Тиристоры и симисторы

Содержание

Полупроводниковый диод

Полупроводниковые диоды обозначают символом, сохранившимся в общих чертах со времен первых радиоприемников (рис. 2,6).

Обозначение структура полупроводникового диода

Рис. 2. Обозначение и структура полупроводникового диода.

Вершина треугольника в этом символе указывает направление наибольшей проводимости (треугольник символизирует анод диода, а короткая черточка, перпендикулярная линиям-выводам,— его катод).

Этим же символом обозначают полупроводниковые выпрямители, состоящие, например, из нескольких последовательно, параллельно или смешанно соединенных диодов (выпрямительные столбы и т. п.).

Резюме

  • Тиристор с МОП управляющим электродом использует N-канальный MOП-транзистор для отпирания тиристора, что приводит к требованию чрезвычайно низкого тока управляющего электрода.
  • МОП-управляемый тиристор использует два MOSFET транзистора для полного управления тиристором. Положительное напряжение управляющего электрода опирает устройство; отрицательное напряжение управляющего электрода заставляет его запереться. Нулевое напряжение на управляющем электроде позволяет тиристору оставаться в любом состоянии, в котором он был ранее (заперт или отперт).

Принцип работы тиристора

Принцип работы тиристора основан на принципе работы электромагнитного реле. Реле – это электромеханическое изделие, а тиристор – чисто электрическое. Давайте же рассмотрим принцип работы тиристора, а иначе как мы его тогда сможем проверить? Думаю, все катались на лифте ;-). Нажимая кнопку на какой-нибудь этаж, электродвигатель лифта начинает свое движение, тянет трос с кабиной с вами  и  соседкой тетей Валей килограммов под двести и  вы перемещаетесь с этажа на этаж.  Как  же так с помощью малюсенькой кнопочки мы подняли кабину с тетей Валей на борту?

В этом примере и основан принцип работы тиристора.  Управляя маленьким напряжением кнопочки мы управляем большим напряжением… разве это не чудо? Да еще и в тиристоре нет никаких клацающих контактов, как в реле. Значит, там нечему выгорать и при нормальном режиме работы такой тиристор прослужит вам, можно сказать, бесконечно.

Тиристоры выглядят  как-то вот так:

ку202нвиды тиристоровтиристор в корпусе TO-220

А вот и  схемотехническое обозначение тиристора

обозначение тиристора на схеме

В настоящее время мощные тиристоры используются для переключения (коммутации) больших напряжений в электроприводах, в установках плавки металла с помощью электрической дуги ( короче говоря с помощью короткого замыкания, в результате чего происходит такой мощный нагрев, что даже начинает плавиться металл)

силовой тиристорсиловой таблеточный тиристор

Тиристоры, которые слева, устанавливают на алюминиевые радиаторы, а тиристоры-таблетки даже на радиаторы с водяным охлаждением, потому что через них проходит бешеная сила тока и коммутируют они очень большую мощность.

Маломощные тиристоры используются в радиопромышленности и, конечно же, в радиолюбительстве.

Как проверить тиристорку103в1ку221Как проверить тиристор

ðåêëàìà

 

Ïðîäàæà ñèëîâîãî è áðîíèðîâàííîãî êàáåëÿ è ïðîâîäà â Ìîñêâå

Ìåðîïðèÿòèÿ:

17-ÿ ìåæäóíàðîäíàÿ âûñòàâêà ChipEXPO - 2019Ðåêëàìà:

Ê.Ä. Ðîãà÷¸â

Ââåäåíèå

Ñîçäàíèå ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðîâ äëÿ ñèëîâîé ýëåêòðîíèêè íà÷àëîñü â 1953 ã. êîãäà ñòàëî âîçìîæíûì ïîëó÷åíèå êðåìíèÿ âûñîêîé ÷èñòîòû è ôîðìèðîâàíèå êðåìíèåâûõ äèñêîâ áîëüøèõ ðàçìåðîâ.  1955 ã. áûë âïåðâûå ñîçäàí ïîëóïðîâîäíèêîâûé óïðàâëÿåìûé ïðèáîð, èìåþùèé ÷åòûð¸õñëîéíóþ ñòðóêòóðó è ïîëó÷èâøèé íàçâàíèå «òèðèñòîð».

Îí âêëþ÷àëñÿ ïîäà÷åé èìïóëüñà íà ýëåêòðîä óïðàâëåíèÿ ïðè ïîëîæèòåëüíîì íàïðÿæåíèè ìåæäó àíîäîì è êàòîäîì. Âûêëþ÷åíèå òèðèñòîðà îáåñïå÷èâàåòñÿ ñíèæåíèåì ïðîòåêàþùåãî ÷åðåç íåãî ïðÿìîãî òîêà äî íóëÿ, äëÿ ÷åãî ðàçðàáîòàíî ìíîæåñòâî ñõåì èíäóêòèâíî-¸ìêîñòíûõ êîíòóðîâ êîììóòàöèè. Îíè íå òîëüêî óâåëè÷èâàþò ñòîèìîñòü ïðåîáðàçîâàåëÿ, íî è óõóäøàþò åãî ìàññî-ãàáàðèòíûå ïîêàçàòåëè,ñíèæàþò íàä¸æíîñòü.

Ïîýòîìó îäíîâðåìåííî ñ ñîçäàíèåì òèðèñòîðà íà÷àëèñü èññëåäîâàíèÿ, íàïðàâëåííûå íà îáåñïå÷åíèå åãî âûêëþ÷åíèÿ ïî óïðàâëÿþùåìó ýëåêòðîäó. Ãëàâíàÿ ïðîáëåìà ñîñòîÿëà â îáåñïå÷åíèè áûñòðîãî ðàññàñûâàíèÿ íîñèòåëåé çàðÿäîâ â áàçîâûõ îáëàñòÿõ.

Ïåðâûå ïîäîáíûå òèðèñòîðû ïîÿâèëèñü â 1960 ã. â ÑØÀ. Îíè ïîëó÷èëè íàçâàíèå Gate Turn Off (GTO).  íàøåé ñòðàíå îíè áîëüøå èçâåñòíû êàê çàïèðàåìûå èëè âûêëþ÷àåìûå òèðèñòîðû.

 ñåðåäèíå 90-õ ãîäîâ áûë ðàçðàáîòàí çàïèðàåìûé òèðèñòîð ñ êîëüöåâûì âûâîäîì óïðàâëÿþùåãî ýëåêòðîäà. Îí ïîëó÷èë íàçâàíèå Gate Commutated Thyristor (GCT) è ñòàë äàëüíåéøåì ðàçâèòèåì GTO-òåõíîëîãèè.

Òèðèñòîðû GTO

Óñòðîéñòâî

Çàïèðàåìûé òèðèñòîð — ïîëíîñòüþ óïðàâëÿåìûé ïîëóïðîâîäíèêîâûé ïðèáîð, â îñíîâå êîòîðîãî êëàññè÷åñêàÿ ÷åòûð¸õñëîéíàÿ ñòðóêòóðà. Âêëþ÷àþò è âûêëþ÷àþò åãî ïîäà÷åé ïîëîæèòåëüíîãî è îòðèöàòåëüíîãî èìïóëüñîâ òîêà íà ýëåêòðîä óïðàâëåíèÿ. Íà Ðèñ. 1 ïðèâåäåíû óñëîâíîå îáîçíà÷åíèå (à) è ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà (á) âûêëþ÷àåìîãî òèðèñòîðà.Ïîäîáíî îáû÷íîìó òèðèñòîðó îí èìååò êàòîä K, àíîä À, óïðàâëÿþùèé ýëåêòðîä G. Ðàçëè÷èÿ â ñòðóêòóðàõ ïðèáîðîâ çàêëþ÷àåòñÿ â èíîì ðàñïîëîæåíèè ãîðèçîíòàëüíûõ è âåðòèêàëüíûõ ñëî¸â ñ n- è ð-ïðîâîäèìîñòÿìè.

Íàèáîëüøåìó èçìåíåíèþ ïîäâåðãëîñü óñòðîéñòâî êàòîäíîãî ñëîÿ n. Îí ðàçáèò íà íåñêîëüêî ñîòåí ýëåìåíòàðíûõ ÿ÷ååê, ðàâíîìåðíî ðàñïðåäåë¸ííûõ ïî ïëîùàäè è ñîåäèí¸ííûõ ïàðàëëåëüíî. Òàêîå èñïîëíåíèå âûçâàíî ñòðåìëåíèåì îáåñïå÷èòü ðàâíîìåðíîå ñíèæåíèå òîêà ïî âñåé ïëîùàäè ïîëóïðîâîäíèêîâîé ñòðóêòóðû ïðè âûêëþ÷åíèè ïðèáîðà.

Áàçîâûé ñëîé p, íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî âûïîëíåí êàê åäèíîå öåëîå, èìååò áîëüøîå ÷èñëî êîíòàêòîâ óïðàâëÿþùåãî ýëåêòðîäà (ïðèìåðíî ðàâíîå ÷èñëó êàòîäíûõ ÿ÷ååê), òàêæå ðàâíîìåðíî ðàñïðåäåë¸ííûõ ïî ïëîùàäè è ñîåäèí¸ííûõ ïàðàëëåëüíî. Áàçîâûé ñëîé n âûïîëíåí àíàëîãè÷íî ñîîòâåòñòâóþùåìó ñëîþ îáû÷íîãî òèðèñòîðà.

Àíîäíûé ñëîé p èìååò øóíòû (çîíû n), ñîåäèíÿþùèå n-áàçó ñ àíîäíûì êîíòàêòîì ÷åðåç íåáîëüøèå ðàñïðåäåë¸ííûå ñîïðîòèâëåíèÿ. Àíîäíûå øóíòû ïðèìåíÿþò â òèðèñòîðàõ, íå îáëàäàþùèõ îáðàòíîé áëîêèðóþùåé ñïîñîáíîñòüþ. Îíè ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ óìåíüøåíèÿ âðåìåíè âûêëþ÷åíèÿ ïðèáîðà çà ñ÷¸ò óëó÷øåíèÿ óñëîâèé èçâëå÷åíèÿ çàðÿäîâ èç áàçîâîé îáëàñòè n.

Îñíîâíîå èñïîëíåíèå òèðèñòîðîâ GTO òàáëåòî÷íîå ñ ÷åòûð¸õñëîéíîé êðåìíèåâîé ïëàñòèíîé, çàæàòîé ÷åðåç òåðìîêîìïåíñèðóþùèå ìîëèáäåíîâûå äèñêè ìåæäó äâóìÿ ìåäíûìè îñíîâàíèÿìè, îáëàäàþùèìè ïîâûøåííîé òåïëî- è ýëåêòðîïðîâîäíîñòüþ. Ñ êðåìíèåâîé ïëàñòèíîé êîíòàêòèðóåò óïðàâëÿþùèé ýëåêòðîä, èìåþùèé âûâîä â êåðàìè÷åñêîì êîðïóñå. Ïðèáîð çàæèìàåòñÿ êîíòàêòíûìè ïîâåðõíîñòÿìè ìåæäó äâóìÿ ïîëîâèíàìè îõëàäèòåëåé, èçîëèðîâàííûõ äðóã îò äðóãà è èìåþùèõ êîíñòðóêöèþ, îïðåäåëÿåìóþ òèïîì ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ.

Ïðèíöèï äåéñòâèÿ

 öèêëå ðàáîòû òèðèñòîðà GTO ðàçëè÷àþò ÷åòûðå ôàçû: âêëþ÷åíèå, ïðîâîäÿùåå ñîñòîÿíèå, âûêëþ÷åíèå è áëîêèðóþùåå ñîñòîÿíèå.

Íà ñõåìàòè÷íîì ðàçðåçå òèðèñòîðíîé ñòðóêòóðû (ðèñ. 1,á) íèæíèé âûâîä ñòðóêòóðû àíîäíûé. Àíîä êîíòàêòèðóåò ñî ñëîåì p.Çàòåì ñíèçó ââåðõ ñëåäóþò: áàçîâûé ñëîé n, áàçîâûé ñëîé p (èìåþùèé âûâîä óïðàâëÿþùåãî ýëåêòðîäà), ñëîé n, íåïîñðåäñòâåííî êîíòàêòèðóþùèé ñ êàòîäíûì âûâîäîì. ×åòûðå ñëîÿ îáðàçóþò òðè p-n ïåðåõîäà: j1 ìåæäó ñëîÿìè p è n; j2 ìåæäó ñëîÿìè n è p;j3 ìåæäó ñëîÿìè p è n.

