32晶闸管95606教材课程

第3章功率电子器件(第七讲)

1本节主要内容

3.2半控型器件

3.2.1

双向晶闸管3.2.2

逆导晶闸管3.2.3光控晶闸管23.2.1

双向晶闸管双向晶闸管BidirectionalControlledThyristor

(TriodeACSwitch—TRIAC)

1.结构特点结构：为五层三端中心门极结构。33.2.1

双向晶闸管双向晶闸管有四个pn结；采用结型门极结构，门极接触下面不仅有p型层，同时还有n型层，门极的极性可正可负，以便开通两个反并联的晶闸管；它是一种交流元件，其伏安特性是对称的。

在第一象限和第三象限都能导通，同时门极可正可负，故有四种触发方式，通常称为I+、I-、Ⅲ+、Ⅲ-触发。2.BCT的四种触发方式及原理53.2.1

双向晶闸管I＋触发：T1端相对T2端为正，门极G相对T2为正器件在I象限导通

门极p2区注入的电流由n2区下进入T2端右侧短路区，横向压降使n2区在门极附近发生电子注入，p1n1p2n2通。从门极注入而流向T2左侧的电流对晶闸管的导通无效，J4、J5结不起作用。★

I+触发原理与普通晶闸管的触发原理完全相同。

63.2.1

双向晶闸管I_触发：T1端相对T2端为正，门极G相对T2为负

器件在I象限导通

门极电流从T2流向门极，在n3下面产生的横向压降大于J4结扩散电位时，n3向p2发射电子，使小晶闸管p1n1p2n3导通。根据场引入原理，T1端的高电位引入到门极下，结果使n2发射区受到一很强的正偏压，p1n1p2n2晶闸管迅速导通。★

导通过程类似放大门极原理

73.2.1

双向晶闸管Ⅲ＋触发：T1端相对T2端为负，门极G相对T2为正

器件在Ⅲ象限导通

门极电流从G流向T2端，当一部分电流在p2区产生的横向压降大于J3结电位时，使n2向p2发射电子。电子达到n1区、降低了n1区的电位，从而引起门极下的p2区向n1区发射空穴，T1端的n4向门极正下方的p1区发射电子；电子达到n1区使J2结更正偏，p2区左侧向n1区注入空穴，最终导致p2n1p1n4导通。83.2.1

双向晶闸管Ⅲ－触发：T1端相对T2端为负，门极G相对T2为负器件在Ⅲ象限导通

门极电流从T2经左侧p2区流出门极G，首先使n3向p2区发射电子并达到n1区，使n1区电位下降，从而使J2结更加正偏，导致p2区向n1注入空穴，最终使p2n1p1n4导通。93.2.1

双向晶闸管3.BCT的额定电流双向晶闸管工作在交流回路中，因而不用平均值而用有效值耒表征其额定电流。普通晶闸管在正弦半波下使用，其峰值电流为平均值的π倍，而一个双向晶闸管在全波下使用时其峰值为有效值的倍，即一个双向晶闸管可以代替两个具有下述额定值的普通晶闸管。式中IKP(AV)为普通晶闸管的额定值电流、IKS(RMS)为双向晶闸管的有效值电流。如一个50A的双向晶闸管可以代替两个额定正向平均电流为22A的普通晶闸管。103.2.2逆导晶闸管逆导晶闸管ReverseConductingThyristor单片集成的思路.该器件正向具有与普通晶闸管完全相同的特性，反向可以流过大的电流，称这一新的器件为反向导通晶闸管，即RCT。斩波与逆变应用中，通常把晶闸管与一续流二极管反并联113.2.2逆导晶闸管1.RCT的结构、特点结构：左侧为一pnpn晶闸管，右侧是一二极管，中间是pnp隔离区；阳极和阴极均分布有短路点；采用中心门极结构，二极管一般放在中心区域。RCT的基本结构123.2.2逆导晶闸管RCT的符号、伏安特性伏安特性：其正向与晶闸管相同；反向与二极管的正向相同。133.2.2逆导晶闸管(1)

