雙向晶閘管

雙向晶閘管的寫法

雙向晶閘管介紹

雙向晶閘管是由N-P-N-P-N五層半導體材料制成的，對外也引出三個電極，其結構如圖所示。雙向晶閘管相當于兩個單向晶閘管的反向并聯(lián)，但只有一個控制極。

結構原理

雙向晶閘管與單向晶閘管一樣，也具有觸發(fā)控制特性。不過，它的觸發(fā)控制特性與單向晶閘管有很大的不同，這就是無論在陽極和陰極間接人何種極性的電壓，只要在它的控制極上加上一個觸發(fā)脈沖，也不管這個脈沖是什么極性的,都可以便雙向晶閘管導通。

由于雙向晶閘管在陽、陰極間接任何極性的工作電壓都可以實現(xiàn)觸發(fā)控制，因此雙向晶閘管的主電極也就沒有陽極、陰極之分，通常把這兩個主電極稱為T1電極和T2電極，將接在P型半導體材料上的主電極稱為T1電極，將接在N型半導體材料上的電極稱為T2電極。

由于雙向晶閘管的兩個主電極沒有正負之分，所以它的參數(shù)中也就沒有正向峰值電壓與反同峰值電壓之分，而只用一個峰值電壓，雙向晶閘管的其他參數(shù)則和單向晶閘管相同。

晶閘管的主要工作特性

為了能夠直觀地認識eupec晶閘管的工作特性，大家先看這塊示教板(圖3)。晶閘管VS與小燈泡EL串聯(lián)起來，通過開關S接在直流電源上。注意陽極A是接電源的正極，陰極K接電源的負極，控制極G通過按鈕開關SB接在3V直流電源的正極(這里使用的是KP5型晶閘管，若采用KP1型，應接在1.5V直流電源的正極)。晶閘管與電源的這種連接方式叫做正向連接，也就是說，給晶閘管陽極和控制極所加的都是正向電壓。現(xiàn)在我們合上電源開關S，小燈泡不亮，說明晶閘管沒有導通；再按一下按鈕開關SB，給控制極輸入一個觸發(fā)電壓，小燈泡亮了，說明晶閘管導通了。用萬用表可以區(qū)分整流二極管的三個電極嗎?怎樣測試晶閘管的好壞呢?

普通晶閘管的三個電極可以用萬用表歐姆擋R×100擋位來測。大家知道，晶閘管G、K之間是一個PN結〔圖2(a)〕，相當于一個二極管，G為正極、K為負極，所以，按照測試二極管的方法，找出三個極中的兩個極，測它的正、反向電阻，電阻小時，萬用表黑表筆接的是控制極G，紅表筆接的是陰極K，剩下的一個就是陽極A了。測試晶閘管的好壞，可以用剛才演示用的示教板電路(圖3)。接通電源開關S，按一下按鈕開關SB，燈泡發(fā)光就是好的，不發(fā)光就是壞的

ABB晶閘管最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬于不可控整流電路。如果把二極管換成晶閘管，就可以構成可控整流電路?，F(xiàn)在我畫一個最簡單的單相半波可控整流電路〔圖4(a)〕。在正弦交流電壓U2的正半周期間，如果VS的控制極沒有輸入觸發(fā)脈沖Ug，VS仍然不能導通，只有在U2處于正半周，在控制極外加觸發(fā)脈沖Ug時，晶閘管被觸發(fā)導通?，F(xiàn)在，畫出它的波形圖〔圖4(c)及(d)〕，可以看到，只有在觸發(fā)脈沖Ug到來時，負載RL上才有電壓UL輸出(波形圖上陰影部分)。Ug到來得早，晶閘管導通的時間就早；Ug到來得晚，晶閘管導通的時間就晚。通過改變控制極上觸發(fā)脈沖Ug到來的時間，就可以調(diào)節(jié)負載上輸出電壓的平均值UL(陰影部分的面積大小)。在電工技術中，常把交流電的半個周期定為180°，稱為電角度。

發(fā)展現(xiàn)狀

雙向晶閘管的發(fā)展現(xiàn)狀在我國精管行業(yè)發(fā)展很快。國內(nèi)分立器件廠商的主要產(chǎn)品以硅基二極管、三極管和晶閘管為主，目前國際功率半導體器件的主流主品功率MOS器件只是近年來才有所涉及，且主要為平面柵結構的VDMOS器件，IGBT還處于研發(fā)階段。寬禁帶半導體器件主要是以微波功率器件(SiCMESFET和GaNHEMT)為主，尚未有針對市場應用的寬禁帶半導體產(chǎn)品器件的產(chǎn)品研發(fā)。

從功率半導體的產(chǎn)品分類來說

一、普通二極管、三極管國內(nèi)的自給率已經(jīng)很高，但是在的功率二極管，大部分還依賴進口，國內(nèi)的產(chǎn)品性能還有不小的差距。

二、ABB晶閘管類器件產(chǎn)業(yè)成熟，種類齊全，普通晶閘管、快速晶閘管、超大功率晶閘管、光控晶閘管、雙向晶閘管、逆導晶閘管、高頻晶閘管都能生產(chǎn)。中國南車集團現(xiàn)在可以生產(chǎn)6英寸、4000A、8500V超大功率晶閘管，居水平，已經(jīng)在我國的機車上大量使用，為我國的鐵路現(xiàn)代化建設做出了貢獻。

