晶闸管的失效模式

晶闸管失效可以广泛地分为退化性失效和灾难性失效。为了最大限度减少退化性和灾难性失效,设备必须始终在最大额定值内运行。

退化性失效

退化性失效被定义为某些特性的变化,这些变化可能会或不会导致灾难性失效,但可能表现为潜在失效。导通状态、栅极或开关特性的显著变化非常罕见。最容易受影响的特性是阻断电压。随着运行电压和温度水平的升高,这种类型的退化会随之增加。

灾难性失效

灾难性失效是指设备表现出突然的特性变化,使其无法操作,并可能在晶闸管超出其公布的额定值时发生。最常见的失效模式是主端子之间的电力短路,尽管TRIAC可能在半波条件下失效。虽然不太可能,但由此产生的短路电流可能会熔化设备内部部件,并导致开路。

最常见的晶闸管失效模式

当晶闸管受到电或物理上的滥用并由于退化或灾难性的原因而失效时,晶闸管将以短波(全波或半波)作为其正常失效模式。它很少以开路方式失效。电路设计者应增加线路断路器、保险丝、过温中断器或在必要时采取其他措施,以保护最终用户和财产免受短路或部分短路晶闸管带来的安全隐患。

失效原因

大多数晶闸管失效是由超出设备的最大运行额定值导致的。过电压或过电流运行是最可能的失效原因。过电压失效可能是由于电压瞬态过高,也可能是由于冷却不充分导致工作温度高于最大允许结温。

过电流 失效通常是由保险丝或电路保护不当、负载启动时的冲击电流、负载滥用或负载失效引起的。设备失效的另一个常见原因是制造过程中使用的处理程序不当。以过度安装扭矩和/或印加在端子或引线上的力的形式产生的机械损伤可以将应力传递给内部晶闸管芯片,并导致芯片出现裂纹,这种裂纹直到设备热循环时才会显现。

预防失效

针对应用的运行参数和环境仔细选择合适的设备,这有助于大大延长晶闸管的运行寿命。良好的设计实践还应将通过主端子的最大电流限制在设备额定值的75%。正确的安装和成型引线也有助于避免早期失效和潜在失效。确保延长晶闸管寿命的两种最佳方法是适当的散热器方法和为最坏的情况选择正确的电压额定值。过热、过电压和冲击电流是半导体的主要杀手。

来源 - Littelfuse:晶闸管杂项设计提示和事实