1,第3章 功率电子器件,(第六讲),,2,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,3,3.2.1 双向晶闸管,双向晶闸管 Bidirectional Controlled Thyristor (Triode AC SwitchTRIAC) 1. 结构特点 结构：为五层三端中心门极结构5,3.2.1 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-、+、-触发2. BCT的四种触发方式及原理,6,3.2.1 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。
7,3.2.1 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,8,3.2.1 双向晶闸管,触发：T1端相对T2端为负，门极G相对T2为正 器件在象限导通,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9,3.2.1 双向晶闸管,触发：T1端相对T2端为负，门极G相对T2为负 器件在象限导通,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。
10,3.2.1 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11,3.2.2 逆导晶闸管,逆导晶闸管 Reverse Conducting Thyristor,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,12,3.2.2 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,13,3.2.2 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。
14,3.2.2 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：,,15,3.2.2 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16,3.2.2 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200300s以下，适于直流输电中应用17,3.2.3 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 Light Triggered Thyristor,1. 概述,18,3.2.3 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19,3.2.3 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:,20,3.2.3 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:,21,3.2.3 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； I2LnB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22,3.2.3 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nJ3.光触发灵敏度,,,23,3.2.3 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24,3.2.3 光控晶闸管,当1.12m，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0.9m<<1.06m，光的灵敏度有最大值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：,25,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么显著的特点，试从结构上解释其原因 3.光控晶闸管的原理，开通光控晶闸管的光信号最适波长？,26,,作业题： 1.一台加热装置的调功系统使用的是型号为KP200-10的器件,每一支路中用两只该器件反并联组成交流开关形式假定现在要改换为双向晶闸管，问每个支路的KS器件至少要选取有效值电流大于多少的才行 2.试求波长=0.6m的光子对应的能量Eg.(常数c、h请自己查表),27,谢谢！,。