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  • 双向可控硅

    双向可控硅是在普通可控硅的基础上发展而成的,它不仅能代替两只反极性并联的可控硅,而且仅需一个触发电路,是比较理想的交流开关器件。其英文名称TRIAC即三端双向交流开关之意。

    编辑摘要

    目录

    产品命名/双向可控硅 编辑

    双向可控硅双向可控硅

    双向可控硅为什么称为“TRIAC”?

    三端:TRIode(取前三个字母)

    交流半导体开关:ACsemiconductorswitch

    (取前两个字母)

    以上两组名词组合成“TRIAC”

    中文译意“三端双向可控硅开关”。

    由此可见“TRIAC”是双向可控硅的统称。

    双 向:Bi-directional(取第一个字母)

    控 制:Controlled(取第一个字母)

    整流器:Rectifier(取第一个字母)

    再由这三组英文名词的首个字母组合而成:“BCR”中文译意:双向可控硅。以“BCR”来命名双向可控硅的典型厂家如日本三菱,如:BCR1AM-12、BCR8KM、BCR08AM等等。

    双 向:Bi-directional(取第一个字母)

    三 端:Triode(取第一个字母)

    由以上两组单词组合成“BT”,也是对双向可控硅产品的型号命名,典型的生产商如:意法ST公司、荷兰飞利浦-Philips公司,均以此来命名双向可控硅。

    代表型号如:PHILIPS的BT131-600D、BT134-600E、BT136-600E、BT138-600E、BT139-600E、等等。这些都是四象限/非绝缘型/双向可控硅;

    Philips公司的产品型号前缀为“BTA”字头的,通常是指三象限的双向可控硅。

    而意法ST公司,则以“BT”字母为前缀来命名元件的型号并且在“BT”后加“A”或“B”来表示绝缘与非绝缘组合成:“BTA”、“BTB”系列的双向可控硅型号,如:

    四象限/绝缘型/双向可控硅:BTA06-600C、BTA12-600B、BTA16-600B、BTA41-600B等等;

    四象限/非绝缘/双向可控硅:BTB06-600C、BTB12-600B、BTB16-600B、BTB41-600B等等;

    ST公司所有产品型号的后缀字母(型号最后一个字母)带“W”的,均为“三象限双向可控硅”。如“BW”、“CW”、“SW”、“TW”;代表型号如:BTB12-600BW、BTA26-700CW、BTA08-600SW等等。

    至于型号后缀字母的触发电流,各个厂家的代表含义如下:PHILIPS公司:D=5mA,E=10mA,C=15mA,F=25mA,G=50mA,R=200uA或5mA,

    型号没有后缀字母之触发电流,通常为25-35mA;

    PHILIPS公司的触发电流代表字母没有统一的定义,以产品的封装不同而不同。

    意法ST公司:TW=5mA,SW=10mA,CW=35mA,BW=50mA,C=25mA,B=50mA,H=15mA,T=15mA,注意:以上触发电流均有一个上下起始误差范围,产品PDF文件中均有详细说明

    一般分为最小值/典型值/最大值,而非“=”一个参数值

    元件简介/双向可控硅 编辑

    从外表上看,双向可控硅和普通可控硅很相似,也有三个电极。但是,它除了其中一个电极G仍叫做控制极外,另外两个电极通常却不再叫做阳极和阴极,而统称为主电极Tl和T2。它的符号也和普通可控硅不同,是把两个可控硅反接在一起画成的,如图2所示。它的型号,在我国一般用“3CTS”或“KS”表示;国外的资料也有用“TRIAC”来表示的。

     


    元件外形和封装形式/双向可控硅 编辑

     双向可控硅的规格、型号、外形以及电极引脚排列依生产厂家不同而有所不同,但其电极引脚多数是按T1、T2、G的顾序从左至右排列(观察时,电极引脚向下,面对标有字符的一面)。目前市场上最常见的几种塑封外形结构双向可控硅的外形及电极引脚排列如下图1所示。

