Параметры тиристоров. Основные параметры тиристоров: характеристики и особенности полупроводниковых приборов

Что такое тиристор и как он работает. Какие существуют основные параметры тиристоров. Чем характеризуется вольт-амперная характеристика тиристора. Каковы преимущества и недостатки тиристоров.

Что такое тиристор и его основные характеристики

Тиристор представляет собой полупроводниковый прибор с тремя или более p-n-переходами, обладающий двумя устойчивыми состояниями и используемый для коммутации электрических цепей. Основные характеристики тиристора включают:

• Четырехслойную структуру p-n-p-n
• Наличие трех выводов: анод, катод и управляющий электрод
• Способность переключаться между закрытым и открытым состояниями
• Высокую скорость переключения
• Возможность управления большими токами и напряжениями

Вольт-амперная характеристика тиристора

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) тиристора имеет S-образную форму и содержит несколько ключевых участков:

• Участок закрытого состояния с очень малым током
• Участок отрицательного дифференциального сопротивления
• Участок открытого состояния с малым падением напряжения

Какие основные точки характеризуют ВАХ тиристора? Это напряжение включения, ток удержания и ток выключения. При достижении напряжения включения происходит резкое увеличение тока и переход в открытое состояние.

Основные электрические параметры тиристоров

К важнейшим параметрам тиристоров относятся следующие характеристики:

• Максимально допустимое обратное напряжение
• Максимально допустимый прямой ток
• Напряжение включения
• Ток удержания
• Время включения и выключения
• Управляющий ток включения
• Критическая скорость нарастания тока и напряжения

Классификация тиристоров по способу управления

По способу управления тиристоры подразделяются на следующие основные типы:

• Диодные тиристоры (динисторы) — без управляющего электрода
• Триодные тиристоры (тринисторы) — с управляющим электродом
• Симметричные тиристоры (симисторы) — проводят ток в обоих направлениях
• Запираемые тиристоры — могут выключаться по цепи управления

Особенности диодных тиристоров

Диодные тиристоры (динисторы) имеют только два вывода — анод и катод. Их включение происходит при достижении напряжения пробоя. Какие преимущества у динисторов?

• Простота конструкции
• Высокая надежность
• Отсутствие цепи управления

Однако динисторы имеют ограниченные возможности управления и применяются в основном в простых коммутационных схемах.

Характеристики триодных тиристоров

Триодные тиристоры (тринисторы) обладают дополнительным управляющим электродом. Это позволяет управлять их включением с помощью тока управления. Какие особенности имеют тринисторы?

• Возможность управления моментом включения
• Более низкое напряжение включения по сравнению с динисторами
• Широкий диапазон применений в силовой электронике

Преимущества и недостатки тиристоров

Тиристоры обладают рядом важных преимуществ по сравнению с другими полупроводниковыми приборами:

• Высокая коммутируемая мощность
• Малые потери в открытом состоянии
• Высокое быстродействие
• Простота управления
• Высокая надежность

Однако тиристорам присущи и некоторые недостатки. Какие ограничения имеют тиристоры?

• Односторонняя проводимость (кроме симисторов)
• Сложность выключения (кроме запираемых тиристоров)
• Чувствительность к скорости нарастания тока и напряжения

Применение тиристоров в силовой электронике

Благодаря своим характеристикам тиристоры нашли широкое применение в силовой электронике и преобразовательной технике. Основные области применения тиристоров включают:

• Управляемые выпрямители
• Инверторы
• Регуляторы переменного напряжения
• Устройства плавного пуска электродвигателей
• Импульсные источники питания
• Системы управления электроприводами

Сравнение тиристоров с другими силовыми полупроводниковыми приборами

Как тиристоры соотносятся по своим характеристикам с другими силовыми полупроводниковыми приборами? Рассмотрим основные отличия:

• От диодов тиристоры отличаются наличием управляющего электрода и возможностью управления включением
• По сравнению с биполярными транзисторами тиристоры обладают большей коммутируемой мощностью
• IGBT-транзисторы превосходят тиристоры по частоте переключения, но уступают по коммутируемой мощности

Особенности эксплуатации тиристоров

При эксплуатации тиристоров необходимо учитывать ряд важных факторов:

• Соблюдение предельно допустимых значений тока и напряжения
• Обеспечение эффективного охлаждения
• Защита от перенапряжений и перегрузок по току
• Учет критической скорости нарастания тока и напряжения
• Правильный выбор параметров цепи управления

Какие меры позволяют повысить надежность работы тиристоров? Это применение снабберных цепей, использование драйверов управления, обеспечение запаса по напряжению и току.

