L'inclusion la plus simple d'un thyristor et d'un triac. Commutateurs CA à thyristors
Pour la commutation de circuits de puissance courant alternatif on utilise principalement des thyristors. Ils sont capables de sauter courants élevés avec une faible chute de tension, ils sont allumés relativement simplement en appliquant une impulsion de commande de faible puissance à l'électrode de commande. Dans le même temps, leur principal inconvénient - la difficulté d'extinction - ne joue aucun rôle dans les circuits à courant alternatif, car le courant alternatif passe nécessairement par zéro deux fois par période, ce qui assure l'extinction automatique du thyristor.
Le schéma d'un interrupteur à thyristor monophasé est illustré à la fig. 8.7. Les impulsions de commande sont formées à partir des tensions d'anode des thyristors.
Si sur l'anode du thyristor D1 tension demi-onde positive, puis lorsque la clé est fermée Àà travers la diode DZ et résistance À l'impulsion de courant de commande du thyristor passera D1. En conséquence, le thyristor D1 s'allume, la tension d'anode tombe presque à zéro, le signal de commande disparaît, mais le thyristor reste à l'état conducteur jusqu'à la fin de l'alternance, jusqu'à ce que le courant d'anode passe par zéro. Dans l'autre demi-cycle, avec la polarité opposée de la tension secteur, le thyristor est activé de la même manière D 2. Au revoir la clé À sera fermée, les thyristors s'allumeront automatiquement un par un, assurant le passage du courant de la source à la charge.
De tels interrupteurs à thyristor sont à la base des appareils de commutation monophasés et triphasés.
À titre d'exemple, considérons un contacteur CA à thyristor commandé en tension d'anode. 
Une caractéristique des dispositifs de commutation à semi-conducteurs est qu'ils peuvent exécuter diverses fonctions sans modifications fondamentales de la section de puissance. Ainsi, le bloc de thyristors, réalisé selon le schéma de la Fig. 8.5, il peut fonctionner aussi bien comme contacteur que comme interrupteur. Seul le remplacement des thyristors (modification du type, de la classe de tension ou du groupe de l'appareil en termes de paramètres dynamiques) élargit la portée des appareils pour le courant ou la tension. Vous pouvez affecter de manière significative le fonctionnement du circuit à l'aide du système de contrôle, qui sera illustré sur l'exemple du fonctionnement d'un contacteur à thyristor (Fig. 8.8).
Le bloc de puissance du contacteur est réalisé selon le schéma avec une connexion anti-parallèle des thyristors VS1 et VS2. Il est contrôlé par un circuit composé de résistances. R1,R2,R3 et contact mécanique S. Ce circuit est connecté en parallèle avec les thyristors, donc, lorsque la clé est fermée S tension sur ses éléments, et en particulier sur les résistances R1 et R3, change de manière synchrone avec la tension d'anode sur les thyristors. Et puisque ces résistances sont connectées en parallèle aux circuits de commande des thyristors, la tension d'une polarité augmente simultanément à la fois sur l'anode du thyristor et sur son électrode de commande.
Si cette tension est positive, par exemple, par rapport au thyristor VS1, et retiré de la résistance R1 la tension dépasse la tension de déclenchement, thyristor VS1 s'allume. Lorsque la polarité de la tension est modifiée de la même manière, le thyristor est activé VS2.
Diodes VD1 et VD2 dans le circuit sont nécessaires pour protéger les circuits de commande des thyristors contre les tensions inverses avec une tension négative à leurs anodes.
résistance réglable R2 dans le circuit de commande est choisi à partir de la condition de limitation de l'amplitude de l'impulsion de courant de commande à la valeur admise pour les thyristors utilisés. Considérant que le contact S peut être fermé dans l'intervalle d'un demi-cycle à tout moment, y compris au moment où la tension du réseau atteint la valeur d'amplitude euh, la résistance de la résistance est déterminée à partir de l'expression
,
où R G - propre résistance du circuit de commande du thyristor.
En changeant la valeur de la résistance R2 il est possible de contrôler le courant dans les circuits d'entrée des thyristors et, par conséquent, le moment de leur mise sous tension par rapport au début du demi-cycle de tension (Fig. 8.9). En conséquence, le contacteur devient capable d'effectuer une autre fonction - réguler le courant dans la charge. Angle limite du retard à l'enclenchement des thyristors unmaximum, qui peut être fournie par un circuit de commande de résistance, est de 90°. Le processus de régulation du courant (tension, puissance) dans le circuit en modifiant l'angle de retard d'activation du thyristor un appelé contrôle de phase.
Dépendances du changement de tension sur charge active et le courant dedans du coin un pour le régime considéré sont déterminés par les expressions
Angle de retard à l'enclenchement minimal des thyristors avec charge active un» 2°. Cela s'explique par le fait que tous les thyristors ont un seuil de sensibilité pour le circuit de commande, et, de plus, la tension d'anode évoluant selon une loi sinusoïdale doit également dépasser la valeur de seuil , au moins deux fois.
Ces facteurs conduisent à l'apparition de pauses sans courant dans la courbe du courant de charge ( t p En figue. 8.9). Du fait de la dispersion des caractéristiques de commande des thyristors, ces pauses peuvent ne pas être de même durée, ce qui conduit à l'apparition d'une composante constante du courant de charge. 
Si nécessaire, les angles de retard à l'amorçage des thyristors sont égalisés en régulant les courants de commande en modifiant la résistance des résistances d'accord R1 et R3(Fig. 8.8).
Le principe de fonctionnement du thyristor |
Absolument n'importe quel thyristor peut être dans deux états stables - fermé ou ouvert
A l'état fermé, il est dans un état de faible conductivité et presque aucun courant ne circule, à l'état ouvert, au contraire, le semi-conducteur sera dans un état de forte conductivité, le courant le traverse pratiquement sans résistance
On peut dire que le thyristor est une clé commandée par l'alimentation électrique. Mais en fait, le signal de commande ne peut qu'ouvrir le semi-conducteur. Pour le verrouiller, il est nécessaire de remplir les conditions visant à réduire le courant direct à presque zéro.
Structurellement, le thyristor est une séquence de quatre couches p et n type formant la structure p-n-p-n et connectés en série.
L'une des zones extrêmes auxquelles le pôle de puissance positif est connecté s'appelle anode, type p
L'autre, auquel est connecté le pôle de tension négatif, s'appelle cathode, – type n
Électrode de contrôle relié aux couches internes.
Afin de comprendre le fonctionnement du thyristor, considérons plusieurs cas, le premier : la tension n'est pas appliquée à l'électrode de commande, le thyristor est connecté selon le circuit dinistor - une tension positive est fournie à l'anode et une tension négative à la cathode, voir figure.
