【導(dǎo)讀】在使用晶閘管的過程中，經(jīng)常發(fā)生晶閘管燒壞的現(xiàn)象，很是頭疼！燒壞晶閘管的原因很多，我們該如何判斷燒壞晶閘管的真正原因呢？本文從晶閘管燒壞的現(xiàn)象等方面進(jìn)行分析，教大家學(xué)會判斷晶閘管燒壞的真正原因，從而解決問題。
晶閘管屬于硅元件，硅元件的普遍特性是過載能力差，因此在使用過程中經(jīng)常會發(fā)生燒壞晶閘管的現(xiàn)象。
晶閘管燒壞都是由溫度過高造成的，而溫度是由晶閘管的電特性、熱特性、結(jié)構(gòu)特性決定的，因此保證晶閘管在研制、生產(chǎn)過程中的質(zhì)量應(yīng)從三方面入手：電特性、熱特性、結(jié)構(gòu)特性，而且三者是緊密相連、密不可分的，所以在研制、生產(chǎn)晶閘管時(shí)應(yīng)充分考慮其電應(yīng)力、熱應(yīng)力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力。燒壞晶閘管的原因很多，總的說來還是三者共同作用下才致使晶閘管燒壞的，某一單獨(dú)的特性下降很難造成晶閘管燒壞，因此我們在生產(chǎn)過程中可以充分利用這個(gè)特點(diǎn)，就是說如果其中的某個(gè)應(yīng)力達(dá)不到要求時(shí)可以采取提高其他兩個(gè)應(yīng)力的辦法來彌補(bǔ)。
圖：晶閘管
從晶閘管的各相參數(shù)看，經(jīng)常發(fā)生事故的參數(shù)有：電壓、電流、dv／dt、di／dt、漏電、開通時(shí)間、關(guān)斷時(shí)間等，甚至有時(shí)控制極也可燒壞。由于晶閘管各參數(shù)性能的下降或線路問題會造成晶閘管燒壞，從表面看來每個(gè)參數(shù)所造成晶閘管燒壞的現(xiàn)象是不同的，因此通過解剖燒壞的晶閘管就可以判斷是哪個(gè)參數(shù)造成晶閘管燒壞的。
電壓引起晶閘管燒壞現(xiàn)象
一般情況下陰極表面或芯片邊緣有一燒壞的小黑點(diǎn)說明是由于電壓引起的，由電壓引起燒壞晶閘管的原因有兩中可能，一是晶閘管電壓失效，就是我們常說的降伏，電壓失效分早期失效、中期失效和晚期失效。二是線路問題，線路中產(chǎn)生了過電壓，且對晶閘管所采取的保護(hù)措施失效。
電流引起晶閘管燒壞現(xiàn)象
電流燒壞晶閘管通常是陰極表面有較大的燒壞痕跡，甚至將芯片、管殼等金屬大面積溶化。
di／dt引起晶閘管燒壞現(xiàn)象
由di／dt所引起的燒壞晶閘管的現(xiàn)象較容易判斷，一般部是門極或放大門極附近燒成一小黑點(diǎn)。我們知道晶閘管的等效電路是由兩只可控硅構(gòu)成，門極所對應(yīng)的可控硅做觸發(fā)用，目的是當(dāng)觸發(fā)信號到來時(shí)將其放大，然后盡快的將主可控硅導(dǎo)通，然而在短時(shí)間內(nèi)如果電流過大，主可控硅還沒有完全導(dǎo)通，大的電流主要通過相當(dāng)于門極的可控硅流過，而此可控硅的承載電流的能力是很小的，所以造成此可控硅燒壞，表面看就是門極或放大門極附近燒成一小黑點(diǎn)。
dv／dt引起晶閘管燒壞現(xiàn)象
至于dv／dt其本身是不會燒壞晶閘管的，只是高的dv／dt會使晶閘管誤觸發(fā)導(dǎo)通，其表面現(xiàn)象跟電流燒壞的現(xiàn)象差不多。
開通時(shí)間引起晶閘管燒壞現(xiàn)象
開通時(shí)間跟di／dt的關(guān)系很密切，因此其燒壞晶閘管的現(xiàn)象跟di／dt燒壞晶閘管基本類似。
關(guān)斷時(shí)間引起晶閘管燒壞現(xiàn)象
關(guān)斷時(shí)間燒壞晶閘管的現(xiàn)象較難分析，其特點(diǎn)有時(shí)象電壓燒壞，有時(shí)又象電流燒壞，從實(shí)踐來看象電流燒壞的時(shí)候比較多。
[page]
以上分析只是從晶閘管表面的損壞程度來判斷其到底是由什么參數(shù)造成的，但無論什么原因損壞都會在晶閘管上留下痕跡，這種痕跡大多是燒壞的黑色痕跡，而黑色痕跡就是金屬熔化的痕跡，就是說燒壞晶閘管的最根本原因是將晶閘管芯片熔化，有的是大面積熔化，有的是小面積熔化。我們知道單晶硅的熔點(diǎn)是1450℃～1550℃，只有超過這個(gè)溫度才有可能熔化，那么這么高的溫度是怎么產(chǎn)生的呢?
