān)斷損耗的增加。對于具有極高阻斷電壓(4kV)的元件，數(shù)據(jù)手冊中未提供該數(shù)字。
大電流過載電流IT(OV)M，IF(OV)M
IT(OV)M和IF(OV)M是指為了防止晶閘管(IT(OV)M)或二極管(IF(OV)M)損壞而必須關(guān)斷器件時(shí)的導(dǎo)通狀態(tài)電流值。這些值用于設(shè)計(jì)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)流過晶閘管的電流達(dá)到這個值時(shí)，晶閘管可能會暫時(shí)失去正向阻斷能力和可控性。
大電流過載電流特性將該值顯示為時(shí)間t對應(yīng)的50Hz正弦半波峰值，分為空載提前工作和大平均通態(tài)電流下提前工作兩種情況。
單獨(dú)數(shù)據(jù)手冊中提供的高電流過載電流特性適用于反向重復(fù)峰值電壓80%的反向阻斷電壓。如果實(shí)際反向電壓較低，領(lǐng)先的連續(xù)大狀態(tài)過載電流ITAVM被允許為更大的大狀態(tài)過載電流，如圖11和12所示。如果沒有引線負(fù)載，就不可能確定器件的狀況。
這個數(shù)字沒有考慮具有高阻斷電壓的器件中發(fā)生的阻斷或關(guān)斷損耗的增加。對于具有極高阻斷電壓(4kV)的元件，數(shù)據(jù)手冊中未提供該數(shù)字。第7.2節(jié)描述了這些設(shè)備的保護(hù)設(shè)計(jì)。
ITSM和IFSM的通態(tài)浪涌電流
ITSM和IFSM是指50Hz正弦半波電流脈沖在25°C條件下(相當(dāng)于空載條件下的短路)或在高允許結(jié)溫下的導(dǎo)通狀態(tài)下(相當(dāng)于加載大允許電流后的短路)的大允許峰值。當(dāng)半導(dǎo)體受到通態(tài)浪涌電流時(shí)，器件失去阻斷能力。因此，隨后不得施加負(fù)電壓。如果結(jié)溫回落到允許的工作溫度范圍，這種應(yīng)力可能會在故障情況下以非周期性的方式再次出現(xiàn)。
如果該值超過最大允許值，則裝置可能會損壞(詳情請參考第7.2章過電流保護(hù))。
大額定值∫idt
∫idt是開態(tài)浪涌電流的平方對時(shí)間的積分。
大的額定∫idt值可用于確定短路保護(hù)(見7.2)。
對于周期短于10ms的正弦半波，較大額定值為∫i？dt值如圖13所示。電壓應(yīng)力和重復(fù)性也適用于通態(tài)浪涌電流。當(dāng)超過較大的允許值時(shí)，設(shè)備可能會損壞。此外，尤其是對于大直徑晶閘管，不得超過允許的臨界導(dǎo)通電流變化率(di/dt)cr。