雙向晶閘管

雙向晶閘管的寫(xiě)法

雙向晶閘管介紹

雙向晶閘管是由N-P-N-P-N五層半導(dǎo)體材料制成的，對(duì)外也引出三個(gè)電極，其結(jié)構(gòu)如圖所示。雙向晶閘管相當(dāng)于兩個(gè)單向晶閘管的反向并聯(lián)，但只有一個(gè)控制極。

結(jié)構(gòu)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(guò)，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(wú)論在陽(yáng)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(gè)觸發(fā)脈沖，也不管這個(gè)脈沖是什么極性的,都可以便雙向晶閘管導(dǎo)通。

由于雙向晶閘管在陽(yáng)、陰極間接任何極性的工作電壓都可以實(shí)現(xiàn)觸發(fā)控制，因此雙向晶閘管的主電極也就沒(méi)有陽(yáng)極、陰極之分，通常把這兩個(gè)主電極稱(chēng)為T(mén)1電極和T2電極，將接在P型半導(dǎo)體材料上的主電極稱(chēng)為T(mén)1電極，將接在N型半導(dǎo)體材料上的電極稱(chēng)為T(mén)2電極。

由于雙向晶閘管的兩個(gè)主電極沒(méi)有正負(fù)之分，所以它的參數(shù)中也就沒(méi)有正向峰值電壓與反同峰值電壓之分，而只用一個(gè)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(rèn)識(shí)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(lái)，通過(guò)開(kāi)關(guān)S接在直流電源上。注意陽(yáng)極A是接電源的正極，陰極K接電源的負(fù)極，控制極G通過(guò)按鈕開(kāi)關(guān)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(yīng)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(shuō)，給晶閘管陽(yáng)極和控制極所加的都是正向電壓?，F(xiàn)在我們合上電源開(kāi)關(guān)S，小燈泡不亮，說(shuō)明晶閘管沒(méi)有導(dǎo)通；再按一下按鈕開(kāi)關(guān)SB，給控制極輸入一個(gè)觸發(fā)電壓，小燈泡亮了，說(shuō)明晶閘管導(dǎo)通了。用萬(wàn)用表可以區(qū)分整流二極管的三個(gè)電極嗎?怎樣測(cè)試晶閘管的好壞呢?

普通晶閘管的三個(gè)電極可以用萬(wàn)用表歐姆擋R×100擋位來(lái)測(cè)。大家知道，晶閘管G、K之間是一個(gè)PN結(jié)〔圖2(a)〕，相當(dāng)于一個(gè)二極管，G為正極、K為負(fù)極，所以，按照測(cè)試二極管的方法，找出三個(gè)極中的兩個(gè)極，測(cè)它的正、反向電阻，電阻小時(shí)，萬(wàn)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(gè)就是陽(yáng)極A了。測(cè)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(kāi)關(guān)S，按一下按鈕開(kāi)關(guān)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(gòu)成可控整流電路?，F(xiàn)在我畫(huà)一個(gè)最簡(jiǎn)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(méi)有輸入觸發(fā)脈沖Ug，VS仍然不能導(dǎo)通，只有在U2處于正半周，在控制極外加觸發(fā)脈沖Ug時(shí)，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通。現(xiàn)在，畫(huà)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(lái)時(shí)，負(fù)載RL上才有電壓UL輸出(波形圖上陰影部分)。Ug到來(lái)得早，晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間就早；Ug到來(lái)得晚，晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間就晚。通過(guò)改變控制極上觸發(fā)脈沖Ug到來(lái)的時(shí)間，就可以調(diào)節(jié)負(fù)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(shù)中，常把交流電的半個(gè)周期定為180°，稱(chēng)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(guó)精管行業(yè)發(fā)展很快。國(guó)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(guó)際功率半導(dǎo)體器件的主流主品功率MOS器件只是近年來(lái)才有所涉及，且主要為平面柵結(jié)構(gòu)的VDMOS器件，IGBT還處于研發(fā)階段。寬禁帶半導(dǎo)體器件主要是以微波功率器件(SiCMESFET和GaNHEMT)為主，尚未有針對(duì)市場(chǎng)應(yīng)用的寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)品器件的產(chǎn)品研發(fā)。

從功率半導(dǎo)體的產(chǎn)品分類(lèi)來(lái)說(shuō)

一、普通二極管、三極管?chē)?guó)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(lài)進(jìn)口，國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品性能還有不小的差距。

二、ABB晶閘管類(lèi)器件產(chǎn)業(yè)成熟，種類(lèi)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(dǎo)晶閘管、高頻晶閘管都能生產(chǎn)。中國(guó)南車(chē)集團(tuán)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(guó)的機(jī)車(chē)上大量使用，為我國(guó)的鐵路現(xiàn)代化建設(shè)做出了貢獻(xiàn)。