Ôàçà 1 — âêëþ÷åíèå. Ïåðåõîä òèðèñòîðíîé ñòðóêòóðû èç áëîêèðóþùåãî ñîñòîÿíèÿ â ïðîâîäÿùåå (âêëþ÷åíèå) âîçìîæåí òîëüêî ïðè ïðèëîæåíèè ïðÿìîãî íàïðÿæåíèÿ ìåæäó àíîäîì è êàòîäîì. Ïåðåõîäû j1 è j3 ñìåùàþòñÿ â ïðÿìîì íàïðàâëåíèè è íå ïðåïÿòñòâóþò ïðîõîæäåíèþ íîñèòåëåé çàðÿäîâ. Âñ¸ íàïðÿæåíèå ïðèêëàäûâàåòñÿ ê ñðåäíåìó ïåðåõîäó j2, êîòîðûé ñìåùàåòñÿ â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè. Îêîëî ïåðåõîäà j2 îáðàçóåòñÿ çîíà, îáåäí¸ííàÿ íîñèòåëÿìè çàðÿäîâ, ïîëó÷èâøàÿ íàçâàíèå- îáëàñòü îáú¸ìíîãî çàðÿäà. ×òîáû âêëþ÷èòü òèðèñòîð GTO, ê óïðàâëÿþùåìó ýëåêòðîäó è êàòîäó ïî öåïè óïðàâëåíèÿ ïðèêëàäûâàåòñÿ íàïðÿæåíèå ïîëîæèòåëüíîé ïîëÿðíîñòè UG (âûâîä «+» ê ñëîþ p).  ðåçóëüòàòå ïî öåïè ïðîòåêàåò òîê âêëþ÷åíèÿ IG.

Çàïèðàåìûå òèðèñòîðû ïðåäúÿâëÿþò æ¸ñòêèå òðåáîâàíèÿ ê êðóòèçíå ôðîíòà dIG/dt è àìïëèòóäå IGM òîêà óïðàâëåíèÿ. ×åðåç ïåðåõîä j3, êðîìå òîêà óòå÷êè, íà÷èíàåò ïðîòåêàòü òîê âêëþ÷åíèÿ IG. Ñîçäàþùèå ýòîò òîê ýëåêòðîíû áóäóò èíæåêòèðîâàòüñÿ èç ñëîÿ n â ñëîé p. Äàëåå ÷àñòü èç íèõ áóäåò ïåðåáðàñûâàòüñÿ ýëåêòðè÷åñêèì ïîëåì áàçîâîãî ïåðåõîäà j2 â ñëîé n.

Îäíîâðåìåííî óâåëè÷èòñÿ âñòðå÷íàÿ èíæåêöèÿ äûðîê èç ñëîÿ p â ñëîé n è äàëåå â ñëîé p, ò.å. ïðîèçîéä¸ò óâåëè÷åíèå òîêà, ñîçäàííîãî íåîñíîâíûìè íîñèòåëÿìè çàðÿäîâ.

Cóììàðíûé òîê, ïðîõîäÿùèé ÷åðåç áàçîâûé ïåðåõîä j2, ïðåâûøàåò òîê âêëþ÷åíèÿ, ïðîèñõîäèò îòêðûòèå òèðèñòîðà, ïîñëå ÷åãî íîñèòåëè çàðÿäîâ áóäóò ñâîáîäíî ïåðåõîäèòü ÷åðåç âñå åãî ÷åòûðå îáëàñòè.

Ôàçà 2 — ïðîâîäÿùåå ñîñòîÿíèå.  ðåæèìå ïðîòåêàíèÿ ïðÿìîãî òîêà íåò íåîáõîäèìîñòè â òîêå óïðàâëåíèÿ IG, åñëè òîê â öåïè àíîäà ïðåâûøàåò âåëè÷èíó òîêà óäåðæàíèÿ. Îäíàêî íà ïðàêòèêå äëÿ òîãî, ÷òîáû âñå ñòðóêòóðû âûêëþ÷àåìîãî òèðèñòîðà ïîñòîÿííî íàõîäèëèñü â ïðîâîäÿùåì ñîñòîÿíèè, âñ¸ æå íåîáõîäèìî ïîääåðæàíèå òîêà, ïðåäóñìîòðåííîãî äëÿ äàííîãî òåìïåðàòóðíîãî ðåæèìà. Òàêèì îáðàçîì, âñ¸ âðåìÿ âêëþ÷åíèÿ è ïðîâîäÿùåãî ñîñòîÿíèÿ ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ ôîðìèðóåò èìïóëüñ òîêà ïîëîæèòåëüíîé ïîëÿðíîñòè.

 ïðîâîäÿùåì ñîñòîÿíèè âñå îáëàñòè ïîëóïðîâîäíèêîâîé ñòðóêòóðû îáåñïå÷èâàþò ðàâíîìåðíîå äâèæåíèå íîñèòåëåé çàðÿäîâ (ýëåêòðîíîâ îò êàòîäà ê àíîäó, äûðîê — â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè). ×åðåç ïåðåõîäû j1, j2 ïðîòåêàåò àíîäíûé òîê, ÷åðåç ïåðåõîä j3 — ñóììàðíûé òîê àíîäà è óïðàâëÿþùåãî ýëåêòðîäà.

Ôàçà 3 — âûêëþ÷åíèå. Äëÿ âûêëþ÷åíèÿ òèðèñòîðà GTO ïðè íåèçìåííîé ïîëÿðíîñòè íàïðÿæåíèÿ UT (ñì. ðèñ. 3) ê óïðàâëÿþùåìó ýëåêòðîäó è êàòîäó ïî öåïè óïðàâëåíèÿ ïðèêëàäûâàåòñÿ íàïðÿæåíèå îòðèöàòåëüíîé ïîëÿðíîñòè UGR. Îíî âûçûâàåò òîê âûêëþ÷åíèÿ, ïðîòåêàíèå êîòîðîãî âåä¸ò ê ðàññàñûâàíèþ îñíîâíûõ íîñèòåëåé çàðÿäà (äûðîê) â áàçîâîì ñëîå p. Äðóãèìè ñëîâàìè, ïðîèñõîäèò ðåêîìáèíàöèÿ äûðîê, ïîñòóïèâøèõ â ñëîé p èç áàçîâîãî ñëîÿ n, è ýëåêòðîíîâ, ïîñòóïèâøèõ â ýòîò æå ñëîé ïî óïðàâëÿþùåìó ýëåêòðîäó.

Ïî ìåðå îñâîáîæäåíèÿ îò íèõ áàçîâîãî ïåðåõîäà j2 òèðèñòîð íà÷èíàåò çàïèðàòüñÿ. Ýòîò ïðîöåññ õàðàêòåðèçóåòñÿ ðåçêèì óìåíüøåíèåì ïðÿìîãî òîêà IÒ òèðèñòîðà çà êîðîòêèé ïðîìåæóòîê âðåìåíè äî íåáîëüøîé âåëè÷èíû IÒQT (ñì. ðèñ. 2). Ñðàçó ïîñëå çàïèðàíèÿ áàçîâîãî ïåðåõîäà j2 íà÷èíàåò çàêðûâàòüñÿ ïåðåõîä j3, îäíàêî çà ñ÷¸ò ýíåðãèè, çàïàñ¸ííîé â èíäóêòèâíîñòè öåïåé óïðàâëåíèÿ îí åù¸ íåêîòîðîå âðåìÿ íàõîäèòñÿ â ïðèîòêðûòîì ñîñòîÿíèè.

Ãðàôèêè èçìåíåíèÿ òîêà àíîäà (iT) è óïðàâëÿþùåãî ýëåêòðîäà (iG)

Ðèñ. 2. Ãðàôèêè èçìåíåíèÿ òîêà àíîäà (iT) è óïðàâëÿþùåãî ýëåêòðîäà (iG)

Ïîñëå òîãî, êàê âñÿ ýíåðãèÿ, çàïàñ¸ííàÿ â èíäóêòèâíîñòè öåïè óïðàâëåíèÿ, áóäåò èçðàñõîäîâàíà, ïåðåõîä j3 ñî ñòîðîíû êàòîäà ïîëíîñòüþ çàïèðàåòñÿ. Ñ ýòîãî ìîìåíòà òîê ÷åðåç òèðèñòîð ðàâåí òîêó óòå÷êè, êîòîðûé ïðîòåêàåò îò àíîäà ê êàòîäó ÷åðåç öåïü óïðàâëÿþùåãî ýëåêòðîäà.

Ïðîöåññ ðåêîìáèíàöèè è, ñëåäîâàòåëüíî, âûêëþ÷åíèÿ çàïèðàåìîãî òèðèñòîðà âî ìíîãîì çàâèñèò îò êðóòèçíû ôðîíòà dIGQ/dt è àìïëèòóäû IGQ îáðàòíîãî òîêà óïðàâëåíèÿ. ×òîáû îáåñïå÷èòü íåîáõîäèìûå êðóòèçíó è àìïëèòóäó ýòîãî òîêà, íà óïðàâëÿþùèé ýëåêòðîä òðåáóåòñÿ ïîäàòü íàïðÿæåíèå UG, êîòîðîå íå äîëæíî ïðåâûøàòü âåëè÷èíû, äîïóñòèìîé äëÿ ïåðåõîäà j3.

Ôàçà 4 — áëîêèðóþùåå ñîñòîÿíèå. ðåæèìå áëîêèðóþùåãî ñîñòîÿíèÿ ê óïðàâëÿþùåìó ýëåêòðîäó è êàòîäó îñòà¸òñÿ ïðèëîæåííûì íàïðÿæåíèå îòðèöàòåëüíîé ïîëÿðíîñòè UGR îò áëîêà óïðàâëåíèÿ. Ïî öåïè óïðàâëåíèÿ ïðîòåêàåò ñóììàðíûé òîê IGR, ñîñòîÿùèé èç òîêà óòå÷êè òèðèñòîðà è îáðàòíîãî òîêà óïðàâëåíèÿ, ïðîõîäÿùåãî ÷åðåç ïåðåõîä j3. Ïåðåõîä j3 ñìåùàåòñÿ â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè. Òàêèì îáðàçîì, â òèðèñòîðå GTO, íàõîäÿùåìñÿ â ïðÿìîì áëîêèðóþùåì ñîñòîÿíèè, äâà ïåðåõîäà (j2 è j3) ñìåùåíû â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè è îáðàçîâàíû äâå îáëàñòè ïðîñòðàíñòâåííîãî çàðÿäà.

Âñ¸ âðåìÿ âûêëþ÷åíèÿ è áëîêèðóþùåãî ñîñòîÿíèÿ ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ ôîðìèðóåò èìïóëüñ îòðèöàòåëüíîé ïîëÿðíîñòè.

Çàùèòíûå öåïè

Èñïîëüçîâàíèå òèðèñòîðîâ GTO, òðåáóåò ïðèìåíåíèÿ ñïåöèàëüíûõ çàùèòíûõ öåïåé. Îíè óâåëè÷èâàþò ìàññî-ãàáàðèòíûå ïîêàçàòåëè, ñòîèìîñòü ïðåîáðàçîâàòåëÿ, èíîãäà òðåáóþò äîïîëíèòåëüíûõ îõëàæäàþùèõ óñòðîéñòâ, îäíàêî ÿâëÿþòñÿ íåîáõîäèìûìè äëÿ íîðìàëüíîãî ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ïðèáîðîâ.

Íàçíà÷åíèå ëþáîé çàùèòíîé öåïè — îãðàíè÷åíèå ñêîðîñòè íàðàñòàíèÿ îäíîãî èç äâóõ ïàðàìåòðîâ ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè ïðè êîììóòàöèè ïîëóïðîâîäíèêîâîãî ïðèáîðà. Ïðè ýòîì êîíäåíñàòîðû çàùèòíîé öåïè Ñ (ðèñ. 3) ïîäêëþ÷àþò ïàðàëëåëüíî çàùèùàåìîìó ïðèáîðó Ò. Îíè îãðàíè÷èâàþò ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ ïðÿìîãî íàïðÿæåíèÿ dUT/dt ïðè âûêëþ÷åíèè òèðèñòîðà.

Äðîññåëè LE óñòàíàâëèâàþò ïîñëåäîâàòåëüíî ñ ïðèáîðîì Ò. Îíè îãðàíè÷èâàþò ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ ïðÿìîãî òîêà dIT/dt ïðè âêëþ÷åíèè òèðèñòîðà. Çíà÷åíèÿ dUT/dt è dIÒ/dt äëÿ êàæäîãî ïðèáîðà íîðìèðîâàíû, èõ óêàçûâàþò â ñïðàâî÷íèêàõ è ïàñïîðòíûõ äàííûõ íà ïðèáîðû.

