Схема за свързване на тиристор във верига с променлив ток. Как работят мощните силови тиристори
Абсолютно всеки тиристор може да бъде в две стабилни състояния - затворенили отворен
В затворено състояние той е в състояние на ниска проводимост и почти не тече ток, в отворено състояние, напротив, полупроводникът ще бъде в състояние на висока проводимост, токът преминава през него практически без съпротивление
Можем да кажем, че тиристорът е ключ с електрическо управление. Но всъщност контролният сигнал може да отвори само полупроводника. За да се заключи обратно, е необходимо да се изпълнят условията, насочени към намаляване на тока напред почти до нула.
Структурно тиристорът е последователност от четири слоя стри нтип, образуващ структурата п-н-п-ни свързани последователно.
Една от крайните области, към които е свързан положителният полюс на захранването, се нарича анод, p - тип
Другият, към който е свързан полюсът на отрицателното напрежение, се нарича катод, – тип n
Контролен електродсвързани с вътрешните слоеве.
За да разберете работата на тиристора, разгледайте няколко случая, първият: към управляващия електрод не се прилага напрежение, тиристорът е свързан според динисторната верига - към анода се подава положително напрежение, а към катода - отрицателно напрежение, вижте фигурата.
В този случай колекторният p-n-преход на тиристора е в затворено състояние, а емитерът е отворен. Отворените преходи имат много ниско съпротивление, така че почти цялото напрежение от захранването се прилага към колекторния преход, поради чието високо съпротивление токът, протичащ през полупроводниковото устройство, е много нисък.
На CVC графиката това състояние е подходящо за зоната, маркирана с число 1 .
С повишаване на нивото на напрежение до определена точка токът на тиристора почти не се увеличава. Но достигайки условно критично ниво - напрежение на включване U на, в динистора се появяват фактори, при които започва рязко увеличаване на свободните носители на заряд в колекторния преход, който почти веднага се износва лавинен характер. В резултат на това възниква обратим електрически срив (точка 2 на показаната фигура). AT стр- зоната на колекторния възел се появява излишна зона от натрупани положителни заряди, в н-област, напротив, има натрупване на електрони. Увеличаването на концентрацията на свободни носители на заряд води до спад на потенциалната бариера и на трите прехода и инжектирането на носители на заряд започва през емитерните преходи. Лавинният характер се увеличава още повече и води до превключване на колекторния възел в отворено състояние. В същото време токът се увеличава във всички области на полупроводника, което води до спад на напрежението между катода и анода, показан на графиката по-горе като сегмент, маркиран с числото три. В този момент динисторът има отрицателно диференциално съпротивление. На съпротива R nнапрежението се повишава и полупроводникът се превключва.
След отваряне на колекторния преход I–V характеристиката на динистора става същата като на правия клон - сегмент № 4. След превключване на полупроводниковото устройство напрежението пада до ниво от един волт. В бъдеще повишаването на нивото на напрежение или намаляването на съпротивлението ще доведе до увеличаване на изходния ток, едно към едно, както и работата на диода, когато е директно включен. Ако нивото на захранващото напрежение се намали, високото съпротивление на колекторния възел се възстановява почти мигновено, динисторът се затваря, токът рязко пада.
Включително напрежение U на, може да се регулира чрез въвеждане във всеки от междинните слоеве, до колекторния преход, второстепенни носители на заряд за него.
За целта е създаден специален контролен електрод, захранван от допълнителен източник, от което следва управляващо напрежение – U контрол. Както ясно се вижда от графиката, с увеличаване на U контрола напрежението на включване намалява.
Основни характеристики на тиристоритеU нанапрежение на включване - при него тиристорът преминава в отворено състояние
Uo6p.макс- импулсно повтарящо се обратно напрежение, по време на което електрическо разбивка p-nпреход. За много тиристори изразът ще бъде верен U o6p.max . = U включено
Imax- максимално допустимата стойност на тока
I Wed- средна стойност на тока за периода U np- директно падане на напрежението при отворен тиристор
Io6p.макс- обратен максимален ток, който започва да тече при прилагане Uo6p.макс, поради движението на второстепенни носители на заряд
аз държаток на задържане - стойността на анодния ток, при който тиристорът е заключен
Pmax- максимална мощност на разсейване
t изключено- време за изключване, необходимо за изключване на тиристора
Заключващи се тиристори- има класическа четирислойна п-н-п-нструктура, но в същото време има редица конструктивни характеристики, които осигуряват такава функционалност като пълна управляемост. Благодарение на това действие от управляващия електрод, заключващите се тиристори могат да преминат не само в отворено състояние от затворено, но и от отворено в затворено. За да направите това, към управляващия електрод се прилага напрежение, противоположно на това, което тиристорът отваря преди това. За блокиране на тиристора на управляващия електрод следва мощен, но кратък по продължителност импулс с отрицателен ток. При използване на заключващи се тиристори трябва да се помни, че техните гранични стойности са с 30% по-ниски от тези на конвенционалните. В схемотехниката заключващите се тиристори се използват активно като електронни превключватели в преобразувателна и импулсна технология.
За разлика от техните четирислойни роднини - тиристори, те имат петслойна структура.
Благодарение на тази полупроводникова структура те могат да пропускат ток в двете посоки - както от катода към анода, така и от анода към катода, като напрежението на двете полярности се прилага към управляващия електрод. Благодарение на това свойство характеристиката ток-напрежение на триака има симетрична форма в двете координатни оси. Можете да научите за работата на триака от видео урока на връзката по-долу.
Принципът на работа на триака
Ако стандартният тиристор има анод и катод, тогава триак електродите не могат да бъдат описани по този начин, тъй като всеки ъглов електрод е и анод, и катод едновременно. Следователно триакът може да пропуска ток и в двете посоки. Ето защо работи чудесно във вериги променлив ток.
Много проста схема, обясняваща принципа на триак, е регулатор на мощността на триак.
След подаване на напрежение към един от изходите на триака се подава променливо напрежение. Към електрода, който управлява диодния мост, се подава отрицателно управляващо напрежение. Когато прагът на включване бъде превишен, триакът се отключва и токът преминава към свързания товар. В момента, когато полярността на напрежението се промени на входа на триака, той е заключен. След това алгоритъмът се повтаря.
Колкото по-високо е нивото на управляващото напрежение, толкова по-бързо се задейства триакът и продължителността на импулса при натоварване се увеличава. С намаляване на нивото на управляващото напрежение, продължителността на импулсите върху товара също намалява. На изхода на триак регулатора напрежението ще бъде трион с регулируема продължителност на импулса. По този начин, чрез регулиране на управляващото напрежение, можем да променим яркостта на крушка с нажежаема жичка или температурата на накрайника на поялника, свързан като товар.
Така триакът се управлява както от отрицателно, така и от положително напрежение. Нека подчертаем неговите плюсове и минуси.
