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      軟啟動柜
      2020年10月21日  星期三
        
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      雙向可控硅工作原理圖_雙向可控硅外形結構圖
      作者:LIYUN  來源:軟啟動技術網  發表時間:2016-04-21 16:55:37  點擊:169

      雙向可控硅是一種以硅單晶為基本材料的P1N1P2N2四層三端器件,是在普通可控硅的基礎上發展而成的交流開關器件,其英文名稱TRIAC即三端雙向交流開關之意,發明于1957年。雙向可控硅為單向導電性開關,能代替兩只反極性并聯的可控硅,而且僅需一個觸發電路?煽毓杈哂袑ê完P斷兩種狀態,從外形上區分主要有:螺栓形、平板形和平底形三類。

        由于雙向可控硅特性類似于真空閘流管,所以國際上通稱為硅晶體閘流管,簡稱可控硅T;又由于可控硅最初應用于可控整流方面,所以又稱為硅可控整流元件,簡稱為可控硅SCR。

        圖1 雙向可控硅外形圖

      雙向可控硅原理圖

      雙向可控硅結構圖

        雙向可控硅屬于NPNPN五層器件,三個電極分別是T1、T2、G。盡管從形式上可將雙向可控硅看成兩只普通可控硅的組合,但實際上它是由7只晶體管和多只電阻構成的功率集成器件。

        因該器件可以雙向導通,故除門極G以外的兩個電極統稱為主端子,用T1、T2。表示,不再劃分成陽極或陰極。其特點是,當G極和T2極相對于T1,的電壓均為正時,T2是陽極,T1是陰極。反之,當G極和T2極相對于T1的電壓均為負時,T1變成陽極,T2為陰極。雙向可控硅由于正、反向特性曲線具有對稱性,所以它可在任何一個方向導通。

        相比于單向可控硅,雙向可控硅在原理上最大的區別就是能雙向導通,不再有陽極陰極之分,取而代之以T1T2,其結構示意圖如下圖2(a)所示,如果不考慮G級的不同,把它分割成圖2(b)所示,可以看出相當于兩個單向可控硅反向并聯而成,如圖2(c)所示連接。

        圖2 雙向可控硅結構原理圖

      雙向可控硅特性

        TRIAC為三端元件,其三端分別為T1 (第二端子或第二陽極),T 2(第一端子或第一陽極)G(控制極)亦為一閘極控制開關,與SCR最大的不同點在于TRIAC無論于正向或反向電壓時皆可導通,其符號構造及外型如下圖3所示。因為它是雙向元件,所以不管T1、T2的電壓極性如何,若閘極有信號加入時,則T1 ,T2間呈導通狀態;反之,加閘極觸發信號,則T1 ,T2間有極高的阻抗。


       (a)符號(b)構造

        圖3 TRIAC

      觸發特性

        由于TRIAC為控制極控制的雙向可控硅,控制極電壓VG極性與陽極間之電壓VT1T2四種組合分別如下:

        (1). VT1T2為正, VG為正。

        (2). VT1T2為正, VG為負。

        (3). VT1T2為負, VG為正。

        (4). VT1T2為負, VG為負。

        一般最好使用在對稱情況下(1423),以使正負半周能得到對稱的結果,最方便的控制方法則為14之控制狀態,因為控制極信號與VT1T2同極性。

        圖4 TRIACV-I特性曲線

        上圖4所示為TRIACV-I特性曲線,將此圖與SCRVI特性曲線比較,可看出TRIAC的特性曲線與SCR類似,只是TRIAC正負電壓均能導通,所以第三象限之曲線與第一象限之曲線類似,故TRIAC可視為兩個SCR反相并聯TRIACT1-T2的崩潰電壓亦不同,亦可看出正負半周的電壓皆可以使TRIAC導通,一般使TRIAC截止的方法與SCR相同,即設法降低兩陽極間之電流到保持電流以下TRIAC即截止。

      相位控制

        TRIAC的相位控制與SCR很類似,可用直流信號,交流相位信號與脈波信號來觸發,所不同者是V T1-T2負電壓時,仍可觸發TRIAC。TRIAC能雙向導通,在正負半周均能觸發、可作為全波功率控制之用,因此TRIAC除具有SCR的優點,更方便于交流功率控制。