Ñõåìà çàùèòíîé öåïè

Ðèñ. 3. Ñõåìà çàùèòíîé öåïè

Êðîìå êîíäåíñàòîðîâ è äðîññåëåé, â çàùèòíûõ öåïÿõ èñïîëüçóþò äîïîëíèòåëüíûå ýëåìåíòû, îáåñïå÷èâàþùèå ðàçðÿä è çàðÿä ðåàêòèâíûõ ýëåìåíòîâ. Ê íèì îòíîñÿòñÿ: äèîä DÂ, êîòîðûé øóíòèðóåò ðåçèñòîð R ïðè âûêëþ÷åíèè òèðèñòîðà Ò è çàðÿäå êîíäåíñàòîðà ÑÂ, ðåçèñòîð RÂ, îãðàíè÷èâàþùèé òîê ðàçðÿäà êîíäåíñàòîðà Ñ ïðè âêëþ÷åíèè òèðèñòîðà Ò.

Ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ

Ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ (ÑÓ) ñîäåðæèò ñëåäóþùèå ôóíêöèîíàëüíûå áëîêè: âêëþ÷àþùèé êîíòóð, ñîñòîÿùèé èç ñõåìû ôîðìèðîâàíèÿ îòïèðàþùåãî èìïóëüñà è èñòî÷íèêà ñèãíàëà äëÿ ïîääåðæàíèÿ òèðèñòîðà â îòêðûòîì ñîñòîÿíèè; êîíòóð ôîðìèðîâàíèÿ çàïèðàþùåãî ñèãíàëà; êîíòóð ïîääåðæàíèÿ òèðèñòîðà â çàêðûòîì ñîñòîÿíèè.

Íå äëÿ âñåõ òèïîâ ÑÓ íóæíû âñå ïåðå÷èñëåííûå áëîêè, íî êîíòóðû ôîðìèðîâàíèÿ îòïèðàþùèõ è çàïèðàþùèõ èìïóëüñîâ äîëæíà ñîäåðæàòü êàæäàÿ ÑÓ. Ïðè ýòîì íåîáõîäèìî îáåñïå÷èòü ãàëüâàíè÷åñêóþ ðàçâÿçêó ñõåìû óïðàâëåíèÿ è ñèëîâîé öåïè âûêëþ÷àåìîãî òèðèñòîðà.

Äëÿ óïðàâëåíèÿ ðàáîòîé âûêëþ÷àåìîãî òèðèñòîðà ïðèìåíÿþòñÿ äâå îñíîâíûå ÑÓ, îòëè÷àþùèåñÿ ñïîñîáàìè ïîäà÷è ñèãíàëà íà óïðàâëÿþùèé ýëåêòðîä.  ñëó÷àå ïðåäñòàâëåííîì íà ðèñ. 4, ñèãíàëû, ôîðìèðóåìûå ëîãè÷åñêèì áëîêîì St, ïîäâåðãàþòñÿ ãàëüâàíè÷åñêîé ðàçâÿçêå (ðàçäåëåíèå ïîòåíöèàëîâ), ïîñëå ÷åãî ïðîèçâîäèòñÿ èõ ïîäà÷à ÷åðåç êëþ÷è SE è SA íà óïðàâëÿþùèé ýëåêòðîä âûêëþ÷àåìîãî òèðèñòîðà Ò. Âî âòîðîì ñëó÷àå ñèãíàëû ñíà÷àëà âîçäåéñòâóþò íà êëþ÷è SE (âêëþ÷åíèÿ) è SA (âûêëþ÷åíèÿ), íàõîäÿùèåñÿ ïîä òåì æå ïîòåíöèàëîì, ÷òî è ÑÓ, çàòåì ÷åðåç óñòðîéñòâà ãàëüâàíè÷åñêîé ðàçâÿçêè UE è UA ïîäàþòñÿ íà óïðàâëÿþùèé ýëåêòðîä.

 çàâèñèìîñòè îò ðàñïîëîæåíèÿ êëþ÷åé SE è SA ðàçëè÷àþò íèçêîïîòåíöèàëüíûå (ÍÏÑÓ) è âûñîêîïîòåíöèàëüíûå (ÂÏÑÓ, ðèñ. 4) ñõåìû óïðàâëåíèÿ.

Âàðèàíò öåïè óïðàâëåíèÿ

Ðèñ. 4. Âàðèàíò öåïè óïðàâëåíèÿ

Ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ ÍÏÑÓ êîíñòðóêòèâíî ïðîùå, ÷åì ÂÏÑÓ, îäíàêî å¸ âîçìîæíîñòè îãðàíè÷åíû â îòíîøåíèè ôîðìèðîâàíèÿ óïðàâëÿþùèõ ñèãíàëîâ áîëüøîé äëèòåëüíîñòè, äåéñòâóþùèõ â ðåæèìå â ðåæèìå ïðîòåêàíèÿ ÷åðåç òèðèñòîð ïðÿìîãî òîêà, à òàêæå â îáåñïå÷åíèè êðóòèçíû èìïóëüñîâ óïðàâëåíèÿ. Äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ñèãíàëîâ áîëüøîé äëèòåëüíîñòè çäåñü ïðèõîäèòñÿ èñïîëüçîâàòü áîëåå äîðîãèå äâóõòàêòíûå ñõåìû.

 ÂÏÑÓ âûñîêàÿ êðóòèçíà è óâåëè÷åííàÿ äëèòåëüíîñòü óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà äîñòèãàåòñÿ ïðîùå. Êðîìå òîãî, çäåñü ñèãíàë óïðàâëåíèÿ èñïîëüçóåòñÿ ïîëíîñòüþ, â òî âðåìÿ êàê â ÍÏÑÓ åãî âåëè÷èíà îãðàíè÷èâàåòñÿ óñòðîéñòâîì ðàçäåëåíèÿ ïîòåíöèàëîâ (íàïðèìåð, èìïóëüñíûì òðàíñôîðìàòîðîì).

Èíôîðìàöèîííûé ñèãíàë — êîìàíäà íà âêëþ÷åíèå èëè âûêëþ÷åíèå — îáû÷íî ïîäà¸òñÿ íà ñõåìó ÷åðåç îïòîýëåêòðîííûé ïðåîáðàçîâàòåëü.

Òèðèñòîðû GCT

 ñåðåäèíå 90-õ ãîäîâ ôèðìàìè «ABB» è «Mitsubishi» áûë ðàçðàáîòàí íîâûé âèä òèðèñòîðîâ Gate Commutated Thyristor (GCT). Ñîáñòâåííî, GCT ÿâëÿåòñÿ äàëüíåéøèì óñîâåðøåíñòâîâàíèåì GTO, èëè åãî ìîäåðíèçàöèåé. Îäíàêî, ïðèíöèïèàëüíî íîâàÿ êîíñòðóêöèÿ óïðàâëÿþùåãî ýëåêòðîäà, à òàêæå çàìåòíî îòëè÷àþùèåñÿ ïðîöåññû, ïðîèñõîäÿùèå ïðè âûêëþ÷åíèè ïðèáîðà, äåëàþò öåëåñîîáðàçíûì åãî ðàññìîòðåíèå.

GCT ðàçðàáàòûâàëñÿ êàê ïðèáîð, ëèø¸ííûé íåäîñòàòêîâ, õàðàêòåðíûõ äëÿ GTO, ïîýòîìó ñíà÷àëà íåîáõîäèìî îñòàíîâèòñÿ íà ïðîáëåìàõ, âîçíèêàþùèõ ïðè ðàáîòå GTO.

Îñíîâíîé íåäîñòàòîê GTO çàêëþ÷àåòñÿ â áîëüøèõ ïîòåðÿõ ýíåðãèè â çàùèòíûõ öåïÿõ ïðèáîðà ïðè åãî êîììóòàöèè. Ïîâûøåíèå ÷àñòîòû óâåëè÷èâàåò ïîòåðè, ïîýòîìó íà ïðàêòèêå òèðèñòîðû GTO êîììóòèðóþòñÿ ñ ÷àñòîòîé íå áîëåå 250-300 Ãö. Îñíîâíûå ïîòåðè âîçíèêàþò â ðåçèñòîðå R (ñì. ðèñ. 3) ïðè âûêëþ÷åíèè òèðèñòîðà Ò è, ñëåäîâàòåëüíî, ðàçðÿäå êîíäåíñàòîðà ÑÂ.

Êîíäåíñàòîð Ñ ïðåäíàçíà÷åí äëÿ îãðàíè÷åíèÿ ñêîðîñòè íàðàñòàíèÿ ïðÿìîãî íàïðÿæåíèÿ du/dt ïðè âûêëþ÷åíèè ïðèáîðà. Ñäåëàâ òèðèñòîð íå ÷óâñòâèòåëüíûì ê ýôôåêòó du/dt, ñîçäàëè âîçìîæíîñòü îòêàçàòüñÿ îò ñíàááåðíîé öåïè (öåïè ôîðìèðîâàíèÿ òðàåêòîðèè ïåðåêëþ÷åíèÿ), ÷òî è áûëî ðåàëèçîâàíî â êîíñòðóêöèè GCT.

Îñîáåííîñòü óïðàâëåíèÿ è êîíñòðóêöèè

Îñíîâíîé îñîáåííîñòüþ òèðèñòîðîâ GCT, ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðèáîðàìè GTO, ÿâëÿåòñÿ áûñòðîå âûêëþ÷åíèå, êîòîðîå äîñòèãàåòñÿ êàê èçìåíåíèåì ïðèíöèïà óïðàâëåíèÿ, òàê è ñîâåðøåíñòâîâàíèåì êîíñòðóêöèè ïðèáîðà. Áûñòðîå âûêëþ÷åíèå ðåàëèçóåòñÿ ïðåâðàùåíèåì òèðèñòîðíîé ñòðóêòóðû â òðàíçèñòîðíóþ ïðè çàïèðàíèè ïðèáîðà, ÷òî äåëàåò ïðèáîð íå ÷óâñòâèòåëüíûì ê ýôôåêòó du/dt.

GCT â ôàçàõ âêëþ÷åíèÿ, ïðîâîäÿùåãî è áëîêèðóþùåãî ñîñòîÿíèÿ óïðàâëÿåòñÿ òàêæå, êàê è GTO. Ïðè âûêëþ÷åíèè óïðàâëåíèå GCT èìååò äâå îñîáåííîñòè:

  • òîê óïðàâëåíèÿ Ig ðàâåí èëè ïðåâîñõîäèò àíîäíûé òîê Ia (äëÿ òèðèñòîðîâ GTO Ig ìåíüøå â 3 — 5 ðàç);
  • óïðàâëÿþùèé ýëåêòðîä îáëàäàåò íèçêîé èíäóêòèâíîñòüþ, ÷òî ïîçâîëÿåò äîñòè÷ü ñêîðîñòè íàðàñòàíèÿ òîêà óïðàâëåíèÿ dig/dt, ðàâíîé 3000 À/ìêñ è áîëåå (äëÿ òèðèñòîðîâ GTO çíà÷åíèå dig/dt ñîñòàâëÿåò 30-40 À/ìêñ).

Ðàñïðåäåëåíèå òîêîâ â ñòðóêòóðå òèðèñòîðà GCT ïðè âûêëþ÷åíèè

Ðèñ. 5. Ðàñïðåäåëåíèå òîêîâ â ñòðóêòóðå òèðèñòîðà GCT ïðè âûêëþ÷åíèè

Íà ðèñ. 5 ïîêàçàíî ðàñïðåäåëåíèå òîêîâ â ñòðóêòóðå òèðèñòîðà GCT ïðè âûêëþ÷åíèè ïðèáîðà. Êàê óêàçûâàëîñü, ïðîöåññ âêëþ÷åíèÿ ïîäîáåí âêëþ÷åíèþ òèðèñòîðîâ GTO. Ïðîöåññ âûêëþ÷åíèÿ îòëè÷åí. Ïîñëå ïîäà÷è îòðèöàòåëüíîãî èìïóëüñà óïðàâëåíèÿ (-Ig) ðàâíîãî ïî àìïëèòóäå âåëè÷èíå àíîäíîãî òîêà (Ia), âåñü ïðÿìîé òîê, ïðîõîäÿùèé ÷åðåç ïðèáîð, îòêëîíÿåòñÿ â ñèñòåìó óïðàâëåíèÿ è äîñòèãàåò êàòîäà, ìèíóÿ ïåðåõîä j3 (ìåæäó îáëàñòÿìè p è n). Ïåðåõîä j3 ñìåùàåòñÿ â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè, è êàòîäíûé òðàíçèñòîð npn çàêðûâàåòñÿ. Äàëüíåéøåå âûêëþ÷åíèå GCT àíàëîãè÷íî âûêëþ÷åíèþ ëþáîãî áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà, ÷òî íå òðåáóåò âíåøíåãî îãðàíè÷åíèÿ ñêîðîñòè íàðàñòàíèÿ ïðÿìîãî íàïðÿæåíèÿ du/dt è, ñëåäîâàòåëüíî, äîïóñêàåò îòñóòñòâèå ñíàááåðíîé öåïî÷êè.