三、在功率管領(lǐng)域，逐步有國(guó)內(nèi)的企業(yè)技術(shù)水平上升到MOS工藝，MOSFET的產(chǎn)業(yè)有一定規(guī)模，進(jìn)入21世紀(jì)后，這類(lèi)器件的產(chǎn)品已批量進(jìn)入市場(chǎng)，幾十安培、200V的器件在民用產(chǎn)品上獲得了廣泛應(yīng)用，進(jìn)口替代已然開(kāi)始。

四、IGBT、FRD已經(jīng)有所突破，F(xiàn)RD初見(jiàn)規(guī)模。IGBT從封裝起步向芯片設(shè)計(jì)制造發(fā)展，從PT結(jié)構(gòu)向NPT發(fā)展，溝槽工藝正在開(kāi)發(fā)中。IGBT產(chǎn)品進(jìn)入中試階段，

五、在電源管理領(lǐng)域，2008年前十名都見(jiàn)不到國(guó)內(nèi)的企業(yè)。

從功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)說(shuō)

一、設(shè)計(jì)：國(guó)內(nèi)IGBT還處于研制階段，還沒(méi)有商品化的IGBT投入市場(chǎng)，我國(guó)IGBT芯片的產(chǎn)業(yè)化道路比較漫長(zhǎng)。目前國(guó)內(nèi)的民營(yíng)和海歸人士設(shè)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(dá)。南車(chē)集團(tuán)就不說(shuō)了。

二、制造：IGBT對(duì)于技術(shù)要求較高，國(guó)內(nèi)企業(yè)還沒(méi)有從事IGBT生產(chǎn)?？紤]到IP保護(hù)以及技術(shù)因素的限制，外資IDM廠商也沒(méi)有在國(guó)內(nèi)進(jìn)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(rùn)上華和深圳方正的6寸線均可提供功率器件的代工服務(wù)。

三、封裝：我國(guó)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(lǐng)域的技術(shù)更是一片空白。

從功率半導(dǎo)體工藝發(fā)展來(lái)說(shuō)

一、BCD工藝已從無(wú)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(shè)計(jì)制造發(fā)展，從PT結(jié)構(gòu)向NPT發(fā)展，溝槽工藝正在開(kāi)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(fù)載RL（電阻絲）。觸發(fā)電路采用單結(jié)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(dòng)后供給。單結(jié)晶體管輸出經(jīng)脈沖變壓器耦合至雙向晶閘管門(mén)極電路。如果要控制直流電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)速，可以按圖中虛線將雙向晶閘管與電動(dòng)機(jī)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(fù)載放電有可能產(chǎn)生的過(guò)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(kāi)關(guān)使用，能控制交流負(fù)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(guò)220V、100W白熾燈接T1。觸發(fā)電路由開(kāi)關(guān)S和門(mén)極限流電阻R組成。S選用耐壓220VAC的小型鈕子開(kāi)關(guān)或拉線開(kāi)關(guān)。R的阻值取100~330Ω，R值取得過(guò)大，會(huì)減小導(dǎo)通角。

下面?zhèn)€紹檢查步驟：

步，先將S斷開(kāi)，此時(shí)雙向晶閘管關(guān)斷，燈泡應(yīng)熄滅。若燈泡正常發(fā)光，則說(shuō)明雙向晶閘管T1-T2極間短路，管子報(bào)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(yīng)停止試驗(yàn)。

第二步：閉合S，因?yàn)殚T(mén)極上有觸發(fā)信號(hào)，所以只需經(jīng)過(guò)幾微秒的時(shí)間，雙向晶閘管即導(dǎo)通通，白熾燈上有交流電流通過(guò)而正常發(fā)光。具體工作過(guò)程分析如下：在交流電的正半周，設(shè)Ua>Ub，則T2為正，T1為負(fù)，G相對(duì)于T2也為負(fù)，雙向晶閘管按照T2-T1的方向?qū)?。在交流電的?fù)半周，設(shè)Ua<Ub，則T2為負(fù)，T1為正，G相對(duì)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(dāng)S閉合時(shí)燈泡才能正常發(fā)光，說(shuō)明雙向晶閘管質(zhì)量良好。如果閉合時(shí)燈泡仍不發(fā)光，證明門(mén)極已損壞。

注意事項(xiàng)：

(1)本方法只能檢查耐壓在400V以下的雙向晶閘管。對(duì)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(kāi)關(guān)比機(jī)械開(kāi)關(guān)更加優(yōu)越。因?yàn)橹恍韬艿偷目刂乒β?，就能控制相?dāng)大的電流，它不存在觸點(diǎn)抖動(dòng)問(wèn)題，動(dòng)作速度極快，在關(guān)斷時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)電弧現(xiàn)象。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，圖5.9.14中的開(kāi)關(guān)S可用固態(tài)繼電器、干簧繼電器、光電繼電器等代替。