雙向可控矽

雙向可控矽

雙向可控矽是在普通可控矽的基礎上發展而成的,它不僅能代替兩隻反極性並聯的可控矽,而且僅需一個觸發電路,是比較理想的交流開關器件。其英文名稱TRIAC即三端雙向交流開關之意。

產品命名

雙向可控矽為什麼稱為“TRIAC”?

三端:TRIode(取前三個字母)

交流半導體開關:ACsemiconductorswitch

(取前兩個字母)

以上兩組名詞組合成“TRIAC”

中文譯意“三端雙向可控矽開關”。

由此可見“TRIAC”是雙向可控矽的統稱。

雙 向:Bi-directional(取第一個字母)

控 制:Controlled(取第一個字母)

整流器:Rectifier(取第一個字母)

再由這三組英文名詞的首個字母組合而成:“BCR”中文譯意:雙向可控矽。以“BCR”來命名雙向可控矽的典型廠家如日本三菱,如:BCR1AM-12、BCR8KM、BCR08AM等等。

雙 向:Bi-directional(取第一個字母)

三 端:Triode(取第一個字母)

由以上兩組單詞組合成“BT”,也是對雙向可控矽產品的型號命名,典型的生產商如:意法ST公司、荷蘭飛利浦-Philips公司,均以此來命名雙向可控矽。

代表型號如:PHILIPS的BT131-600D、BT134-600E、BT136-600E、BT138-600E、BT139-600E、等等。這些都是四象限/非絕緣型/雙向可控矽;

Philips公司的產品型號前綴為“BTA”字頭的,通常是指三象限的雙向可控矽。

而意法ST公司,則以“BT”字母為前綴來命名元件的型號並且在“BT”後加“A”或“B”來表示絕緣與非絕緣組合成:“BTA”、“BTB”系列的雙向可控矽型號,如:

四象限/絕緣型/雙向可控矽:BTA06-600C、BTA12-600B、BTA16-600B、BTA41-600B等等;

四象限/非絕緣/雙向可控矽:BTB06-600C、BTB12-600B、BTB16-600B、BTB41-600B等等;

ST公司所有產品型號的後綴字母(型號最後一個字母)帶“W”的,均為“三象限雙向可控矽”。如“BW”、“CW”、“SW”、“TW”;代表型號如:BTB12-600BW、BTA26-700CW、BTA08-600SW等等。

至於型號後綴字母的觸發電流,各個廠家的代表含義如下:PHILIPS公司:D=5mA,E=10mA,C=15mA,F=25mA,G=50mA,R=200uA或5mA,

型號沒有後綴字母之觸發電流,通常為25-35mA;

PHILIPS公司的觸發電流代表字母沒有統一的定義,以產品的封裝不同而不同。

意法ST公司:TW=5mA,SW=10mA,CW=35mA,BW=50mA,C=25mA,B=50mA,H=15mA,T=15mA,注意:以上觸發電流均有一個上下起始誤差範圍,產品PDF檔案中均有詳細說明

一般分為最小值/典型值/最大值,而非“=”一個參數值

元件簡介

從外表上看,雙向可控矽和普通可控矽很相似,也有三個電極。但是,它除了其中一個電極G仍叫做控制極外,另外兩個電極通常卻不再叫做陽極和陰極,而統稱為主電極Tl和T2。它的符號也和普通可控矽不同,是把兩個可控矽反接在一起畫成的,如圖2所示。它的型號,在我國一般用“3CTS”或“KS”表示;國外的資料也有用“TRIAC”來表示的。

元件外形

雙向可控矽的規格、型號、外形以及電極引腳排列依生產廠家不同而有所不同,但其電極引腳多數是按T1、T2、G的顧序從左至右排列(觀察時,電極引腳向下,面對標有字元的一面)。目前市場上最常見的幾種塑封外形結構雙向可控矽的外形及電極引腳排列如下圖1所示。

 雙向可控矽 雙向可控矽

雙向可控矽的電路符號如圖2所示。雙向可控矽的外形結構和普通可控矽沒有多大區別, 幾十安以下的,則通常採用圖1所示塑封外形結構。幾十安到一百餘安電流大小的則採用螺栓型;額定電流在200安以上的一般都是平板型的。