就晶閘管的各項(xiàng)參數(shù)而言即使每相參數(shù)都超出標(biāo)準(zhǔn)很多也不會產(chǎn)生如此高的溫度，因?yàn)闇囟仁怯呻娏鳌㈦妷?、時(shí)間三者的乘積決定的，其中某一相超標(biāo)是不會產(chǎn)生這么高的溫度的，所以瞬時(shí)產(chǎn)生的高電壓、大電流是不會將芯片燒壞的，除非是高電壓、大電流、長時(shí)間才會如此，但這種情況是不可能出現(xiàn)的，因?yàn)榫чl管一經(jīng)燒毀設(shè)備立即就會出現(xiàn)故障，會立即停機(jī)，時(shí)間不會很長的，因此燒壞晶閘管芯片的高溫決不是電流、電壓、時(shí)間三者的乘積產(chǎn)生的。那么到底是怎么產(chǎn)生的呢?
其實(shí)無論晶閘管的那個(gè)參數(shù)造成其燒壞，最終的結(jié)果都可以歸納為電壓擊穿，就是說晶閘管燒壞的最終原因都是由電壓擊穿造成的，其表面的燒壞痕跡也是由電壓擊穿所引起的，這點(diǎn)我們在晶閘管的應(yīng)用中也能夠證明：在用萬用表測試燒壞的晶閘管時(shí)發(fā)現(xiàn)其陰極、陽極電阻都非常小，說明其內(nèi)部短路，到目前為止基本沒發(fā)現(xiàn)有陰極、陽極開路的現(xiàn)象，因?yàn)樾酒怯刹煌饘贅?gòu)成的，不同金屬的熔點(diǎn)是不一樣的，總會有先熔化和后熔化之分，是逐漸熔化。
電壓擊穿與晶閘管表面燒壞的痕跡的關(guān)系
一般情況下應(yīng)該是鋁墊片或銀墊片先熔化，然后才是硅片和鉬片，而鋁墊片或銀墊片也不會小面積熔化，應(yīng)該是所有有效面積的墊片都會熔化。鋁墊片或銀墊片熔化后一是有可能產(chǎn)生隔離層使陰極和陽極開路，二是鋁墊片或銀墊片高溫熔化后與硅片的接合部有可能材質(zhì)發(fā)生變化，產(chǎn)生絕緣的物質(zhì)，造成陰極、陽極開路的現(xiàn)象。那么電壓擊穿與晶閘管表面燒壞的痕跡(小黑點(diǎn)或大面積熔化)有什么關(guān)系呢?
1．由于晶閘管的電壓參數(shù)下降或線路產(chǎn)生的過電壓超過其額定值造成其絕緣強(qiáng)度相對降低，因此發(fā)生啟弧放電現(xiàn)象，而弧光的溫度是非常高的，遠(yuǎn)大于芯片各金屬的熔點(diǎn)，因此燒毀晶閘管，又由于芯片外圓邊緣、芯片陰極-陽極表面之間的絕緣電壓強(qiáng)度不是完全一致的，只有在相對絕緣電壓較低的那點(diǎn)啟弧放電，因此電壓擊穿表現(xiàn)為在芯片陰極表面或芯片的邊緣有一小黑點(diǎn)。
2．由于晶閘管的電流、dv／dt、漏電、關(guān)斷時(shí)間、壓降等參數(shù)下降或線路的原因造成其芯片溫度過高，超過結(jié)溫，造成硅片內(nèi)部金屬格式發(fā)生變化，引起其絕緣電壓降低，因此發(fā)生啟弧放電現(xiàn)象，弧光產(chǎn)生的高溫將墊片、硅片、鉬片熔化、燒毀，同時(shí)也會將外殼與芯片相連的金屬熔化。由于芯片溫度過高需要較長的時(shí)間，是慢慢積累起來的，因此超溫的面積是較大的，燒壞的面積也是較大的。
3．由于di／dt、開通時(shí)間燒壞的晶閘管雖然也是一小黑點(diǎn)，但燒壞的位置與真正的電壓擊穿是不同的，其燒壞的機(jī)理與上面2所述的是一樣的，只是由于芯片里面的小可控硅比較小，所以形成的燒毀痕跡亦較小，實(shí)際是已經(jīng)將小可控硅完全燒毀了。
綜上所述，無論什么原因燒壞晶閘管，最終都是由于晶閘管絕緣電壓相對降低，然后啟弧放電，產(chǎn)生高溫，使晶閘管芯片金屬甚至外殼金屬熔化，致使晶閘管短路，損壞。
相關(guān)閱讀：
晶閘管和IGBT功率開關(guān)器件的保護(hù)作用對比
http://www.gloirel.com.cn/cp-art/80019881
簡單實(shí)現(xiàn)晶閘管直流穩(wěn)壓器的過流保護(hù)
http://www.gloirel.com.cn/cp-art/80018180
如何提升晶閘管抗干擾能力？
http://www.gloirel.com.cn/restify-art/80020854
