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，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，也具有觸發控制特性。不過，它的觸發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觸發控制，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?，F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電壓，小燈泡亮了，說明晶閘管導通了。用萬用表可以區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，燈泡發光就是好的，不發光就是壞的

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，在控制極外加觸發脈沖Ug時，晶閘管被觸發導通?，F在，畫出它的波形圖〔圖4(c)及(d)〕，可以看到，只有在觸發脈沖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脈沖Ug到來的時間，就可以調節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。

發展現狀

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品器件的產品研發。

從功率半導體的產品分類來說

一、普通二極管、三極管國內的自給率已經很高，但是在的功率二極管，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。中國南車集團現在可以生產6英寸、4000A、8500V超大功率晶閘管，居水平，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世紀后，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應用，進口替代已然開始。

四、IGBT、FRD已經有所突破，FRD初見規模。IGBT從封裝起步向芯片設計制造發展，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。

從功率半導體產業鏈來說

一、設計：國內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、制造：IGBT對于技術要求較高，國內企業還沒有從事IGBT生產?？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：我國只有少數企業從事中小功率IGBT的封裝，而且尚未形成規?；a，在IGBT芯片的產業化以及大功率IGBT封裝領域的技術更是一片空白。

從功率半導體工藝發展來說

一、BCD工藝已從無到有，從低壓向高壓發展，從硅基向SOI基發展。

二、從封裝起步向芯片設計制造發展，從PT結構向NPT發展，溝槽工藝正在開發中。

組成交流調壓電路圖

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）。觸發電路采用單結晶體管弛張振蕩器。其電源由交流電源經整流橋整流、電阻R1和穩壓管VZ削波成梯形直流電動后供給。單結晶體管輸出經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。并聯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，另一端經過220V、100W白熾燈接T1。觸發電路由開關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。

下面個紹檢查步驟：

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；如果燈泡輕微發光，表明T1-T2漏電流太大，管子的性能很差。出現上述兩種情況，應停止試驗。

第二步：閉合S，因為門極上有觸發信號，所以只需經過幾微秒的時間，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的方向導通。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的方向導通。

綜上所述，僅當S閉合時燈泡才能正常發光，說明雙向晶閘管質量良好。如果閉合時燈泡仍不發光，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電弧現象。實際應用時，圖5.9.14中的開關S可用固態繼電器、干簧繼電器、光電繼電器等代替。