Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

2 Grundlagen
Die Stromverstärkungen der Transistoren sind stromabhängig. Sobald der Strom in der Gatezone
so hoch ist, dass die Summe der Stromverstärkungen (in Basisschaltung) α npn
+ α pnp
≥ 1 wird, wird
der Strom über alle Maßen verstärkt, der Thyristor zündet, das heißt, er geht in den Durchlasszustand.
Es reicht schon ein kurzer Stromimpuls (beispielsweise 10 µs lang) ins Gate, um den
Thyristor zu zünden. Hat am Ende des Zündimpulses der Hauptstrom den Einraststrom I L
überschritten,
so bleibt der Thyristor im Durchlasszustand. Erst wenn der Hauptstrom den Haltestrom
I H
unterschreitet, geht der Thyristor wieder in den Vorwärts-Sperrzustand (Blockierzustand) über
(siehe Kap. 2.2.2.3). Jeder Strom, der über den pn-Übergang vom Gate zur Kathode fließt, wirkt,
wenn er nur hoch genug ist, als Zündstrom:
--
externer Zündstrom vom Gate zur Kathode
--
Sperrstrom durch Überschreiten der maximalen Blockierspannung (Kippspannung) („Über Kopf
Zünden“, Kippen)
--
durch Lichteinstrahlung in der Raumladungszone generierter Strom (Lichtzündung)
--
zu hohe Temperatur (thermisch generierter Sperrstrom)
--
kapazitiver Verschiebungsstrom durch steil ansteigende Anodenspannung (dv/dt).
2.2.2.3 Statisches Verhalten
Durchlassverhalten
Das Durchlassverhalten von Thyristoren entspricht dem von Dioden. Mit der angelegten Vorwärtsspannung
steigt der Strom steil an, sobald die Schleusenspannung erreicht ist (Bild 2.2.6). Erst
bei sehr hohen Strömen, die weit über dem zulässigen Dauerstrom liegen, flacht sich die Durchlasskurve
wieder etwas ab. Bei niedrigen und mittleren Strömen ist der Temperaturkoeffizient der
Durchlassspannung negativ, das heißt, die Durchlassspannung ist bei konstantem Strom umso
niedriger, je höher die Temperatur ist. Bei sehr hohen Strömen ist das Verhalten umgekehrt.
Beim Fließen des Durchlassstromes entstehen Durchlassverluste (= Durchlassstrom x Durchlassspannung),
die den Thyristor erwärmen. Diese Erwärmung begrenzt den Vorwärtsstrom, da eine
zu hohe Erwärmung den Thyristor beschädigen kann.
Sperrverhalten
Legt man Spannung in Sperrrichtung an einen Thyristor, so steigt der Sperrstrom zuerst an, um
schon bei einer angelegten Spannung von wenigen Volt einen Wert zu erreichen, der mit steigender
Spannung kaum mehr ansteigt. Der Sperrstrom ist stark temperaturabhängig und steigt mit der
Temperatur an. Erhöht man die in Sperrrichtung angelegte Spannung in den Durchbruchbereich
(Bild 2.2.6), so steigt der Sperrstrom durch den Avalanche-Effekt (siehe Kap. 2.2.1.3) steil an.
Legt man Spannung in Vorwärtsrichtung an einen Thyristor, so verhält er sich zuerst wie in
Sperrrichtung. Wird die Kippspannung erreicht, so „kippt“ der Thyristor in den Durchlasszustand
und bleibt in diesem, bis der Halterstrom unterschritten wird. Auch der Sperrstrom in Vorwärtsrichtung
ist temperaturabhängig. Diese Abhängigkeit kann für die individuellen Thyristoren sehr
unterschiedlich sein. Meist ist der Sperrstrom bei hohen Temperaturen in Vorwärtsrichtung höher
als in Sperrrichtung. Ursache ist in der Regel die Verstärkung des Sperrstromes durch den
npn-Transistor, für den der Sperrstrom einen Basisstrom darstellt. Hohe Sperrströme in Vorwärtsrichtung
beeinträchtigen die Funktion und die Zuverlässigkeit des Thyristors nicht und sind kein
qualitätsminderndes Merkmal. Die auftretenden Verluste (= Sperrspannung x Sperrstrom) sind
unter normalen Betriebsbedingungen so klein, dass sie bei der Berechnung der Gesamtverluste
vernachlässigt werden können.
25