Èçìåíåíèå êîíñòðóêöèè GCT ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî äèíàìè÷åñêèå ïðîöåññû, âîçíèêàþùèå â ïðèáîðå ïðè âûêëþ÷åíèè, ïðîòåêàþò íà îäèí — äâà ïîðÿäêà áûñòðåå, ÷åì â GTO. Òàê, åñëè ìèíèìàëüíîå âðåìÿ âûêëþ÷åíèÿ è áëîêèðóþùåãî ñîñòîÿíèÿ äëÿ GTO ñîñòàâëÿåò 100 ìêñ, äëÿ GCT ýòà âåëè÷èíà íå ïðåâûøàåò 10 ìêñ. Ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ òîêà óïðàâëåíèÿ ïðè âûêëþ÷åíèè GCT ñîñòàâëÿåò 3000 À/ìêñ, GTO — íå ïðåâûøàåò 40 À/ìêñ.

×òîáû îáåñïå÷èòü âûñîêóþ äèíàìèêó êîììóòàöèîííûõ ïðîöåññîâ, èçìåíèëè êîíñòðóêöèþ âûâîäà óïðàâëÿþùåãî ýëåêòðîäà è ñîåäèíåíèå ïðèáîðà ñ ôîðìèðîâàòåëåì èìïóëüñîâ ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ. Âûâîä âûïîëíåí êîëüöåâûì, îïîÿñûâàþùèì ïðèáîð ïî îêðóæíîñòè. Êîëüöî ïðîõîäèò ñêâîçü êåðàìè÷åñêèé êîðïóñ òèðèñòîðà è êîíòàêòèðóåò: âíóòðè ñ ÿ÷åéêàìè óïðàâëÿþùåãî ýëåêòðîäà; ñíàðóæè — ñ ïëàñòèíîé, ñîåäèíÿþùåé óïðàâëÿþùèé ýëåêòðîä ñ ôîðìèðîâàòåëåì èìïóëüñîâ.

Ñåé÷àñ òèðèñòîðû GTO ïðîèçâîäÿò íåñêîëüêî êðóïíûõ ôèðì ßïîíèè è Åâðîïû: «Toshiba», «Hitachi», «Mitsubishi», «ABB», «Eupec». Ïàðàìåòðû ïðèáîðîâ ïî íàïðÿæåíèþ UDRM : 2500 Â, 4500 Â, 6000 Â; ïî òîêó ITGQM (ìàêñèìàëüíûé ïîâòîðÿþùèéñÿ çàïèðàåìûé òîê): 1000 À, 2000 À, 2500 À, 3000 À, 4000 À, 6000 À.

Òèðèñòîðû GCT âûïóñêàþò ôèðìû «Mitsubishi» è «ABB». Ïðèáîðû ðàññ÷èòàíû íà íàïðÿæåíèå UDRM äî 4500  è òîê ITGQM äî 4000 À.

 íàñòîÿùåå âðåìÿ òèðèñòîðû GCT è GTO îñâîåíû íà ðîññèéñêîì ïðåäïðèÿòèè ÎÀÎ «Ýëåêòðîâûïðÿìèòåëü» (ã. Ñàðàíñê).Âûïóñêàþòñÿ òèðèñòîðû ñåðèé ÒÇ-243, ÒÇ-253, ÒÇ-273, ÇÒÀ-173, ÇÒÀ-193, ÇÒÔ-193 (ïîäîáåí GCT) è äð. ñ äèàìåòðîì êðåìíèåâîé ïëàñòèíû äî 125 ìì è äèàïàçîíîì íàïðÿæåíèé UDRM 1200 — 6000  è òîêîâ ITGQM 630 — 4000 À.

Ïàðàëëåëüíî ñ çàïèðàåìûìè òèðèñòîðàìè è äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â êîìïëåêòå ñ íèìè â ÎÀÎ «Ýëåêòðîâûïðÿìèòåëü» ðàçðàáîòàíû è îñâîåíû â ñåðèéíîì ïðîèçâîäñòâå áûñòðîâîñòàíàâëèâàþùèåñÿ äèîäû äëÿ äåìïôèðóþùèõ (ñíàááåðíûõ) öåïåé è äèîäû îáðàòíîãî òîêà, à òàêæå ìîùíûé èìïóëüñíûé òðàíçèñòîð äëÿ âûõîäíûõ êàñêàäîâ äðàéâåðà óïðàâëåíèÿ (ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ).

Òèðèñòîðû IGCT

Áëàãîäàðÿ êîíöåïöèè æ¸ñòêîãî óïðàâëåíèÿ (òîíêîå ðåãóëèðîâàíèå ëåãèðóþùèõ ïðîôèëåé, ìåçàòåõíîëîãèÿ, ïðîòîííîå è ýëåêòðîííîå îáëó÷åíèå äëÿ ñîçäàíèÿ ñïåöèàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ êîíòðîëèðóåìûõ ðåêîìáèíàöèîííûõ öåíòðîâ, òåõíîëîãèÿ òàê íàçûâàåìûõ ïðîçðà÷íûõ èëè òîíêèõ ýìèòòåðîâ, ïðèìåíåíèå áóôåðíîãî ñëîÿ â n — áàçîâîé îáëàñòè è äð.) óäàëîñü äîáèòüñÿ çíà÷èòåëüíîãî óëó÷øåíèÿ õàðàêòåðèñòèê GTO ïðè âûêëþ÷åíèè. Ñëåäóþùèì êðóïíûì äîñòèæåíèåì â òåõíîëîãèè æ¸ñòêî óïðàâëÿåìûõ GTO (HD GTO) ñ òî÷êè çðåíèÿ ïðèáîðà, óïðàâëåíèÿ è ïðèìåíåíèÿ ñòàëà èäåÿ óïðàâëÿåìûõ ïðèáîðîâ áàçèðóþùèõñÿ íà íîâîì «çàïèðàåìîì òèðèñòîðå ñ èíòåãðèðîâàííûì áëîêîì óïðàâëåíèÿ (äðàéâåðîì)» (àíãë. Integrated Gate-Commutated Thyristor (IGCT)). Áëàãîäàðÿ òåõíîëîãèè æ¸ñòêîãî óïðàâëåíèÿ ðàâíîìåðíîå ïåðåêëþ÷åíèå óâåëè÷èâàåò îáëàñòü áåçîïàñíîé ðàáîòû IGCT äî ïðåäåëîâ, îãðàíè÷åííûõ ëàâèííûì ïðîáîåì, ò.å. äî ôèçè÷åñêèõ âîçìîæíîñòåé êðåìíèÿ. Íå òðåáóåòñÿ íèêàêèõ çàùèòíûõ öåïåé îò ïðåâûøåíèÿ du/dt. Ñî÷åòàíèå ñ óëó÷øåííûìè ïîêàçàòåëÿìè ïîòåðü ìîùíîñòè ïîçâîëèëî íàéòè íîâûå îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ â êèëîãåðöîâîì äèàïàçîíå. Ìîùíîñòü, íåîáõîäèìàÿ äëÿ óïðàâëåíèÿ, ñíèæåíà â 5 ðàç ïî ñðàâíåíèþ ñî ñòàíäàðòíûìè GTO, â îñíîâíîì çà ñ÷¸ò ïðîçðà÷íîé êîíñòðóêöèè àíîäà. Íîâîå ñåìåéñòâî ïðèáîðîâ IGCT, ñ ìîíîëèòíûìè èíòåãðèðîâàííûìè âûñîêî ìîùíûìè äèîäàìè áûëî ðàçðàáîòàíî äëÿ ïðèìåíåíèÿ â äèàïàçîíå 0,5 — 6 ÌÂ*À. Ïðè ñóùåñòâóþùåé òåõíè÷åñêîé âîçìîæíîñòè ïîñëåäîâàòåëüíîãî è ïàðàëëåëüíîãî ñîåäèíåíèÿ ïðèáîðû IGCT ïîçâîëÿþò íàðàùèâàòü óðîâåíü ìîùíîñòè äî íåñêîëüêèõ ñîòåí ìåãàâîëüò — àìïåð.

Ïðè èíòåãðèðîâàííîì áëîêå óïðàâëåíèÿ êàòîäíûé òîê ñíèæàåòñÿ äî òîãî, êàê àíîäíîå íàïðÿæåíèå íà÷èíàåò óâåëè÷èâàòüñÿ. Ýòî äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷¸ò î÷åíü íèçêîé èíäóêòèâíîñòè öåïè óïðàâëÿþùåãî ýëåêòðîäà, ðåàëèçóåìîé çà ñ÷¸ò êîàêñèàëüíîãî ñîåäèíåíèÿ óïðàâëÿþùåãî ýëåêòðîäà â ñî÷åòàíèè ñ ìíîãîñëîéíîé ïëàòîé áëîêà óïðàâëåíèÿ.  ðåçóëüòàòå ñòàëî âîçìîæíûì äîñòèãíóòü çíà÷åíèÿ ñêîðîñòè âûêëþ÷àåìîãî òîêà 4 êÀ/ìêñ. Ïðè íàïðÿæåíèè óïðàâëåíèÿ UGK=20 Â. êîãäà êàòîäíûé òîê ñòàíîâèòñÿ ðàâíûì íóëþ, îñòàâøèéñÿ àíîäíûé òîê ïåðåõîäèò â áëîê óïðàâëåíèÿ, êîòîðûé èìååò â ýòîò ìîìåíò íèçêîå ñîïðîòèâëåíèå. Çà ñ÷¸ò ýòîãî ïîòðåáëåíèå ýíåðãèè áëîêîì óïðàâëåíèÿ ìèíèìèçèðóåòñÿ.

Ðàáîòàÿ ïðè «æ¸ñòêîì» óïðàâëåíèè, òèðèñòîð ïåðåõîäèò ïðè çàïèðàíèè èç p-n-p-n ñîñòîÿíèÿ â p-n-p ðåæèì çà 1 ìêñ. Âûêëþ÷åíèå ïðîèñõîäèò ïîëíîñòüþ â òðàíçèñòîðíîì ðåæèìå, óñòðàíÿÿ âñÿêóþ âîçìîæíîñòü âîçíèêíîâåíèÿ òðèããåðíîãî ýôôåêòà.

Óìåíüøåíèå òîëùèíû ïðèáîðà äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷¸ò èñïîëüçîâàíèÿ áóôåðíîãî ñëîÿ íà ñòîðîíå àíîäà. Áóôåðíûé ñëîé ñèëîâûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ óëó÷øàåò õàðàêòåðèñòèêè òðàäèöèîííûõ ýëåìåíòîâ çà ñ÷¸ò ñíèæåíèÿ èõ òîëùèíû íà 30% ïðè òîì æå ïðÿìîì ïðîáèâíîì íàïðÿæåíèè. Ãëàâíîå ïðåéìóùåñòâî òîíêèõ ýëåìåíòîâ — óëó÷øåíèå òåõíîëîãè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ïðè íèçêèõ ñòàòè÷åñêèõ è äèíàìè÷åñêèõ ïîòåðÿõ. Òàêîé áóôåðíûé ñëîé â ÷åòûð¸õñëîéíîì ïðèáîðå òðåáóåò óñòðàíåíèÿ àíîäíûõ çàêîðîòîê, íî ïðè ýòîì ñîõðàíÿåòñÿ ýôôåêòèâíîå îñâîáîæäåíèå ýëåêòðîíîâ âî âðåìÿ âûêëþ÷åíèÿ.  íîâîì ïðèáîðå IGCT áóôåðíûé ñëîé êîìáèíèðóåòñÿ ñ ïðîçðà÷íûì àíîäíûì ýìèòòåðîì. Ïðîçðà÷íûé àíîä — ýòî p-n ïåðåõîä ñ óïðàâëÿåìîé òîêîì ýôôåêòèâíîñòüþ ýìèòòåðà.