三、在功率管領域，逐步有國內(nèi)的企業(yè)技術水平上升到MOS工藝，MOSFET的產(chǎn)業(yè)有一定規(guī)模，進入21世紀后，這類器件的產(chǎn)品已批量進入市場，幾十安培、200V的器件在民用產(chǎn)品上獲得了廣泛應用，進口替代已然開始。

四、IGBT、FRD已經(jīng)有所突破，F(xiàn)RD初見規(guī)模。IGBT從封裝起步向芯片設計制造發(fā)展，從PT結構向NPT發(fā)展，溝槽工藝正在開發(fā)中。IGBT產(chǎn)品進入中試階段，

五、在電源管理領域，2008年前十名都見不到國內(nèi)的企業(yè)。

從功率半導體產(chǎn)業(yè)鏈來說

一、設計：國內(nèi)IGBT還處于研制階段，還沒有商品化的IGBT投入市場，我國IGBT芯片的產(chǎn)業(yè)化道路比較漫長。目前國內(nèi)的民營和海歸人士設立的公司已經(jīng)研發(fā)出了低端的IGBT產(chǎn)品，如常州宏微、嘉興斯達。南車集團就不說了。

二、制造：IGBT對于技術要求較高，國內(nèi)企業(yè)還沒有從事IGBT生產(chǎn)?？紤]到IP保護以及技術因素的限制，外資IDM廠商也沒有在國內(nèi)進行IGBT晶圓制造和封裝的代工。目前華虹NEC和成芯的8寸線、華潤上華和深圳方正的6寸線均可提供功率器件的代工服務。

三、封裝：我國只有少數(shù)企業(yè)從事中小功率IGBT的封裝，而且尚未形成規(guī)?；a(chǎn)，在IGBT芯片的產(chǎn)業(yè)化以及大功率IGBT封裝領域的技術更是一片空白。

從功率半導體工藝發(fā)展來說

一、BCD工藝已從無到有，從低壓向高壓發(fā)展，從硅基向SOI基發(fā)展。

二、從封裝起步向芯片設計制造發(fā)展，從PT結構向NPT發(fā)展，溝槽工藝正在開發(fā)中。

組成交流調(diào)壓電路圖

如下圖所示，電路利用雙向晶閘管控制加熱器負載RL（電阻絲）。觸發(fā)電路采用單結晶體管弛張振蕩器。其電源由交流電源經(jīng)整流橋整流、電阻R1和穩(wěn)壓管VZ削波成梯形直流電動后供給。單結晶體管輸出經(jīng)脈沖變壓器耦合至雙向晶閘管門極電路。如果要控制直流電動機M的轉速，可以按圖中虛線將雙向晶閘管與電動機串聯(lián)。并聯(lián)阻容器件主要是為了吸收雙向晶閘管上因電感負載放電有可能產(chǎn)生的過電壓。

如何檢查好壞

如何檢查雙向晶閘管的好壞：雙向晶閘管作電子開關使用，能控制交流負載(例如白熾燈)的通斷，根據(jù)白熾燈的亮滅情況，可判斷雙向晶閘管的好壞。

將220V交流電源的任意一端接T2，另一端經(jīng)過220V、100W白熾燈接T1。觸發(fā)電路由開關S和門極限流電阻R組成。S選用耐壓220VAC的小型鈕子開關或拉線開關。R的阻值取100~330Ω，R值取得過大，會減小導通角。

下面?zhèn)€紹檢查步驟：

步，先將S斷開，此時雙向晶閘管關斷，燈泡應熄滅。若燈泡正常發(fā)光，則說明雙向晶閘管T1-T2極間短路，管子報廢；如果燈泡輕微發(fā)光，表明T1-T2漏電流太大，管子的性能很差。出現(xiàn)上述兩種情況，應停止試驗。

第二步：閉合S，因為門極上有觸發(fā)信號，所以只需經(jīng)過幾微秒的時間，雙向晶閘管即導通通，白熾燈上有交流電流通過而正常發(fā)光。具體工作過程分析如下：在交流電的正半周，設Ua>Ub，則T2為正，T1為負，G相對于T2也為負，雙向晶閘管按照T2-T1的方向?qū)?。在交流電的負半周，設Ua<Ub，則T2為負，T1為正，G相對于T2也為正，雙向晶閘管沿著T1→T2的方向?qū)ā?/P>

綜上所述，僅當S閉合時燈泡才能正常發(fā)光，說明雙向晶閘管質(zhì)量良好。如果閉合時燈泡仍不發(fā)光，證明門極已損壞。

注意事項：

(1)本方法只能檢查耐壓在400V以下的雙向晶閘管。對于耐壓值為100V、200V的雙向晶閘管，需借助自耦調(diào)壓器把220V交流電壓降到器件耐壓值以下。

(2)T1和T2的位置不得接反，否則不能觸發(fā)雙向晶閘管。

(3)具體到Ua、Ub中的哪一端接火線(相線)，哪端接零線，可任選。

(4)利用雙向晶閘管作電子開關比機械開關更加優(yōu)越。因為只需很低的控制功率，就能控制相當大的電流，它不存在觸點抖動問題，動作速度極快，在關斷時也不會出現(xiàn)電弧現(xiàn)象。實際應用時，圖5.9.14中的開關S可用固態(tài)繼電器、干簧繼電器、光電繼電器等代替。