双向晶闸管

结构原理

　　双向晶闸管与单向晶闸管一样，也具有触发控制特性。不过，它的触发控制特性与单向晶闸管有很大的不同，这就是无论在阳极和阴极间接人何种极性的电压，只要在它的控制极上加上一个触发脉冲，也不管这个脉冲是什么极性的,都可以便双向晶闸管导通。

　　由于双向晶闸管在阳、阴极间接任何极性的工作电压都可以实现触发控制，因此双向晶闸管的主电极也就没有阳极、阴极之分，通常把这两个主电极称为T1电极和T2电极，将接在P型半导体材料上的主电极称为T1电极，将接在N型半导体材料上的电极称为T2电极。

　　由于双向晶闸管的两个主电极没有正负之分，所以它的参数中也就没有正向峰值电压与反同峰值电压之分，而只用一个峰值电压，双向晶闸管的其他参数则和单向晶闸管相同。

　　晶闸管的主要工作特性

　　为了能够直观地认识eupec晶闸管的工作特性，大家先看这块示教板(图3)。晶闸管VS与小灯泡EL串联起来，通过开关S接在直流电源上。注意阳极A是接电源的正极，阴极K接电源的负极，控制极G通过按钮开关SB接在3V直流电源的正极(这里使用的是KP5型晶闸管，若采用KP1型，应接在1.5V直流电源的正极)。晶闸管与电源的这种连接方式叫做正向连接，也就是说，给晶闸管阳极和控制极所加的都是正向电压。现在我们合上电源开关S，小灯泡不亮，说明晶闸管没有导通；再按一下按钮开关SB，给控制极输入一个触发电压，小灯泡亮了，说明晶闸管导通了。用万用表可以区分整流二极管的三个电极吗?怎样测试晶闸管的好坏呢?

　　普通晶闸管的三个电极可以用万用表欧姆挡R×100挡位来测。大家知道，晶闸管G、K之间是一个PN结〔图2(a)〕，相当于一个二极管，G为正极、K为负极，所以，按照测试二极管的方法，找出三个极中的两个极，测它的正、反向电阻，电阻小时，万用表黑表笔接的是控制极G，红表笔接的是阴极K，剩下的一个就是阳极A了。测试晶闸管的好坏，可以用刚才演示用的示教板电路(图3)。接通电源开关S，按一下按钮开关SB，灯泡发光就是好的，不发光就是坏的

　　ABB晶闸管最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二极管整流电路属于不可控整流电路。如果把二极管换成晶闸管，就可以构成可控整流电路。现在我画一个最简单的单相半波可控整流电路〔图4(a)〕。在正弦交流电压U2的正半周期间，如果VS的控制极没有输入触发脉冲Ug，VS仍然不能导通，只有在U2处于正半周，在控制极外加触发脉冲Ug时，晶闸管被触发导通。现在，画出它的波形图〔图4(c)及(d)〕，可以看到，只有在触发脉冲Ug到来时，负载RL上才有电压UL输出(波形图上阴影部分)。Ug到来得早，晶闸管导通的时间就早；Ug到来得晚，晶闸管导通的时间就晚。通过改变控制极上触发脉冲Ug到来的时间，就可以调节负载上输出电压的平均值UL(阴影部分的面积大小)。在电工技术中，常把交流电的半个周期定为180°，称为电角度。

发展现状

　　双向晶闸管的发展现状在我国精管行业发展很快。国内分立器件厂商的主要产品以硅基二极管、三极管和晶闸管为主，目前国际功率半导体器件的主流主品功率MOS器件只是近年来才有所涉及，且主要为平面栅结构的VDMOS器件，IGBT还处于研发阶段。宽禁带半导体器件主要是以微波功率器件(SiCMESFET和GaNHEMT)为主，尚未有针对市场应用的宽禁带半导体产品器件的产品研发。

　　从功率半导体的产品分类来说

　　一、普通二极管、三极管国内的自给率已经很高，但是在的功率二极管，大部分还依赖进口，国内的产品性能还有不小的差距。

　　二、ABB晶闸管类器件产业成熟，种类齐全，普通晶闸管、快速晶闸管、超大功率晶闸管、光控晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、高频晶闸管都能生产。中国南车集团现在可以生产6英寸、4000A、8500V超大功率晶闸管，居水平，已经在我国的机车上大量使用，为我国的铁路现代化建设做出了贡献。