Äëÿ ìàêñèìàëüíîé ïîìåõîóñòîé÷èâîñòè è êîìïàêòíîñòè áëîê óïðàâëåíèÿ îêðóæàåò IGCT, ôîðìèðóÿ åäèíóþ êîíñòðóêöèþ ñ îõëàäèòåëåì, è ñîäåðæèò òîëüêî òó ÷àñòü ñõåìû, êîòîðàÿ íåîáõîäèìà äëÿ óïðàâëåíèÿ íåïîñðåäñòâåííî IGCT. Êàê ñëåäñòâèå, óìåíüøåíî ÷èñëî ýëåìåíòîâ óïðàâëÿþùåãî áëîêà, ñíèæåíû ïàðàìåòðû ðàññåÿíèÿ òåïëà, ýëåêòðè÷åñêèõ è òåïëîâûõ ïåðåãðóçîê. Ïîýòîìó, òàêæå ñóùåñòâåííî ñíèæåíà ñòîèìîñòü áëîêà óïðàâëåíèÿ è èíòåíñèâíîñòü îòêàçîâ. IGCT, ñ åãî èíòåãðèðîâàííûì óïðàâëÿþùèì áëîêîì, ëåãêî ôèêñèðóåòñÿ â ìîäóëå è òî÷íî ñîåäèíÿåòñÿ ñ èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ è èñòî÷íèêîì óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà ÷åðåç îïòîâîëîêíî. Ïóò¸ì ïðîñòîãî ðàçìûêàíèÿ ïðóæèíû, áëàãîäàðÿ äåòàëüíî ðàçðàáîòàííîé ïðèæèìíîé êîíòàêòíîé ñèñòåìå, ê IGCT ïðèëàãàåòñÿ ïðàâèëüíî ðàññ÷èòàííîå ïðèæèìíîå óñèëèå, ñîçäàþùåå ýëåêòðè÷åñêèé è òåïëîâîé êîíòàêò. Òàêèì îáðàçîì, äîñòèãàåòñÿ ìàêñèìàëüíîå îáëåã÷åíèå ñáîðêè è íàèáîëüøàÿ íàä¸æíîñòü.Ïðè ðàáîòå IGCT áåç ñíàááåðà, îáðàòíûé äèîä òîæå äîëæåí ðàáîòàòü áåç ñíàááåðà. Ýòè òðåáîâàíèÿ âûïîëíÿåò âûñîêîìîùíûé äèîä â ïðèæèìíîì êîðïóñå ñ óëó÷øåííûìè õàðàêòåðèñòèêàìè, ïðîèçâåä¸ííûé ñ èñïîëüçîâàíèåì ïðîöåññà îáëó÷åíèÿ â ñî÷åòàíèè ñ êëàññè÷åñêèìè ïðîöåññàìè. Âîçìîæíîñòè ïî îáåñïå÷åíèþ di/dt îïðåäåëÿþòñÿ ðàáîòîé äèîäà (ñì. ðèñ. 6).

Óïðîùåííàÿ ñõåìà òð¸õôàçíîãî èíâåðòîðà íà  IGCT

Ðèñ. 6. Óïðîùåííàÿ ñõåìà òð¸õôàçíîãî èíâåðòîðà íà IGCT

Îñíîâíîé ïðîèçâîäèòåëü IGCT ôèðìà «ABB».Ïàðàìåòðû òèðèñòîðîâ ïî íàïðÿæåíèþ UDRM: 4500 Â, 6000 Â; ïî òîêó ITGQM: 3000 À, 4000 À.

Çàêëþ÷åíèå

Áûñòðîå ðàçâèòèå â íà÷àëå 90-õ ãîäîâ òåõíîëîãèè ñèëîâûõ òðàíçèñòîðîâ ïðèâåëî ê ïîÿâëåíèþ íîâîãî êëàññà ïðèáîðîâ — áèïîëÿðíûå òðàíçèñòîðû ñ èçîëèðîâàííûì çàòâîðîì (IGBT — Insulated Gate Bipolar Transistors). Îñíîâíûìè ïðåèìóùåñòâàìè IGBT ÿâëÿþòñÿ âûñîêèå çíà÷åíèÿ ðàáî÷åé ÷àñòîòû, ÊÏÄ, ïðîñòîòà è êîìïàêòíîñòü ñõåì óïðàâëåíèÿ (âñëåäñòâèå ìàëîñòè òîêà óïðàâëåíèÿ).

Ïîÿâëåíèå â ïîñëåäíèå ãîäû IGBT ñ ðàáî÷èì íàïðÿæåíèåì äî 4500  è ñïîñîáíîñòüþ êîììóòèðîâàòü òîêè äî 1800 À ïðèâåëî ê âûòåñíåíèþ çàïèðàåìûõ òèðèñòîðîâ (GTO) â óñòðîéñòâàõ ìîùíîñòüþ äî 1 ÌÂò è íàïðÿæåíèåì äî 3,5 êÂ.

Îäíàêî íîâûå ïðèáîðû IGCT, ñïîñîáíûå ðàáîòàòü ñ ÷àñòîòàìè ïåðåêëþ÷åíèÿ îò 500 Ãö äî 2 êÃö è èìåþùèå áîëåå âûñîêèå ïàðàìåòðû ïî ñðàâíåíèþ ñ IGBT òðàíçèñòîðàìè, ñî÷åòàþò â ñåáå îïòèìàëüíóþ êîìáèíàöèþ äîêàçàííûõ òåõíîëîãèé òèðèñòîðîâ ñ ïðèñóùèìè èì íèçêèìè ïîòåðÿìè, è áåññíàááåðíîé, âûñîêîýôôåêòèâíîé òåõíîëîãèåé âûêëþ÷åíèÿ ïóò¸ì âîçäåéñòâèÿ íà óïðàâëÿþùèé ýëåêòðîä. Ïðèáîð IGCT ñåãîäíÿ — èäåàëüíîå ðåøåíèå äëÿ ïðèìåíåíèÿ â îáëàñòè ñèëîâîé ýëåêòðîíèêè ñðåäíåãî è âûñîêîãî íàïðÿæåíèé.

Õàðàêòåðèñòèêè ñîâðåìåííûõ ìîùíûõ ñèëîâûõ êëþ÷åé ñ äâóñòîðîííèì òåïëîîòâîäîì ïðèâåäåíû â òàáë. 1.

Òàáëèöà 1. Õàðàêòåðèñòèêè ñîâðåìåííûõ ìîùíûõ ñèëîâûõ êëþ÷åé ñ äâóñòîðîííèì òåïëîîòâîäîì

Òèï ïðèáîðà Ïðåèìóùåñòâà Íåäîñòàòêè Îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ
Òðàäèöèîííûé òèðèñòîð (SCR) Ñàìûå íèçêèå ïîòåðè âî âêëþ÷¸ííîì ñîñòîÿíèè. Ñàìàÿ âûñîêàÿ ïåðåãðóçî÷íàÿ ñïîñîáíîñòü. Âûñîêàÿ íàä¸æíîñòü. Ëåãêî ñîåäèíÿþòñÿ ïàðàëëåëüíî è ïîñëåäîâàòåëüíî. Íå ñïîñîáåí ê ïðèíóäèòåëüíîìó çàïèðàíèþ ïî óïðàâëÿþùåìó ýëåêòðîäó. Íèçêàÿ ðàáî÷àÿ ÷àñòîòà. Ïðèâîä ïîñòîÿííîãî òîêà; ìîùíûå èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ; ñâàðêà; ïëàâëåíèå è íàãðåâ; ñòàòè÷åñêèå êîìïåíñàòîðû; êëþ÷è ïåðåìåííîãî òîêà
GTO Ñïîñîáíîñòü ê óïðàâëÿåìîìó çàïèðàíèþ. Ñðàâíèòåëüíî âûñîêàÿ ïåðåãðóçî÷íàÿ ñïîñîáíîñòü. Âîçìîæíîñòü ïîñëåäîâàòåëüíîãî ñîåäèíåíèÿ. Ðàáî÷èå ÷àñòîòû äî 250 Ãö ïðè íàïðÿæåíèè äî 4 êÂ. Âûñîêèå ïîòåðè âî âêëþ÷¸ííîì ñîñòîÿíèè. Î÷åíü áîëüøèå ïîòåðè â ñèñòåìå óïðàâëåíèÿ. Ñëîæíûå ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ è ïîäà÷è ýíåðãèè íà ïîòåíöèàë. Áîëüøèå ïîòåðè íà ïåðåêëþ÷åíèå. Ýëåêòðîïðèâîä; ñòàòè÷åñêèå êîìïåíñàòîðû;ðåàêòèâíîé ìîùíîñòè; ñèñòåìû áåñïåðåáîéíîãî ïèòàíèÿ;èíäóêöèîííûé íàãðåâ
IGCT Ñïîñîáíîñòü ê óïðàâëÿåìîìó çàïèðàíèþ. Ïåðåãðóçî÷íàÿ ñïîñîáíîñòü òà æå, ÷òî è ó GTO. Íèçêèå ïîòåðè âî âêëþ÷¸ííîì ñîñòîÿíèè íà ïåðåêëþ÷åíèå. Ðàáî÷àÿ ÷àñòîòà — äî åäèíèö, êÃö. Âñòðîåííûé áëîê óïðàâëåíèÿ (äðàéâåð). Âîçìîæíîñòü ïîñëåäîâàòåëüíîãî ñîåäèíåíèÿ. Íå âûÿâëåíû èç-çà îòñóòñòâèÿ îïûòà ýêñïëóàòàöèè Ìîùíûå èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ (èíâåðòîðíàÿ è âûïðÿìèòåëüíàÿ ïîäñòàíöèè ëèíèé ïåðåäà÷ ïîñòîÿííîãî òîêà); ýëåêòðîïðèâîä (èíâåðòîðû íàïðÿæåíèÿ äëÿ ïðåîáðàçîâàòåëåé ÷àñòîòû è ýëåêòðîïðèâîäîâ ðàçëè÷íîãî íàçíà÷åíèÿ)
IGBT Ñïîñîáíîñòü ê óïðàâëÿåìîìó çàïèðàíèþ. Ñàìàÿ âûñîêàÿ ðàáî÷àÿ ÷àñòîòà (äî 10 êÃö). Ïðîñòàÿ íåýíåðãî¸ìêàÿ ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ. Âñòðîåííûé äðàéâåð. Î÷åíü âûñîêèå ïîòåðè âî âêëþ÷¸ííîì ñîñòîÿíèè. Ýëåêòðîïðèâîä (÷îïïåðû); ñèñòåìû áåñïåðåáîéíîãî ïèòàíèÿ; ñòàòè÷åñêèå êîìïåíñàòîðû è àêòèâíûå ôèëüòðû; êëþ÷åâûå èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ

fon_white.gif

Определение

Тиристором может считаться любой радиоэлектронный прибор, обладающий следующей вольт-амперной характеристикой. На применения в электронных схемах внутреннее устройство тиристора влияния не оказывает. Применение тиристоров основано на особенностях их вольт-амперной характеристики.

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Симметричные тиристоры ( симисторы )

И динисторы, и тринисторы отличаются тем, что способны пропускать основной рабочий ток только в одном направлении. Если по каким-либо причинам это естественно ограничение необходимо обойти, то применяется два тиристора, которые включаются по встречно-параллельной схеме. Есть, однако, и более простое решение, заключающееся в том, что используются полупроводниковые ключи вида p-n-p-n-p, то есть двусторонние.

Обозначение симистора

Симметричный тиристор ( симистор )

Их в электронике принято именовать симисторами, симметричными тиристорами или триаками. Полупроводниковая структура этих приборов – пятислойная, на обратной и прямой ветвях вольтамперной характеристики они обладают отрицательным сопротивлением. Для того чтобы открыть симистор, надо на управляющий электрод подать соответствующий сигнал, а чтобы закрыть – изменить полярность подключения или между силовыми электродами снять разность потенциалов.

Структура тиристора

   Тиристором называется управляемый трехэлектродный полупроводниковый прибор, состоящий из чередующихся четырех кремниевых слоев типа р и n. Полупроводниковый прибор с четырехслойной структурой представлен на рис. 1.

   Крайнюю область р-структуры, к которой подключается положительный полюс источника питания, принято называть анодом, а крайнюю область n, к которой подключается отрицательный полюс этого источника, — катодом.

Структура и обозначение тиристора

Рис.1. Структура и обозначение тиристора

Динисторное включение тиристора

Для начала рассмотрим второй случай, то есть когда управляющий электрод тиристора отключен.

При подаче напряжения прямой полярности, крайние переходы смещаются в прямом направлении, а средний – в обратном. При значительном увеличении напряжения на силовых электродах, через крайние (П1 и П3), примыкающие к среднему, переходы начинают перемещаться неосновные носители, уменьшая его сопротивление. Процесс происходит медленно, а сопротивление остается большим, но лишь до определенного момента. При некотором значении напряжения (как правило, несколько сотен вольт) процесс становится лавинным(точка 1 на ВАХ), неосновные носители заряда заменяются основными, отпирая средний переход (П2) и уменьшая сопротивление анод-катод. Тиристор отпирается, а падение напряжения между силовыми электродами падает до единиц Вольт (точка 2 на ВАХ).