 雙向可控矽外形 雙向可控矽外形

常用可控矽的封裝形式有TO-92、TO-126、TO-202AB、TO-220、TO-220AB、TO-3P、SOT-89、TO-251、TO-252等。

構造原理

儘管從形式上可將雙向可控矽看成兩隻普通可控矽的組合,但實際上它是由7隻電晶體和多隻電阻構成的功率集成器件。小功率雙向可控矽一般採用塑膠封裝,有的還帶散熱板。典型產品有BCMlAM(1A/600V)、BCM3AM(3A/600V)、2N6075(4A/600V),MAC218-10(8A/800V)等。大功率雙向可控矽大多採用RD91型封裝。

雙向可控矽屬於NPNPN五層器件,三個電極分別是T1、T2、G。因該器件可以雙嚮導通,故除門極G以外的兩個電極統稱為主端子,用T1、T2。表示,不再劃分成陽極或陰極。其特點是,當G極和T2極相對於T1,的電壓均為正時,T2是陽極,T1是陰極。反之,當G極和T2極相對於T1的電壓均為負時,T1變成陽極,T2為陰極。雙向可控矽由於正、反向特性曲線具有對稱性,所以它可在任何一個方嚮導通。

從內部結構來看,雙向可控矽是一種N—P—N—P—N型五層結構的半導體器件,見圖3(a)。為了便於說明問題,我們不妨把圖3(a)看成是由左右兩部分組合而成的,如圖3(b)。這樣一來,原來的雙向可控矽就被分解成兩個P—N—P—N型結構的單向可控矽了。如果把左邊從下往上看的p1—N1—P2—N2部分叫做正向的話,那么右邊從下往上看的N3—P1—N1—P2部分就成為反向,它們之間正好是一正一反地並聯在一起。我們把這種聯接叫做反向並聯。因此,從電路功能上可以把它等效成圖3(c),也就是說,一個雙向可控矽在電路中的作用是和兩隻普通可控矽反向並聯起來等效的。這也正是雙向可控矽為什麼會有雙向控制導通特性的根本原因。

結構原理結構原理

實際上雙向可控矽並不能簡單地用兩種單向可控矽反向並聯獲得,它內部結構相當於7隻三極體連結而成,如圖所示。

結構圖2結構圖2
等效電路等效電路

工作特性

雙向可控矽不象普通可控矽那樣,必須在陽極和陰極之間加上正向電壓,管子才能導通。對雙向可控矽來說,無所謂陽極和陰極。它的任何一個主電極,對圖3(b)中的兩個可控矽管子來講,對一個管子是陽極,對另一個管子就是陰極,反過來也一樣。因此,雙向可控矽無論主電極加上的是正向或是反向電壓,它都能被觸發導通。不僅如此,雙向可控矽還有一個重要的特點,這就是:不管觸發信號的極性如何,也就是不管所加的觸發信號電壓UG對T1是正向還是反向,雙向可控矽都能被觸發導通。雙向可控矽的這個特點是普通可控矽所沒有的。

雙向可控矽的特性曲線

雙向可控矽的特性曲線雙向可控矽的特性曲線

既然一個雙向可控矽是由兩隻普通可控矽反向並聯而成的,那么,我們會很自然地想到,它的特性曲線就應該是由這兩隻普通可控矽的特性曲線組合而成。圖4示出了雙向可控矽的特性曲線。

由圖可見,雙向可控矽的特性曲線是由一、三兩個象限內的曲線組合成的。第一象限的曲線說明當加到主電極上的電壓使Tc對T1的極性為正時,我們稱為正向電壓,並用符號U21表示。當這個電壓逐漸增加到等於轉折電壓UBO時,圖3(b)左邊的可控矽就觸發導通,這時的通態電流為I21,方向是從T2流向Tl。從圖中可以看到,觸發電流越大,轉折電壓就越低,這種情形和普通可控矽的觸發導通規律是一致的, 當加到主電極上的電壓使Tl對T2的極性為正時,叫做反向電壓,並用符號U12表示。當這個電壓達到轉折電壓值時,圖3(b)右邊的可控矽便觸發導通,這時的電流為I12,其方向是從T1到T2。這時雙向可控矽的特性曲線,如圖4中第三象限所示。