Dans ce cas, la jonction p-n du collecteur du thyristor est à l'état fermé et l'émetteur est ouvert. Les jonctions ouvertes ont une très faible résistance, de sorte que presque toute la tension issue de l'alimentation est appliquée à la jonction du collecteur, en raison de la résistance élevée dont le courant traversant le dispositif à semi-conducteur est très faible.
Sur le graphique CVC, cet état est pertinent pour la zone marquée d'un numéro 1 .
Avec une augmentation du niveau de tension, jusqu'à un certain point, le courant du thyristor n'augmente presque pas. Mais atteindre un niveau critique conditionnel - tension d'enclenchement U sur, des facteurs apparaissent dans le dinistor auquel une forte augmentation des porteurs de charge libres commence dans la jonction du collecteur, qui s'use presque immédiatement nature des avalanches. Il en résulte un claquage électrique réversible (point 2 sur la figure représentée). À p- zone de la jonction du collecteur, une zone en excès de charges positives accumulées apparaît, dans n-région, au contraire, il y a une accumulation d'électrons. Une augmentation de la concentration de porteurs de charge libres entraîne une chute de la barrière de potentiel aux trois jonctions et l'injection de porteurs de charge commence par les jonctions d'émetteur. Le caractère d'avalanche augmente encore, et conduit à la commutation de la jonction collecteur à l'état ouvert. Dans le même temps, le courant augmente dans toutes les zones du semi-conducteur, entraînant une chute de tension entre la cathode et l'anode, illustrée dans le graphique ci-dessus par un segment marqué du chiffre trois. A ce moment, le dinistor a une résistance différentielle négative. Sur la résistance R n la tension monte et le semi-conducteur commute.
Après ouverture de la jonction du collecteur, la caractéristique I – V du dinistor devient la même que sur la branche droite - segment n ° 4. Après avoir commuté le dispositif à semi-conducteur, la tension chute au niveau d'un volt. À l'avenir, une augmentation du niveau de tension ou une diminution de la résistance entraînera une augmentation du courant de sortie, un à un, ainsi que du fonctionnement de la diode lorsqu'elle est directement allumée. Si le niveau de tension d'alimentation est réduit, la résistance élevée de la jonction du collecteur est restaurée presque instantanément, le dinistor se ferme, le courant chute fortement.
Tension d'enclenchement U sur, peut être ajusté en introduisant dans l'une quelconque des couches intermédiaires, à côté de la jonction de collecteur, des porteurs de charge mineurs pour celle-ci.
A cet effet, une spéciale électrode de commande, alimenté par une source supplémentaire, d'où découle tension de commande – Contrôle U. Comme on peut le voir clairement sur le graphique, avec une augmentation de la commande U, la tension d'activation diminue.
Principales caractéristiques des thyristorsU sur tension d'activation - le thyristor passe à l'état ouvert
Uo6p.max- tension inverse répétitive pulsée au cours de laquelle un claquage électrique se produit jonction p-n un. Pour de nombreux thyristors, l'expression sera vraie U o6p.max . = U allumé
Imax- la valeur de courant maximale admissible
je me marie- valeur moyenne du courant pour la période U np- chute de tension continue avec un thyristor ouvert
Io6p.max- inverse courant maximal fuite à l'application Uo6p.max, en raison du mouvement des porteurs de charge mineurs
je tiens courant de maintien - la valeur du courant d'anode auquel le thyristor est verrouillé
Pmax- dissipation de puissance maximale
t off- temps de coupure nécessaire pour éteindre le thyristor
Thyristors verrouillables- a un classique à quatre couches p-n-p-n structure, mais a en même temps un certain nombre de caractéristiques de conception, offrant des fonctionnalités telles qu'une contrôlabilité complète. Grâce à cette action de l'électrode de commande, les thyristors verrouillables peuvent passer non seulement de l'état ouvert à l'état fermé, mais également de l'état ouvert à l'état fermé. Pour ce faire, une tension est appliquée à l'électrode de commande, opposée à celle que le thyristor ouvre précédemment. Pour verrouiller le thyristor sur l'électrode de commande, une impulsion de courant négative puissante mais de courte durée suit. Lors de l'utilisation de thyristors verrouillables, il convient de rappeler que leurs valeurs limites sont inférieures de 30% à celles des thyristors conventionnels. Dans l'ingénierie des circuits, les thyristors verrouillables sont activement utilisés comme interrupteurs électroniques dans la technologie des convertisseurs et des impulsions.
Contrairement à leurs parents à quatre couches - les thyristors, ils ont une structure à cinq couches.
En raison de cette structure semi-conductrice, ils sont capables de faire passer le courant dans les deux sens - à la fois de la cathode à l'anode et de l'anode à la cathode, et la tension des deux polarités est appliquée à l'électrode de commande. En raison de cette propriété, la caractéristique courant-tension du triac a une forme symétrique dans les deux axes de coordonnées. Vous pouvez en savoir plus sur le fonctionnement du triac à partir du didacticiel vidéo sur le lien ci-dessous.
Le principe de fonctionnement du triac
Si un thyristor standard a une anode et une cathode, les électrodes du triac ne peuvent pas être décrites de cette manière, car chaque électrode d'angle est à la fois une anode et une cathode. Par conséquent, le triac est capable de faire passer le courant dans les deux sens. C'est pourquoi il fonctionne très bien dans les circuits AC.
Un circuit très simple expliquant le principe d'un triac est un régulateur de puissance triac.
Après application d'une tension à l'une des sorties du triac, une tension alternative est fournie. Une tension de commande négative est fournie à l'électrode qui commande le pont de diodes. Lorsque le seuil d'enclenchement est dépassé, le triac est déverrouillé et le courant circule dans la charge connectée. Au moment où la polarité de la tension change à l'entrée du triac, celui-ci est verrouillé. Ensuite, l'algorithme est répété.
Plus le niveau de tension de commande est élevé, plus le triac se déclenche rapidement et la durée d'impulsion à la charge augmente. Avec une diminution du niveau de tension de commande, la durée des impulsions sur la charge diminue également. A la sortie du régulateur triac, la tension sera en dents de scie avec une durée d'impulsion réglable. Ainsi, en ajustant la tension de commande, on peut modifier la luminosité d'une ampoule à incandescence ou la température d'une pointe de fer à souder connectée en charge.
Ainsi, le triac est contrôlé à la fois par une tension négative et positive. Soulignons ses avantages et ses inconvénients.
Avantages : faible coût, longue durée de vie, pas de contacts et, par conséquent, pas d'étincelles et de broutages.
Inconvénients : assez sensible à la surchauffe et se monte généralement sur un radiateur. Il ne fonctionne pas aux hautes fréquences, car il n'a pas le temps de passer d'ouvert à fermé. Répond aux interférences externes qui provoquent de fausses alarmes.
Il convient également de mentionner les caractéristiques de montage des triacs dans la technologie électronique moderne.