Дальнейший рост тока ведет только к небольшому росту падения напряжения на тиристоре участок ВАХ от точки 2 до точки 3, это рабочий режим открытого тиристора.

tiristor-vah

Чтобы закрыть тиристор нужно снизить протекающий ток ниже тока удержания. Причем падение напряжения соответствующее этому току многократно ниже отпирающего напряжения.

Но зачем тиристору управляющий электрод? Какие преимущества есть у тиристора перед динистором? Дело в том, что подавая напряжение через резистор на управляющий электрод можно увеличивать концентрацию неосновных носителей заряда, что в свою очередь будет снижать величину напряжения включения тиристора.

А при какой-то величине тока управляющего электрода больше не будет горба на ВАХ, т.е. ВАХ тиристора станет похожа на ВАХ диода, кстати этот ток называют током спрямления.

tiristor_vah

Тиристор в цепи постоянного тока

Включение обычного тиристора осуществляется подачей импульса тока в цепь управления положительной, относительно катода, полярности. На длительность переходного процесса при включении значительное влияние оказывают характер нагрузки (активный, индуктивный и пр.), амплитуда и скорость нарастания импульса тока управления iG , температура полупроводниковой структуры тиристора, приложенное напряжение и ток нагрузки. В цепи, содержащей тиристор, не должно возникать недопустимых значений скорости нарастания прямого напряжения duAC/dt, при которых может произойти самопроизвольное включение тиристора при отсутствии сигнала управления iG и скорости нарастания тока diA/dt. В то же время крутизна сигнала управления должна быть высокой.

Среди способов выключения тиристоров принято различать естественное выключение (или естественную коммутацию) и принудительное (или искусственную коммутацию). Естественная коммутация происходит при работе тиристоров в цепях переменного тока в момент спадания тока до нуля.

Способы принудительной коммутации весьма разнообразны. Наиболее характерны из них следующие: подключение предварительно заряженного конденсатора С ключом S (рис 3, а); подключение LC-цепи с предварительно заряженным конденсатором CK (рис 3 б); использование колебательного характера переходного процесса в цепи нагрузки (рис 3, в).

Рис. 3. Способы искусственной коммутации тиристоров: а) – посредством заряженного конденсатора С; б) – посредством колебательного разряда LC-контура; в) – за счёт колебательного характера нагрузки

При коммутации по схеме на рис. 3,а подключение коммутирующего конденсатора с обратной полярностью, например другим вспомогательным тиристором, вызовет его разряд на проводящий основной тиристор. Так как разрядный ток конденсатора направлен встречно прямому току тиристора, последний снижается до нуля и тиристор выключится.

В схеме на рис. 3,б подключение LC-контура вызывает колебательный разряд коммутирующего конденсатора Ск. При этом в начале разрядный ток протекает через тиристор встречно его прямому току, когда они становятся равными, тиристор выключается. Далее ток LC-контура переходит из тиристора VS в диод VD. Пока через диод VD протекает ток контура, к тиристору VS будет приложено обратное напряжение, равное падению напряжения на открытом диоде.

В схеме на рис. 3,в включение тиристора VS на комплексную RLC-нагрузку вызовет переходный процесс. При определенных параметрах нагрузки этот процесс может иметь колебательный характер с изменением полярности тока нагрузки iн. В этом случае после выключения тиристора VS происходит включение диода VD, который начинает проводить ток противоположной полярности. Иногда этот способ коммутации называется квазиестественным, так как он связан с изменением полярности тока нагрузки.

Параметры тиристоров

Давайте разберемся с некоторыми важными параметрами  тиристоров. Не зная эти параметры, мы не догоним принцип проверки тиристора. Итак:

1) Uy – отпирающее постоянное напряжение управления  – наименьшее постоянное напряжение на управляющем электроде, вызывающее переключение тиристора из закрытого состояния в открытое. Короче говоря простым языком, минимальное напряжение на управляющем электроде, которое открывает тиристора и электрический ток начинает спокойно себе течь через два оставшихся вывода – анод и катод тиристора. Это и есть минимальное напряжение открытия тиристора.

2) Uобр max –  обратное напряжение, которое может выдержать тиристор, когда, грубо говоря, плюс подают на катод, а минус – на анод.

3) Iос ср – среднее значение тока, которое может протекать через тиристор  в прямом направлении без вреда для его здоровья.

Остальные параметры не столь критичны для начинающих радиолюбителей. Познакомиться с ними можете в любом справочнике.

Конкретные способы тиристорного управления

  • Амплитудный.

Представляет собой подачу положительного напряжения изменяющейся величины на Уэ. Открытие тиристора происходит, когда величины напряжения довольно, чтобы пробиться через управляющий переход тока спрямления (Iспр.). При помощи изменения величины напряжения на Уэ, появляется возможность изменения времени открытия тиристора.

Главный недочёт этого метода — сильное влияние температурного фактора. Кроме того, для каждой разновидности тиристора потребуется резистор другого вида. Этот момент не добавляет удобства в эксплуатации. Помимо этого время открытия тиристора возможно корректировать лишь пока длится первая 1/2 положительного полупериода сети.

  • Фазовый.

Заключается в смене фазы Uупр (в соотношении с напряжением на аноде). При этом применяется фазовращательный мост. Главный минус — малая крутизна Uупр, поэтому стабилизировать момент открытия тиристора можно лишь ненадолго.

  • Фазово-импульсный.

Рассчитан на преодоление недостатков фазового метода. С этой целью на Уэ подаётся импульс напряжения с крутым фронтом. Данный подход в настоящее время наиболее распространён.

Тиристор в цепи постоянного напряжения

При условии питания схемы постоянным напряжением, тиристор эффективен в качестве переключателя мощной нагрузки. Здесь прибор действует подобно электронной защелке, поскольку после активации остается в состоянии «включено», вплоть до сброса этого состояния вручную. Рассмотрим практическую схему.

3CT065E

Тиристорная схема управления 1Схема 1: КН1, КН2 — кнопки нажимные без фиксации; Л1 — нагрузка в виде лампы накаливания 100 Вт; R1, R2 — резисторы постоянные 470 Ом и 1 кОм

Эта простая схема включения/выключения применяется для управления лампой накаливания. Между тем схему вполне допустимо использовать в качестве коммутатора электродвигателя, нагревателя и любой другой нагрузки, рассчитанной на питание постоянным напряжением.

Здесь тиристор имеет прямое смещённое состояние перехода и включается в режим короткого замыкания нормально разомкнутой кнопкой КН1. Эта кнопка соединяет управляющий электрод У с источником питания через резистор R1. Если значение R1 установить слишком высоким относительно питающего напряжения, устройство не сработает.

Стоит только активировать (нажать) кнопку КН1, тиристор переключается в состояние прямого проводника и остаётся в этом состоянии независимо от дальнейшего положения кнопки КН1. При этом токовая составляющая нагрузки показывает большее значение, чем ток фиксации тиристора.

Преимущества и недостатки использования тиристора

Одним из основных преимуществ использования этих полупроводников в качестве переключателя видится очень высокий коэффициент усиления по току. Тиристор — это устройство, фактически управляемое током.

Катодный резистор R2 обычно включается с целью уменьшения чувствительности электрода У и увеличения возможностей соотношения напряжение-ток, что предотвращает ложное срабатывание устройства.

Когда тиристор защелкнется и останется в состоянии «включено», сбросить это состояние возможно только прерыванием питания или уменьшения анодного тока до нижнего значения удержания.

Поэтому логично использовать нормально замкнутую кнопку КН2, чтобы разомкнуть цепь, уменьшая до нуля ток, протекающий через тиристор, заставляя прибор перейти в состояние «выключено».

Однако схема имеет также недостаток. Механический нормально замкнутый переключатель КН2 должен быть достаточно мощным — соответствовать мощности всей схемы.

В принципе, можно было бы просто заменить полупроводник мощным механическим выключателем. Один из способов преодолеть проблему с мощностью — подключить коммутатор параллельно тиристору.

KP2500A

Тиристорная схема управления 2Схема 2: КН1, КН2 — кнопки нажимные без фиксации; Л1 — лампа накаливания 100 Вт; R1, R2 — резисторы постоянные 470 Ом и 1 кОм

Доработка схемы — включение нормально разомкнутого переключателя малой мощности параллельно переходу А-К, даёт следующий эффект:

  • активация КН2 создаёт «КЗ» между электродами А и К,
  • уменьшается ток фиксации до минимального значения,
  • устройство переходит в состояние «выключено».

Свойства тиристора в закрытом состоянии

   В соответствии со структурой тиристора можно выделить три электронно-дырочных перехода и заменить тиристор эквивалентной схемой, как показано на рис. 2.

   Эта эквивалентная схема позволяет понять поведение тиристора с отключенным управляющим электродом.

   Если анод положителен по отношению к катоду, то диод D2 закрыт, что приводит к закрытию тиристора, смещенного в этом случае в прямом направлении. При другой полярности диоды D1 и D2 смещены в обратном направлении, и тиристор также закрыт.

Представление тиристора тремя диодами

Рис.2. Представление тиристора тремя диодами

Проверка работоспособности

Проверить тиристор можно либо при помощи мультиметра, либо создав простенькую проверочную схему. Если при прозвонке иметь перед глазами технические характеристики, можно заодно проверить сопротивление переходов.

Один из видов: силовой Т122-25

Один из видов: силовой Т122-25

Прозвонка мультиметром

Для начала разберем прозвонку мультиметром. Переводим прибор в режим прозвонки.

На цифровых мультиметрах есть режим прозвонки, который позволяет проверять полупроводниковые приборы

На цифровых мультиметрах есть режим прозвонки, который позволяет проверять полупроводниковые приборы

Далее поочередно прикасаемся щупами к парам выводов:

  • При подключении щупов к аноду и катоду, прибор должен показывать обрыв — «1» или «OL» в зависимости от мультиметра. Если отображаются иные показатели хоть в одном направлении, тиристор пробит.
  • Между анодом и управляющим электродом (выводом) должно быть небольшое сопротивление в одном из направлений. В противоположном — обрыв. Если в обоих направлениях или обрыв, или небольшое сопротивление — элемент поврежден.
    Проверка тиристора при помощи мультиметра

    Проверка тиристора при помощи мультиметра. На левом рисунке на табло отображается «1», т.е. сопротивление между анодом и катодом слишком велико и прибор не может его зафиксировать. На правом рисунке сопротивление небольшое, так как подано прямое напряжение смещения между анодом и управляющим электродом

Обратите внимание, что величина сопротивления у разных серий разная — на это не стоит обращать особого внимания. Если хотите проверить и сопротивление переходов, посмотрите в технических характеристиках.

Схема проверки работоспособности тиристора мультиметром

Схема проверки работоспособности тиристора мультиметром

На рисунке представлены схемы испытаний. Крайний справа рисунок — усовершенствованный вариант с кнопкой, которую устанавливают между анодом и управляющим выводом. Для того чтобы мультиметр зафиксировал протекающий по цепи ток, кратковременно нажимаем на кнопку.

При помощи лампочки и источника постоянного тока (батарейка тоже пойдет)

Если мультиметра нет, можно проверить тиристор при помощи лампочки и источника питания. Подойдет даже обычная батарейка или любой другой источник постоянного напряжения. Вот только напряжение должно быть достаточным для того, чтобы засветить лампочку. Потребуется еще сопротивление или обычный кусок проволоки. Из этих элементов собирается простая схема:

Схема проверки тиристора при помощи лампочки и источника питания

Схема проверки тиристора при помощи лампочки и источника питания

  • Плюс от источника питания подаем на анод.
  • К катоду подключаем лампочку, второй ее вывод подключаем к минусу источника питания. Лампочка не горит, так как термистор заперт.
  • Кратковременно (при помощи куска проволоки или сопротивления) соединяем анод и управляющий вывод.
  • Лампочка загорается и продолжает гореть, хотя перемычка убрана. Термистор остается в открытом состоянии.
  • Если выкрутить лампочку или выключить источник питания, то лампочка, естественно, погаснет.
  • Если восстановить цепь/питание, она не загорится.

Заодно с проверкой, эта схема позволяет понять принцип работы тиристора. Ведь картинка получается очень наглядной и понятной.

Что такое диак

Часто триака идёт рука об руку с диаком. Гутцвиллер использовал подобные технические решения. Это тиристор, работающий без управляющего электрода исключительно в режиме лавинного пробоя. Конструкция идентична. Происхождение термина понятно: di – два электрода + ac – переменный ток. Лавинный пробой успешно наступает в обоих направлениях.

Квадрак (перевод – авторский) представляет собой комбинацию триака и диака. В практических применениях удобно использовать эти устройства вместе. В частности, диак сумел бы формировать напряжения для переключения триака. Логично соединить их в общем корпусе. Про происхождение термина умолчим, оно очевидно.

