|
智能固態去耦合器(qi)中半導體(ti)器(qi)件（如晶(jing)閘管、IGBT 等）的(de)快速導通，是通過器(qi)件本(ben)身的(de)物理特性(xing)與(yu)驅動(dong)電路(lu)的(de)精(jing)準控制共同實現(xian)的(de)，核(he)心(xin)在(zai)于利用半導體的(de) “PN 結導通機制” 和(he) “ 柵極（或(huo)控制極）觸發(fa)原理 ”。以下從具體器(qi)件類型展開說(shuo)明：
一、晶閘(zha)管（SCR）的快速導通原理
晶閘管是智能固態去耦合(he)器中常用的半(ban)導(dao)體器件（尤其適用于高(gao)壓(ya)、大電流場景），其導(dao)通依賴 “陽(yang)極(ji)正(zheng)向電(dian)壓(ya) 控制極(ji)觸發信(xin)號” 的雙重條件：
基本結構與導通條件
晶閘管由 4 層半導體（P-N-P-N）構成(cheng)(cheng)，形成(cheng)(cheng)三個 PN 結(jie)(jie)（J1、J2、J3）。正(zheng)常狀(zhuang)態下，J2 結(jie)(jie)處于反向偏置(zhi)，整體呈現高阻(zu)態（阻(zu)斷狀(zhuang)態）。
當陽極(ji)（A）接(jie)正(zheng)(zheng)向(xiang)電壓（相對于陰極 K），且(qie)控制極（G）加入正(zheng)(zheng)向(xiang)觸發(fa)脈沖（電流）時，J3 結被正(zheng)(zheng)向(xiang)偏置，觸發(fa)信號會在 J2 結附近產生大(da)量載流子（電子和(he)空穴）。
載流子倍增效應
觸發信號注入的(de)載流子會引發 “雪(xue)崩式導通”：
控制極電流(liu)使(shi) J3 結(jie)導通，電子從陰極向 J2 結(jie)移動，空(kong)穴從 P 區向 J2 結(jie)移動，中和 J2 結(jie)的空(kong)間電荷(he)區，使 J2 結(jie)轉(zhuan)為正向偏置。
此時(shi)，J1、J2、J3 結均(jun)正向導(dao)通(tong)，晶閘管(guan)整(zheng)體進入低阻(zu)狀態，導(dao)通(tong)時間可縮(suo)短至微秒級（約 1-10μs）。
維持導通與關斷
一(yi)旦導通，即(ji)使撤(che)去控制(zhi)極信號(hao)，只要陽極電流保持在 “維(wei)(wei)持電(dian)流” 以上，晶(jing)閘(zha)管(guan)仍會(hui)持續導(dao)通；直(zhi)到陽極電(dian)壓反(fan)向或電(dian)流低(di)于維(wei)(wei)持電(dian)流，才會(hui)恢復阻斷(duan)狀態。
二、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的快速導通原理(li)
IGBT 結合了 MOSFET（場效應管）的快速開關特性和晶體管的大電流承載能力，在中高頻、精準控制場景中更具優勢：
柵極電壓控制導通
IGBT 的核心是 “柵極 - 發射極電壓（VGE）” 控制：
當柵(zha)極施加正(zheng)向電壓（通常 15V 左右(you)）時，柵極與發射(she)極之(zhi)間(jian)的氧(yang)化層形(xing)成電(dian)場，吸引電(dian)子在 P 型基區(qu)表面形(xing)成反(fan)型層（N 型導電(dian)溝道(dao)），使集(ji)電(dian)極（C）與發射(she)極（E）之(zhi)間(jian)導通。
導通速度由 “柵極(ji)電(dian)容充電(dian)速(su)度” 決定：驅動電(dian)路通(tong)過大(da)電(dian)流(liu)快速(su)為柵極(ji)電(dian)容充電(dian)，使 VGE 迅速(su)達到導通(tong)閾值(zhi)（約 5-7V），導通(tong)時間可(ke)低至幾(ji)十納秒(miao)（ns），遠快于(yu)晶閘管。
雙極型導電增強電流能力
導通后(hou)，電(dian)子通過導電(dian)溝道到(dao)達 N - 漂移區，同(tong)時 P 型(xing)基區向 N - 漂移區注入空(kong)穴，形成(cheng) “電(dian)子 - 空(kong)穴對” 的雙極導電(dian)，大幅(fu)降低導通電(dian)阻，允許大電(dian)流通過（可達(da)數千(qian)安培）。
|
