Структура тиристора

Параметры тиристоров

 

  1. Напряжение включения ( ) – это такое напряжение, при котором тиристор переходит в открытое состояние.
  2. Повторяющееся импульсное обратное напряжение (Uобр.max) – это напряжение, при котором наступает электрический пробой. Для большинства тиристоров Uвкл.= Uобр.max
  3. Максимально допустимый прямой, средний за период ток.
  4. Прямое падение напряжения на открытом тиристоре (Uпр.= 0,5÷1 В)
  5. Обратный максимальный ток – это ток, обусловленный движением неосновных носителей при приложении напряжения обратной полярности.
  6. Ток удержания – это анодный ток, при котором тиристор закрывается
  7. Время отключения - это время в течение которого закрывается тиристор.
  8. Предельная скорость нарастания анодного тока . Если анодный ток будет быстро нарастать, то p-n переходы будут загружаться током неравномерно, вследствие чего будет происходить местный перегрев и тепловой пробой .
  9. Предельная скорость нарастания анодного напряжения . Если предельная скорость нарастания анодного напряжения будет больше паспортной, тиристор может самопроизвольно открыться от электромагнитной помехи.
  10. Управляющий ток отпирания – это ток, который необходимо подать, чтобы тиристор открылся без «колена».
  11. Управляющее напряжение отпирания - это напряжение, которое необходимо подать, чтобы тиристор открылся без «колена».

 


Общим признаком для тиристоров различных типов является нелинейная ВАХ с участком отрицательного сопротивления (рис.1), что обеспечивает регенеративный процесс в приборе при переходе из его закрытого в открытое состояние. Основными типами являются диодные (динистор) и триодные тиристоры (тринистор), обозначение которых на электрических схемах показано на рис.2 а и б соответственно.

 

 

Тиристор имеет А(анод), К(катод) и две базы, к одной из которых подключается управляющий электрод. В результате получаем управление по аноду или по катоду. Для понимания работы тиристора можно воспользоваться 2-хтранзисторной моделью работы тиристора. В которой тиристор представлен как соединение 2-х транзисторов с разными типами проводимостей. Коллектор каждого из этих транзисторов соединен с базой другого.

Диоды предназначены для включения катод – анод, а тиристор для этого не предназначен.

VT1 и VT2 находятся в активном режиме, т.е. эмиттерные переходы смещены в прямом направлении или находятся в приоткрытом состоянии, коллекторные – закрыты.

При увеличении Uак увеличивается ток утечки запертого коллекторного перехода.

При достижении токовой утечки некоторой величины, коэффициент по току начинает превышать единицу, т.е. ток утечки VT1 попадает в базу VT2, усиливается VT2 и попадает в базу VT1, т.е. возникает лавинообразный процесс отпирания тиристора. Ток анода возрастает.

, где - статический коэффициент передачи тока эмиттера, - обратный ток перехода коллектор-база.

 

. Так как , где .

Наличие управляющего электрода позволяет извне подавать ток, необходимый для открывания тиристоров.

 

 

 

На ВАХ тиристора можно выделить несколько областей с соответствующими режимами работы:

Режим 1 – (0-1) - режим прямого запирания - напряжение на аноде положительно относительно катода, ток незначителен.

Режим 2 – (1-2) - участок характеристики с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Он начинается в т.ВАХ, где , напряжение в этой точке называется напряжением включения , а ток через прибор – током включения .

Режим 3 – (2-3) – режим прямой проводимости. Он начинается в т.2. Напряжение в этой точке называется напряжением удержания , а ток-током удержания . Это минимальные напряжение и ток, необходимые для поддержания тиристора в открытом состоянии.

Режим 4 – (0-4) – режим обратного запирания, когда напряжение анода относительно катода отрицательно.

Режим 5 – (4-5) – режим обратного пробоя.

 

Для запирания необходимо уменьшить ток и напряжение, пока коэффициент усиления не станет меньше 1.