Тиристор в цепи переменного тока

При включении тиристора в цепь переменного тока возможно осуществление следующих операций:

  • включение и отключение электрической цепи с активной и активно-реактивной нагрузкой;
  • изменение среднего и действующего значений тока через нагрузку за счёт того, что имеется возможность регулировать момент подачи сигнала управления.

Так как тиристорный ключ способен проводить электрический ток только в одном направлении, то для использования тиристоров на переменном токе применяется их встречно-параллельное включение (рис. 4,а).

Рис. 4. Встречно-параллельное включение тиристоров (а) и форма тока при активной нагрузке (б)

Среднее идействующее значения тока варьируются за счёт изменения момента подачи на тиристоры VS1 и VS2 открывающих сигналов, т.е. за счёт изменения угла и (рис. 4,б). Значения этого угла для тиристоров VS1 и VS2 при регулировании изменяется одновременно при помощи системы управления. Угол называется углом управления или углом отпирания тиристора.

Наиболее широкое применение в силовых электронных аппаратах получили фазовое (рис. 4,а,б) и широтно-импульсное управление тиристорами (рис. 4,в).

Рис. 5. Вид напряжения на нагрузке при: а) – фазовом управлении тиристором; б) – фазовом управлении тиристором с принудительной коммутацией; в) – широтно-импульсном управлении тиристором

При фазовом методе управления тиристором с принудительной коммутацией регулирование тока нагрузки возможно как за счёт изменения угла α, так и угла θ. Искусственная коммутация осуществляется с помощью специальных узлов или при использовании полностью управляемых (запираемых) тиристоров.

При широтно-импульсном управлении (широтно-импульсной модуляции – ШИМ) в течение времени Тоткр на тиристоры подан управляющий сигнал, они открыты и к нагрузке приложено напряжение Uн. В течение времени Тзакр управляющий сигнал отсутствует и тиристоры находятся в непроводящем состоянии. Действующее значение тока в нагрузке

где Iн.м. – ток нагрузки при Тзакр = 0.

Кривая тока в нагрузке при фазовом управлении тиристорами несинусоидальна, что вызывает искажение формы напряжения питающей сети и нарушения в работе потребителей, чувствительных к высокочастотным помехам – возникает так называемая электромагнитная несовместимость.

Заключение

Автор статьи

Инженер по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 гг.

Более подробно о тиристорах рассказано в статье Все о тиристорах. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов.

Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки статьи:

www.elenergi.ru

www.elektrovesti.net

www.my-multi.ru

www.geekmatic.in.ua

www.radioprog.ru

Предыдущая

ПолупроводникиЧто такое симистор (триак)

Следующая

ПолупроводникиВиды и устройство оптронов (оптопар)

Многообразие модельного ряда

Эти варианты выключения усложняют тиристорные коммутаторы и уменьшают их надежность. Но развитие тиристорного разнообразия получилось очень плодотворным.

В наше время освоено промышленное производство большого числа разновидностей тиристоров. Область их применения — не только мощные силовые цепи (в которых работают запираемый и диод-тиристор, симистор), но и цепи управления (динистор, оптотиристор). Тиристор на схеме изображается, как показано далее.

Типы тиристоров

Типы тиристоров

Внешний вид тиристоров

Внешний вид тиристоров

Обозначения тиристоров

Обозначения тиристоров

Среди них есть модели, у которых рабочие напряжения и токи самые большие среди всех полупроводниковых приборов. Поскольку промышленное электроснабжение немыслимо без трансформаторов, роль тиристоров в его дальнейшем развитии является основополагающей. Запираемые высокочастотные модели в инверторах обеспечивают формирование переменного напряжения. При этом его величина может достигать 10 кВ с частотой 10 килогерц при силе тока 10 кА. Габариты трансформаторов при этом уменьшаются в несколько раз.

Включение и выключение запираемого тиристора происходит исключительно от воздействия на управляющий электрод специальными сигналами. Полярность соответствует определенной структуре этого электронного прибора. Это одна из простейших разновидностей, именуемая как GTO. Кроме нее применяются более сложные запираемые тиристоры со встроенными управляющими структурами. Эти модели называются GCT, а также IGCT. Использование в этих структурах полевых транзисторов относит запираемые тиристоры к приборам семейства MCT.

Мы постарались сделать наш обзор информативным не только для начитанных посетителей нашего сайта, но также и для чайников. Теперь, когда мы ознакомились с тем, как работает тиристор, можно найти применение этим знаниям для практического использования. Например, в несложном ремонте бытовых электроприборов. Главное — увлекаясь работой, не забывайте о технике безопасности!

Тиристорные светодиоды

Обычно тиристор и светодиод в одном светильнике не устанавливаются. Его место заменяет диод, который работает и на включение, и на отключение, как обычный ключ. Это связано с разными причинами, где основная – это конструкция и принцип действия самого прибора, который всегда находится в открытом состоянии. В настоящее время ученые изобрели так называемый тиристорный светодиод.

Тиристорный светодиодТиристорный светодиод

Во-первых, тиристорный светодиод в своем составе кроме кремния имеет: галлий, алюминий, индий, мышьяк и сурьму. Во-вторых, спектр излучения при n-переходах между материалами создает волну длиною 1,95 мкм. А это достаточно большая оптическая мощность, если ее сравнивать с диодным элементом, который производит световые волны в том же диапазоне.

Применение электронных переключателей

Характеристики приборов способствуют их применению в различных электротехнических областях. Такой элемент, как тиристор нужен там, где возникает необходимость управлять мощной нагрузкой. Поэтому основным назначением устройства считается коммутация нагрузки путём использования малых токов.

Например, устройства могут применяться в гирлянде с бегущими огнями, импульсных генераторах тока, выпрямительных узлах. Их используют в схемах преобразования постоянного тока в токи промышленного значения, при этом они могут изменять и частоту сигнала. Они применяются при управлении асинхронным двигателем, в системе индукционного нагрева. На тиристорах создаются источники питания повышенной частоты для автономного потребления различными устройствами.

Преобразователи на этом элементе в несколько раз превосходят по технико-экономическим показателям конструкции, выполненные на ионных приборах. Их стоимость и масса меньше, а скорость срабатывания в несколько раз выше.

Использование тиристоров позволяет автоматизировать многие процессы, например, оптотиристором управляют открытием ширмы в театре, а симистором регулируют плавно мощность паяльников или источников освещения. А также с помощью них можно создавать датчики, регистрирующие появление света, тока или напряжения.

Важной особенность элементов является то, что они пропускают через себя высокочастотный и низкочастотный сигнал. Поэтому, собрав мостовую схему из этих устройств, можно сконструировать «трансформатор», например, для сварочного аппарата.

Применение

Обзор основных сфер применения тиристоров

Популярные тиристоры КУ201 (2У201) и КУ202 (2У202)

(читать дальше…) :: (в начало статьи)

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Еще статьи

Схемотехника — тиристорные, динисторные, симисторные, тринисторные схе…
Схемотехника тиристорных устройств. Практические примеры. …

Зарядное устройство. Импульсный автомобильный зарядник. Зарядка аккуму…
Схема импульсного зарядного устройства. Расчет на разные напряжения и токи….

Тиристорный выключатель, переключатель, коммутатор. Тиристор (тринисто…
Тиристор в переключательных схемах переменного тока. Схема твердотельного реле. …

Проверка резисторов, конденсаторов, диодов, выпрямительных мостов. Про…
Как проверить резистор, конденсатор, диод, мост. Методика испытаний….

Преобразователь однофазного в трехфазное. Конвертер одной фазы в три. …
Схема преобразователя однофазного напряжения в трехфазное….

Инвертор, преобразователь, чистая синусоида, синус…
Как получить чистую синусоиду 220 вольт от автомобильного аккумулятора, чтобы за…

Тиристорное переключение нагрузки, коммутация (включение / выключение)…
Применение тиристоров в качестве реле (переключателей) напряжения переменного то…

Резонансный фильтр, преобразователь меандр — синус, синусоида. Отзыв, …
Практический опыт повторения конструкции преобразователя меандра в синусоиду на …

Технические характеристики

Рассмотрим технические параметры тиристора серии КУ 202е. В этой серии представляются отечественные маломощные устройства, основное применение которых ограничивается бытовыми приборами: его используют для работы электропечей, обогревателей и т.д.

На чертеже ниже представлена цоколевка и основные детали тиристора.

ку 202Фото — ку 202

  1. Установленное обратное напряжение в открытом состоянии (макс) 100 В
  2. Напряжение в закрытом положении 100 В
  3. Импульс в открытом положении — 30 А
  4. Повторяющийся импульс в открытом положении 10 А
  5. Среднее напряжение <=1,5 В
  6. Неотпирающее напряжение >=0,2 В
  7. Установленный ток в открытом положении <=4 мА
  8. Ток обратный <=4 мА
  9. Отпирающий ток постоянного типа <=200 мА
  10. Установленное постоянное напряжение <=7 В
  11. Время включения <=10 мкс
  12. Время выключения <=100 мкс

Включение устройства осуществляется в течение микросекунд. Если Вам понадобится замена описанного прибора, то проконсультируйтесь с продавцом-консультантом электромагазина – он сможет подобрать аналог по схеме.

тиристор ку202нФото — тиристор ку202н

Цена тиристора зависит от его марки и характеристик. Мы рекомендуем покупать отечественные приборы – они более долговечны и отличаются доступной стоимостью. На стихийных рынках можно купить качественный мощный преобразователь до сотни рублей.

Характеристики и их значение

Некоторые тиристоры могут коммутировать очень большие токи, в этом случае их называют силовыми тиристорами. Они изготавливаются в металлическом корпусе — для лучшего отвода тепла. Небольшие модели с пластиковым корпусом — это обычно маломощные варианты, которые используют в малоточных схемах. Но, всегда есть исключения. Так что для каждой конкретной цели подбирают требуемый вариант. Подбирают, понятное дело, по параметрам. Вот основные:

  • Максимальный прямой ток. Значение тока, который может протекать через анод-катод. У мощных моделей он может достигать сотен Ампер.
  • Максимально допустимый обратный ток. Указывается не для всех видов, только у обратно-проводящих.
  • Прямое напряжение. Это максимально допустимое падение напряжения в открытом состоянии при прохождении максимального тока.
  • Напряжение включения. Минимальный уровень управляющего сигнала, при котором тиристор сработает.

tiristor-12-640x409.jpg

Есть еще динамический параметр — время перехода из закрытого в открытое состояние. В некоторых схемах это важно. Может еще указываться тип быстродействия: по времени отпирания или по времени запирания.

Тиристоры классифицируют по следующим признакам:

по количеству выводов;

по виду выходной ВАХ;

по способу включения и управления;

по другим признакам (например, по мощности).

По количеству выводов различают:

диодные тиристоры (динисторы), имеющие два вывода – анод и катод (рис. 6,а);

Триодные тиристоры (тринисторы), имеющие три вывода – анод, катод и управляющий электрод ( рис. 6,б – е);

четырехэлектродные (тетродные) тиристоры, имеющие два входных и два выходных вывода (рис. 6,ж) ;

По виду ВАХ различают:

тиристоры, не проводящие в обратном направлении (рис. 6, а – г);

Тиристоры, проводящие в обратном направлении (тиристоры с обратной проводимостью, или тиристоры – диоды), (рис 6,е);

симметричные (двухпроводные, симисторы или триаки), которые могут переключаться в открытое состояние при любой полярности напряжения (рис. 6, д).

img-D472Qu.png

По способу включения тиристоры делятся на незапираемые(выключение обеспечивается только уменьшением тока до величины, меньшей удерживающего тока, либо отключением анодного напряжения) изапираемые (выключение возможно по входной управляющей цепи).

По способу управления различают: тиристоры, фототиристорыи оптотиристоры.Первые управляются внешним электрическим сигналом по управляющему электроду. Фототиристор управляется внешним оптическим сигналом, а оптотиристор – внутренним оптическим сигналом (излучатель – светодиод и фототиристор составляют единую конструкцию).

Приведенная классификация указывает, что управление тиристором можно выполнять не только по катодному pn переходу, но и по анодному. Действительно, наличие внутренней ПОС не делает разницы между тем, какой из эмиттеров будет усиливать инжекцию носителей при подаче управляющего сигнала. Причем, как уже отмечалось при выводе уравнения ВАХ, наличие управляющего тока необходимо только до момента переключения тиристора в открытое состояние, а затем он уже не нужен. То есть, управляющий сигнал может быть в форме кратковременного импульса.

img-lnAZZr.pngОбычные тиристоры, рассмотренные здесь, относятся к незапираемым, то есть перевести их из открытого состояния в закрытое можно либо снижением тока нижеIуд, либо выключением анодного напряжения, Но разработаны и широко применяются запираемые тиристоры, которые выключаются подачей на управляющий электрод импульса напряжения обратной полярности.