在上述兩種情況中,除了加到主電極上的電壓和通態電流的方向相反外,它們的觸發導通規律卻是同的。如果這兩個並聯連線的管子特性完全相同的話,一,三象限的特性曲線就應該是對稱的。

觸發電路

四種觸發方式

四種觸發方式四種觸發方式

由於在雙向可控矽的主電極上,無論加以正向電壓或是反向電壓,也不管觸發信號是正向還是反向,它都能被觸發導通,因此它有以下四種觸發方式:

(1)當主電極T2對Tl所加的電壓為正向電壓,控制積極G對第一電極Tl所加的也是正向觸發信號(圖5a)。雙向可控矽觸發導通後,電流I2l的方向從T2流向T1。由特性曲線可知,這時雙向可控矽觸發導通規律是按第二象限的特性進行的,又因為觸發信號是正向的,所以把這種觸發叫做“第一象限的正向觸發”或稱為I+觸發方式。

(2)如果主電極T2仍加正向電壓,而把觸發信號改為反向信號(圖5b),這時雙向可控矽觸發導通後,通態電流的方向仍然是從T2到T1。我們把這種觸發叫做“第一象限的負觸發”或稱為I-觸發方式。

(3)兩個主電極加上反向電壓U12(圖5c),輸入正向觸發信號,雙向可控矽導通後,通態電流從T1流向T2。雙向可控矽按第三象限特性曲線工作,因此把這種觸發叫做Ⅲ+觸發方式。

(4)兩個主電極仍然加反向電壓U12,輸入的是反向觸發信號(圖5d),雙向可控矽導通後,通態電流仍從T1流向T2。這種觸發就叫做Ⅲ-觸發方式。

雙向可控矽雖然有以上四種觸發方式,但由於負信號觸發所需要的觸發電壓和電流都比較小。工作比較可靠,因此在實際使用時,負觸發方式套用較多。

觸發方式觸發方式
四種觸發方式2四種觸發方式2

雙向二極體是一種小功率五層二端元件,它的正反向伏安特性曲線和雙向可控矽一樣,但它沒有控制極,當兩個極之間所加的電壓達到轉折電壓時,雙向二極體便導通。圖8(a)就是利用雙向二極體2CTS組成的觸發電路。當電源電壓處於正半周時,電源電壓通過Rl向C1充電,電容C1上的電壓極性是上正下負。當這個電壓增高達到雙向二圾管的轉折電壓時,雙向二極體突然轉折導通,使雙向可控矽的控制極G和主電極T1之間得到一個正向觸發脈衝,可控矽導通。這時就相當於I+觸發方式。在電源電壓過零的瞬間,雙向可控矽自動阻斷;當電源電壓處於負半周時,電源電壓對電容C1反向充電,C1上電壓的極性為下正上負,當這個電壓值充到等於雙向二極體的轉折電壓時,雙向二極體突然反嚮導通,使雙向可控矽得到一個反向觸發信號,於是雙向可控矽導通。這時就相當於Ⅲ-觸發方式。在這個電路中,調節R1韻阻值,可以改變R1C1的時間常數,因而改變了觸發脈衝出現的時刻,也就是改變了雙向可控矽的導通角,達到了調節燈光的目的。電路中各處電壓的波形見圖8(b),其中UL是電燈兩端的電壓。

套用電路1套用電路1

產品判別

在實際套用或是診斷電路故障時,常需要判別雙向可控矽各電極的極性及其性能的好壞。下面介紹業餘條件下的簡易判別方法。

極性的判別:將萬用電錶量程開關置於“Rx1”(或Rx10”)擋,用黑表筆固定接一電極,用紅表筆分別去測另兩個電極,當測得的兩個阻值都是無窮大時,那么黑表筆所接電極就是T2。若測得的阻值不全為無窮大,則應將黑表筆換接另一個電極再測。判別了電極T2後,用兩隻表筆測T1和G兩極,再調換表筆測一次,比較兩次測得的結果,測得阻值較小時,黑表筆所接電極就是T1,紅表筆所接電極就是控制極G。