Ток удержания –минимальный ток анода, при котором тиристор остается еще включенным.

При подаче на управляющий электрод тиристора некоторого напряжения и тока мы можем включить его при меньшем напряжении . Увеличивая значение управляющего тока, мы можем добиться такого состояния, когда тиристор будет открыт управляющим импульсом при любом напряжении анод-катод (напряжение и ток спрямления).

Подавая ток в базу, мы достигаем ток, при котором , при меньшем .

Для запирания тиристора нужно уменьшить ток до величины, меньшей тока удержания.

  1. Разорвать ток (1)
  2. Закоротить (2)
  3. Поставить параллельно тиристору катушку индуктивности (3)

1) 2) 3)

 

 

 


  1. Закрыть тиристор другим тиристором

 

 

 


 

 


При включении VS1 через нагрузку протекает ток. Конденсатор заряжается в указанной полярности. Когда необходимо выключить VS1 отпирается VS2 дополнительным импульсом, и разрядный ток конденсатора, протекая через VS1, запирает его. После снятия управляющего напряжения с VS2, он запирается, т.к. R выбран такой величины, чтобы анодный ток VS2 был гораздо меньше тока удержания.

По способу управления резисторы бывают однооперационными – выключение которых осуществляется снижением анодного тока ниже тока удержания или за счет включения анодного тока противоположного направления, и двухоперационными, которые включаются подачей на УЭ положительного напряжения, а выключается подачей на этот электрод импульса отрицательной полярности. Величина управляющего тока включения не превышает 100 мА, а для выключения запираемого тиристора необходимо отрицательный импульс токоуправления, сравнимого по величине с анодным током, что наряду со сложностью их изготовления, ограничила области их применения.

Основными параметрами тиристоров являются

напряжение и ток включения;

 

ток выключения (удержания);

максимально допустимый ток в открытом состоянии;

время задержки включения и выключения;

класс по напряжению, под которым понимается предельное эксплуатационное напряжение в сотнях вольт, не вызывающее самопроизвольного включения тиристора или разрушения его структуры.

 

Например:

2Y206A – тиристор p-n-p-n-запираемый. при токе

 

КУ108В – тиристор незапираемый.

при токе

Для запирания незапираемого тиристора недостаточно уменьшить либо инвертировать напряжение на управляющем электроде. Необходимо также либо снизить до нуля, либо инвертировать напряжение на аноде, или, по крайней мере, уменьшить ток анода ниже тока удержания (до каких величин в справочниках не указывается). Запираемый тиристор можно закрыть подачей только на управляющий электрод запираемого тока, сравнимого по величине только с током анода.

Есть Iауд (ток анода удержания), при котором тиристор удерживается открытым (минимальный ток). В схеме с объединенными катодами можно подавать управляющий сигнал от одного устройства управления на оба электрода, разделенные диодами. При этом будет открываться тиристор, смещенный в прямом направлении.

Фазовое управление тиристора:

Фиксируется момент прохождения через ноль переменного анодного напряжения и через время, регулируемое относительно этого момента, на управляющий электрод подается управляющий импульс. Изменяя это время, мы изменяем средний ток через нагрузку от 0 до максимума. Т.к. тиристор либо открыт, либо закрыт, рассеивание мощности не происходит и КПД стремится к 1.

Использование тиристоров на постоянном токе:

Транзистор боится перегрузок
R1
R2
VD1
VD2
C
-
+
Rн
С
L

Подачей напряжения на УЭ VD1 отпираем его. Конденсатор заряжается в указанной полярности. Затем подаем напряжение на УЭ VD2, он отпирается, и напряжение на конденсаторе запирает VD1.

Ток конденсатора должен быть больше тока удержания, чтобы тиристор закрылся. VD2 запирается за счет выбора R2 такой величины, чтобы ток анода VD2 был меньше тока удержания. Длительность формируемого импульса определяется Rн, L, C.