À faible charge ou si des courts-circuits y circulent courants impulsionnels, l'installation des triacs peut être réalisée sans dissipateur thermique. Dans tous les autres cas, sa présence est strictement requise.
Le thyristor peut être fixé au dissipateur thermique avec un clip de montage ou une vis
Pour réduire la possibilité de fausses alarmes dues au bruit, la longueur des fils doit être réduite au minimum. Il est recommandé d'utiliser un câble blindé ou une paire torsadée pour la connexion.
Ou les optothyristors sont des semi-conducteurs spécialisés, dont la caractéristique de conception est la présence d'une cellule photoélectrique, qui est une électrode de commande.
Un type de triac moderne et prometteur est l'optosimistor. Au lieu d'une électrode de commande, il y a une LED dans le boîtier et la commande est effectuée en modifiant la tension d'alimentation sur la LED. Sur coup flux lumineux la photocellule de rétro-alimentation commute le thyristor en position ouvert. plus fonction principale dans l'optosimistor est qu'il y a une isolation galvanique complète entre le circuit de commande et le circuit de puissance. Cela crée un niveau et une fiabilité tout simplement excellents de la conception.
Touches d'alimentation. L'un des principaux points affectant la demande de tels circuits est la faible puissance qu'un thyristor peut dissiper dans les circuits de commutation. A l'état verrouillé, l'énergie n'est pratiquement pas consommée, car le courant est proche des valeurs nulles. Et à l'état ouvert, la dissipation de puissance est faible en raison des faibles valeurs de tension.
Dispositifs de seuil- ils mettent en œuvre la propriété principale des thyristors - s'ouvrir lorsque la tension atteint le niveau souhaité. Ceci est utilisé dans les contrôleurs de puissance de phase et les oscillateurs à relaxation.
Pour interruption et marche-arrêt des thyristors sont utilisés. Certes, dans ce cas, les schémas ont besoin d'être affinés.
Dispositifs expérimentaux- ils utilisent la propriété du thyristor d'avoir une résistance négative, étant en mode transitoire
Le principe de fonctionnement et les propriétés du dinistor, circuits sur dinistors |
Un dinistor est un type de diode semi-conductrice appartenant à la classe des thyristors. Le dinistor se compose de quatre régions de conductivité différente et possède trois jonctions pn. Dans l'électronique, il a trouvé une utilisation assez limitée, en marchant on le retrouve dans les designs lampes à économie d'énergie sous culot E14 et E27, où il est utilisé dans les circuits de démarrage. De plus, on le retrouve dans les ballasts des lampes fluorescentes.
La création de dispositifs semi-conducteurs pour l'électronique de puissance a commencé en 1953, lorsqu'il est devenu possible d'obtenir du silicium de haute pureté et de former de grands disques de silicium. En 1955, un dispositif contrôlé par semi-conducteur a été créé pour la première fois, qui a une structure à quatre couches et s'appelait un "thyristor".
Il a été allumé en appliquant une impulsion à l'électrode de commande à une tension positive entre l'anode et la cathode. La désactivation du thyristor est assurée en réduisant à zéro le courant continu qui le traverse, pour lequel de nombreux schémas de circuits de commutation inductifs-capacitifs ont été développés. Ils augmentent non seulement le coût du convertisseur, mais aggravent également son poids et ses dimensions, réduisent sa fiabilité.
C'est pourquoi, parallèlement à la création du thyristor, des recherches ont commencé pour assurer son extinction par l'électrode de commande. Le principal problème était d'assurer la dissipation rapide des porteurs de charge dans les régions de base.
Les premiers thyristors de ce type sont apparus en 1960 aux États-Unis. Ils s'appelaient Gate Turn Off (GTO). Dans notre pays, ils sont mieux connus sous le nom de thyristors verrouillables ou éteints.
Au milieu des années 90, un thyristor verrouillable avec une sortie annulaire de l'électrode de commande a été développé. Il a été nommé Gate Commutated Thyristor (GCT) et est devenu la poursuite du développement Technologies GTO.
Thyristors
Dispositif
Le thyristor verrouillable est un dispositif semi-conducteur entièrement contrôlé basé sur une structure classique à quatre couches. Il est activé et désactivé en appliquant des impulsions de courant positives et négatives à l'électrode de commande. Sur la Fig. 1 sont donnés symbole(a) et le schéma synoptique (b) du thyristor à désactiver. Comme un thyristor conventionnel, il possède une cathode K, une anode A, une électrode de commande G. Les différences dans les structures des dispositifs résident dans une disposition différente des couches horizontales et verticales avec des conductivités n et p.
La structure de la couche cathodique n a subi la plus grande modification. Il est divisé en plusieurs centaines de cellules élémentaires, uniformément réparties sur le territoire et connectées en parallèle. Cette conception est provoquée par le désir d'assurer une diminution uniforme du courant sur toute la surface de la structure semi-conductrice lorsque l'appareil est éteint.
La couche de base p, malgré le fait qu'elle soit réalisée dans son ensemble, comporte un grand nombre de contacts de l'électrode de commande (approximativement égal au nombre de cellules cathodiques), également uniformément répartis sur la surface et connectés en parallèle. La couche de base n est réalisée de manière similaire à la couche correspondante d'un thyristor classique.
La couche anodique p comporte des shunts (zones n) reliant la base n au contact anodique par l'intermédiaire de petites résistances réparties. Les shunts d'anode sont utilisés dans les thyristors qui n'ont pas de capacité de blocage inverse. Ils sont conçus pour réduire le temps d'extinction du dispositif en améliorant les conditions d'extraction des charges de la région de base n.
La conception principale des thyristors GTO est un type de pastille avec une plaquette de silicium à quatre couches prise en sandwich à travers des disques de molybdène à compensation thermique entre deux bases en cuivre avec une conductivité thermique et électrique accrue. Une électrode de commande ayant une sortie dans un boîtier en céramique entre en contact avec la tranche de silicium. Le dispositif est serré par des surfaces de contact entre deux moitiés de refroidisseurs isolées l'une de l'autre et ayant une conception déterminée par le type de système de refroidissement.
Principe de fonctionnement
Il y a quatre phases dans le cycle de fonctionnement du thyristor GTO : état passant, passant, bloqué et bloquant.
Sur une coupe schématique de la structure du thyristor (Fig. 1, b), la borne inférieure de la structure est anodique. L'anode est en contact avec la couche P. Puis de bas en haut on trouve : la couche de base n, la couche de base p (ayant un fil d'électrode de commande), la couche n en contact direct avec le fil de cathode. Quatre couches forment trois jonctions p-n : j1 entre les couches p et n ; j2 entre les couches n et p, j3 entre les couches p et n.
La phase 1- inclusion. Le passage de la structure du thyristor de l'état de blocage à l'état passant (enclenchement) n'est possible que lorsqu'une tension continue est appliquée entre l'anode et la cathode. Les transitions j1 et j3 sont décalées dans le sens direct et n'empêchent pas le passage des porteurs de charge. La totalité de la tension est appliquée à la jonction médiane j2, qui est polarisée en inverse. Près de la transition j2, il se forme une zone appauvrie en porteurs de charge, appelée région de charge d'espace. Pour allumer le thyristor GTO, une tension de polarité positive U G est appliquée à l'électrode de commande et à la cathode à travers le circuit de commande (sortie "+" vers la couche p). En conséquence, le courant d'activation I G circule dans le circuit.
Les thyristors verrouillés imposent des exigences strictes sur le temps de montée dIG/dt et l'amplitude du courant de commande IGM. Par la transition j3, en plus du courant de fuite, le courant d'amorçage I G commence à circuler. Les électrons qui créent ce courant seront injectés de la couche n dans la couche p. De plus, certains d'entre eux seront transférés par le champ électrique de la transition de base j2 vers la couche n.
Simultanément, la contre-injection de trous de la couche p dans la couche n et plus loin dans la couche p augmentera, c'est-à-dire il y aura une augmentation du courant créé par les porteurs de charge minoritaires.
Le courant total traversant la transition de base j2 dépasse le courant d'activation, le thyristor s'ouvre, après quoi les porteurs de charge traverseront librement ses quatre régions.
Phase 2- état conducteur. En mode de circulation de courant continu, il n'y a pas besoin de courant de commande I G si le courant dans le circuit d'anode dépasse le courant de maintien. Cependant, en pratique, pour que toutes les structures du thyristor à éteindre soient constamment dans un état conducteur, il faut encore maintenir le courant fourni pour un temps donné régime de température. Ainsi, tout le temps de la mise sous tension et de l'état conducteur, le système de commande génère une impulsion de courant de polarité positive.
A l'état conducteur, toutes les zones de la structure semi-conductrice assurent un mouvement uniforme des porteurs de charge (électrons de la cathode à l'anode, trous dans le sens opposé). Le courant d'anode passe par les jonctions j1, j2 et le courant total de l'anode et de l'électrode de commande passe par la jonction j3.
Phase 3- fermer. Pour désactiver le thyristor GTO avec une polarité de tension constante U T (voir Fig. 3), une tension de polarité négative UGR est appliquée à l'électrode de commande et à la cathode via le circuit de commande. Il provoque un courant de blocage dont la circulation entraîne la résorption des principaux porteurs de charge (trous) dans la couche de base p. En d'autres termes, il y a une recombinaison de trous entrés dans la couche p depuis la couche de base n et d'électrons entrés dans la même couche via l'électrode de commande.
Lorsque la jonction de base j2 en est libérée, le thyristor commence à s'éteindre. Ce processus est caractérisé par une forte diminution du courant direct I T du thyristor sur une courte période de temps jusqu'à une petite valeur I TQT (voir Fig. 2). Immédiatement après le blocage de la transition de base j2, la transition j3 commence à se fermer, cependant, en raison de l'énergie stockée dans l'inductance des circuits de commande, elle reste dans un état entrouvert pendant un certain temps.
Riz. 2. Graphiques de l'évolution du courant de l'anode (iT) et de l'électrode de commande (iG)
Après épuisement de toute l'énergie stockée dans l'inductance du circuit de commande, la jonction j3 côté cathode est complètement bloquée. A partir de ce moment, le courant traversant le thyristor est égal au courant de fuite qui circule de l'anode à la cathode à travers le circuit d'électrode de commande.
Le processus de recombinaison et, par conséquent, la désactivation du thyristor déclenché dépendent largement de la pente du front dIGQ/dt et de l'amplitude I GQ courant inverse la gestion. Pour assurer la pente et l'amplitude requises de ce courant, une tension UG doit être appliquée à l'électrode de commande, qui ne doit pas dépasser la valeur autorisée pour la transition j3.
Phase 4- état de blocage Dans le mode d'état de blocage, une tension de polarité négative U GR de l'unité de commande reste appliquée à l'électrode de commande et à la cathode. Le courant total I GR circule dans le circuit de commande, composé du courant de fuite du thyristor et du courant de commande inverse passant par la jonction j3. La transition j3 est décalée dans le sens opposé. Ainsi, dans le thyristor GTO, qui est à l'état de blocage direct, deux jonctions (j2 et j3) sont polarisées en inverse et deux régions de charge d'espace sont formées.
Tout le temps de l'état d'arrêt et de blocage, le système de contrôle génère une impulsion de polarité négative.
Circuits de protection
L'utilisation de thyristors GTO nécessite l'utilisation de circuits de protection spéciaux. Ils augmentent le poids et l'encombrement, le coût du convertisseur, nécessitent parfois des dispositifs de refroidissement supplémentaires, mais sont nécessaires pour fonctionnement normal appareils électroménagers.
Le but de tout circuit de protection est de limiter la vitesse de balayage de l'un des deux paramètres énergie électrique lors de la commutation d'un dispositif semi-conducteur. Dans ce cas, les condensateurs du circuit de protection CB (Fig. 3) sont connectés en parallèle à l'appareil protégé T. Ils limitent le taux de montée de la tension directe dUT/dt lorsque le thyristor est bloqué.
Les inductances LE sont installées en série avec le dispositif T. Elles limitent le taux de montée du courant direct dIT / dt lorsque le thyristor est passant. Les valeurs de dUT/dt et dIT/dt pour chaque appareil sont normalisées, elles sont indiquées dans les ouvrages de référence et les données de passeport des appareils.
Riz. 3. Schéma du circuit de protection
En plus des condensateurs et des inductances, des éléments supplémentaires sont utilisés dans les circuits de protection pour assurer la décharge et la charge des éléments réactifs. Ceux-ci comprennent: une diode DВ, qui shunte la résistance RB lorsque le thyristor T est désactivé et que le condensateur CB est chargé, la résistance RB, qui limite le courant de décharge du condensateur CB lorsque le thyristor T est activé.
Système de contrôle
Le système de contrôle (CS) contient les éléments suivants blocs fonctionnels: circuit de validation, constitué d'un circuit de génération d'une impulsion de déverrouillage et d'une source de signal pour maintenir le thyristor à l'état ouvert ; circuit de génération de signal de blocage ; circuit pour maintenir le thyristor fermé.
Tous les types de systèmes de contrôle n'ont pas besoin de tous les blocs répertoriés, mais chaque système de contrôle doit contenir les circuits pour générer des impulsions de déverrouillage et de verrouillage. Dans ce cas, il est nécessaire de prévoir une isolation galvanique du circuit de commande et du circuit de puissance du thyristor à couper.