Перспективы развития тиристорных технологий

Несмотря на появление новых типов силовых полупроводниковых приборов, тиристоры продолжают совершенствоваться. Основные направления развития тиристорных технологий включают:

• Увеличение коммутируемой мощности
• Повышение быстродействия
• Улучшение управляемости
• Снижение потерь в открытом состоянии
• Расширение температурного диапазона

Какие перспективные типы тиристоров разрабатываются? Это оптически управляемые тиристоры, интегральные тиристорные модули, тиристоры на основе карбида кремния.

Устройство и параметры тиристоров / Публикации / Energoboard.ru

15 июня 2012 в 10:00

Тиристором называют полупроводниковый прибор с тремя (или более) p-n-переходами, вольт-амперная характеристика которого имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением и который используется для коммутаций в электрических цепях.

Простейшим тиристором с двумя выводами является диодный тиристор (динистор). Триодный тиристор (тринистор) имеет дополнительно третий (управляющий) электрод. Как диодный так и триодный тиристоры имеют четырехслойную структуру с тремя р–n-переходами (рис. 1).

Крайние области р1 и n2 называются анодом и катодом, соответственно, с одной из средних областей р2 или n1 соединен управляющий электрод. П1, П2, П3 – переходы между p- и n-областями.

Источник Е внешнего питающего напряжения подключен к аноду положительным относительно катода полюсом. Если ток Iу через управляющий электрод триодного тиристора равен нулю, его работа не отличается от работы диодного.

Рис.1. Структура (а) и двухтранзисторная схема замещения (б) триодного тиристора

Как видно из рис.1,б, переход П2 является общим коллекторным переходом обоих транзисторов в схеме замещения, а переходы П1 и П3 – эмиттерными переходами. При повышении прямого напряжения Uпр (что достигается увеличением ЭДС источника питания Е) ток тиристора увеличивается незначительно до тех пор, пока напряжение Uпр не приблизится к некоторому критическому значению напряжения пробоя, равному напряжению включения Uвкл (рис.2).

Рис. 2. Вольт-амперные характеристики и условное обозначение триодного тиристора

При дальнейшем повышении напряжения Uпр под влиянием нарастающего электрического поля в переходе П2 происходит резкое увеличение количества носителей заряда, образовавшихся в результате ударной ионизации при столкновении носителей заряда с атомами.

Минимальный прямой ток, при котором тиристор остается во включенном состоянии называется током удержания Iуд. При уменьшении прямого тока до значения Iпр< Iуд (нисходящая ветвь ВАХ на рис.2) высокое сопротивление перехода восстанавливается и происходит выключение тиристора. Время восстановления сопротивления p–n-перехода обычно составляет 1 — 100 мкс.

Напряжение Uвкл, при котором начинается лавинообразное нарастание тока, может быть снижено дополнительным введением неосновных носителей заряда в любой из слоев, прилегающих к переходу П2. Эти добавочные носители заряда увеличивают число актов ионизации в р–n-переходе П2, в связи с чем напряжение включения Uвкл уменьшается.

Добавочные носители заряда в триодном тиристоре, представленном на рис. 1, вводятся в слой р2 вспомогательной цепью, питаемой от независимого источника напряжения. В какой мере снижается напряжение включения при росте тока управления, показывает семейство кривых на рис. 2.

Будучи переведенным в открытое (включенное) состояние, тиристор не выключается даже при уменьшении управляющего тока Iу до нуля. Выключить тиристор можно либо снижением внешнего напряжения до некоторого минимального значения, при котором ток становится меньше тока удержания, либо подачей в цепь управляющего электрода отрицательного импульса тока, значение которого, впрочем, соизмеримо со значением коммутируемого прямого тока Iпр.

Важным параметром триодного тиристора является отпирающий ток управления Iу вкл – ток управляющего электрода, который обеспечивает переключение тиристора в открытое состояние. Значение этого тока достигает нескольких сотен миллиампер.