Весьма полезны для многих практических задач симметричные тиристоры (симисторы, триаки), которые имеют одинаковый вид ВАХ при подаче на них как прямого, так и обратного напряжения (рис.7).

О применении тиристоров в качестве электронных ключей упоминалось во введении. Такие ключи находят очень широкое применение во многих практических схемах. Например, управляемые выпрямители с возможностью регулирования тока через нагрузку (рис.8).

img-lUYpWc.png

Если на анод тиристора подать переменное напряжение, то тиристор будет выполнять еще и функцию выпрямителя переменного напряжения, то есть ток через тиристор и нагрузку RAсможет протекать только в положительные полупериоды, и по форме будет представлять последовательность импульсов. В каждом таком импульсе тиристор откроется только в момент времениt1, (рис. 8,б), когда напряжение на нем достигнет напряжения включения. В этот момент тиристор открывается, напряжение на нем резко падает, а ток через тиристор и нагрузку возрастает скачком. В конце импульса напряжение на тиристоре становится равным нулю и тиристор выключается .Изменением напряжения на управляющем электроде можно изменять ток управления и. те самым, момент включения тиристора и длительность импульса тока. А от этого будет зависеть среднее значение за период тока в нагрузке и мощности.

img-E_iII_.pngВторой пример – это генератор пилообразного напряжения (рис.9). В этой схеме конденсатор сравнительно медленно заряжается через резисторRот источника внешнего напряжения Е2. Пока напряжение на конденсатореUC

меньше напряжения включения тиристор закрыт. Когда UC =Uвклтиристор открывается и конденсатор быстро разряжается через малое сопротивление самого тиристора и сопротивление нагрузки, которое одновременно ограничивает ток тиристора. В конце разряда конденсатора ток через тиристор снижается до удерживающего тока, после чего тиристор запирается и снова начинается цикл заряда конденсатора.

Из курса теоретической электротехники известно, что напряжение на конденсаторе, включенном в цепь постоянной ЭДС, нарастает по закону:img-aqyre9.png

img-t04a4m.pngimg-zpm8ak.png(2.9)

постоянная времени заряда конденсатора. Скорость разряда будет зависеть от постоянной времени разряда р

Изменение напряжения на конденсаторе при разряде описывается выражением:

img-z_rdGO.png(2.12)

Таким образом, выбором сопротивлений R и RНможно регулировать скорость нарастания и спада напряжения на конденсаторе. Его амплитудное значение определяется величинойUвкл(Uвкл=UCO), которое можно регулировать изменением напряжения управляющего электродаUу. В цепь управления обычно тоже включают ограничительный резистор.

Если зафиксирована величина Uвкл, то период пилообразного напряжения можно изменять регулировкой сопротивленийR и RН. При заданных величинахR и RНпериод можно изменять изменением величиныUвкл.

Маркировка динисторов начинается с букв КН (кремниевый, неуправляемый), после чего следуют три цифры и буква, которые кодируют эксплуатационные параметры динистора. Маркировка тринисторов содержит первыми буквы КУ (кремниевый, управляемый), за которыми следуют три цифры и буквенный индекс, обозначающие определенный набор параметров. В 1973 г. была введена новая система обозначений диодов и транзисторов. В этой системе в обозначении тринисторов используется первой буква Т – тиристор. Далее может быть (или не быть) вторая буква, обозначающая: ТП – тиристор, проводящий в обратном направлении; ТД – тиристор-диод; ТЛ – лавинный тиристор; ТС – симметричный тиристор (симистор, триак); ТФ – фототиристор; ТО – оптотиристор. После этих букв следует набор цифр, обозначающих эксплуатационные параметры тиристора.

Основные параметры динисторов: Iср.max– максимально допустимый средний ток в открытом состоянии;Uот– наименьшее значение прямого напряжения, необходимое для переключения динистора из закрытого состояния в открытое;Uобр.max– максимально допустимое постоянное обратное напряжение;Uос– постоянное напряжение на тиристоре в открытом состоянии;Iзс– постоянный ток в закрытом состоянии.

Для тринисторов к числу основных параметров добавляются еще параметры цепи управления: Iу.от– отпирающий постоянный ток управления – это наименьший ток управления, необходимый для включения тиристора;Uу.от – постоянное отпирающее напряжение управления, то есть напряжение управления, соответствующееIу.от;Iу.от.ииUу.от.и– отпирающие импульсные ток и напряжение управления;Iу.з.ииUу.з.и – запирающие импульсные ток и напряжение управления, т.е. наименьшие импульсные значения тока и напряжения, необходимые для выключения тиристора (для запираемых тиристоров).

Важными параметрами тиристоров являются также время включения tвкл, время выключенияtвыкл.общая емкостьCобщ, максимальное значение импульсного прямого токаIимп.max. Время включения тиристоров составляет обычно единицы микросекунд, а время выключения – десятки микросекунд. Это связано с тем, что для рассасывания избыточного заряда, накопленного базовыми областями, которое происходит путем рекомбинации, требуется определенное время. Поэтому тиристоры могут работать только в низкочастотном диапазоне. Верхняя граничная частота этого диапазона указывается в справочниках и обычно составляет единицы килогерц.

Существенный недостаток тиристоров заключается в том, что это однополупериодные элементы, соответственно, в цепях переменного тока они работают с половинной мощностью. Избавиться от этого недостатка можно используя схему встречно-параллельного включения двух однотипных устройств или установив симистор. Давайте разберемся, что представляет собой этот полупроводниковый элемент, принцип его функционирования, особенности, а также сферу применения и способы проверки.

Симистор

   Симиcmop — полупроводниковый прибор, который широко используется в системах, питающихся переменным напряжением. Упрощенно он может рассматриваться как управляемый выключатель. В закрытом состоянии он ведет себя как разомкнутый выключатель. Напротив, подача управляющего тока на управляющий электрод симис-тора ведет к переходу его в проводящее состояние. В это время симистор подобен замкнутому выключателю.

   При отсутствии управляющего тока симистор во время любого полупериода переменного напряжения питания неизбежно переходит из состояния проводимости в закрытое состояние.

   Кроме работы в релейном режиме в термостате или светочувствительном выключателе, разработаны и широко используются системы регулирования, функционирующие по принципу фазового управления напряжением нагрузки, или, другими словами, плавные регуляторы.

Что такое симистор?

Это один из видов тиристоров, отличающийся от базового типа большим числом p-n переходов, и как следствие этого, принципом работы (он будет описан ниже). Характерно, что в элементной базе некоторых стран данный тип считается самостоятельным полупроводниковым устройством. Эта незначительная путаница возникла вследствие регистрации двух патентов, на одно и то же изобретение.

Особенности

Чтобы иметь полное представление о симметричных тринисторах, необходимо рассказать про их сильные и слабые стороны. К первым можно отнести следующие факторы:

  • относительно невысокая стоимость приборов;
  • длительный срок эксплуатации;
  • отсутствие механики (то есть подвижных контактов, которые являются источниками помех).

В число недостатков приборов входят следующие особенности:

  • Необходимость отвода тепла, примерно из расчета 1-1,5 Вт на 1 А, например, при токе 15 А величина мощности рассеивания будет около 10-22 Вт, что потребует соответствующего радиатора. Для удобства крепления к нему у мощных устройств один из выводов имеет резьбу под гайку.

simistor-s-krepleniem-pod-radiator.jpgСимистор с креплением под радиатор

  • Устройства подвержены влиянию переходных процессов, шумов и помех;
  • Не поддерживаются высокие частоты переключения.

По последним двум пунктам необходимо дать небольшое пояснение. В случае высокой скорости коммутации велика вероятность самопроизвольной активации устройства. Помеха в виде броска напряжения также может привести к этому результату. В качестве защиты от помех рекомендуется шунтировать прибор RC цепью.

rc-cepochka-dlya-zashhity-simistora-ot-pomeh.jpgRC-цепочка для защиты симистора от помех

Помимо этого рекомендуется минимизировать длину проводов ведущих к управляемому выводу, или в качестве альтернативы использовать экранированные проводники. Также практикуется установка шунтирующего резистора между выводом T1 (TE1 или A1) и управляющим электродом.

Применение

Этот тип полупроводниковых элементов первоначально предназначался для применения в производственной сфере, например, для управления электродвигателями станков или других устройств, где требуется плавная регулировка тока. Впоследствии, когда техническая база позволила существенно уменьшить размеры полупроводников, сфера применения симметричных тринисторов существенно расширилась. Сегодня эти устройства используются не только в промышленном оборудовании, а и во многих бытовых приборах, например:

  • зарядные устройства для автомобильных АКБ;
  • бытовое компрессорное оборудования;
  • различные виды электронагревательных устройств, начиная от электродуховок и заканчивая микроволновками;
  • ручные электрические инструменты (шуроповерт, перфоратор и т.д.).

И это далеко не полный перечень.

Одно время были популярны простые электронные устройства, позволяющие плавно регулировать уровень освещения. К сожалению, диммеры на симметричных тринисторах не могут управлять энергосберегающими и светодиодными лампами, поэтому эти приборы сейчас не актуальны.

Ограничения при использовании

   Симистор накладывает ряд ограничений при использовании, в частности при индуктивной нагрузке. Ограничения касаются скорости изменения напряжения (dV/dt) между анодами симистора и скорости изменения рабочего тока di/dt.

   Действительно, во время перехода симистора из закрытого состояния в проводящее внешней цепью может быть вызван значительный ток. В то же время мгновенного падения напряжения на выводах симистора не происходит. Следовательно, одновременно будут присутствовать напряжение и ток, развивающие мгновенную мощность, которая может достигнуть значительных величин. Энергия, рассеянная в малом пространстве, вызовет резкое повышение температуры р-п переходов. Если критическая температура будет превышена, то произойдет разрушение симистора, вызванное чрезмерной скоростью нарастания тока di/dt.

   Ограничения также распространяются на изменение напряжения двух категорий: на dV/dt применительно к закрытому симистору и на dV/dt при открытом симисторе (последнее также называется скоростью переключения).

   Чрезмерная скорость нарастания напряжения, приложенного между выводами А1 и А2 зарытого симистора, может вызвать его открытие при отсутствии сигнала на управляющем электроде. Это явление вызывается внутренней емкостью симистора. Ток заряда этой емкости может быть достаточным для отпирания симистора.

   Однако не это является основной причиной несвоевременного открытия. Максимальная величина dV/dt при переключении симистора, как правило, очень мала, и слишком быстрое изменение напряжения на выводах симистора в момент его запирания может тотчас же повлечь за собой новое включение. Таким образом, симистор заново отпирается, в то время как должен закрыться.

Симистор с защитной RC-цепочкой

Рис.10. Симистор с защитной RC-цепочкой

   При индуктивной нагрузке симистора или при защите от внешних перенапряжений для ограничения влияния dV/dt и тока перегрузки желательно использовать защитную RC-цепочку (рис. 10).

   Расчет значений R и С зависит от нескольких параметров, среди которых — величина тока в нагрузке, значения индуктивности и номинального сопротивления нагрузки, рабочего напряжения, характеристик симистора.

   Совокупность этих параметров с трудом поддается точному описанию, поэтому часто принимают во внимание эмпирические значения. Включение сопротивления 100-150 Ом и конденсатора 100 нФ дает удовлетворительные результаты. Однако отметим, что значение сопротивления должно быть гораздо меньше (или одного порядка), чем величина полной нагрузки, являясь достаточно высоким для того, чтобы ограничить ток разряда конденсатора с целью соблюдения максимального значения di/dt в момент отпирания.

   RC-цепочка дополнительно улучшает включение в проводящее состояние симистора, управляющего индуктивной нагрузкой. Действительно, ток разряда конденсатора устраняет влияние задержки индуктивного тока, поддерживая рабочий ток выше минимального значения удерживающего тока Iуд(Iн).

Защита симистора с помощью варистора

Рис.11. Защита симистора с помощью варистора

   Дополнительная защита, заслуживающая внимания, может быть обеспечена с помощью варистора, подключенного к выводам индуктивной нагрузки. Другой варистор, включенный параллельно питающему напряжению, задержит помехи, распространяющиеся по сети питания. Защита симистора также обеспечивается при подключении варистора параллельно его выводам А1 и А2 (рис. 11).

Источник

  1. Кадино Э. Цветомузыкальные установки.-М.: ДМК Пресс, 2000.
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Электрик в Дом