Pour contrôler le fonctionnement du thyristor à désactiver, deux systèmes de contrôle principaux sont utilisés, qui diffèrent par les méthodes de fourniture d'un signal à l'électrode de commande. Dans le cas représenté sur la Fig. 4, les signaux générés par le bloc logique St sont soumis à une isolation galvanique (séparation de potentiel), après quoi ils sont acheminés via les touches SE et SA vers l'électrode de commande du thyristor T à désactiver. Dans le second cas, le les signaux agissent d'abord sur les interrupteurs SE (on) et SA (off), qui sont sous le même potentiel que le SU, puis à travers les dispositifs d'isolation galvanique UE et UA sont amenés à l'électrode de commande.
En fonction de l'emplacement des touches SE et SA, on distingue les schémas de commande à faible potentiel (NPSU) et à haut potentiel (VPSU, Fig. 4).
Riz. 4. Option circuit de commande
Le système de commande NPCS est structurellement plus simple que le VPSU, mais ses capacités sont limitées en termes de génération de signaux de commande de longue durée fonctionnant en mode de flux de courant continu à travers le thyristor à courant continu, ainsi que pour assurer la raideur des impulsions de commande. Pour la formation de signaux de longue durée, il est nécessaire d'utiliser des circuits push-pull plus coûteux.
Dans VPSU, une pente élevée et une durée accrue du signal de commande sont obtenues plus facilement. De plus, ici, le signal de commande est utilisé dans son intégralité, alors que dans le NPSU, sa valeur est limitée par un dispositif de séparation de potentiel (par exemple, un transformateur d'impulsions).
Un signal d'information - une commande d'activation ou de désactivation - est généralement transmis au circuit via un convertisseur optoélectronique.
Thyristors
Au milieu des années 90, ABB et Mitsubishi ont développé le nouveau genre thyristors Gate Commutated Thyristor (GCT). En fait, le GCT est une nouvelle amélioration du GTO, ou sa modernisation. Cependant, fondamentalement nouveau designélectrode de commande, ainsi que des processus sensiblement différents qui se produisent lorsque l'appareil est éteint, il convient de le considérer.
Le GCT a été conçu pour être exempt des inconvénients du GTO, nous devons donc d'abord résoudre les problèmes qui surviennent lors de l'utilisation du GTO.
Le principal inconvénient du GTO est les pertes d'énergie importantes dans les circuits de protection de l'appareil lors de sa commutation. L'augmentation de la fréquence augmente les pertes, par conséquent, dans la pratique, les thyristors GTO sont commutés à une fréquence ne dépassant pas 250-300 Hz. Les principales pertes se produisent dans la résistance RB (voir Fig. 3) lorsque le thyristor T est bloqué et, par conséquent, le condensateur CB est déchargé.
Le condensateur CB est conçu pour limiter la vitesse de montée de la tension directe du/dt lorsque l'appareil est éteint. En rendant le thyristor insensible à l'effet du / dt, il a été possible d'abandonner le circuit d'amortissement (le circuit de formation du chemin de commutation), qui a été implémenté dans la conception GCT.
Fonction de contrôle et de conception
La principale caractéristique des thyristors GCT, par rapport aux appareils GTO, est un arrêt rapide, qui est obtenu à la fois en modifiant le principe de commande et en améliorant la conception de l'appareil. L'arrêt rapide est mis en œuvre en transformant la structure du thyristor en une structure à transistor lorsque l'appareil est éteint, ce qui rend l'appareil insensible à l'effet du / dt.
Le GCT dans les phases marche, conduction et blocage est piloté de la même manière que le GTO. Lorsqu'il est éteint, le contrôle GCT a deux fonctions :
- le courant de commande Ig est égal ou supérieur au courant d'anode Ia (pour les thyristors GTO Ig est 3 à 5 fois inférieur) ;
- l'électrode de commande a une faible inductance, ce qui permet d'atteindre un taux de courant de commande dig/dt de 3000 A/µs ou plus (pour les thyristors GTO, la valeur dig/dt est de 30-40 A/µs).
Riz. Fig. 5. Répartition des courants dans la structure du thyristor GCT lorsqu'il est éteint
Sur la fig. La figure 5 montre la répartition des courants dans la structure du thyristor GCT lorsque l'appareil est éteint. Comme indiqué, le processus d'activation est similaire à l'activation des thyristors GTO. Le processus d'arrêt est différent. Après application d'une impulsion de commande négative (-Ig) d'amplitude égale au courant d'anode (Ia), la totalité du courant continu traversant l'appareil est déviée dans le système de commande et atteint la cathode, en contournant la transition j3 (entre les régions p et n ). La jonction j3 est décalée dans le sens opposé, et la cathode transistor npn se ferme. La désactivation supplémentaire du GCT est similaire à la désactivation de tout transistor bipolaire, qui ne nécessite pas de limiteur de vitesse de balayage dv / dt externe et permet donc l'absence d'un circuit d'amortissement.
Le changement dans la conception du GCT est dû au fait que les processus dynamiques qui se produisent dans l'appareil lorsqu'il est éteint se déroulent un ou deux ordres de grandeur plus rapidement que dans le GTO. Ainsi, alors que le temps minimum de désactivation et de blocage pour GTO est de 100 µs, pour GCT, cette valeur ne dépasse pas 10 µs. La vitesse de balayage du courant de commande lorsque le GCT est éteint est de 3000 A/µs, le GTO ne dépasse pas 40 A/µs.
Pour assurer une dynamique élevée des processus de commutation, nous avons modifié la conception de la sortie de l'électrode de commande et la connexion de l'appareil avec le formateur d'impulsions du système de commande. La sortie est rendue annulaire, encerclant l'appareil autour de la circonférence. L'anneau traverse le corps en céramique du thyristor et entre en contact : à l'intérieur avec les cellules de l'électrode de commande ; à l'extérieur - avec une plaque reliant l'électrode de commande au formateur d'impulsions.
Désormais, les thyristors GTO sont produits par plusieurs grandes entreprises au Japon et en Europe: "Toshiba", "Hitachi", "Mitsubishi", "ABB", "Eupec". Paramètres de tension de l'appareil UDRM : 2500 V, 4500 V, 6000 V ; courant ITGQM (courant de coupure répétitif maximum) : 1000 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A, 4000 A, 6000 A.
Les thyristors GCT sont fabriqués par Mitsubishi et ABB. Les appareils sont conçus pour une tension UDRM jusqu'à 4500 V et un courant ITGQM jusqu'à 4000 A.
À l'heure actuelle, les thyristors GCT et GTO ont été maîtrisés par l'entreprise russe OAO Elektrovypryamitel (Saransk). ) et d'autres avec un diamètre de plaquette de silicium jusqu'à 125 mm et une plage de tension UDRM 1200 - 6000 V et des courants ITGQM 630 - 4000 A.