Из рис. 2 видно, что при подаче на тиристор обратного напряжения в нем возникает небольшой ток, так как в этом случае закрыты переходы П1 и П3. Во избежание пробоя тиристора в обратном направлении (который выводит тиристор из строя из-за теплового пробоя хода) необходимо, чтобы обратное напряжение было меньше Uобр.макс.

В симметричных диодных и триодных тиристорах обратная ВАХ совпадает с прямой. Это достигается встречно-параллельным включением двух одинаковых четырехслойных структур или применением специальных пятислойных структур с четырьмя p–n-переходами.

Рис. 3. Структура симметричного тиристора (а), его схематичное изображение (б) и вольт-амперная характеристика (в)

В настоящее время выпускаются тиристоры на токи до 3000 А и напряжения включения до 6000 В.

Основные недостатки большинства тиристоров – неполная управляемость (тиристор не выключается после снятия сигнала управления) и относительно низкое быстродействие (десятки микросекунд). Однако в последнее время созданы тиристоры, у которых первый недостаток устранен (запираемые тиристоры могут быть выключены с помощью тока управления).

Потапов Л. А.

Источник: Школа для Электрика

1546

Закладки

Калужские художники расписали трансформаторную подстанцию в Жуковском районе

Вчера, в 15:12 25

НОПСМ оптимистично оценивает процесс импортозамещения в электротехнической отрасли

23 сентября в 18:53 43

Игорь Маковский провел совещание с директорами филиалов Обществ и руководителями мобилизационных подразделений

23 сентября в 10:08 49

Ректор НИУ «МЭИ» Николай Рогалев удостоен высшей награды Монголии

21 сентября в 11:11 73

Энергетики в круглосуточном режиме восстанавливают электроснабжение в 14 регионах ЦФО и ПФО

20 сентября в 18:48 46

Калужские энергетики восстановили электроснабжение по всей территории области

20 сентября в 16:02 56

В филиале «Калугаэнерго» оказали поддержку первоклассникам

20 сентября в 12:33 56

Более полутора тысяч жителей Удмуртии приняли участие в республиканском празднике «ВместеЯрче»

20 сентября в 11:42 56

Игорь Артамонов и Игорь Маковский обсудили приоритетные направления развития энергокомплекса Липецкой области

19 сентября в 16:09 53

DEKraft запускает преобразователи частоты серии V060

19 сентября в 14:36 60

Новая газотурбинная ТЭЦ в Касимове выдаст в энергосистему Рязанской области более 18 МВт мощности

4 июня 2012 в 11:00 245533

Выключатель элегазовый типа ВГБ-35, ВГБЭ-35, ВГБЭП-35

12 июля 2011 в 08:56 52037

Выключатели нагрузки на напряжение 6, 10 кВ

28 ноября 2011 в 10:00 42405

Распределительные устройства 6(10) Кв с микропроцессорными терминалами БМРЗ-100

16 августа 2012 в 16:00 27175

Элегазовые баковые выключатели типа ВЭБ-110II

21 июля 2011 в 10:00 22632

Признаки неисправности работы силовых трансформаторов при эксплуатации

29 февраля 2012 в 10:00 20578

Оформляем «Ведомость эксплуатационных документов»

24 мая 2017 в 10:00 18785

Правильная утилизация батареек

14 ноября 2012 в 10:00 14865

Элегаз и его применение. Свойства и производство

7 октября 2011 в 10:00 13255

Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов

7 января 2012 в 10:00 13205

пользователи Профиль пользователя ID13804

330

Сегодня, в 02:50

публикации Устройство и параметры тиристоров

1546

Сегодня, в 02:50

пользователи Профиль пользователя ID6392

319

Сегодня, в 02:50

товары и услуги Продам ДРОССЕЛЬ-ТРАНСФОРМАТОР ДТ-0,6-1000 n=3 ЮКЛЯ672113008ТУ ЮКЛЯ. 672 113.008-02

769

Сегодня, в 02:50

товары и услуги Что дает этой дробилке универсальность при дроблении

616

Сегодня, в 02:49

товары и услуги Датчики уровня РОС

506

Сегодня, в 02:49

публикации НАСА предлагает новый способ производства биотоплива: пресноводные водоросли в морской воде

895

Сегодня, в 02:49

товары и услуги Датчик Оксик-8

612

Сегодня, в 02:49

товары и услуги Как сделать буровзрывную работу высокой бесопасной

896

Сегодня, в 02:49

товары и услуги Продается ПП мешковина

597

Сегодня, в 02:49

публикации Новая газотурбинная ТЭЦ в Касимове выдаст в энергосистему Рязанской области более 18 МВт мощности

245533

Сегодня, в 02:39

справочник Инструкция по монтажу контактных соединений шин между собой и с выводами электротехнических устройств

72142

Сегодня, в 01:48

справочник Измерение сопротивления обмоток постоянному току

59829

Сегодня, в 02:15

публикации Выключатель элегазовый типа ВГБ-35, ВГБЭ-35, ВГБЭП-35

52037

Сегодня, в 02:36

справочник Инструкция по осмотру РП, ТП, КТП, МТП

48466

Вчера, в 23:26

пользователи Профиль пользователя ID7667

46085

Сегодня, в 01:07

справочник Эксплуатация, хранение и транспортировка кислородных баллонов

45221

Сегодня, в 02:37

справочник Методика измерения сопротивления изоляции

43038

Сегодня, в 02:24

публикации Выключатели нагрузки на напряжение 6, 10 кВ

42405

Сегодня, в 01:46

справочник Положение об оперативно-выездной бригаде района электрических сетей

40348

Вчера, в 21:04

Информация обновлена сегодня, в 02:49

Евгений 426 Объявлений

Елена Владимировна 172 Объявления

Евгений 154 Объявления

522889 117 Объявлений

Владимир 109 Объявлений

Николай 69 Объявлений

Анатолий 44 Объявления

Неликвиды 38 Объявлений

Михаил 31 Объявление

enprom@inbox. ru 31 Объявление

Информация обновлена сегодня, в 02:49

Елена Владимировна 1001 Объявление

Ирина 972 Объявления

Евгений 683 Объявления

Евгений 426 Объявлений

koemz@mail. ru 354 Объявления

Сергей 267 Объявлений

Игорь 141 Объявление

522889 136 Объявлений

Сергей 134 Объявления

Владимир 111 Объявлений

Информация обновлена сегодня, в 02:49

Основные параметры тиристоров

Буквенные обозначения параметров тиристоров — DataSheet

Перейти к содержимому

Буквенное обозначение		Параметр
Отечественное	Международное
Uзс	UD	Постоянное напряжение в закрытом состоянии — наибольшее прямое напряжение, которое может быть приложено к прибору и при котором он находится в закрытом состоянии.
Uзс, нп	UDSM	Импульсное неповторяющееся напряжение в закрытом состоянии Uзс, нп — наибольшее мгновенное значение любого неповторяющегося напряжения на аноде, не вызывающее его переключение из закрытого состояния в открытое.
Uобр	UR	Постоянное обратное напряжение  — наибольшее напряжение, которое может быть приложено к прибору в обратном направлении.
Uпроб	U(BR)	Обратное напряжение пробоя — обратное напряжение прибора, при котором обратный ток достигает заданного значения.
Uпрк	U(BO)	Напряжение переключения — прямое напряжение, соответствующее точке переключения (перегиба вольт-амперной характеристики).
Uос	UT	Напряжение в открытом состоянии — падение напряжения на тиристоре в открытом состоянии.
Uoc, и	UTM	Импульсное напряжение в открытом состоянии — наибольшее мгновенное значение напряжения в открытом состоянии, обусловленное импульсным током в открытом состоянии заданного значения.
Uот, и	—	Импульсное отпирающее напряжение — наименьшая амплитуда импульса прямого напряжения, обеспечивающая переключение (динистора, тиристора) из закрытого состояния в открытое.
Uy, от	UGТ	Постоянное отпирающее напряжение управления — напряжение между управляющим электродом и катодом тринистора, соответствующее отпирающему постоянному току управления.
Uy, от, и	UGTM	Импульсное отпирающее напряжение управления — импульсное напряжение на управляющем электроде, соответствующее импульсному отпирающему току управления.
Uу, нот	UGD	Неотпирающее постоянное напряжение управления — наибольшее постоянное напряжение на управляющем электроде, вызывающее переключение тринистора из закрытого состояния в открытое.
Uзс,п	UDRM	Повторяющиеся импульсное напряжение в закрытом состоянии — наибольшее мгновенное значение напряжения в закрытом состоянии, прикладываемого к тиристору, включая только повторяющиеся переходные напряжения.
Uобр,п	URRM	Повторяющееся импульсное напряжение — наибольшее мгновенное значение обратного напряжения, прикладываемого к тиристору, включая только повторяющиеся переходные напряжения.
Uy, з	UGQ	Запирающее постоянное напряжение управления — постоянное напряжение управления тиристора, соответствующее запирающему постоянному току управления.
Uy, з, и	UGQM	Запирающее импульсное напряжение управления — импульсное напряжение управления тиристора, соответствующее запирающему току управления.
Uy, нз	UGH	Незапирающее постоянное напряжение — наибольшее постоянное напряжение управления, не вызывающее выключение тиристора.
Uпop	UT(TO)	Пороговое напряжение — значение напряжения тиристора, определяемое точкой пересечения линии прямолинейной аппроксимации характеристики открытого состояния с осью напряжения.
Iзс	ID	Постоянный ток в закрытом состоянии — ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении.
Iос, ср	ITAV	Cредний ток в открытом состоянии — среднее за период значение тока в открытом состоянии.
Iобр	IR	Постоянный обратный ток — обратный анодный ток при определенном значении обратного напряжения.
Iпрк	I(BO)	Ток переключения — ток через тиристор в момент переключения (Uпрк и Iпрк указываются только для динисторов).
Iос, п	ITRM	Повторяющийся импульсный ток в открытом состоянии — наибольшее мгновенное значение тока в открытом состоянии, включая все повторяющиеся переходные токи.
Iос, удр	ITSM	Ударный ток в открытом состоянии — наибольший импульсный ток в открытом состоянии, протекание которого вызывает превышение допустимой температуры перехода, но воздействие которого за время срока службы тиристора предполагается с ограниченным числом повторений.
Iос	IT	Постоянный ток в открытом состоянии — наибольшее значение тока в открытом состоянии.
Iзс, п	IDRM	Повторяющийся импульсный ток в закрытом состоянии — импульсный ток в закрытом состоянии, обусловленный повторяющимся импульсным напряжением в закрытом состоянии.
Iобр, п	IRRM	Повторяющийся импульсный обратный ток — обратный ток, обусловленный повторяющимся импульсным обратным напряжением.
Iу, от	IGT	Отпирающий постоянный ток управления — наименьший постоянный ток управления, необходимый для включения тиристора (из закрытого состояния в открытое).
Iу, от, и	IGD	Отпирающий ток управления — наименьший импульсный ток управления, необходимый для включения тиристора.
Iу, з, и	IGQM	Запирающий импульсный ток управления — наибольший импульсный ток управления, не вызывающий включение тиристор.
Iуд	IH	Ток удержания — наименьший прямой ток тиристора, необходимый для поддержания тиристора в открытом состоянии.
Iвкл	IL	Ток включения тиристора — наименьший основной ток, необходимый для поддержания тиристора в открытом состоянии после окончания импульса тока управления после переключения тиристора из закрытого состояния в открытое.
Iз	ITQ	Запираемый ток тиристора — наибольшее значение основного тока, при котором обеспечивается запирание тиристора по управляющему электроду.
Pср	PT(AV)	Cредняя рассеиваемая мощность — сумма всех средних мощностей, рассеиваемых тиристором.
ty, вкл, t3, вкл	tt, tgt	Время включения тиристора — интервал времени, в течение которого тиристор включается отпирающим током управления или переключается из закрытого состояния в открытое импульсным отпирающим током.
ty,пнp, tнp	tr, tgr	Время нарастания — интервал времени между моментом, когда основное напряжение понижается до заданного значения, и моментом, когда оно достигает заданного низкого значения при включении тиристора отпирающим током управления или переключении импульсным отпирающим напряжением.
tвыкл	tg	Время выключения  — наименьший интервал времени между моментом, когда основной ток тиристора после внешнего переключения основных цепей понизится до нуля, и моментом, в который определенное основное напряжение проходит через нулевое значение без переключения тиристора.
(dUзc/dt)кр	(dUD/dt)crit	Критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии  — наибольшее значение скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии, которое не вызывает переключение тиристора из закрытого состояния в открытое.
(dUзс/dt)ком	(dUD/dt)com	Критическая скорость нарастания коммутационного напряжения  — наибольшее значение скорости нарастания основного напряжения, которое после нагрузки током в открытом состоянии или обратном проводящем состоянии в противоположном направлении не вызывает переключение тиристора из закрытого состояния в открытое.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Основные параметры тиристоров

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 7Следующая ⇒ К основным параметрам тиристоров относятся параметры предельно допустимых режимов в закрытом состоянии, в обратном непроводящем состоянии, в открытом состоянии и по цепи управления, а также динамические и тепловые параметры: 1) постоянное напряжение в закрытом состоянии – наибольшее прямое напряжение, которое может быть приложено к прибору и при котором он находится в закрытом состоянии; 2) ток в закрытом состоянии –ток, протекающий через тиристор, находящийся в закрытом состоянии при прямом напряжении ; 3) напряжение в открытом состоянии падение напряжения на тиристоре в открытом состоянии; 4) постоянный ток в открытом состоянии наибольшее значение тока в открытом состоянии; 5) время выключения наименьший интервал времени между моментом, когда основной ток тиристора после внешнего переключения основных цепей понизится до нуля, и моментом, в который определенное основное напряжение проходит через нулевое значение без переключения тиристора; 6) критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии наибольшее значение скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии, которое не вызывает переключение тиристора из закрытого состояния в открытое; 7) ток удержания наименьший прямой ток тиристора, необходимый для поддержания тиристора в открытом состоянии; 8) постоянное отпирающее напряжение управления напряжение между управляющим электродом и катодом, соответствующее отпирающему постоянному току управления; 9) отпирающий постоянный ток управления наименьший постоянный ток управления, необходимый для включения тиристора (из закрытого состояния в открытое).     Применение тиристоров Благодаря на­личию двух устойчивых состояний и низкой мощности рассеяния в этих состояниях тиристоры обладают уникальными свойствами, позволяющими использовать их для решения широкого диапазона задач (от регулирования мощности в домашних бытовых электроприборах до переключения и преобразования энергии в высоковольтных линиях электропередачи). В настоящее время созданы тиристоры, работающие при токах от нескольких милли­ампер до 5 000 А и выше и при напряжениях, превышающих 10 000 В Наибольшее применение тиристоры нашли в схемах управления выходным напряжением (тиристорное управление), которые используют для управления различными устройствами, и в частности, управления электродвигателями. К примеру, изменение частоты вращения вала электродвигателя постоянного тока осуществляют изменением амплитуды питающего напряжения. Для этой цели до недавнего времени широко использовали реостаты, однако большая мощность рассеивания, большие габариты привели к необходимости использования тиристоров. Существует два способа управления выходным напряжением: 1) широтно-импульсное управление тиристорами; 2) частотно-импульсное управление тиристорами. Процесс широтно-импульсного управления представлен на рис. 33.       Рис. 33. Процесс широтно-импульсного управления   При широтно-импульсном способе выходное напряжение регулируют изменением длительности импульсов , открывающих тиристор, при неизменном периоде их следования. Тогда среднее значение выходного напряжения преобразователя будет определяться по формуле   (25)   где амплитудное значение постоянного напряжения на нагрузке при . Следовательно, выходное напряжение регулируют от нуля при до при . Процесс частотно-импульсного управления представлен на рис. 34.     Рис. 34. Процесс частотно-импульсного управления   При частотно-импульсном способе регулирование напряжения на нагрузке осуществляют с помощью изменения периода следования импульсов, управляющих открытием тиристора. При этом длительность этих импульсов постоянна . Очевидно, чем больше период , тем меньше . Среднее значение выходного напряжения преобразователя при этом способе управления определяется с использованием выражения (25) при . Структурная схема конвертора – устройства управления выходным напряжением – приведена на рис. 35.       