Плюсове: ниска цена, дълъг експлоатационен живот, без контакти и в резултат на това без искри и бърборене.
Минуси: доста чувствителен към прегряване и обикновено се монтира на радиатор. Не работи при високи честоти, тъй като няма време да превключи от отворен към затворен. Реагира на външна намеса, която предизвиква фалшиви аларми.
Трябва да се спомене и за характеристиките на монтажа на триаци в съвременната електронна технология.
При ниски натоварвания или ако в него протичат къси съединения импулсни токове, инсталирането на триаци може да се извърши без радиатор. Във всички останали случаи присъствието му е задължително.
Тиристорът може да бъде фиксиран към радиатора с монтажна скоба или винт
За да се намали възможността от фалшиви аларми поради шум, дължината на проводниците трябва да бъде сведена до минимум. Препоръчително е да използвате екраниран кабел или усукана двойка за свързване.
Или оптотиристори, специализирани полупроводници, дизайнерска характеристикакоето е наличието на фотоклетка, което е управляващият електрод.
Модерен и обещаващ тип триак е оптозимисторът. Вместо управляващ електрод в корпуса има светодиод и управлението се осъществява чрез промяна на захранващото напрежение на светодиода. При удар светлинен потокфотоклетка с обратно захранване превключва тиристора в отворено положение. повечето Главна функцияв оптозимистора е, че има пълна галванична изолация между управляващата верига и силовата верига. Това създава просто отлично ниво и надеждност на дизайна.
Клавиши за захранване. Една от основните точки, засягащи търсенето на такива вериги, е ниската мощност, която тиристорът може да разсее в превключващите вериги. В заключено състояние мощността практически не се консумира, тъй като токът е близо до нулеви стойности. А в отворено състояние разсейването на мощността е ниско поради ниските стойности на напрежението.
Прагови устройства- те реализират основното свойство на тиристорите - да се отварят, когато напрежението достигне желаното ниво. Това се използва във фазовите контролери на мощността и релаксиращите осцилатори.
За прекъсване и включване-изключванесе използват тиристори. Вярно е, че в този случай схемите се нуждаят от известно усъвършенстване.
Експериментални устройства- използват свойството на тиристора да има отрицателно съпротивление, намирайки се в преходен режим
Принципът на работа и свойствата на динистора, схеми на динистори |
Динисторът е вид полупроводников диод, принадлежащ към класа на тиристорите. Динисторът се състои от четири области с различна проводимост и има три p-n прехода. В електрониката той намери доста ограничена употреба, като ходенето може да се намери в дизайна енергоспестяващи лампипод база E14 и E27, където се използва в стартови вериги. Освен това се среща в баласти на флуоресцентни лампи.
Създаването на полупроводникови устройства за силова електроника започва през 1953 г., когато става възможно получаването на силиций с висока чистота и формирането на силициеви дискове. големи размери. През 1955 г. за първи път е създадено полупроводниково управлявано устройство, което има четирислойна структура и е наречено "тиристор".
Той се включва чрез прилагане на импулс към управляващия електрод при положително напрежение между анода и катода. Изключването на тиристора се осигурява чрез намаляване на постоянния ток, протичащ през него, до нула, за което са разработени много схеми на индуктивно-капацитивни превключващи вериги. Те не само увеличават цената на преобразувателя, но и влошават теглото и размерите му, намаляват надеждността.
Следователно, едновременно със създаването на тиристора, започнаха изследвания, насочени към осигуряване на изключването му от управляващия електрод. Основният проблем беше да се осигури бързото разсейване на носителите на заряд в базовите области.
Първите такива тиристори се появяват през 1960 г. в САЩ. Те се наричаха Gate Turn Off (GTO). У нас те са по-известни като заключващи се или изключващи тиристори.
В средата на 90-те години е разработен заключващ се тиристор с пръстеновиден изход на управляващия електрод. Той беше наречен Gate Commutated Thyristor (GCT) и стана по-нататъчно развитие GTO технологии.
Тиристори
устройство
Заключващият се тиристор е напълно контролирано полупроводниково устройство, базирано на класическа четирислойна структура. Той се включва и изключва чрез прилагане на положителни и отрицателни токови импулси към управляващия електрод. На фиг. 1 са дадени символ(а) и блокова схема (б) на тиристора, който трябва да бъде изключен. Подобно на конвенционален тиристор, той има катод K, анод A, управляващ електрод G. Разликите в структурите на устройствата се състоят в различно разположение на хоризонтални и вертикални слоеве с n- и p-проводимост.
Структурата на катодния слой n е претърпяла най-голяма промяна. Тя е разделена на няколкостотин елементарни клетки, равномерно разпределени по площта и свързани паралелно. Този дизайн се дължи на желанието да се осигури равномерно намаляване на тока по цялата площ на полупроводниковата структура, когато устройството е изключено.
Базовият слой p, въпреки факта, че е направен като едно цяло, има голям брой контакти на управляващия електрод (приблизително равен на броя на катодните клетки), също равномерно разпределени по площта и свързани паралелно. Базовият слой n е направен подобно на съответния слой на конвенционален тиристор.
Анодният слой p има шунтове (зони n), свързващи n-базата с анодния контакт чрез малки разпределени съпротивления. Анодните шунтове се използват в тиристори, които нямат способност за обратно блокиране. Те са предназначени да намалят времето за изключване на устройството чрез подобряване на условията за извличане на заряди от базовия регион n.
Основният дизайн на тиристорите GTO е пелетен тип с четирислойна силиконова пластина, поставена през термично компенсиращи молибденови дискове между две медни основи с повишена термична и електрическа проводимост. Контролен електрод с изход в керамичен корпус контактува със силиконовата пластина. Устройството е захванато чрез контактни повърхности между две половини охладители, изолирани една от друга и имащи дизайн, определен от вида на охладителната система.
Принцип на действие
Има четири фази в работния цикъл на тиристора GTO: включено, проводящо състояние, изключено и блокиращо състояние.
На схематичен разрез на тиристорната структура (фиг. 1, b) долният извод на конструкцията е аноден. Анодът е в контакт със слой p. След това отдолу нагоре са: основен слой n, основен слой p (имащ контролен електроден проводник), слой n в пряк контакт с катодния проводник. Четири слоя образуват три p-n прехода: j1 между слоевете p и n; j2 между слоевете n и p; j3 между слоевете p и n.
Фаза 1- включване. Преходът на тиристорната структура от блокиращо състояние в проводящо състояние (включване) е възможен само когато се приложи директно напрежение между анода и катода. Преходите j1 и j3 са изместени в посока напред и не пречат на преминаването на носители на заряд. Цялото напрежение се прилага към средния преход j2, който е обратно предубеден. В близост до j2 прехода се образува зона, която е обеднена на носители на заряд, която се нарича област на пространствения заряд. За да включите тиристора GTO, напрежение с положителна полярност U G се прилага към управляващия електрод и катода през управляващата верига (изход "+" към слой p). В резултат на това токът на включване I G протича през веригата.
Затворените тиристори поставят строги изисквания към времето на нарастване dIG/dt и амплитудата на управляващия ток IGM. През прехода j3, в допълнение към тока на утечка, започва да тече токът на включване I G. Електроните, които създават този ток, ще бъдат инжектирани от слой n в слой p. Освен това, някои от тях ще бъдат прехвърлени от електрическото поле на базовия преход j2 към слой n.
Едновременно с това ще се увеличи насрещното инжектиране на дупки от слой p в слой n и по-нататък в слой p, т.е. ще има увеличение на тока, създаден от миноритарни носители на заряд.
Общият ток, преминаващ през базовия преход j2, надвишава тока на включване, тиристорът се отваря, след което носителите на заряд ще преминат свободно през всичките му четири области.
Фаза 2- проводящо състояние. В режим на постоянен ток няма нужда от управляващ ток I G, ако токът в анодната верига надвишава задържания ток. Но на практика, за да могат всички структури на изключен тиристор да бъдат постоянно в проводящо състояние, все пак е необходимо да се поддържа предвиденият ток за даден температурен режим. Така през цялото време на включване и състояние на провеждане системата за управление генерира токов импулс с положителна полярност.
В проводящо състояние всички области на полупроводниковата структура осигуряват равномерно движение на носители на заряд (електрони от катода към анода, дупки - в обратна посока). Анодният ток протича през преходите j1, j2, а общият ток на анода и управляващия електрод протича през прехода j3.
Фаза 3- изключвам. За да изключите тиристора GTO с постоянна полярност на напрежението U T (вижте фиг. 3), към управляващия електрод и катода през управляващата верига се прилага напрежение с отрицателна полярност UGR. Той предизвиква ток на изключване, чийто поток води до резорбция на основните носители на заряд (дупки) в основния слой p. С други думи, има рекомбинация на дупки, които са влезли в слой p от основния слой n и електрони, които са влезли в същия слой през контролния електрод.
Тъй като базовият преход j2 се освобождава от тях, тиристорът започва да се изключва. Този процес се характеризира с рязко намаляване на предния ток I T на тиристора за кратък период от време до малка стойност I TQT (виж фиг. 2). Веднага след блокирането на базовия преход j2, преходът j3 започва да се затваря, но поради енергията, съхранена в индуктивността на управляващите вериги, той остава в отворено състояние за известно време.
Ориз. 2. Графики на промяната на тока на анода (iT) и управляващия електрод (iG)
След като цялата енергия, съхранена в индуктивността на управляващата верига, се изразходва, j3 преходът от страната на катода е напълно блокиран. От този момент нататък токът през тиристора е равен на тока на утечка, който протича от анода към катода през веригата на управляващия електрод.
Процесът на рекомбинация и, следователно, изключване на затворения тиристор до голяма степен зависи от стръмността на предния dIGQ/dt и амплитудата I GQ на обратния управляващ ток. За да се осигури необходимата стръмност и амплитуда на този ток, към управляващия електрод трябва да се приложи напрежение UG, което не трябва да надвишава допустимата стойност за прехода j3.
Фаза 4- блокиращо състояние.В режим на блокирано състояние напрежението с отрицателна полярност U GR от управляващия блок остава приложено към управляващия електрод и катод. Общият ток I GR протича през управляващата верига, състояща се от тока на утечка на тиристора и обратния управляващ ток, преминаващ през прехода j3. Преходът j3 се измества в обратна посока. По този начин, в тиристора GTO, който е в състояние на директно блокиране, две кръстовища (j2 и j3) са обратно предубедени и се образуват две области с пространствен заряд.
През цялото време на изключване и блокиращо състояние системата за управление генерира импулс с отрицателна полярност.
Защитни вериги
Използването на тиристори GTO изисква използването на специални защитни вериги. Те увеличават теглото и размерите, цената на конвертора, понякога изискват допълнителни охлаждащи устройства, но са необходими за нормално функциониранеуреди.
Целта на всяка защитна верига е да ограничи скоростта на нарастване на един от двата параметъра електрическа енергияпри превключване на полупроводниково устройство. В този случай кондензаторите на защитната верига CB (фиг. 3) са свързани паралелно на защитеното устройство T. Те ограничават скоростта на нарастване на напрежението dUT/dt, когато тиристорът е изключен.
Индукторите LE са инсталирани последователно с устройството T. Те ограничават скоростта на нарастване на тока напред dIT / dt, когато тиристорът е включен. Стойностите на dUT/dt и dIT/dt за всяко устройство са нормализирани, те са посочени в справочници и паспортни данни за устройства.
Ориз. 3. Схема на защитата
В допълнение към кондензаторите и дроселите, в защитните вериги се използват допълнителни елементи, за да се осигури разреждането и зареждането на реактивните елементи. Те включват: диод DВ, който шунтира резистора RB, когато тиристорът T е изключен и кондензаторът CB е зареден, резисторът RB, който ограничава тока на разреждане на кондензатора CB, когато тиристорът T е включен.
Контролна система
Системата за управление (CS) съдържа следното функционални блокове: разрешаваща верига, състояща се от верига за генериране на отключващ импулс и източник на сигнал за поддържане на тиристора в отворено състояние; верига за генериране на блокиращ сигнал; верига за поддържане на тиристора затворен.
Не всички видове системи за управление се нуждаят от всички изброени блокове, но всяка система за управление трябва да съдържа веригите за генериране на импулси за отключване и заключване. В този случай е необходимо да се осигури галванична изолация на управляващата верига и силовата верига на изключващия се тиристор.
За управление на работата на тиристора, който трябва да бъде изключен, се използват две основни системи за управление, които се различават по методите за подаване на сигнал към управляващия електрод. В случая, показан на фиг. 4, сигналите, генерирани от логическия блок St, се подлагат на галванична изолация (разделяне на потенциалите), след което се подават през ключовете SE и SA към управляващия електрод на тиристора T, за да се изключи.Във втория случай, сигналите първо действат върху ключовете SE (вкл.) и SA (изкл.), които са под същия потенциал като SU, след което чрез устройствата за галванична изолация UE и UA се подават към управляващия електрод.
В зависимост от местоположението на ключовете SE и SA се разграничават нископотенциални (NPSU) и високопотенциални (VPSU, фиг. 4) схеми за управление.
Ориз. 4. Опция за контролна верига
Системата за управление NPCS е структурно по-проста от VPSU, но нейните възможности са ограничени по отношение на генерирането на дълготрайни управляващи сигнали, работещи в режим на протичане през тиристора с постоянен ток, както и при осигуряване на стръмността на управляващите импулси. За формирането на дълготрайни сигнали е необходимо да се използват по-скъпи двутактни схеми.
В VPSU по-лесно се постига висока стръмност и увеличена продължителност на управляващия сигнал. В допълнение, тук контролният сигнал се използва изцяло, докато в NPSU неговата стойност е ограничена от потенциално разделящо устройство (например импулсен трансформатор).
Информационен сигнал - команда за включване или изключване - обикновено се подава към веригата чрез оптоелектронен преобразувател.
Тиристори
В средата на 90-те се развиват ABB и Mitsubishi новият видтиристори Gate Commutated Thyristor (GCT). Всъщност GCT е по-нататъшно подобрение на GTO или неговата модернизация. Въпреки това, фундаментално нов дизайнконтролен електрод, както и забележимо различни процеси, които се случват, когато устройството е изключено, го правят целесъобразно да го разгледаме.
GCT е проектиран да бъде лишен от недостатъците на GTO, така че първо трябва да разгледаме проблемите, които възникват при използването на GTO.
Основен недостатък на GTO са големите загуби на енергия в защитните вериги на устройството при неговото превключване. Увеличаването на честотата увеличава загубите, следователно на практика тиристорите GTO се превключват при честота не повече от 250-300 Hz. Основните загуби възникват в резистора RB (виж фиг. 3), когато тиристорът T е изключен и следователно кондензаторът CB се разрежда.
Кондензаторът CB е проектиран да ограничава скоростта на нарастване на напрежението du/dt в права посока, когато устройството е изключено. Като направи тиристора нечувствителен към ефекта du / dt, беше възможно да се изостави демпферната верига (веригата за формиране на пътя на превключване), която беше внедрена в дизайна на GCT.
Функция за управление и дизайн
Основната характеристика на тиристорите GCT, в сравнение с устройствата GTO, е бързото изключване, което се постига както чрез промяна на принципа на управление, така и чрез подобряване на дизайна на устройството. Бързото изключване се осъществява чрез превръщане на тиристорната структура в транзисторна, когато устройството е изключено, което прави устройството нечувствително към du / dt ефекта.
GCT във фазите на включване, проводимост и блокиране се управлява по същия начин като GTO. Когато е изключен, GCT контролът има две функции:
- контролният ток Ig е равен или по-голям от анодния ток Ia (за GTO тиристорите Ig е 3 до 5 пъти по-малък);
- управляващият електрод има ниска индуктивност, което прави възможно постигането на управляващ ток dig/dt скорост от 3000 A/µs или повече (за GTO тиристори стойността на dig/dt е 30-40 A/µs).
Ориз. Фиг. 5. Разпределение на токовете в структурата на тиристора GCT при изключване
На фиг. 5 показва разпределението на токовете в структурата на тиристора GCT, когато устройството е изключено. Както беше посочено, процесът на включване е подобен на включване на тиристорите GTO. Процесът на изключване е различен. След прилагане на отрицателен контролен импулс (-Ig), равен по амплитуда на анодния ток (Ia), целият постоянен ток, преминаващ през устройството, се отклонява в системата за управление и достига до катода, заобикаляйки прехода j3 (между регионите p и n ). Преходът j3 е изместен в обратна посока, а катодът npn транзисторзатваря. По-нататъшното изключване на GCT е подобно на изключването на който и да е биполярен транзистор, който не изисква външен dv/dt ограничител на скоростта на нарастване на напрежението и следователно позволява липсата на демпферна верига.
Промяната в дизайна на GCT се дължи на факта, че динамичните процеси, които се случват в устройството, когато е изключено, протичат с един или два порядъка по-бързо, отколкото в GTO. И така, докато минималното време за изключване и блокиране за GTO е 100 µs, за GCT тази стойност не надвишава 10 µs. Скоростта на нарастване на управляващия ток при изключен GCT е 3000 A/µs, GTO не надвишава 40 A/µs.
За да осигурим висока динамика на процесите на превключване, променихме дизайна на изхода на управляващия електрод и връзката на устройството с импулсния формовчик на системата за управление. Изходът е направен пръстеновиден, обграждащ устройството около обиколката. Пръстенът преминава през керамичното тяло на тиристора и контактува: отвътре с клетките на управляващия електрод; отвън - с плоча, свързваща управляващия електрод с формовчика на импулса.
Сега тиристори GTO се произвеждат от няколко големи компании в Япония и Европа: "Toshiba", "Hitachi", "Mitsubishi", "ABB", "Eupec". Параметри на напрежението на устройството UDRM: 2500 V, 4500 V, 6000 V; ток ITGQM (максимален повтарящ се ток на изключване): 1000 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A, 4000 A, 6000 A.
Тиристорите GCT се произвеждат от Mitsubishi и ABB. Устройствата са предназначени за UDRM напрежение до 4500 V и ITGQM ток до 4000 A.
В момента тиристорите GCT и GTO са усвоени в руското предприятие OAO Elektrovypryamitel (Саранск). ) и други с диаметър на силиконова пластина до 125 mm и диапазон на напрежение UDRM 1200 - 6000 V и токове ITGQM 630 - 4000 A.
Паралелно със заключващите се тиристори и за използване в комбинация с тях, АД "Електровипрямител" разработи и усвои в масово производство бързовъзстановяващи се диоди за демпферни (демпферни) вериги и диоди за обратен ток, както и мощен импулсен транзистор за изходните етапи на управляващият драйвер (система за управление).
Тиристори IGCT
Благодарение на концепцията за твърд контрол (фина настройка на легиращите профили, меза технология, протонно и електронно облъчване за създаване на специално разпределение на контролирани рекомбинационни центрове, технологията на така наречените прозрачни или тънки излъчватели, използването на буферен слой в n-базов регион и т.н.), беше възможно да се постигне значително подобрение в характеристиките на GTO, когато е изключен. Следващият голям напредък в технологията Hard Driven GTO (HD GTO) по отношение на устройството, управлението и приложението беше идеята за управлявани устройства, базирани на новия интегриран тиристор с комутация на врата (IGCT). Благодарение на технологията за твърд контрол, равномерното превключване увеличава зоната на безопасна работа на IGCT до границите, ограничени от лавина, т.е. към физическите възможности на силиция. Не са необходими схеми за защита du/dt. Комбинацията с подобрена производителност при загуба на мощност отвори нови приложения в килохерцовия диапазон. Мощността, необходима за задвижване, е намалена с коефициент 5 в сравнение със стандартните GTO, главно поради прозрачния дизайн на анода. Нова фамилия IGCT инструменти с монолитна интегрирана висока мощни диодие разработен за използване в диапазон 0,5- 6 MV*A. Със съществуващата техническа възможност за последователно и паралелна връзка IGCT устройствата ви позволяват да увеличите нивото на мощност до няколкостотин мегаволта - ампера.
С интегриран контролен блок катодният ток се намалява преди анодното напрежение да започне да се увеличава. Това се постига благодарение на много ниската индуктивност на веригата на затвора, реализирана чрез коаксиалното свързване на електрода на затвора в комбинация с многослойна платка на контролния блок. В резултат на това стана възможно да се постигне стойност на скоростта на изключен ток от 4 kA/μs. При управляващо напрежение UGK=20 V. когато катодният ток стане нула, останалият аноден ток преминава в управляващия блок, който в този момент има ниско съпротивление. Благодарение на това консумацията на енергия от управляващия блок е сведена до минимум.
Работейки с "твърдо" управление, тиристорът превключва от p-n-p-n състоянияв pnp режимза 1 µs. Изключването се извършва изцяло в транзисторен режим, елиминирайки всякаква възможност за задействащ ефект.
Намаляването на дебелината на устройството се постига чрез използване на буферен слой от страната на анода. Буферният слой на силовите полупроводници подобрява производителността на традиционните елементи, като намалява дебелината им с 30% при същото напрежение на пробив. Основното предимство на тънките елементи е подобряването на технологичните характеристики с ниски статични и динамични загуби. Такъв буферен слой в четирислойно устройство изисква елиминиране на анодните къси съединения, като същевременно се поддържа ефективно освобождаване на електрони по време на изключване. Новият IGCT съчетава буферен слой с прозрачен аноден емитер. Прозрачният анод е p-n преход с токово контролирана емитерна ефективност.
За максимална устойчивост на шум и компактност контролният блок обгражда IGCT, образувайки една структура с охладителя, и съдържа само тази част от веригата, която е необходима за директно управление на IGCT. В резултат на това се намалява броят на елементите на управляващия блок, намаляват параметрите на разсейване на топлината, електрическите и топлинните претоварвания. Следователно, цената на контролния блок и честотата на отказ също са значително намалени. IGCT, със своята интегрирана контролна кутия, се захваща лесно и прецизно към модула и се свързва към източника на захранване и управляващ сигнал чрез оптично влакно. Чрез просто отваряне на пружината, благодарение на сложна контактна система за натиск, правилната сила на натиск се прилага към IGCT, създавайки електрически и термичен контакт. Така се постига максимално лесно сглобяване и най-голяма надеждност. Когато работите с IGCT без демпфер, свободното колело също трябва да работи без демпфер. Тези изисквания са изпълнени от високомощен, високоефективен диод за пресоване, произведен с помощта на процес на облъчване, комбиниран с класически процеси. Възможността за осигуряване на di / dt се определя от работата на диода (виж фиг. 6).
Ориз. 6. Опростена схема на трифазен инвертор на IGCT
Основен производител на IGCTs е ABB Параметри на тиристорното напрежение U DRM: 4500 V, 6000 V; ток ITGQM: 3000 A, 4000 A.
Заключение
Бързото развитие в началото на 90-те години на технологията на силовите транзистори доведе до появата на нов клас устройства - биполярни транзистори с изолиран порт (IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistors). Основните предимства на IGBT са високите работни честоти, ефективността, простотата и компактността на управляващите вериги (поради ниския управляващ ток).
Появата през последните години на IGBT с работно напрежение до 4500 V и възможност за превключване на токове до 1800 A доведе до изместването на изключващите тиристори (GTO) в устройства с мощност до 1 MW и напрежение до 3,5 kV.
Въпреки това, новите IGCT устройства, способни да работят при честоти на превключване от 500 Hz до 2 kHz и имат по-висока производителност от IGBT транзисторите, комбинират оптималната комбинация от доказани тиристорни технологии с присъщите им ниски загуби и високоефективна технология за изключване без демпфер чрез въздействие върху управляващия електрод. IGCT днес е идеалното решение за приложения в силова електроника със средно и високо напрежение.
Характеристиките на съвременните мощни захранващи превключватели с двустранен радиатор са дадени в таблица. един.
Таблица 1. Характеристики на съвременни мощни превключватели с двустранен радиатор
| Тип инструмент | Предимства | недостатъци | Области на използване |
| Традиционен тиристор (SCR) | Най-ниска загуба в състояние. Най-висок капацитет на претоварване. Висока надеждност. Лесен за свързване паралелно и последователно. | Няма възможност за принудително заключване на управляващия електрод. Ниска работна честота. | Задвижващо устройство постоянен ток; мощни захранвания; заваряване; топене и нагряване; статични компенсатори; AC ключове |
| GTO | Възможност за контрол на заключването. Относително висока способност за претоварване. Възможност серийна връзка. Работни честоти до 250 Hz при напрежение до 4 kV. | Високи загуби на състояние. Много големи загуби в системата за управление. Сложни системи за управление и енергийно захранване на потенциала. Големи загуби при превключване. | Електрическо задвижване; статични компенсатори реактивна мощност; системи непрекъсваемо захранване;индукционно нагряване |
| IGCT | Възможност за контрол на заключването. Капацитетът на претоварване е същият като на GTO. Ниски загуби при превключване. Работна честота - до единици, kHz. Вграден блок за управление (драйвер). Възможност за серийно свързване. | Не е идентифициран поради липса на експлоатационен опит | Мощни източници на енергия (инверторни и токоизправителни подстанции на електропроводи за постоянен ток); електрозадвижване (инвертори на напрежение за честотни преобразуватели и електрозадвижвания за различни цели) |
| IGBT | Възможност за контрол на заключването. Най-високата работна честота (до 10 kHz). Проста, енергоемка система за управление. Вграден драйвер. | Много високи загуби на състояние. | Електрическо задвижване (чопъри); системи за непрекъсваемо захранване; статични компенсатори и активни филтри; ключови захранвания |
♠ Тиристорната система за управление във вериги с променлив ток и пулсиращ ток използва безкрайна поредица от управляващи импулси, синхронизирани с мрежата, и извършва фазово изместване на фронтовете на управляващите импулси спрямо мрежовото напрежение, преминаващо през нулата.
Управляващият импулс, генериран от специално устройство, се подава към кръстовището на управляващия електрод - катода на тиристора, който свързва електрическа мрежав товара.
Нека анализираме работата на такава система, използвайки примера на температурен регулатор за върха на електрически поялник с мощност до 100 вата и 220 волта
. Диаграмата на това устройство е показана в снимка 1.
♠ AC електрически регулатор на температурата на поялника 220
волт, се състои от диоден мост на KTS405A, тиристор KU202N, ценеров диод, възел за формиране на управляващи импулси.
С помощта на моста променливото напрежение се преобразува в пулсиращо напрежение (Umax = 310 V)положителна полярност (точка T1).
Формировъчното звено се състои от:
- ценеров диод, образува трапецовидно напрежение за всеки полупериод (точка T2);
- временна зарядно-разрядна верига R2, R3, C;
- аналог на динистор Tr1, Tr2.
С резистор R4импулсното напрежение се премахва, за да стартира тиристора (точка 4).
На класациите (снимка 2)показва процеса на образуване на напрежение в точки Т1 - Т5когато се промени променлив резисторR2от нула до максимум.
Чрез резистор R1към ценеровия диод се подава пулсиращо мрежово напрежение KS510.
На ценеровия диод се формира трапецовидно напрежение от 10 волта (точка T2). Той определя началото и края на регулиращия участък.
♠ Опции за времева верига (R2, R3, C)се избират така, че по време на един полупериод кондензаторът ОТбеше напълно заредена.
С началото на прехода на мрежовото напрежение Ucпрез нула, с появата на трапецовидно напрежение, напрежението в кондензатора започва да расте ОТ. При достигане на напрежението върху кондензатора Великобритания \u003d 10 волта, пробива аналог на тиристор (Tr1, Tr2). Кондензатор ОТчрез аналог се разрежда към резистор R4и, включен успоредно на него, преходът Уе - Ктиристор (точка T3)и включва тиристора.
Тиристор KU202преминава главния ток на натоварване през веригата: мрежа - KTS405 - поялник спирала - анод - тиристор катод - KTS405 - предпазител - мрежа.
Резистори R5-R6служат за стабилна работа на устройството.
♠ Стартирането на контролния възел се синхронизира автоматично с напрежението Ucмрежи.
Ценеровият диод може да бъде D814V,G,D. или KS510, KS210за напрежение 9-12 волта.
Променлив резистор R2 - 47 - 56 Коммощност не по-малко от 0,5 вата.
Кондензатор C - 0,15 - 0,22 uF, няма повече.
Резистор R1- желателно е да наберете от три резистора от 8.2 Ком, два вата, за да не загрява много.
транзистори Tr1, Tr2 – двойки KT814A, KT815A; KT503A, KT502Aи т.н.
♠ Ако регулираната мощност не превишава 100 вата, можете да използвате тиристор без радиатор. Ако мощността на товара повече от 100 ватаизисква се радиатор 10 - 20 кв.см.
♠ При този импулсно-фазов метод задействащият импулс за тиристора се генерира в рамките на целия полупериод.
Тези. мощността се регулира почти от нула до 100%, докато се регулира фазовият ъгъл от a=0 до a=180степени.
В класациите в точка номер 5показва формите на напрежение върху товара при селективни фазови ъгли: a = 160, a = 116, a = 85, a = 18степени.
Със стойност а = 160 градуса, тиристорът е затворен почти по време на преминаването на полупериода мрежово напрежение(Мощността на натоварване е много ниска).
Със стойност а = 18 градуса, тиристорът е отворен за почти цялата продължителност на полупериода (мощността в товара е почти 100%
).
В класациите в точка номер 4по време на отварянето на тиристора, заедно с появата на задействащ импулс, се добавя спад на напрежението в отворения тиристор ( нагорена графиката в точка номер 4).
Всички показани графики на напреженията в точки Т1 - Т5, спрямо точката Т6може да се види на осцилоскоп.
Тиристор в AC верига. фазов метод.
♦ Известно е, че електричествов битова и индустриална мрежа се променя по синусоидален закон. Формата на честотата на променлив електрически ток 50 херца, представен на снимка 1 а).
За един период, цикъл, напрежението променя стойността си: 0 → (+Umax) → 0 → (-Umax) → 0
.
Ако си представим най-простия генератор на променлив ток (фиг. 1b)с една двойка полюси, където получаването на синусоидален променлив ток определя въртенето на рамката на ротора в един оборот, тогава всяка позиция на ротора в определен момент от периода съответства на определено количество изходно напрежение.
Или всяка стойност на синусоидалното напрежение за период съответства на определен ъгъл α завъртане на рамката. Фазов ъгъл α , това е ъгълът, който определя стойността на периодично променяща се величина в даден момент.
В момента на фазовия ъгъл:
- α = 0° волтаж U=0;
- α = 90°волтаж U = +Umax;
- α=180°волтаж U=0;
- α = 270°волтаж U = - Umax;
- α = 360°волтаж U = 0.
♦ Регулирането на напрежението с тиристор в AC вериги просто използва тези характеристики на синусоидален променлив ток.
Както бе споменато по-рано в статията "": тиристорът е полупроводниково устройство, което работи според закона на контролиран електрически вентил. Има две стабилни състояния. Може да бъде проводим при определени условия (отворен)и непроводимо състояние (затворен).
♦ Тиристорът има катод, анод и управляващ електрод. С помощта на управляващия електрод можете да промените електрическото състояние на тиристора, т.е. да промените електрическите параметри на вентила.
Тиристорът може да пропуска електрически ток само в една посока - от анода към катода (триакът пропуска ток в двете посоки).
Следователно, за да работи тиристорът, променливият ток трябва да бъде преобразуван (коригиран с помощта на диоден мост) в пулсиращо напрежение с положителна полярност с напрежение, преминаващо през нулата, както в Фиг. 2.
♦ Начинът за управление на тиристора е да се гарантира, че в момента T(по време на половин цикъл Нас) през прехода Уе - К, е преминал комутационния ток Йонтиристор.
От този момент нататък основният ток катод-анод протича през тиристора до следващия полупериод на преминаване през нула, когато тиристорът се затваря.
Пусков ток Йонтиристор може да се получи по различни начини.
1. Поради тока, протичащ през: + U - R1 - R2 - Ue - K - -U (в диаграмата, фиг. 3)
.
2. От отделен възел за формиране на управляващи импулси и подаването им между управляващия електрод и катода.
♦ В първия случай токът на затвора протича през прехода Ue - K,постепенно се увеличава (увеличава се с напрежение Нас), докато достигне стойността Йон. Тиристорът ще се отвори.
фазов метод.
♦ Във втория случай, генериран в специално устройство, кратък импулс в точното време се прилага към прехода Уе - К, от който се отваря тиристорът.
Този тип тиристорно управление се нарича импулсно-фазов метод
.
И в двата случая токът, който управлява включването на тиристора, трябва да бъде синхронизиран с началото на прехода на мрежовото напрежение Uc през нула.
Действието на управляващия електрод се свежда до контролиране на момента на включване на тиристора.
Фазов метод на тиристорно управление.
♦ Нека опитаме с прост пример за тиристорен димер (диаграма на фиг.3), за да разглобите характеристиките на работата на тиристора във веригата за променлив ток.
След токоизправителния мост напрежението е пулсиращо напрежение, променящо се във формата:
0 → (+Umax) → 0 → (+Umax) → 0, както на фиг. 2
♦ Стартът на тиристорното управление е както следва.
С увеличаване на мрежовото напрежение Нас, от момента, в който напрежението премине през нула, се появява управляващ ток във веригата на управляващия електрод АЗпо веригата:
+ U - R1 - R2 - Ue - K - -U.
С нарастващо напрежение Насувеличава и контролния ток АЗ(контролен електрод - катод).
Когато токът на управляващия електрод достигне стойността Йон, тиристорът се включва (отваря) и затваря точките +U и -Uна диаграмата.
Спадът на напрежението върху отворен тиристор (анод - катод) е 1,5 – 2,0
волт. Токът на затвора ще падне почти до нула и тиристорът ще остане проводим до напрежението Насмрежата няма да падне до нула.
С действието на нов полупериод на мрежовото напрежение всичко ще се повтори отначало.
♦ Във веригата тече само товарният ток, т.е. токът през електрическата крушка L1 по веригата:
Us - предпазител - диоден мост - анод - тиристор катод - диоден мост - крушка L1 - Us.
Електрическата крушка ще запали сес всеки полупериод на мрежовото напрежение и изгасват, когато напрежението премине през нула.
Нека направим малко изчисление за пример фиг.3. Използваме данните на елементите, както е на диаграмата.
Според ръководството за тиристора KU202Nсъздаване на ток Йон = 100 mA. В действителност е много по-малък и е 10 - 20 mA,в зависимост от инстанцията.
Вземете например Йон = 10 mA
.
Контролът на момента на включване (регулиране на яркостта) става чрез промяна на стойността на променливото съпротивление на резистора R1. За различни стойности на резистора R1, ще има различни пробивни напрежения на тиристора. В този случай моментът на включване на тиристора ще варира в рамките на:
1. R1 = 0, R2 = 2,0 Ком. Uon \u003d Йон x (R1 + R2) \u003d 10 x (0 + 2 \u003d 20 волта.
2. R1 = 14,0 kΩ, R2 = 2,0 kΩ Uon \u003d Йон x (R1 + R2) \u003d 10 x (13 + 2) \u003d 150 волта.
3. R1 = 19,0 Kom, R2 = 2,0 Kom. Uon \u003d Йон x (R1 + R2) \u003d 10 x (18 + 2) \u003d 200 волта.
4. R1 = 29,0 Kom, R2 = 2,0 Kom. Uon \u003d Йон x (R1 + R2) \u003d 10 x (28 + 2) \u003d 300 волта.
5. R1 = 30,0 Kom, R2 = 2,0 Kom. Uon \u003d Йон x (R1 + R2) \u003d 10 x (308 + 2) \u003d 310 волта.
Фазов ъгъл α
варира от a = 10, до a = 90степени.
Примерен резултат от тези изчисления е показан в ориз. четири.
♦ Защрихованата част от синусоидата съответства на мощността, разсейвана при товара.
Контрол на мощността чрез фазов метод, възможен само в тесен диапазон на ъгъл на управление от a = 10° до a = 90°.
Тоест отвътре от 90% до 50%мощност, доставена на товара.
Начало на регулирането от фазовия ъгъл а = 10градуса се обяснява с факта, че в момента на време t=0 – t=1, токът във веригата на управляващия електрод все още не е достигнал стойността Йон(Uc не достигна 20 волта).
Всички тези условия са изпълними, ако във веригата няма кондензатор ОТ.
Ако сложиш кондензатор ОТ(в диаграмата на фиг. 2), диапазонът на регулиране на напрежението (фазов ъгъл) ще се измести надясно като фиг.5.
Това се дължи на факта, че на първо време (t=0 – t=1), целият ток отива за зареждане на кондензатора ОТ, напрежението между Ue и K на тиристора е нула и той не може да се включи.
Веднага след като кондензаторът се зареди, токът ще премине през управляващия електрод - катодът, тиристорът ще се включи.
Ъгълът на регулиране зависи от капацитета на кондензатора и се измества приблизително от a = 30 до a = 120градуса (с капацитет на кондензатора 50uF). Как да проверите тиристора?
В блога си публикувах бюлетин за безплатни уроци по темата:.
В тези уроци, в популярна форма, се опитах да обясня възможно най-просто същността на работата на тиристора: как работи, как работи в DC и AC верига. Той цитира много работни вериги на тиристори и динистори.
В този урок, по искане на абонати, давам няколко примера проверка на целостта на тиристора.
Как да проверите тиристора?
Предварителната проверка на тиристора се извършва с помощта на тестер за омметър или цифров мултицет.
Превключвателят DMM трябва да е в позиция за тестване на диоди.
С помощта на омметър или мултицет се проверяват тиристорните преходи: управляващ електрод - катоди преход анод - катод.
Преходното съпротивление на тиристора, управляващ електрод - катод, трябва да бъде в рамките 50 - 500 ома.
Във всеки случай стойността на това съпротивление трябва да бъде приблизително еднаква за директни и обратни измервания. Колкото по-голяма е стойността на това съпротивление, толкова по-чувствителен е тиристорът.
С други думи, стойността на тока на управляващия електрод, при който тиристорът преминава от затворено състояние в отворено състояние, ще бъде по-малка.
За добър тиристор стойността на съпротивлението на прехода анод-катод, с директни и обратни измервания, трябва да бъде много голяма, тоест да има „безкрайна“ стойност.
Положителният резултат от тази предварителна проверка още нищо не означава.
Ако тиристорът вече е бил някъде във веригата, той може да има "изгорял" преход анод-катод. Тази неизправност на тиристора не може да се определи с мултицет.
Основният тест на тиристора трябва да се извърши с помощта на допълнителни захранвания. В този случай работата на тиристора е напълно проверена.
Тиристорът ще премине в отворено състояние, ако краткотраен токов импулс премине през прехода, катодът - управляващият електрод, достатъчен за отваряне на тиристора.
Този ток може да се получи по два начина:
1. Използвайте главното захранване и резистора R, както е показано на фигура #1.
2. Използвайте допълнителен източник на управляващо напрежение, както е показано на фигура #2.
Разгледайте веригата за изпитване на тиристора на фигура № 1.
Можете да направите малка тестова дъска, върху която да поставите проводниците, светлинния индикатор и бутоните за превключване.
Нека проверим тиристора, когато веригата се захранва от постоянен ток.
Като товарно съпротивление и визуален индикатор за работата на тиристора използваме крушка с ниска мощност за съответното напрежение.
Стойност на резистора Рсе избира така, че токът, протичащ през управляващия електрод - катод, да е достатъчен за включване на тиристора.
Контролният ток на тиристора ще премине през веригата: плюс (+) - затворен бутон Kn1 - затворен бутон Kn2 - резистор R - управляващ електрод - катод - минус (-).
Контролният ток на тиристора за KU202 според справочника е 0,1 ампера. В действителност токът на включване на тиристора е някъде между 20 - 50 милиампера и дори по-малко. Да вземем 20 милиампера, или 0,02 ампера.
Основният източник на захранване може да бъде всеки токоизправител, батерия или батериен пакет.
Напрежението може да бъде от 5 до 25 волта.
Определете съпротивлението на резистора Р.
Вземете за изчисление захранването U = 12 волта.
R \u003d U: I \u003d 12 V: 0,02 A \u003d 600 ома.
Където: U – захранващо напрежение; I е токът във веригата на управляващия електрод.
Стойността на резистора R ще бъде равна на 600 ома.
