Розанов Ю.К. Основы силовой электроники (1992) (1096750), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Вольт-амцерные характеристики тиристора 21 симметричный тиристор (симистор), который может быть в проводящем состоянии в обоих направлениях (т. е. независимо от полярности приложенного к нему напряжения). Управление симистором производится так же, как и тиристором. Симметричный тиристор в отличие от тиристора имеет нять чередующихся слоев с прородимостями р- и н-типа. Для перевода тиристора (или симистора) в закрытое состояние необходимо обеспечить спадание протекающего через него прямого тока до нуля. При этом начинается процесс рассасывания накопленных в полупроводниковой структуре зарядов (дырок и электронов). В течение времени удаления этих накопленных зарядов через тиристор протекает обратный то», который после удаления зарядов падает практически до нуля, и обратное напряжение на тиристоре возрастает до значения, определяемого напряжением подключенного к нему источника. Однако для того чтобы тиристор мог снова выдерживать без включения прямое напряжение, необходимо некоторое время.
Это время выключения тиристора, в течение которого происходит восстановление его запирающей способности, обусловлено процессом рекомбинации носителей в области среднего перехода, который мало зависит от внешнего напряжения. Вольт-ампериые характеристики тиристора при различных токах управления пр11ведены на рис. 1.10, а. При обратном напряжении эта характеристика у тирисгора такая же, как и у диода (у некоторых типов тиристоров обратная ветвь соответствует характеристике лавинного диода). Ветви характеристики, соответствующие области прямого напряжения, зависят от тока управления и при достаточном его значещги практически совпадают с аналогичной ветвью вольт-амперной характеристики диода.
При отсутствии управляющего тока тиристор будет находиться в закрытом состоянии до тех пор, пока прямое напряжение не превысит определенного для данного типа тиристора значения, после чего он перейдет в проводящее состояние. Включение тиристора прямым напряжением обычно соответствует аварийным режимам. Поскольку включение тиристора зависит от управляющего тока, то в информационных материалах обычно приводят также диаграмму вольт-амперных характеристик управляющего электрода (входных) /р=Г(ир) (рис.
1.10,б). На ней приводятся предельные характеристики (кривые 1 и 2), Кривая 1 соответствует прибору с максимальным входным сопротивлением при минимально допустимой температуре, а кривая 2— прибору с минимальным входным сопротивлением при максимально допустимой температуре. Сверху и справа диаграмма ограничивается прямыми, соответствующими предельно допустимым значениям тока управления Ер,„и напряжения на управляющем электроде ЕЕо,„(в зависимости от температуры). Внизу диаграммы также указывают область (на рис.
1.10, б эта область заштрихована), которая ограничена минимальнымн значениями тока и напряжения, необходимыми для включения любого тиристора данного типа. Кроме того, на диаграмме обычно приводятся кривые допустимой мощности на управляющем электроде для различных значений длительности управляющих импульсов (например, кривые 3 и 3'). Большинство типов тиристоров включаются токами со значениями несколько сотен миллиампер при напряжении на управляющем электроде, не превышающем 1О В. Длительность управляющего импульса должна быть больше нескольких десятков микросекунд (в зависимости от типа тиристора). Для четкого и быстрого включения тиристора управляющие импульсы должны иметь крутой фронт (около 1 мкс).
Некоторые параметры, которыми характеризуются тиристоры, аналогичны параметрам, указанным выше для диодов. Кроме того, в технических условиях, помимо параметров цепи управления, обычно указываются: 1. Время включения ~„тиристора. Это время от момента подачи управляющего имйульса до момента снижения анодного напряжения на тнристоре до 10% начального значении при работе тиристора на активную нагрузку.
2. Время выключения ~, тиристора (называемое также временем. восстановления запйрающей способности тиристора). Это время от момента, ко(да прямой ток становится равным нулю, до момента, когда прибор снова будет способен выдерживать (не открываясь) напряжение, прикладываемое в прямом направлении с определенной амплитудой и скоростью нарастания.
3. Критическая скорость нарастания прямого напряжения (дир/й),„ьр Это максимально допустимое значение скорости 22 нарастания пРямого напряжения при разомкнутой цепи управ/и й п вляющего электрода. При превышении допустимого зн ачеиия ( р/ ) .и происходит самопроизвольное включение тирист Р ческая скорость нараст я тока в откр ом' р ора. астани Ф~Ф)~а Это наибольшее значение скорости р ания тока в открытом состоянии, которую тир истор может выдержать без повреждения. 5. Ток в закрытом состоянии тнристора 1р. Это аиодный ток тиристора в закрытом состоянии.
б. Ток ано ный то в открытом состоянии тириотора 1 . Это наимен' д " к, необходимый для поддержания тиристора в оти. ьшии крытом состоянии. Ток Е н л еобходимо учитывать при расчете минимальных нагрузок тиристорных преобразователей. Обычно для мощи р ро этот ток равен, нескольким сотням миллиампер я мощных и зависит от температуры.
Согласно [11 в обозначении тиристора должны содержаться следующие элементы: буква Т, обозначающая тиристор, и буква, обозначающая вид тиристора (Б — быстредействующий, С вЂ” симметричный, Ч вЂ” быстровыключающийся и др.); три цифры, характеризующие типоразмерный ряд и другие конструктивные данные; число, указывающее средний ток в амперах; ско ости класс по напряжению и номера групп по крити р нарастания напряжения, временам включения и выческон ключения и др. ток 250 Например, тиристор быстродействующий типа ТБ-!33 4, восьмого класса, с критической скоростью нарастана ния напряжения по группе 5 и временам выключения по группе 2 обозначается: ТБ-133-250-8-52. Современные наиболее мощные тиристоры имеют предельный ток 3000 — 4000 А и напряжение до 6000.
В. При этом 1000 В мкс, а критическая скорость нарастания напряжения /мкс, а тока (1000 — 1500) А/мкс. Время выключения наиболее быстродействующих мощных тиристоров не превышает нескольких единиц микросекунд. по л В схемах многих типов преобразователей к тиристо рам ти и дк ючаются встречно-параллельные диоды шунти рующие сл чаях об ристор при появлении на нем обратного напряжения. В я. таких и не п у обратное напряжение на тиристоре становится мал ым дно ах как ревышает значений прямого падения напряж ни д ( ак правило, долей вольта).
Это обусловило разработку е я на других типов тиристоров — асимметричных (АТ) и тиристоров с обратной проводимостью (ТОП). В отечественных стандартах они определяются как тиристоры, проводящие в обратном направлении и обозначаются ТП. Для тцристоров, проводящих 23 в обратном направлении и допускающих работу в обратном направлении в качестве диода, введено обозначение ТД (тиристодиод) 11!. Асимметричные тиристоры получаются введением в структуру тиристора дополнительного слоя с проводимостью л-типа. В результате значение обратного напряжения, выдерживаемого тиристором без, его включения, значительно снижается (до нескольких десятков вольт). Однако при этом существенно (в 2 — 3 раза) уменьшается время выключения тиристора.
Такими же свойствами обладает и тиристор с обратной проводимостью, имеющий! подобно АТ пятислойную структуру и дополнительное диодное кольцо. Быстродействие тиристоров АТ и ТОП позволяет использовать их в схемах с повышенными частотами. Рациональная область использования АТ и ТОП вЂ” преобразователи средней мощности. Запираемые тиристоры (ЗТ). Тиристор имеет принципиальный недостаток — неполную управляемость. Для его выключения необходимо обеспечить спад прямого тока до нуля, что достигается во многих схемах электронных устройств введением дополнительных узлов принудительной (нскусственной) коммутации. Последние выполняются на основе энергонакопнтельных устройств (обычно конденсаторов), подключение которых в соответствующей полярности к проводящему тиристору создает условия для спадания до нуля прямого тока тиристора. Эти дополнительные коммутирующие узлы угяжеляют тиристорное устройство и значительно ухудшают его техникоэкономические характеристики.
Поэтому параллельно с разработкой тиристоров проводились исследования возможности их выключения по управляю1цему электроду путем подачи на него отрицательного управляющего импульса. Однако положительные результаты этих исследований долгое время ограничивались созданием относительно небольших по значениям тока (до нескольких десятков ампер) ЗТ, что ограничивало их конкурентоспособность по напряжению к силовым транзисторам. В то же время развитие схемотехники преобразовательных устройств постоянно повышало актуальность решения этой проблемы. В результате интенсификации работ в этом направлении, а также благодаря достижениям в области технологии силовых полупроводниковых приборов за последние десять лет были созданы и постоянно совер1иенствуются мощные ЗТ. Высокие технические характеристики ЗТ достигаются главным образом за счет изменения структуры ЗТ 11о сравнению со структурой ти рното ров.
В частности, в структурах ЗТ обеспечивается высокая проводимость зоны управляющего элемента, что позволяет более интенсивно блокировать'протекание прямого тока при подаче на управляющий электрод 24 отрицательного относи- Е тельно катода импульса. Важную роль в решении этой задачи сыграло со- ~х вершенствование технологии полупроводниковых приборов, которое позволило обеспечить од- ин и нородность электрическихнх свойств! отдельных слоев структуры и воз-. — + можность управления временем жизни носителей в про ессе Рис. 1.!1. Типовая схема включения запирале В процессе изготов" емото тиристора пения прибора.
Для включения и выключения ЗТ обычно используются два отдельных источника напряжения (рнс. !.11). При выключении ЗТ следует стремиться обеспечить оптимальную (по ВРЕМЕНИ ВЫКЛЮЧЕНИЯ И КОММУтаЦИОННЫМ ПОтсРЯМ МОЩНОСтн) скорость нарастания тока управления. Это может быть достигнуто введением соответствующего значения индуктивности в цепь управления по выключению. Схема управления ЗТ должна обеспечивать: мощные импульсы токов включения и выключения, длительный ток управления при малых нагрузках тнристора, длительное отрицательное запирающее напряжение для надежного выключения тиристора.
Коэффициент запирания (отношение выключаемого анодного тока к запирающему току управления) обычно не превышает 5. Следует отметить, что ЗТ более критичны к скорости нарастания прямого спряжения, чем тиристоры, и поэтому рекомендуется, как правило, шунтировать ЗТ цепью, состоящей из конденсатора С, резистора Я и диода УР, а для ограничения значения анодного тока при включении последовательно с ЗТ включить насыщающийся дроссель Т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
