Табящш 2.1. Соотношение между диссипациоиным и средним током nIaAnUjh) для повторяющегося полусннусондального тока (/д-амплитудное значение) ~\

где /jv-диссипационный ток [1.7]. Для тока полусинусоидальной формы соотношение между и для Л от О до I приведено в табл. 2.1 [1.7].

Для правильного применения СПП важно иметь в виду, что температура структуры в течение коротких интервалов времени может превышать максимально допустимую. Это позволяет СПП выдерживать значительные перегрузки по току. Для описания этой способности приборов используют понятия о токе перегрузки и ударном токе СПП. Подробно эти параметры рассмотрены в гл. 4. Здесь лишь обратим внимание на ряд обстоятельств, важных для понимания физических ограничений, связанных с этими параметрами.

Для расчета температуры структуры в режимах, когда тепловое равновесие не достигнуто, используют методы численного решения уравнения теплопроводности [1.6, 2.8] или концепцию переходного теплового сопротивления Z{t) [2.9, 2.10]. При использовании понятия Z[t) также различают сопротивления переход-корпус и переход- окружаюгцая среда. Под переходным тепловым сопротивлением переход-корпус понимают зависимость теплового сопротивления переход- корпус от времени (длительности импульса могцности потерь, рассеиваемой в приборе и вызываюгцей повьыиение температуры перехода), т. е. если в приборе рассеивается постоянная могц-ностъ Pq и температура структуры растет но закону Tj{t), то

z{tMTj{t)-T,-]/p,.

с помогцью понятия о Z(/) и принципа суперпозиции температура структуры при произвольном импульсе могцности дается так называемым интегралом Дюамеля:

AT{t) = P{t,)Z{t)+

Z{t-T)dT,

(2.7)

где P(/o) = P(/=0).

Выражение (2.7) имеет и другие, эквивалентные формы [1.2, 2.9]. Величину Z(/) аппроксимируют либо набором экспонент с различными тепловыми постоянными [2.8]

(2.8)

либо степенной функцией [2.9]

Z{t)=Ht**. (2.9)

Следует иметь в виду, что в информационных материалах функцию Z{t) приводят в графическом виде и ее далеко не всегда можно описать выражением (2.9) во всем диапазоне своего существования. В работе [2.11] приведены значения Н и М для многих типов отечественных СПП, а также диапазон применимости аппроксимации (2.9). Обычно значение М лежит в диапазоне 0,3-0,6.

Подчеркнем, что если Tj>Tj во время неустановив-. шегося теплового процесса, то отказ прибора может либо произойти, либо нет. Это будет зависеть от того, какие воздействия и через какое время после достижения данной Tj прикладываются к прибору. Абсолютно критической - температурой является только температура плавления кремния (7„„= 1412° С). Если Tj достигает значения Т даже при микросекундном импульсе мощности, происходит расплавление кремния и прибор выходит из строя. Если Tj достигает температуры 400-600° С, то начинается процесс шнурования прямого тока (резкое уменьшение сопротивления в нагретой зоне и стягивание тока в шн5ф). Этот процесс приводит к последующему нагреву до Т и необратимому отказу, если импульс мощности имеет достаточную длительность (большую нескольких десятков микросекунд). Если Tj достигает температуры 200-300° Сив этот момент • к прибору прикладывают обратное напряжение, то возникает процесс шнурования обратного тока, который при достаточной длительности тоже приводит к необратимому проплав-лению структуры. Наконец, если к прибору, нагретому до температуры 150-170° С, прикладывают прямое напряжение, то он может включиться (из-за снижения напряжения переключения, из-за температурной зависимости времени выключения или из-за эффекта dUjdt)., при этом необратимое повреждение тиристора может произойти или нет в зависимости от того, насколько ограничен и ограничен ли ток через прибор при таком включении. Разнообразие возможных вариантов усугубляется тем обстоятельством, что область локального перегрева, к которой относится значение Tj, может не совпадать с областью приложения последующего воздействия, где температура может быть существенно ниже. Ряд конкретных случаев анализа отмеченных здесь обстоятельств разобран подробно в гл. 4. Следует иметь в виду, что прибор можно считать равномерно прогретым при длительности греющего импульса, большей, чем тепловая постоянная пластины кремния tj, и, напротив, если длительность импульса меньше т;, то прибор нагрет заведомо • 43

Рис. 2.7. Зависимость тепловой постоянной пластины кремния от ее толщины d и напряжения пробоя Ubr

неравномерно. Для оценки величины т можно использовать, следуя работе [2.9], соотношение

,3,=-* (2.10)

где d-толгцина кремниевой пластины; р, с и к-плотность, теплоемкость и теплопроводность кремния.

Подставляя числовые значения физических констант при 25° С: р = 2,33 г/cм с=0,71 Дж/(г • °С), к = 1,477 Вт/(см • °С) [2.12], получаем

Tsi»0,88J (2.11)

где d-в см; igj-в с.

Поскольку речь идет лишь об оценке, то с той же степенью точности коэффициент в (2.11) можно положить равным 1, и тогда

4, = d\ (2.12)

Использовав (2.12) и рис. 8 работы [2.5], мы построили рис. 2.7. Пользуясь этим рисунком, можно, даже и не зная ТОЛ1ЦИНЫ данного прибора, грубо оценить его тепловую постоянную.

Максимально допустимая температура структуры и тепловое сопротивление определяют нагрузочную способность СПП по току. Эта способность описывается рядом параметров: