雙向晶閘管

雙向晶閘管

雙向晶閘管是由N-P-N-P-N五層半導體材料製成的,對外也引出三個電極,其結構如圖所示。雙向晶閘管相當於兩個單向晶閘管的反向並聯,但只有一個控制極。雙向晶閘管是在普通晶閘管的基礎上發展而成的,它不僅能代替兩隻反極性並聯的晶閘管,而且僅需一個觸發電路,是目前比較理想的交流開關器件。雙向晶閘管可廣泛用於工業、交通、家用電器等領域,實現交流調壓、電機調速、交流開關、路燈自動開啟與關閉、溫度控制、檯燈調光、舞台調光等多種功能,它還被用於固態繼電器(SSR)和固態接觸器電路中。

基本內容

普通晶閘管(VS)實質上屬於直流控制器件。要控制交流負載,必須將兩隻晶閘管反極性並聯,讓每隻SCR控制一個半波,為此需兩套獨立的觸發電路,使用不夠方便。

雙向晶閘管是在普通晶閘管的基礎上發展而成的,它不僅能代替兩隻反極性並聯的晶閘管,而且僅需一個觸發電路,是目前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。

儘管從形式上可將雙向晶閘管看成兩隻普通晶閘管的組合,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。小功率雙向晶閘管一般採用塑膠封裝,有的還帶散熱板,外形如圖l所示。典型產品有BCMlAM(1A/600V)、 BCM3AM(3A/600V)、2N6075(4A/600V),MAC218-10(8A/800V)等。大功率雙向晶閘管大多採用RD91型封裝。雙向晶閘管的主要參數見附表。

雙向晶閘管的結構與符號見圖2。它屬於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。雙向晶閘管的伏安特性見圖3,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。檢測方法

下面介紹利用萬用表RXl檔判定雙向晶閘管電極的方法,同時還檢查觸發能力。

1.判定T2極

由圖2可見,G極與T1極靠近,距T2極較遠。因此,G—T1之間的正、反向電阻都很小。在用RXl檔測任意兩腳之間的電阻時,只有在G-T1之間呈現低阻,正、反向電阻僅幾十歐,而T2-G、T2-T1之間的正、反向電阻均為無窮大。這表明,如果測出某腳和其他兩腳都不通,就肯定是T2極。 ,另外,採用TO—220封裝的雙向晶閘管,T2極通常與小散熱板連通,據此亦可確定T2極。

2.區分G極和T1極

(1)找出T2極之後,首先假定剩下兩腳中某一腳為Tl極,另一腳為G極。

(2)把黑表筆接T1極,紅表筆接T2極,電阻為無窮大。接著用紅表筆尖把T2與G短路,給G極加上負觸發信號,電阻值應為十歐左右(參見圖4(a)),證明管子已經導通,導通方向為T1一T2。再將紅表筆尖與G極脫開(但仍接T2),若電阻值保持不變,證明管子在觸發之後能維持導通狀態(見圖4(b))。

(3)把紅表筆接T1極,黑表筆接T2極,然後使T2與G短路,給G極加上正觸發信號,電阻值仍為十歐左右,與G極脫開後若阻值不變,則說明管子經觸發後,在T2一T1方向上也能維持導通狀態,因此具有雙向觸發性質。由此證明上述假定正確。否則是假定與實際不符,需再作出假定,重複以上測量。顯見,在識別G、T1,的過程中,也就檢查了雙向晶閘管的觸發能力。如果按哪種假定去測量,都不能使雙向晶閘管觸發導通,證明管於巳損壞。對於lA的管子,亦可用RXl0檔檢測,對於3A及3A以上的管子,應選RXl檔,否則難以維持導通狀態。

雙向晶閘管可廣泛用於工業、交通、家用電器等領域,實現交流調壓、電機調速、交流開關、路燈自動開啟與關閉、溫度控制、檯燈調光、舞台調光等多種功能,它還被用於固態繼電器(SSR)和固態接觸器電路中。圖5是由雙向晶閘管構成的接近開關電路。R為門極限流電阻,JAG為乾式舌簧管。平時JAG斷開,雙向晶閘管TRIAC也關斷。僅當小磁鐵移近時JAG吸合,使雙向晶閘管導通,將負載電源接通。由於通過

乾簧管的電流很小,時間僅幾微秒,所以開關的壽命很長.

圖6是過零觸髮型交流固態繼電器(AC-SSR)的內部電路。主要包括輸入電路、光電耦合器、過零觸發電路、開關電路(包括雙向晶閘管)、保護電路(RC吸收網路)。當加上輸入信號VI(一般為高電平)、並且交流負載電源電壓通過零點時,雙向晶閘管被觸發,將負載電源接通。固態繼電器具有驅動功率小、無觸點、噪音低、抗干擾能力強,吸合、釋放時間短、壽命長,能與TTL\CMOS電路兼容,可取代傳統的電磁繼電器。

.判別各電極

用萬用表R×1或R×10檔分別測量雙向晶閘管三個引腳間的正、反向電阻值,若測得某一管腳與其它兩腳均不通,則此腳便是主電極T2。找出T2極之後,剩下的兩腳便是主電極T1和門極G3。測量這兩腳之間的正反向電阻值,會測得兩個均較小的電阻值。在電阻值較小(約幾十歐姆)的一次測量中,黑表筆接的是主電極T1,紅表筆接的是門極G。螺栓形雙向晶閘管的螺栓一端為主電極T2,較細的引線端為門極G,較粗的引線端為主電極T1。金屬封裝(TO–3)雙向晶閘管的外殼為主電極T2。塑封(TO–220)雙向晶徊管的中間引腳為主電極T2,該極通常與自帶小散熱片相連。下圖是幾種雙向晶閘管的引腳排列。2.判別其好壞

用萬用表R×1或R×10檔測量雙向晶閘管的主電極T1與主電極T2之間、主電極T2與門極G之間的正、反向電阻值,正常時均應接近無窮大。若測得電阻值均很小,則說明該晶閘管電極間已擊穿或漏電短路。測量主電極T1與門極G之間的正、反向電阻值,正常時均應在幾十歐姆(Ω)至一百歐姆(Ω)之間(黑表筆接T1極,紅表筆接G極時,測得的正向電阻值較反向電阻值略小一些)。若測得T1極與G極之間的正、反處電阻值均為無窮大,則說明該晶閘管已開路損壞。3.觸發能力檢測

對於工作電流為8A以下的小功率雙向晶閘管,可用萬用表R×1檔直接測量。測量時先將黑表筆接主電極T2,紅表筆接主電極T1,然後用鑷子將T2極與門極G短路,給G極加上正極性觸發信號,若此時測得的電阻值由無窮大變為十幾歐姆(Ω),則說明該晶閘管已被觸發導通,導通方向為T2→T1。再將黑表筆接主電極T1,紅表筆接主電極T2,用鑷子將T2極與門極G之間短路,給G極加上負極性觸發信號時,測得的電阻值應由無窮大變為十幾歐姆,則說明該晶閘管已被觸發導通,導通方向為T1→T2。若在晶閘管被觸發導通後斷開G極,T2、T1極間不能維持低阻導通狀態而阻值變為無窮大,則說明該雙向晶閘管性能不良或已經損壞。若給G極加上正(或負)極性觸發信號後,晶閘管仍不導通(T1與T2間的正、反向電阻值仍為無窮大),則說明該晶閘管已損壞,無觸發導通能力。對於工作電流以8A以上的中、大功率雙向晶閘管,在測量其觸發能力時,可先在萬用表的某支表筆上串接1~3節1.5V乾電池,然後再用R×1檔按上述方法測量。對於耐壓為400V以上的雙向晶閘管,也可以用220V交流電壓來測試其觸發能力及性能好壞。下圖是雙向晶閘管的測試電路。電路中,EL為60W/220V白熾燈泡,VT為被測雙向晶閘管,R為100Ω限流電阻,S為按鈕。將電源插頭接入市電後,雙向晶閘管處於截止狀態,燈泡不亮(若此時燈泡正常發光,則說明被測晶閘管的T1、T2極之間已擊穿短路;若燈泡微亮,則說明被測晶閘管漏電損壞)。按動一下按鈕S,為晶閘管的門極G提供觸發電壓信號,正常時晶閘管應立即被觸發導通,燈泡正常發光。若燈泡不能發光,則說明被測晶閘管內部開路損壞。若按動按鈕S時燈泡點亮,鬆手後燈泡又熄滅,則表明被測晶閘管的觸發性能不良。北京瑞田達

發展

雙向晶閘管的發展現狀在我國精管行業發展很快。國內分立器件廠商的主要產品以矽基二極體、三極體和晶閘管為主,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還處於研發階段。寬禁帶半導體器件主要是以微波功率器件(SiCMESFET和GaNHEMT)為主,尚未有針對市場套用的寬禁帶半導體產品器件的產品研發。

產品分類

一、普通二極體、三極體國內的自給率已經很高,但是在高檔的功率二極體,大部分還依賴進口,國內的產品性能還有不小的差距。

二、ABB晶閘管類器件產業成熟,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。中國南車集團當前可以生產6英寸、4000A、8500V超大功率晶閘管,居世界領先水平,已經在我國的機車上大量使用,為我國的鐵路現代化建設做出了貢獻。

三、在功率管領域,逐步有國內的企業技術水平上升到MOS工藝,MOSFET的產業有一定規模,進入21世紀後,這類器件的產品已批量進入市場,幾十安培、200V的器件在民用產品上獲得了廣泛套用,進口替代已然開始。

四、IGBT、FRD(快恢復二極體)已經有所突破,FRD初見規模。IGBT從封裝起步向晶片設計製造發展,從PT結構向NPT發展,溝槽工藝正在開發中。IGBT產品進入中試階段,

五、在電源管理領域,2008年前十名都見不到國內的企業。

產業鏈

一、設計:國內IGBT還處於研製階段,還沒有商品化的IGBT投入市場,我國IGBT晶片的產業化道路比較漫長。目前國內的民營和海歸人士設立的公司已經研發出了低端的IGBT產品,如常州宏微、嘉興斯達。南車集團就不說了。

二、製造:IGBT對於技術要求較高,國內企業還沒有從事IGBT生產。考慮到IP保護以及技術因素的限制,外資IDM廠商也沒有在國內進行IGBT晶圓製造和封裝的代工。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:我國只有少數企業從事中小功率IGBT的封裝,而且尚未形成規模化生產,在IGBT晶片的產業化以及大功率IGBT封裝領域的技術更是一片空白。

變化

一、BCD工藝已從無到有,從低壓向高壓發展,從矽基向SOI基發展。

二、從封裝起步向晶片設計製造發展,從PT結構向NPT發展,溝槽工藝正在開發中。

分類

1外形

一:平板式雙向晶閘管

雙向晶閘管雙向晶閘管
螺鏇式晶閘管螺鏇式晶閘管

二:螺鏇式雙向晶閘管

2電流

200到800A

3電壓

100到2000V

尺寸

一:平板式

1:12.5X¤44X¤24 14:26X¤51.5X¤34 27:26X¤75X¤50
2:13.5X¤49X¤28 15:26.5X¤56X¤40 28:20X¤68X¤47
3:13.5X¤56X¤32 16:26.5X¤60X¤45 29:20X¤72X¤51
4:17X¤64X¤37 17:26.5X¤66X¤47 30:14X¤75X¤50
5:17X¤66X¤42 18:26X¤74X¤55 31:26X¤78X25 (外接)特殊
6:17X¤76X¤46.5 19:26X¤74.5X¤60 32:35X¤118X¤84
7:13.8X¤35.5X¤19 20:25X¤88X¤70 33:35X¤150X¤100
8:14.6X¤40X¤25 21:25.5X¤110X¤73 34:26X¤73X¤47
9:16X¤46X¤29 22:14X¤42X¤19
10:16X¤51X¤35 23:20X¤54X¤33
11:16X¤56X¤40 24:14X¤47X¤25
12:25X¤40.5X¤25 25:20X¤60X¤37
13:25X¤46.5X¤30 26:14X¤57X¤33

二:螺栓式

1:45~m6x1.0 14:58~m8x1.25 27:49~m6
2:58~m8x1.25 15:58~m10x1.5 28:173~m10
3:58~m10x1.5 16:194~m10x1.5 29:20X¤72X¤51
4:204~m10x1.5 17:206~m12x1.75 30:14X¤75X¤50
5:226~m12x1.75 18:230~m16x2.0 31:26X¤78X25 (外接)特殊
6:217~m16x2.0 19:210~m12x1.75 32:35X¤118X¤84
7:240~m20x2.5 20:230~m20x2.5 33:35X¤150X¤100
8:215~m12x1.75 21:197~40 34:26X¤73X¤47
9:290~m20x2.5 22:340~m30x2.5
10:270~m24x1.5 23:280~m20x2.5
11:215~m10 24:217~m18
12:339~m30x3.5 25:29~m5
13:42~m6x1.0 26:38~m6

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