Parallèlement aux thyristors verrouillables et pour une utilisation en combinaison avec eux, JSC Elektrovypryamitel a développé et mis en production de masse des diodes à restauration rapide pour les circuits d'amortissement (amortisseur) et les diodes à courant inverse, ainsi qu'un puissant transistor à impulsions pour les étages de sortie du contrôle pilote (système de contrôle).
Thyristors IGCT
Grâce au concept de contrôle dur (ajustement fin des profils d'alliage, technologie mésa, irradiation protonique et électronique pour créer une répartition particulière des centres de recombinaison contrôlés, technologie des émetteurs dits transparents ou minces, utilisation d'une couche tampon en la région de base n, etc.), il a été possible d'obtenir une amélioration significative des caractéristiques de GTO lorsqu'il est éteint. La prochaine avancée majeure de la technologie Hard Driven GTO (HD GTO) en termes d'appareil, de contrôle et d'application était l'idée d'appareils pilotés basés sur le nouveau thyristor intégré à commutation de grille (IGCT) . Grâce à la technologie de contrôle dur, la commutation uniforme augmente la zone de fonctionnement sûre de l'IGCT jusqu'aux limites limitées par les avalanches, c'est-à-dire aux capacités physiques du silicium. Aucun circuit de protection du/dt n'est nécessaire. La combinaison avec des performances de perte de puissance améliorées a ouvert de nouvelles applications dans la gamme des kilohertz. La puissance nécessaire à l'entraînement est réduite d'un facteur 5 par rapport aux GTO standards, principalement grâce à la conception de l'anode transparente. Une nouvelle famille d'instruments IGCT, avec haut intégré monolithique diodes puissantes a été développé pour être utilisé dans plage 0,5- 6 MV*A. Avec la faisabilité technique existante d'un système cohérent et connexion parallèle Les appareils IGCT vous permettent d'augmenter le niveau de puissance à plusieurs centaines de mégavolts - ampères.
Avec une unité de contrôle intégrée, le courant de cathode est réduit avant que la tension d'anode ne commence à augmenter. Ceci est obtenu grâce à la très faible inductance du circuit de grille réalisée par la connexion coaxiale de l'électrode de grille en combinaison avec la carte d'unité de commande multicouche. En conséquence, il est devenu possible d'atteindre la valeur du taux du courant coupé de 4 kA/μs. Avec la tension de commande UGK = 20 V. lorsque le courant cathodique devient nul, le courant anodique restant passe dans l'unité de commande, qui à ce moment présente une faible résistance. De ce fait, la consommation d'énergie de l'unité de commande est minimisée.
Travaillant avec une commande "hard", le thyristor passe de états p-n-p-n dans mode pnp pendant 1 µs. L'arrêt se produit entièrement en mode transistor, éliminant toute possibilité d'effet de déclenchement.
La réduction de l'épaisseur du dispositif est obtenue en utilisant une couche tampon côté anode. La couche tampon de semi-conducteurs de puissance améliore les performances des éléments traditionnels en réduisant leur épaisseur de 30 % à la même tension de claquage directe. Le principal avantage des éléments minces est l'amélioration des caractéristiques technologiques avec de faibles pertes statiques et dynamiques. Une telle couche tampon dans un dispositif à quatre couches nécessite l'élimination des courts-circuits d'anode, tout en maintenant une libération d'électrons efficace pendant l'arrêt. Le nouvel IGCT combine une couche tampon avec un émetteur à anode transparente. L'anode transparente est une jonction p-n avec une efficacité d'émetteur contrôlée en courant.
Pour une immunité au bruit et une compacité maximales, l'unité de contrôle entoure l'IGCT, formant une structure unique avec le refroidisseur, et ne contient que la partie du circuit nécessaire pour contrôler directement l'IGCT. En conséquence, le nombre d'éléments de l'unité de commande est réduit, les paramètres de dissipation thermique, les surcharges électriques et thermiques sont réduits. Par conséquent, le coût de l'unité de contrôle et le taux de défaillance sont également considérablement réduits. L'IGCT, avec son boîtier de commande intégré, s'enclenche dans le module et se connecte facilement et précisément à l'alimentation et à la source du signal de commande via la fibre optique. En ouvrant simplement le ressort, grâce à un système de contact à pression élaboré, l'IGCT est appliqué avec une force de pression correctement calculée, créant un contact électrique et thermique. Ainsi, la facilité de montage maximale et la plus grande fiabilité sont atteintes. Lors de l'utilisation d'un IGCT sans amortisseur, la roue libre doit également fonctionner sans amortisseur. Ces exigences sont satisfaites par une diode clamp-on haute puissance et hautes performances fabriquée selon un procédé d'irradiation combiné à des procédés classiques. La capacité à fournir di / dt est déterminée par le fonctionnement de la diode (voir Fig. 6).
Riz. 6. Schéma simplifié d'un onduleur triphasé sur IGCT
Le principal fabricant d'IGCT est ABB Paramètres de tension des thyristors U DRM : 4500 V, 6000 V ; courant ITGQM : 3000 A, 4000 A.
Conclusion
Le développement rapide au début des années 90 de la technologie des transistors de puissance a conduit à l'émergence d'une nouvelle classe de dispositifs - les transistors bipolaires à grille isolée (IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistors). Les principaux avantages des IGBT sont les fréquences de fonctionnement élevées, l'efficacité, la simplicité et la compacité des circuits de commande (en raison du faible courant de commande).
L'émergence ces dernières années des IGBT avec des tensions de fonctionnement jusqu'à 4500 V et la capacité de commuter des courants jusqu'à 1800 A a conduit au déplacement des thyristors de coupure (GTO) dans les appareils d'une puissance jusqu'à 1 MW et d'une tension jusqu'à 3,5 kV.
Cependant, les nouveaux dispositifs IGCT, capables de fonctionner à des fréquences de commutation de 500 Hz à 2 kHz et avec des performances supérieures à celles des transistors IGBT, combinent la combinaison optimale de technologies de thyristors éprouvées avec leurs faibles pertes inhérentes et une technologie de désactivation hautement efficace sans amortissement. en agissant sur l'électrode de commande. L'IGCT est aujourd'hui la solution idéale pour les applications en électronique de puissance moyenne et haute tension.
Les caractéristiques des interrupteurs de puissance puissants modernes avec dissipateur thermique double face sont données dans le tableau. une.
Tableau 1. Caractéristiques des interrupteurs de puissance haute puissance modernes avec dissipateur thermique double face
| Type d'appareil | Avantages | Défauts | Domaines d'utilisation |
| Thyristor traditionnel (SCR) | Perte à l'état la plus faible. La capacité de surcharge la plus élevée. Grande fiabilité. Facile à connecter en parallèle et en série. | Non capable de verrouillage forcé sur l'électrode de commande. Faible fréquence de fonctionnement. | entraînement CC ; alimentations puissantes ; soudage; fusion et chauffage; compensateurs statiques; Clés AC |
| GTO | Possibilité de contrôler le verrouillage. Capacité de surcharge relativement élevée. Possibilité connexion série. Fréquences de fonctionnement jusqu'à 250 Hz à des tensions jusqu'à 4 kV. | Pertes à l'état élevées. Pertes très importantes dans le système de contrôle. Systèmes de contrôle sophistiqués et alimentation en énergie au potentiel. Grandes pertes de commutation. | Entraînement électrique ; compensateurs statiques, puissance réactive; systèmes Alimentation sans interruption;chauffage par induction |
| IGCT | Possibilité de contrôler le verrouillage. La capacité de surcharge est la même que celle du GTO. Faibles pertes de commutation à l'état passant. Fréquence de fonctionnement - jusqu'à des unités, kHz. Unité de contrôle intégrée (pilote). Possibilité de connexion en série. | Non identifié en raison du manque d'expérience d'exploitation | Sources d'énergie puissantes (sous-stations onduleurs et redresseurs des lignes de transmission à courant continu); entraînement électrique (onduleurs de tension pour convertisseurs de fréquence et entraînements électriques à diverses fins) |
| IGBT | Possibilité de contrôler le verrouillage. La fréquence de fonctionnement la plus élevée (jusqu'à 10 kHz). Un système de contrôle simple et énergivore. Pilote intégré. | Pertes à l'état très élevées. | Entraînement électrique (hachoirs); systèmes d'alimentation sans interruption; compensateurs statiques et filtres actifs ; alimentations clés |
Vendredi 20 juillet 2012 10:00:00
Le principe de fonctionnement du thyristor
Le thyristor est une clé électronique de puissance non entièrement contrôlée. Par conséquent, parfois dans la littérature technique, on l'appelle un thyristor à simple opération, qui ne peut être transféré à un état conducteur que par un signal de commande, c'est-à-dire allumé. Pour le désactiver (lorsque vous travaillez sur CC), il est nécessaire de prendre des mesures spéciales pour s'assurer que le courant continu tombe à zéro.
La clé du thyristor ne peut conduire le courant que dans une seule direction et, lorsqu'elle est fermée, elle est capable de résister à la fois à la tension directe et à la tension inverse.
Le thyristor a une structure p-n-p-n à quatre couches avec trois bornes: anode (A), cathode (C) et électrode de commande (G), comme illustré à la fig. une
Riz. 1. Thyristor ordinaire : a) - désignation graphique conventionnelle ; b) - caractéristique courant-tension.
Sur la fig. 1b montre une famille de caractéristiques I–V statiques de sortie pour différentes valeurs du courant de commande iG. La tension directe maximale que le thyristor peut supporter sans l'allumer a une valeur maximale à iG = 0. Lorsque le courant iG augmente, la tension directe que le thyristor peut supporter diminue. La branche II correspond à l'état passant du thyristor, la branche I correspond à l'état bloqué et la branche III correspond au processus de commutation. Le courant de maintien ou courant de maintien est égal au courant direct minimum admissible iA auquel le thyristor reste dans un état conducteur. Cette valeur correspond également à la valeur minimale possible de la chute de tension continue aux bornes du thyristor inclus.
La branche IV est la dépendance du courant de fuite à la tension inverse. Lorsque la tension inverse dépasse la valeur UBO, une forte augmentation du courant inverse commence, associée au claquage du thyristor. La nature du claquage peut correspondre à un processus irréversible ou à un processus de claquage par avalanche inhérent au fonctionnement d'une diode zener à semi-conducteur.
Les thyristors sont les plus puissants clés électroniques capable de commuter des circuits avec des tensions jusqu'à 5 kV et des courants jusqu'à 5 kA à une fréquence ne dépassant pas 1 kHz.
La conception des thyristors est illustrée à la fig. 2.
Riz. 2. La conception des boîtiers de thyristors : a) - tablette ; b) - broche
Thyristor dans le circuit DC
L'inclusion d'un thyristor conventionnel est réalisée en appliquant une impulsion de courant au circuit de commande de polarité positive par rapport à la cathode. La durée du transitoire à l'enclenchement est fortement influencée par la nature de la charge (active, inductive, etc.), l'amplitude et la vitesse de montée de l'impulsion de courant de commande iG, la température de la structure semi-conductrice du thyristor, la tension appliquée et courant de charge. Dans un circuit contenant un thyristor, des vitesses de balayage de tension directe inacceptables duAC/dt ne doivent pas se produire, auxquelles le thyristor peut s'activer spontanément en l'absence du signal de commande iG et de la vitesse de balayage du courant diA/dt. En même temps, la pente du signal de commande doit être élevée.
Parmi les moyens d'éteindre les thyristors, il est d'usage de distinguer l'arrêt naturel (ou commutation naturelle) et forcé (ou commutation artificielle). La commutation naturelle se produit lors du fonctionnement des thyristors dans les circuits alternatifs au moment où le courant tombe à zéro.
Les méthodes de commutation forcée sont très diverses. Les plus typiques d'entre eux sont les suivants: connexion d'un condensateur préchargé C avec clé S (Fig. 3, a); connecter un circuit LC avec un condensateur préchargé CK (Fig. 3b); utilisation de la nature oscillatoire du processus transitoire dans le circuit de charge (Figure 3, c).
Riz. 3. Méthodes de commutation artificielle des thyristors: a) - au moyen d'un condensateur chargé C; b) - au moyen d'une décharge oscillatoire du circuit LC ; c) - en raison de la nature oscillatoire de la charge
Lors de la commutation selon le schéma de la fig. 3, une connexion condensateur de commutation avec polarité inversée, par exemple, un autre thyristor auxiliaire, provoquera sa décharge vers le thyristor principal conducteur. Le courant de décharge du condensateur étant dirigé à l'opposé du courant continu du thyristor, ce dernier tombe à zéro et le thyristor se bloque.
Dans le diagramme de la fig. 3b, la connexion du circuit LC provoque une décharge oscillatoire du condensateur de commutation Sk. En même temps, au début, le courant de décharge traverse le thyristor à l'opposé de son courant continu, lorsqu'ils deviennent égaux, le thyristor s'éteint. De plus, le courant du circuit LC passe du thyristor VS à la diode VD. Tant que le courant du circuit traverse la diode VD, une tension inverse sera appliquée au thyristor VS, égale à la chute de tension aux bornes de la diode ouverte.
Dans le diagramme de la fig. 3, inclure thyristor VS à une charge RLC complexe provoquera un transitoire. Avec certains paramètres de charge, ce processus peut être oscillatoire avec un changement de polarité du courant de charge ií. Dans ce cas, après avoir éteint le thyristor VS, la diode VD est allumée, ce qui commence à conduire le courant de polarité opposée. Parfois, cette méthode de commutation est dite quasi-naturelle, car elle est associée à un changement de polarité du courant de charge.