        圖5(a)TRIAC相位控制電路,只適當的調整RC時間常數即可改變它的激發角;5(b)、5(c)分別是激發角為30度時的VT1-T2及負載的電壓波形,一般TRIAC所能控制的負載遠比SCR小,大體上而言約在600V、40A以下。

        (a)

        (b)AC兩端電壓波形

        (c)負載兩端電壓波形

        圖5 TRIAC相位控制電路

      雙向可控硅原理圖——檢測方法

        下面介紹利用萬用表RXl檔判定雙向晶閘管電極的方法,同時還檢查觸發能力。

        1.判定T2

        由圖6可見,G極與T1極靠近,距T2極較遠。因此,G—T1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-T1之間呈現低阻,正、反向電阻僅幾十歐,而T2-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T2極。另外,采用TO—220封裝的雙向晶閘管,T2極通常與小散熱板連通,據此亦可確定T2極。

        2.區分G極和T1

        (1)找出T2極之后,首先假定剩下兩腳中某一腳為Tl極,另一腳為G極。

        (2)把黑表筆接T1極,紅表筆接T2極,電阻為無窮大。接著用紅表筆尖把T2G短路,給G極加上負觸發信號,電阻值應為十歐左右(參見圖6(a)),證明管子已經導通,導通方向為T1T2。再將紅表筆尖與G極脫開(但仍接T2),若電阻值保持不變,證明管子在觸發之后能維持導通狀態(見圖6(b))。

        圖6 用萬用表判定雙向晶閘管電極

      雙向可控硅原理圖——工作原理

        雙向可控硅是P1N1P2N2四層三端結構元件,共有三個PN結,分析原理時,可以把它看作由一個PNP管和一個NPN管所組成。

        圖7 雙向可控硅等效圖解

        當陽極A加上正向電壓時,BG1BG2管均處于放大狀態。此時,如果從控制極G輸入一個正向觸發信號,BG2便有基流ib2流過,經BG2放大,其集電極電流ic2=β2ib2。因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連,所以ib1=ic。

        此時,電流ic2再經BG1放大,于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個電流又流回到BG2的基極,表成正反饋,使ib2不斷增大,如此正向饋循環的結果,兩個管子的電流劇增,可控硅使飽和導通。

        由于BG1BG2所構成的正反饋作用,所以一旦可控硅導通后,即使控制極G的電流消失了,可控硅仍然能夠維持導通狀態,由于觸發信號只起觸發作用,沒有關斷功能,所以這種可控硅是不可關斷的。

        由于可控硅只有導通和關斷兩種工作狀態,所以它具有開關特性,這種特性需要一定的條件才能轉化,條件如下:

        表1 可控硅導通和關斷狀態的轉化條件

      雙向可控硅原理圖——命名規則

        1,TRIAC

        三端:TRIode(取前三個字母);

        交流半導體開關:ACsemiconductor switch(取前兩個字母)。

        以上兩組名詞組合成“TRIAC”,中文譯意三端雙向可控硅開關。由此可見“TRIAC”是雙向可控硅的統稱。

        2,BCR

        雙 向:Bi-directional(取第一個字母);

        控 制:Controlled (取第一個字母);

        整流器:Rectifier (取第一個字母)。

        再由這三組英文名詞的首個字母組合而成:“BCR”,中文譯意雙向可控硅。以“BCR”來命名雙向可控硅的典型廠家如日本三菱,如:BCR1AM-12、BCR8KM、BCR08AM等等。

        3,BT

        雙 向:Bi-directional (取第一個字母);

        三 端:Triode (取第一個字母)。

        由以上兩組單詞組合成“BT”,也可對雙向可控硅產品的型號命名,典型的生產商如:  意法ST公司、荷蘭飛利浦-Philips公司,均以此來命名雙向可控硅。代表型號如:PHILIPS BT131-600D、BT134-600E、BT136-600E、BT138-600E、BT139-600E、等等,這些都是四象限/非絕緣型/雙向可控硅。

        圖8 雙向可控硅具有不同的命名方式

       
       

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