     双向可控硅 双向可控硅

    双向可控硅的电路符号如图2所示。双向可控硅的外形结构和普通可控硅没有多大区别, 几十安以下的,则通常采用图1所示塑封外形结构。几十安到一百余安电流大小的则采用螺栓型;额定电流在200安以上的一般都是平板型的。

     双向可控硅外形 双向可控硅外形


    常用可控硅的封装形式有TO-92、TO-126、TO-202AB、TO-220、TO-220AB、TO-3P、SOT-89、TO-251、TO-252等。

    构造原理/双向可控硅 编辑

    尽管从形式上可将双向可控硅看成两只普通可控硅的组合,但实际上它是由7只晶体管和多只电阻构成的功率集成器件。小功率双向可控硅一般采用塑料封装,有的还带散热板。典型产品有BCMlAM(1A/600V)、BCM3AM(3A/600V)、2N6075(4A/600V),MAC218-10(8A/800V)等。大功率双向可控硅大多采用RD91型封装。

    双向可控硅属于NPNPN五层器件,三个电极分别是T1、T2、G。因该器件可以双向导通,故除门极G以外的两个电极统称为主端子,用T1、T2。表示,不再划分成阳极或阴极。其特点是,当G极和T2极相对于T1,的电压均为正时,T2是阳极,T1是阴极。反之,当G极和T2极相对于T1的电压均为负时,T1变成阳极,T2为阴极。双向可控硅由于正、反向特性曲线具有对称性,所以它可在任何一个方向导通。

    从内部结构来看,双向可控硅是一种N—P—N—P—N型五层结构的半导体器件,见图3(a)。为了便于说明问题,我们不妨把图3(a)看成是由左右两部分组合而成的,如图3(b)。这样一来,原来的双向可控硅就被分解成两个P—N—P—N型结构的单向可控硅了。如果把左边从下往上看的p1—N1—P2—N2部分叫做正向的话,那么右边从下往上看的N3—P1—N1—P2部分就成为反向,它们之间正好是一正一反地并联在一起。我们把这种联接叫做反向并联。因此,从电路功能上可以把它等效成图3(c),也就是说,一个双向可控硅在电路中的作用是和两只普通可控硅反向并联起来等效的。这也正是双向可控硅为什么会有双向控制导通特性的根本原因。

    结构原理结构原理

    实际上双向可控硅并不能简单地用两种单向可控硅反向并联获得,它内部结构相当于7只三极管连结而成,如图所示。

    结构图2结构图2
    等效电路等效电路

    工作特性/双向可控硅 编辑

    双向可控硅不象普通可控硅那样,必须在阳极和阴极之间加上正向电压,管子才能导通。对双向可控硅来说,无所谓阳极和阴极。它的任何一个主电极,对图3(b)中的两个可控硅管子来讲,对一个管子是阳极,对另一个管子就是阴极,反过来也一样。因此,双向可控硅无论主电极加上的是正向或是反向电压,它都能被触发导通。不仅如此,双向可控硅还有一个重要的特点,这就是:不管触发信号的极性如何,也就是不管所加的触发信号电压UG对T1是正向还是反向,双向可控硅都能被触发导通。双向可控硅的这个特点是普通可控硅所没有的。 

    双向可控硅的特性曲线

    双向可控硅的特性曲线双向可控硅的特性曲线

    既然一个双向可控硅是由两只普通可控硅反向并联而成的,那么,我们会很自然地想到,它的特性曲线就应该是由这两只普通可控硅的特性曲线组合而成。图4示出了双向可控硅的特性曲线。

     由图可见,双向可控硅的特性曲线是由一、三两个象限内的曲线组合成的。第一象限的曲线说明当加到主电极上的电压使Tc对T1的极性为正时,我们称为正向电压,并用符号U21表示。当这个电压逐渐增加到等于转折电压UBO时,图3(b)左边的可控硅就触发导通,这时的通态电流为I21,方向是从T2流向Tl。从图中可以看到,触发电流越大,转折电压就越低,这种情形和普通可控硅的触发导通规律是一致的, 当加到主电极上的电压使Tl对T2的极性为正时,叫做反向电压,并用符号U12表示。当这个电压达到转折电压值时,图3(b)右边的可控硅便触发导通,这时的电流为I12,其方向是从T1到T2。这时双向可控硅的特性曲线,如图4中第三象限所示。

