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。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。

基本介紹

• 中文名：雙向晶閘管
• 外文名：TRIAC：TRIode AC semiconductor switch
• 概述 ：雙向晶閘管是由N-P-N
• 基本信息：雙向晶閘管的伏安特性曲
• 檢查方法：雙向晶閘管作電子開關使用，

基本信息

雙向晶閘管的伏安特性曲線具有對稱性，如圖所示。

結構圖

雙向晶閘管的伏安特性曲線

由於雙向晶閘管正、反特性具有對稱性，所以它可在任何一個方嚮導通，是一種理想的交流開關器件。

伏安特性曲線

檢查方法

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。

檢查步驟：

第一步，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相對於T2也為負，雙向晶閘管按照T2-T1的方嚮導通。在交流電的負半周，設Ua<Ub，則T2為負，T1為正，G相對於T2也為正，雙向晶閘管沿著T1→T2的方嚮導通。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。對於耐壓值為100V、200V的雙向晶閘管，需藉助自耦調壓器把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。實際套用時，圖5.9.14中的開關S可用固態繼電器、乾簧繼電器、光電繼電器等代替。

工作原理

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入何種極性的電壓，只要在它的控制極上加上一個觸發脈衝，也不管這個脈衝是什麼極性的,都可以使雙向晶閘管導通。由於雙向晶閘管在陽、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。由於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，而只用一個最大峰值電壓，雙向晶閘管的其他參數則和單向晶閘管相同。

構造

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。大功率雙向晶閘管大多採用RD91型封裝。

檢測方法

1、判定T1極

由圖可見，G極與T2極靠近，距T1極較遠。因此，G—T2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-T2之間呈現低阻，正、反向電阻僅幾十歐，而T1-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T1極。另外，採用TO—220封裝的雙向晶閘管，T1極通常與小散熱板連通，據此亦可確定T1極。

2、區分G極和T2極

(1) 找出T1極之後，首先 假定剩下兩腳中某一腳為T2極，另一腳為G極。

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

(3) 把紅表筆接T2極，黑表筆接T1極，然後使T1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T1一T2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、T2，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。

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。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

外形

一、平板式雙向晶閘管；

二、螺旋式雙向晶閘管。

雙向晶閘管

螺旋式晶閘管

電流

200到800A。

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

工作特性

 

（1）雙向晶閘管導通必須具備的條件是：只要在控制極（G）加有正或負向觸發電壓（即UG>0或UG<0=，則不論第一陽極（T1）與第二陽極（T2）之間加正向電壓或是反向電壓，晶閘管都能導通。 

（2）晶閘管導通後，控制極（G）將失去作用，即：當UG=0，晶閘管仍然導通。  

（3）只要使其導通（工作）電流小於晶閘管的維持電流值，或第一陽極（T1）與第二陽極（T2）間外加的電壓過零時，雙向晶閘管都將關斷。