为什么你的可控硅无法关闭

2023年1月31日

Cadence PCB解决方案

为什么你的可控硅无法关闭

让我们来设定场景:你给你的可控硅的门施加一个信号，然后可控硅切换到传导状态。突然，当你试图关闭设备时，设备不会切换状态，它仍然处于通电状态。怎样才能完全调节设备并将其关闭?

可控硅的内部结构会产生某种缺陷，剩余的少数载流子会持续存在于器件的内层，这可能导致可控硅锁存到ON状态。然而，在输入/输出端子和门端子之间使用适当的切换方法，可以确保可控硅不锁存，并可以恢复到OFF状态。

为什么可控硅导电

可控硅是一种简单的带有闭锁功能的电自调制开关。闭锁功能一旦可控硅接通，闭锁功能可能不会关闭，即使门终端恢复到零电流。只要流过端子的电流大于一个特定的阈值，即所谓的闭锁电流，那么即使栅极端子设置为零输入或设置为浮动，设备也将继续导通。

简而言之，这意味着我们可以看到一些实例，在可控硅无法完全关闭的情况下，即使门端偏压已被移除:

在栅极偏压被移除后，可控硅继续有直流偏压
电流和电压之间存在相位差(无功负载)
开关交流信号的边缘速率太快

可控硅的典型结构如下面的层图所示。在这个图中，堆叠的n型和p型层以相反的顺序堆叠(总共4层)，就像你在一对晶闸管中看到的那样。门终端用于驱动可控硅进入导通模式，主终端(MT1和MT2)是开关信号的输入/输出终端。

双向可控硅的结构

可控硅电路符号和结构。

直流偏置

有时说可控硅不能与直流电流工作，但这是不完全正确的。如果使用栅极偏置来驱动可控硅导通，则可控硅将通过直流电流。然而，如果栅极偏压被移除，只要直流电流大于可控硅的闭锁电流，可控硅将继续通过相同的直流电流。可控硅将继续导电，直到直流电流关闭，此时可控硅将返回其绝缘状态。

交流带直流偏置

如果可控硅保持导电与这种类型的信号，这基本上是相同的事情，可以发生在直流偏压情况下。如果直流偏置大于交流幅值，且两者都大于可控硅的直流闭锁电流，则即使信号的交流分量被消除，可控硅仍将保持导电。这不是典型的可控硅应用中会遇到的典型情况，其中涉及线路电压并且没有偏置。然而，在特殊应用中，任意波形通过可控硅传导，需要考虑直流偏置。

无功负载交流电

在无功负载的情况下，或技术上任何驱动电路与无功输入阻抗时，通过可控硅的电流和电压可以失相。即使栅极偏压被移除，经过可控硅终端(MT1和MT2)的驱动电压也可能太快，使可控硅无法完全调制断开。

假设我们有一个无功负载被驱动通过可控硅与交流信号。如果门不馈电，那么可控硅将试图关闭，因为电流下降到零。然而，电压信号仍将振荡，无功负载仍然可以放电或诱导电流进入可控硅。如果可控硅上的电压降额定值变化太快(称为换向电压，或dV/dt)，则设备不会关闭。这与二极管的反向恢复在这种情况下，一个足够快的信号可以使整流器保持正向偏置，即使瞬时电压暂时驱使二极管进入反向偏置。