    在上述两种情况中,除了加到主电极上的电压和通态电流的方向相反外,它们的触发导通规律却是同的。如果这两个并联连接的管子特性完全相同的话,一,三象限的特性曲线就应该是对称的。


    触发电路/双向可控硅 编辑

    四种触发方式 
    四种触发方式四种触发方式
    由于在双向可控硅的主电极上,无论加以正向电压或是反向电压,也不管触发信号是正向还是反向,它都能被触发导通,因此它有以下四种触发方式:
     (1)当主电极T2对Tl所加的电压为正向电压,控制积极G对第一电极Tl所加的也是正向触发信号(图5a)。双向可控硅触发导通后,电流I2l的方向从T2流向T1。由特性曲线可知,这时双向可控硅触发导通规律是按第二象限的特性进行的,又因为触发信号是正向的,所以把这种触发叫做“第一象限的正向触发”或称为I+触发方式。
     (2)如果主电极T2仍加正向电压,而把触发信号改为反向信号(图5b),这时双向可控硅触发导通后,通态电流的方向仍然是从T2到T1。我们把这种触发叫做“第一象限的负触发”或称为I-触发方式。
     (3)两个主电极加上反向电压U12(图5c),输入正向触发信号,双向可控硅导通后,通态电流从T1流向T2。双向可控硅按第三象限特性曲线工作,因此把这种触发叫做Ⅲ+触发方式。    
     (4)两个主电极仍然加反向电压U12,输入的是反向触发信号(图5d),双向可控硅导通后,通态电流仍从T1流向T2。这种触发就叫做Ⅲ-触发方式。  
    双向可控硅虽然有以上四种触发方式,但由于负信号触发所需要的触发电压和电流都比较小。工作比较可靠,因此在实际使用时,负触发方式应用较多。

    触发方式触发方式
    四种触发方式2四种触发方式2
    双向二极管是一种小功率五层二端元件,它的正反向伏安特性曲线和双向可控硅一样,但它没有控制极,当两个极之间所加的电压达到转折电压时,双向二极管便导通。图8(a)就是利用双向二极管2CTS组成的触发电路。当电源电压处于正半周时,电源电压通过Rl向C1充电,电容C1上的电压极性是上正下负。当这个电压增高达到双向二圾管的转折电压时,双向二极管突然转折导通,使双向可控硅的控制极G和主电极T1之间得到一个正向触发脉冲,可控硅导通。这时就相当于I+触发方式。在电源电压过零的瞬间,双向可控硅自动阻断;当电源电压处于负半周时,电源电压对电容C1反向充电,C1上电压的极性为下正上负,当这个电压值充到等于双向二极管的转折电压时,双向二极管突然反向导通,使双向可控硅得到一个反向触发信号,于是双向可控硅导通。这时就相当于Ⅲ-触发方式。在这个电路中,调节R1韵阻值,可以改变R1C1的时间常数,因而改变了触发脉冲出现的时刻,也就是改变了双向可控硅的导通角,达到了调节灯光的目的。电路中各处电压的波形见图8(b),其中UL是电灯两端的电压。
    应用电路1应用电路1

     



    产品判别/双向可控硅 编辑

       在实际应用或是诊断电路故障时,常需要判别双向可控硅各电极的极性及其性能的好坏。下面介绍业余条件下的简易判别方法。
        极性的判别:将万用电表量程开关置于“Rx1”(或Rx10”)挡,用黑表笔固定接一电极,用红表笔分别去测另两个电极,当测得的两个阻值都是无穷大时,那么黑表笔所接电极就是T2。若测得的阻值不全为无穷大,则应将黑表笔换接另一个电极再测。判别了电极T2后,用两只表笔测T1和G两极,再调换表笔测一次,比较两次测得的结果,测得阻值较小时,黑表笔所接电极就是T1,红表笔所接电极就是控制极G。
        好坏的判别:在已知各电极极性的条件下,将万用电表置“Rx1”挡,黑表笔接G,红表笔接Tl,测得阻值为几十欧姆(因功率不同,其阻值略有偏差),红表笔改接T2,阻值应无穷大;然后再将黑表笔接T1,红表笔接G,测得结果应为几十欧,再将黑表笔改接T2,阻值也应无穷大。用两只表笔测T1、T2两极之间的电阻,再调换表笔测一次,两次测得的阻值均应无穷大。测量结果若满足上述要求,一般可以判定该器件是好的。如果G与T1之间的电阻等于零,或G与T2、T1与T2之间的电阻都很小,就表明器件内部巳击穿或短路,如果G与T1之间的电阻为无穷大,则表明器件内部断路。
    单向和双向可控硅单向和双向可控硅