好壞的判別:在已知各電極極性的條件下,將萬用電錶置“Rx1”擋,黑表筆接G,紅表筆接Tl,測得阻值為幾十歐姆(因功率不同,其阻值略有偏差),紅表筆改接T2,阻值應無窮大;然後再將黑表筆接T1,紅表筆接G,測得結果應為幾十歐,再將黑表筆改接T2,阻值也應無窮大。用兩隻表筆測T1、T2兩極之間的電阻,再調換表筆測一次,兩次測得的阻值均應無窮大。測量結果若滿足上述要求,一般可以判定該器件是好的。如果G與T1之間的電阻等於零,或G與T2、T1與T2之間的電阻都很小,就表明器件內部巳擊穿或短路,如果G與T1之間的電阻為無窮大,則表明器件內部斷路。

注意事項

在使用雙向可控矽時,除了普通可控矽所應注意的問題以外,還需要注意以下幾點。

1、雙向可控矽通常有耐壓、額定導通電流、觸發電流、漏電流和電壓降等參數,其中前兩項在套用中最為重要。例如用其控制燈泡,由於燈泡未亮時燈絲電阻很小,點亮瞬間,衝擊電流是正常工作時電流的10—20倍,一旦選用管子參數時未留有足夠的餘量,就有可能使管子受大電流衝擊而損壞。

2、普通可控矽在參數表或合格證中給出的額定電流是平均值,而雙向可控矽給出的額定電流是有效值。因此在利用雙向可控矽代替兩個並聯反接的普通可控矽時,必須經過換算後再去挑選合格的元件。換算的公式是IT=0.45IKs。式中:IT —普通可控矽額定電流(安);IKS—雙向可控矽額定電流(安)。例如,一個額定電流為500安的雙向可控矽在作為雙向開關使用時,相當於兩個多少額定電流值的普通可控矽?由換算公式.可得,

IT=0.45x500(安)=225(安)

從普通可控矽參數系列中可以查到,近似的數值為200安。所以額定電流為500安的雙向可控矽在作交流雙向開關使用時,可以代替兩隻額定電流為200安的普通可控矽。

3、實際使用中,在選擇雙向可控矽的觸發電路時,一方面應儘量選用較容易觸發的反向觸發信號,另一方面應使觸發信號的電壓和電流儘可能的高些和大一些。通常應該使觸發電流比手冊中查出的Ic值大一倍左右。

4、選擇雙向可控矽時,應選額定電流值大於負載電流有效值的雙向可控矽。對於電容性負載還應注意過電流保護。

5、對於電感性負載,應注意電壓的上升率要小於手冊中給出的du值,否則將會出現失控現象。為解決這個問題,可以在主電極上並聯RC吸收電路,電阻R的值可選在100歐左右,電容C的容量可選用0.1左右的為好。

6、注意散熱問題。雙向可控矽與普通電晶體一樣,受溫度影響很大,溫度過高將容易產生誤動作,甚至燒毀器件。安裝時應加裝足夠大的散熱器;在實際套用中要注意的問題。

7、當維修電器需要購買新的雙向可控矽來代換已經損壞的時,事先應根據所帶負載的功率核實原管子的耐壓和額定導通電流,同時判準新器件電極極性是否與原來的一致。

參數符號

IT(AV)--通態平均電流 VDRM--通態重複峰值電壓
VRRM--反向重複峰值電壓 IRRM--反向重複峰值電流
IDRM--斷態重複峰值電流 IF(AV)--正向平均電流
VTM--通態峰值電壓 Tjm--額定結溫
VGT--門極觸發電壓 VISO--模組絕緣電壓
IH--維持電流 Rthjc--結殼熱阻
IGT--門極觸發電流 di/dt--通態電流臨界上升率
ITSM--通態一個周波不重複浪涌電流 dv/dt--斷態電壓臨界上升率

產品展示

雙向可控矽 凸型雙向可控矽
雙向可控矽 凹型雙向可控矽
雙向可控矽 KS羅鏇式雙向可控矽
雙向可控矽 KS羅鏇式雙向可控矽

相關詞條

相關搜尋

熱門詞條

聯絡我們