双向晶闸管原理及检测

双向晶闸管

∙双向晶闸管是由N-P-N-P-N五层半导体材料制成的，对外也引出三个电极，其结构如图所示。双向晶闸管相当于两个单向晶闸管的反向并联，但只有一个控制

极。

目录

∙如何检查双向晶闸管的好坏

∙浅谈双向晶闸管的结构及工作原理

∙双向晶闸管的发展现状

∙双向晶闸管组成的交流调压电路图

如何检查双向晶闸管的好坏

∙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：

第一步，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

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。

浅谈双向晶闸管的结构及工作原理

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，而只用一个最大峰值电压，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。

双向晶闸管的发展现状

∙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，但是在高档的功率二极管，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，居世界领先水平，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。

双向晶闸管组成的交流调压电路图

∙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