阳极采用短路结构，正向转折电压比普通晶闸管的高。

在正向阻断状态下，二极管处于反向，只有当J2结的电压上升到雪崩电压VB时，J2结被击穿，逆导晶闸管才由断态进入通态，因此有:

RCT的特点：

143.2.2逆导晶闸管(2)电流容量大。在同等耐压下，基区宽度可以大幅度减薄，因而可以获得大的电流容量。(3)易于提高开关速度。在同等电流下，由于Wn大幅度减薄，存贮电荷减少，toff可减小；由于阳极短路，反向漏电流对器件的影响减小，因此掺金量可以加大，掺金温度可提高40℃，易于实现快速化。153.2.2逆导晶闸管(4)高温特性。

pn结的雪崩电压是随温度的上升而增加的，逆导晶闸管可以在150℃以上工作(5)减小了接线电感。缩小了装置体积。由逆导晶闸管和二极管串联组合，可以制成超高压型晶闸管，其电压可达7kV，toff可作到200～300μs以下，适于直流输电中应用。163.2.3光控晶闸管LTT的发展：LASCR命名的pnpn四层结构晶闸管

LTT的应用：瞄准高压直流输电（HVDC）

还可用于电动机控制，电力系统的无功补偿，核聚变装置以及高频电源系统。三种类型：（1）光间接触发；（2）光直接辅助晶闸管触发；（3）光直接主晶闸管触发。光控晶闸管LightTriggeredThyristor1.概述173.2.3光控晶闸管特征:非接触控制:实现主回路与控制回路的良好隔离；提高系统的抗干扰能力；快速动作:获得高速化性能、以利串联支路中若干个器件的同时开通，且大大简化系统，减小装置体积，提高系统可靠性。183.2.3光控晶闸管2.LTT的结构及工作原理LTT的结构LTT的等效电路

结构:193.2.3光控晶闸管电子空穴对主要产生在下述三个区域:（1）J2结势垒区。受强电场的作用，在小于10-9s的时间内被电场分开并分别扫向nB区和pB区，各自成为pnp晶体管和npn晶体管的基极电流。它们大小相同，与载流子产生率相比，其时间延迟可以忽略。（2）nB基区。在J2结势垒区以外nB区一个少子扩散长度范围内产生的电子空穴对，由扩散作用到达J2结势垒区边缘。（3）pB基区。同理，pB基区Ln范围内产生的电子空穴对也向两个晶体管的基极提供多子电流。工作原理:203.2.3光控晶闸管假定硅表面反射系数为R，吸收系数为，量子产生率为，注入到硅表面的光子数为，距入射表面x处光的吸收由Lambert法则表示为：三个区域在正偏、光照下产生的电流为Ip，有式中I1x——空间电荷区受光照后产生的电流；I2L——nB和pB区一个扩散长度范围内光照产生的电流。xm表示空间电荷区宽度，Lp和Ln分别表示nB和pB区的空穴、电子扩散长度。213.2.3光控晶闸管光触发灵敏度:

定义使LTT开通的最小光能为最小光触发功率，也称为光触发灵敏度。对于连续光源通常称功率，单位为mW；对脉冲光源一般称能量单位为nJ。3.光触发灵敏度223.2.3光控晶闸管高灵敏度的LTT须满足下述四个要求：（1）有与Si的禁带能量相适应的波长的光源；（2）光容易入射到硅内部，表面无遮盖物、吸收物，没有光的散射面；（3）J2结与J3结间的距离尽可能小；（4）光照产生的载流子对的平均寿命长。233.2.3光控晶闸管当λ>1.12μm，光子没有足够的能量产生电子空穴对。波长越短虽具有的能量大，但硅的吸收也增大，光的穿透深度小，不能到达有效产生电子空穴对的J2结附近势垒区。因此作为LTT的光源只能是适当波长范围的光。理论和实践结果表明，当0.9μm<λ<1.06μm，光的灵敏度有最大值。λ=hc/Eg光谱灵敏度

硅内部有效地产生电子、空穴，对应Eg=1.11eV光的波长：24要求掌握的内容1.双向晶闸管的四种触发方式，一般采用

什么极性的信号触发？双向晶闸管的国内型号，额定值。

2.逆导晶闸管的电特性有些什