Thyristor en circuit alternatif
Lorsqu'un thyristor est connecté à un circuit à courant alternatif, les opérations suivantes peuvent être effectuées :
- activation et désactivation circuit électrique avec charge active et active-réactive ;
- changement des valeurs moyennes et efficaces du courant traversant la charge du fait qu'il est possible d'ajuster le moment du signal de commande.
Comme la touche du thyristor est capable de conduire électricité seulement dans un sens, alors pour utiliser des thyristors sur courant alternatif, leur connexion anti-parallèle est utilisée (Fig. 4, a).
Riz. 4. Commutation dos à dos des thyristors (a) et forme du courant à charge active (b)
Les valeurs de courant moyennes et effectives varient en raison d'un changement du moment où les signaux d'ouverture sont appliqués aux thyristors VS1 et VS2, c'est-à-dire en changeant l'angle et (Fig. 4b). Les valeurs de cet angle pour les thyristors VS1 et VS2 pendant la régulation sont modifiées simultanément à l'aide du système de contrôle. L'angle est appelé angle de commande ou angle d'amorçage des thyristors.
Les plus largement utilisés dans les appareils électroniques de puissance sont le contrôle de phase (Fig. 4, a, b) et de largeur d'impulsion des thyristors (Fig. 4, c).
Riz. 5. Type de tension sur la charge à : a) - contrôle de phase du thyristor ; b) - commande de phase d'un thyristor à commutation forcée ; c) - contrôle de la largeur d'impulsion du thyristor
Avec la méthode de phase de commande d'un thyristor à commutation forcée, la régulation du courant de charge est possible à la fois en modifiant l'angle α et l'angle θ. La commutation artificielle est effectuée à l'aide de nœuds spéciaux ou lors de l'utilisation de thyristors entièrement contrôlés (verrouillés).
Avec le contrôle de largeur d'impulsion (modulation de largeur d'impulsion - PWM), un signal de commande est appliqué aux thyristors pendant le temps Tocr, ils sont ouverts et la tension Un est appliquée à la charge. Pendant le temps Tclose, il n'y a pas de signal de commande et les thyristors sont dans un état bloqué. La valeur efficace du courant dans la charge
où In.m. - courant de charge à Tfermé = 0.
La courbe de courant dans la charge lors du contrôle de phase des thyristors est non sinusoïdale, ce qui provoque une distorsion de la forme d'onde de la tension secteur et des perturbations dans le fonctionnement des consommateurs sensibles aux interférences haute fréquence - ce que l'on appelle l'incompatibilité électromagnétique se produit.
Thyristors verrouillables
Les thyristors sont les commutateurs électroniques les plus puissants utilisés pour commuter les circuits haute tension et courant élevé (courant élevé). Cependant, ils présentent un inconvénient important - une contrôlabilité incomplète, qui se manifeste par le fait que pour les désactiver, il est nécessaire de créer des conditions permettant de réduire le courant continu à zéro. Cela limite et complique dans de nombreux cas l'utilisation des thyristors.
Pour remédier à cet inconvénient, on a développé des thyristors déclenchés par un signal le long de l'électrode de commande G. De tels thyristors sont appelés thyristors à blocage de gâchette (GTO) ou à deux opérations.
Les thyristors verrouillables (CT) ont une structure p-p-p-p à quatre couches, mais en même temps, ils présentent un certain nombre de caractéristiques de conception importantes qui leur confèrent une propriété fondamentalement différente des thyristors traditionnels - la propriété d'une contrôlabilité complète. La caractéristique I – V statique des thyristors déclenchés dans le sens direct est identique à la caractéristique I – V des thyristors conventionnels. Cependant, un thyristor de désactivation n'est généralement pas capable de bloquer des tensions inverses importantes et est souvent connecté à une diode dos à dos. De plus, les thyristors verrouillables se caractérisent par des chutes de tension directe importantes. Pour désactiver le thyristor verrouillable, il est nécessaire d'appliquer une puissante impulsion de courant négatif au circuit de l'électrode de commande (environ 1:5 par rapport à la valeur du courant de coupure continu), mais de courte durée (10-100 μs).
Les thyristors verrouillables ont également des tensions et des courants limites inférieurs (d'environ 20 à 30 %) par rapport aux thyristors conventionnels.
Principaux types de thyristors
En plus des thyristors verrouillables, une large gamme de thyristors a été développée divers types, différant par la vitesse, les processus de contrôle, la direction des courants à l'état conducteur, etc. Parmi eux, il convient de noter les types suivants:
- thyristor-diode, qui équivaut à un thyristor avec une diode dos à dos (Fig. 6.12, a);
- un thyristor à diode (dinistor), qui passe à l'état conducteur lorsqu'un certain niveau de tension est appliqué entre A et C (Fig. 6, b);
- thyristor verrouillable (Fig. 6.12, c);
- thyristor symétrique ou triac, qui équivaut à deux thyristors dos à dos (Fig. 6.12, d);
- thyristor inverseur à grande vitesse (temps de désactivation 5-50 µs);
- un thyristor à commande de champ sur l'électrode de commande, par exemple basé sur une association d'un MOSFET avec un thyristor ;
- optothyristor contrôlé par flux lumineux.
Riz. 6. Désignation graphique conventionnelle des thyristors : a) - thyristor-diode ; b) - thyristor à diode (dinistor); c) - thyristor verrouillable ; d) - triac
Protection des thyristors
Les thyristors sont des dispositifs essentiels pour les vitesses de balayage du courant direct diA/dt et la tension directe duAC/dt. Les thyristors, comme les diodes, ont un flux de courant de récupération inverse, qui tombe brusquement à zéro, exacerbe la possibilité de surtensions élevées duAC/dt. De telles surtensions sont le résultat d'un arrêt brutal du courant dans les éléments du circuit inductif, y compris les petites inductances de câblage. Par conséquent, pour protéger les thyristors, ils utilisent généralement divers régimes DFTTP, qui dans les modes dynamiques offre une protection contre les valeurs diA/dt et duAC/dt invalides.
Dans la plupart des cas, interne réactance inductive sources de tension incluses dans le circuit du thyristor inclus, il s'avère suffisant de ne pas introduire d'inductance supplémentaire LS. Par conséquent, dans la pratique, il y a plus souvent besoin de CFTS, qui réduisent le niveau et la vitesse des surtensions lors de l'arrêt (Fig. 7).
Riz. 7. Circuit de protection typique des thyristors
A cet effet, des circuits RC sont généralement utilisés, connectés en parallèle avec le thyristor. Il existe diverses modifications de circuit des circuits RC et des méthodes de calcul de leurs paramètres pour différentes conditions d'utilisation des thyristors.
Pour les thyristors verrouillables, des circuits de formation de trajectoire de commutation sont utilisés, similaires dans les circuits aux transistors CFTP.