     使用双向可控硅要注意的问题/双向可控硅 编辑

    在使用双向可控硅时,除了普通可控硅所应注意的问题以外,还需要注意以下几点。

    1、双向可控硅通常有耐压、额定导通电流、触发电流、漏电流和电压降等参数,其中前两项在应用中最为重要。例如用其控制灯泡,由于灯泡未亮时灯丝电阻很小,点亮瞬间,冲击电流是正常工作时电流的10—20倍,一旦选用管子参数时未留有足够的余量,就有可能使管子受大电流冲击而损坏。

    2、普通可控硅在参数表或合格证中给出的额定电流是平均值,而双向可控硅给出的额定电流是有效值。因此在利用双向可控硅代替两个并联反接的普通可控硅时,必须经过换算后再去挑选合格的元件。换算的公式是IT=0.45IKs。式中:IT —普通可控硅额定电流(安);IKS—双向可控硅额定电流(安)。例如,一个额定电流为500安的双向可控硅在作为双向开关使用时,相当于两个多少额定电流值的普通可控硅?由换算公式.可得,

    IT=0.45x500(安)=225(安)

    从普通可控硅参数系列中可以查到,近似的数值为200安。所以额定电流为500安的双向可控硅在作交流双向开关使用时,可以代替两只额定电流为200安的普通可控硅。

    3、实际使用中,在选择双向可控硅的触发电路时,一方面应尽量选用较容易触发的反向触发信号,另一方面应使触发信号的电压和电流尽可能的高些和大一些。通常应该使触发电流比手册中查出的Ic值大一倍左右。

    4、选择双向可控硅时,应选额定电流值大于负载电流有效值的双向可控硅。对于电容性负载还应注意过电流保护。

    5、对于电感性负载,应注意电压的上升率要小于手册中给出的du值,否则将会出现失控现象。为解决这个问题,可以在主电极上并联RC吸收电路,电阻R的值可选在100欧左右,电容C的容量可选用0.1左右的为好。

    6、注意散热问题。双向可控硅与普通晶体管一样,受温度影响很大,温度过高将容易产生误动作,甚至烧毁器件。安装时应加装足够大的散热器;在实际应用中要注意的问题。

    7、当维修电器需要购买新的双向可控硅来代换已经损坏的时,事先应根据所带负载的功率核实原管子的耐压和额定导通电流,同时判准新器件电极极性是否与原来的一致。[1]



    参数符号/双向可控硅 编辑

    IT(AV)--通态平均电流VDRM--通态重复峰值电压
    VRRM--反向重复峰值电压IRRM--反向重复峰值电流
    IDRM--断态重复峰值电流IF(AV)--正向平均电流
    VTM--通态峰值电压Tjm--额定结温
    VGT--门极触发电压VISO--模块绝缘电压
    IH--维持电流Rthjc--结壳热阻
    IGT--门极触发电流di/dt--通态电流临界上升率
    ITSM--通态一个周波不重复浪涌电流dv/dt--断态电压临界上升率

     

     

    产品展示/双向可控硅 编辑

    双向可控硅凸型双向可控硅
    双向可控硅凹型双向可控硅
    双向可控硅KS罗旋式双向可控硅
    双向可控硅KS罗旋式双向可控硅

    相关文献

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    参考资料
    [1]^引用日期:2015-12-24
    扩展阅读
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