Ако напрежението на източника е например 24 волта, тогава R = 1200 ома, съответно.
Веригата на фигура 1 работи по следния начин.
В първоначалното състояние тиристорът е затворен, електрическа лампане гори. Веригата може да бъде в това състояние толкова дълго, колкото желаете. Натиснете бутона Kn2 и го освободете. Контролен токов импулс ще премине през веригата на управляващия електрод. Тиристорът ще се отвори. Лампата ще свети дори ако веригата на управляващия електрод е прекъсната.
Натиснете и отпуснете бутона Kn1. Веригата на тока на натоварване, преминаващ през тиристора, ще се скъса и тиристорът ще се затвори. Веригата ще се върне в първоначалното си състояние.
Нека проверим работата на тиристора в AC веригата.
Вместо източник постоянно напрежение U включете променливото напрежение от 12 волта от всеки трансформатор (Фигура № 2).
В първоначалното състояние лампата няма да свети.
Нека натиснете бутона Kn2. При натискане на бутона лампичката свети. При натискане на бутона изгасва.
В същото време крушката изгаря "до пода - блясък". Това е така, защото тиристорът пропуска само положителната полувълна на променливото напрежение.
Ако вместо тиристор проверим триак, например KU208, тогава електрическата крушка ще изгори при пълна топлина. Триакът пропуска и двете полувълни на променливо напрежение.
Как да тествам тиристор от отделен източник на управляващо напрежение?
Нека се върнем към първата верига за изпитване на тиристор, от източник на постоянно напрежение, но леко модифициран.
Гледаме фигура номер 3.
В тази верига токът на затвора се подава от отделен източник. Като може да се използва празна батерия. При кратко натискане на бутона Kn2 лампата ще светне по същия начин, както в случая на фигура №1. Токът на управляващия електрод трябва да бъде най-малко 15 - 20 милиампера. Тиристорът се заключва, също чрез натискане на бутона Kn1.
4. Урок номер 4 - „Тиристор във верига с променлив ток. Импулсно-фазов метод "
5. Урок номер 5 - « Тиристорен регулаторв зарядно"
Тези уроци в проста и удобна форма очертават основната информация за полупроводниковите устройства: динистори и тиристори.
Какво е динистор и тиристор, видове тиристори и техните волт-амперни характеристики, работа на динистори и тиристори в DC и AC вериги, транзисторни аналози на динистор и тиристор.
Освен това как да управлявате електроенергияпроменливотокови, фазови и импулсно-фазови методи.
Всеки теоретичен материал се потвърждава от практически примери.
Дадени са работните схеми: релаксационен генератор и неподвижен бутон, реализирани на динистор и неговия транзисторен аналог; верига за защита от късо съединение в стабилизатора на напрежението и много други.
Особено интересна за автомобилистите схема зарядно устройствоза 12 волта батерия на тиристори.
Дадени са диаграми на формата на напрежението в работни точки работещи устройствауправление на променливо напрежение с фазови и импулсно-фазови методи.
За да получите тези безплатни уроци, абонирайте се за бюлетина, попълнете формата за абонамент и щракнете върху бутона „Абониране“.
Добър вечер habr. Нека да поговорим за такова устройство като тиристор. Тиристорът е бистабилно полупроводниково устройство с три или повече взаимодействащи изправителни прехода. Функционално те могат да бъдат класифицирани като електронни ключове. Но има една особеност в тиристора, той не може да премине в затворено състояние, за разлика от конвенционалния ключ. Поради това обикновено може да се намери под името - не напълно управляван ключ.
Фигурата показва типичен изглед на тиристора. Състои се от четири редуващи се типа електрическа проводимост на полупроводникови области и има три терминала: анод, катод и контролен електрод.
Анодът е контактът с външния p-слой, катодът е с външния n-слой.
Освежете паметта на p-n преходмога .
Класификация
В зависимост от броя на изводите може да се изведе класификация на тиристорите. Всъщност всичко е много просто: тиристор с два извода се нарича динистори (съответно има само анод и катод). Тиристор с три и четири извода се нарича триод или тетрод. Има и тиристори с голям брой редуващи се полупроводникови области. Един от най-интересните е симетричен тиристор (триак), който се включва с всякаква полярност на напрежението.Принцип на действие
Обикновено тиристорът се представя като два свързани помежду си транзистора, всеки от които работи в активен режим.
Във връзка с такъв модел можем да наречем крайните области - емитер, а централното кръстовище - колектор.
За да разберете как работи тиристорът, трябва да разгледате характеристиката ток-напрежение. 
Малко положително напрежение беше приложено към анода на тиристора. Емитерните преходи са свързани в посока напред, а колекторните преходи в обратна посока. (всъщност цялото напрежение ще бъде върху него). Участъкът от нула до единица на характеристиката ток-напрежение ще бъде приблизително подобен на обратния клон на характеристиката на диода. Този режим може да се нарече - режим на затворено състояние на тиристора.
С увеличаване на анодното напрежение, основните носители се инжектират в базовата област, като по този начин се натрупват електрони и дупки, което е еквивалентно на потенциалната разлика в колекторния преход. С увеличаване на тока през тиристора, напрежението в колекторния преход ще започне да намалява. И когато намалее до определена стойност, нашият тиристор ще премине в състояние на отрицателно диференциално съпротивление (раздел 1-2 на фигурата).
След това и трите прехода ще се изместят в посока напред, като по този начин прехвърлят тиристора в отворено състояние (секция 2-3 на фигурата).
Тиристорът ще бъде в отворено състояние, докато колекторният преход е предубеден в посока напред. Ако токът на тиристора се намали, тогава в резултат на рекомбинация броят на неравновесните носители в базовите области ще намалее и колекторният преход ще се измести в обратна посока и тиристорът ще премине в затворено състояние.
Когато тиристорът се включи отново, характеристиката ток-напрежение ще бъде подобна на тази на два последователно свързани диода. Обратното напрежение ще бъде ограничено в този случай от напрежението на пробив.
Общи параметри на тиристори
1. Включително напрежение- това е минималното анодно напрежение, при което тиристорът преминава във включено състояние.2. напрежение напреде падът на напрежението в права посока при максималния аноден ток.
3. обратно напрежение- е максимумът допустимо напрежениена тиристора в затворено състояние.
4. Максимално допустим прав токе максималният отворен ток.
5. обратен ток - ток при максимално обратно напрежение.
6. Максимален токконтрол на електродите
7. Време за забавяне на включване/изключване
8. Максимално допустима мощност на разсейване
Заключение
По този начин в тиристора има положителен Обратна връзкапо ток - увеличаването на тока през един емитерен преход води до увеличаване на тока през друг емитерен преход.Тиристорът не е ключ за пълно управление. Тоест, след като премине в отворено състояние, той остава в него, дори ако спрете да изпращате сигнал към контролния преход, ако се подава ток над определена стойност, тоест ток на задържане.