　　三、在功率管领域，逐步有国内的企业技术水平上升到MOS工艺，MOSFET的产业有一定规模，进入21世纪后，这类器件的产品已批量进入市场，几十安培、200V的器件在民用产品上获得了广泛应用，进口替代已然开始。

　　四、IGBT、FRD已经有所突破，FRD初见规模。IGBT从封装起步向芯片设计制造发展，从PT结构向NPT发展，沟槽工艺正在开发中。IGBT产品进入中试阶段，

　　五、在电源管理领域，2008年前十名都见不到国内的企业。

　　从功率半导体产业链来说

　　一、设计：国内IGBT还处于研制阶段，还没有商品化的IGBT投入市场，我国IGBT芯片的产业化道路比较漫长。目前国内的民营和海归人士设立的公司已经研发出了低端的IGBT产品，如常州宏微、嘉兴斯达。南车集团就不说了。

　　二、制造：IGBT对于技术要求较高，国内企业还没有从事IGBT生产。考虑到IP保护以及技术因素的限制，外资IDM厂商也没有在国内进行IGBT晶圆制造和封装的代工。目前华虹NEC和成芯的8寸线、华润上华和深圳方正的6寸线均可提供功率器件的代工服务。

　　三、封装：我国只有少数企业从事中小功率IGBT的封装，而且尚未形成规模化生产，在IGBT芯片的产业化以及大功率IGBT封装领域的技术更是一片空白。

　　从功率半导体工艺发展来说

　　一、BCD工艺已从无到有，从低压向高压发展，从硅基向SOI基发展。

　　二、从封装起步向芯片设计制造发展，从PT结构向NPT发展，沟槽工艺正在开发中。

组成交流调压电路图

　　如下图所示，电路利用双向晶闸管控制加热器负载RL（电阻丝）。触发电路采用单结晶体管弛张振荡器。其电源由交流电源经整流桥整流、电阻R1和稳压管VZ削波成梯形直流电动后供给。单结晶体管输出经脉冲变压器耦合至双向晶闸管门极电路。如果要控制直流电动机M的转速，可以按图中虚线将双向晶闸管与电动机串联。并联阻容器件主要是为了吸收双向晶闸管上因电感负载放电有可能产生的过电压。

如何检查好坏

　　如何检查双向晶闸管的好坏：双向晶闸管作电子开关使用，能控制交流负载(例如白炽灯)的通断，根据白炽灯的亮灭情况，可判断双向晶闸管的好坏。

　　将220V交流电源的任意一端接T2，另一端经过220V、100W白炽灯接T1。触发电路由开关S和门极限流电阻R组成。S选用耐压220VAC的小型钮子开关或拉线开关。R的阻值取100~330Ω，R值取得过大，会减小导通角。

　　下面个绍检查步骤：

　　步，先将S断开，此时双向晶闸管关断，灯泡应熄灭。若灯泡正常发光，则说明双向晶闸管T1-T2极间短路，管子报废；如果灯泡轻微发光，表明T1-T2漏电流太大，管子的性能很差。出现上述两种情况，应停止试验。

　　第二步：闭合S，因为门极上有触发信号，所以只需经过几微秒的时间，双向晶闸管即导通通，白炽灯上有交流电流通过而正常发光。具体工作过程分析如下：在交流电的正半周，设Ua>Ub，则T2为正，T1为负，G相对于T2也为负，双向晶闸管按照T2-T1的方向导通。在交流电的负半周，设Ua<Ub，则T2为负，T1为正，G相对于T2也为正，双向晶闸管沿着T1→T2的方向导通。

　　综上所述，仅当S闭合时灯泡才能正常发光，说明双向晶闸管质量良好。如果闭合时灯泡仍不发光，证明门极已损坏。

　　注意事项：

　　(1)本方法只能检查耐压在400V以下的双向晶闸管。对于耐压值为100V、200V的双向晶闸管，需借助自耦调压器把220V交流电压降到器件耐压值以下。

　　(2)T1和T2的位置不得接反，否则不能触发双向晶闸管。

　　(3)具体到Ua、Ub中的哪一端接火线(相线)，哪端接零线，可任选。

　　(4)利用双向晶闸管作电子开关比机械开关更加优越。因为只需很低的控制功率，就能控制相当大的电流，它不存在触点抖动问题，动作速度极快，在关断时也不会出现电弧现象。实际应用时，图5.9.14中的开关S可用固态继电器、干簧继电器、光电继电器等代替。