Рис. 35. Структурная схема конвертора   Преобразовательная группа в простейшем случае представляет собой тиристор (или несколько тиристоров), на который подается постоянное напряжение от источника тока. Система управления представляет собой управляемый генератор сигнала (чаще всего прямоугольных импульсов). Сигнал управления подается на управляющий электрод тиристора. Тиристор в соответствии с сигналом управления открывается или запирается. В результате ток от источника проходит или не проходит через тиристор. На выходе тиристора появляется импульсное выходное напряжения. Далее, при необходимости, подключается выпрямитель и нагрузка. В результате, небольшой управляющий ток позволяет коммутировать через тиристор и нагрузку относительно большой ток, среднее напряжение которого зависит от частоты и длительности импульсов управляющего сигнала. Следует отметить, что конверторы, помимо управления выходным напряжением, используют для преобразования постоянного тока в переменный. ЗАДАНИЯ НА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Задание 1. Исследование работы тиристора, способов его включения и выключения 1. Собрать схему, представленную на рис. 36. Марку тиристора выбрать в соответствии с вариантом из табл. 9. Напряжение на источнике установить менее значения , чтобы тиристор не переключился в открытое состояние самостоятельно. Напряжение на источнике установить равным или чуть большим значения . Значение сопротивления подобрать таким образом, чтобы ток, действующий на амперметре М1, был не менее тока удержания . 2. Кратковременным замыканием и размыканием ключа подать управляющее напряжение на управляющий электрод. В отчете представить осциллограммы, полученные на осциллографе до и после подачи управляющего сигнала. Таблица 9 Исходные данные   Вариант       Тип тиристора Постоянное напряжение в закрытом состоянии Ток удержания Постоянное отпирающее напряжение управления Отпирающий постоянный ток управления D235A 50 В 50 мА 5 В 30 мА 2U101A 50 В 50 мА 1.5 – 8 В 0.1 – 5 мА 2U102B 100 В 20 мА 7 В 20 мА 2U104A 15 В 20 мА 2 В 20 мА 2U105A 30 В 10 мА 2 В 5 мА D235B 100 В 50 мА 5 В 30 мА 2U101G 80 В 50 мА 0. 25 – 4.5 В 0.1 – 5 мА 2U102G 200 В 20 мА 7 В 20 мА 2U201V 50 В 30 мА 6 В 100 мА 2U106G 100 В 20 мА 2 В 10 мА 2U102A 50 В 20 мА 7 В 20 мА 2U106A 50 В 20 мА 2 В 10 мА 2U107A 350 В 20 мА 0.8 В 20 мкА KU108V 1000 В 150 мА 25 В 100 мА 2U105B 15 В 20 мА 2 В 5 мА KU109A 700 В 50 мА 7 В 100 мА 2U201A 25 В 30 мА 6 В 100 мА 2U101D 150 В 20 мА 1. 5 – 8 В 0.1 – 5 мА 2U201D 100 В 30 мА 6 В 100 мА 2U107D 75 В 20 мА 0.8 В 30 мкА Окончание табл. 9 Вариант       Тип тиристора Постоянное напряжение в закрытом состоянии Ток удержания Постоянное отпирающее напряжение управления Отпирающий постоянный ток управления KU108С 800 В 150 мА 25 В 100 мА 2U201K 300 В 30 мА 6 В 100 мА 2U102V 150 В 20 мА 7 В 20 мА 2U104V 60 В 20 мА 2 В 20 мА KU109B 750 В 50 мА 7 В 100 мА 2U104G 100 В 20 мА 2 В 20 мА 2U202D 100 В 50 мА 7 В 100 мА KU109G 600 В 50 мА 7 В 100 мА 2U104B 30 В 20 мА 2 В 20 мА 2U201J 200 В 30 мА 6 В 100 мА 2U107G 200 В 20 мА 0. 8 В 20 мкА KU108F 600 В 150 мА 25 В 100 мА Рис. 36. Схема включения тиристора шунтированием напряжения на нем 3. Кратковременным замыканием и размыканием ключа выключить тиристор. В отчете представить осциллограмму, полученную на осциллографе после проделанного действия. ⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒ Читайте также:

Предельно допустимые значения и характеризующие параметры тиристоров — Студопедия

Поделись  

Параметры силовых полупроводниковых приборов разделены на две группы: предельно допустимые значения и характеризующие параметры. Под допустимым значением следует понимать значение любой электрической, тепловой, механической величины, относящейся к окружающей среде, определяющее условия, при которых ожидается удовлетворительная работа прибора.

Предельно допустимое значение — это допустимое значение, которое определяет либо предельную способность, либо предельное условие, за пределами которых прибор может быть поврежден. Предельная способность и предельное условие могут быть максимальными и минимальными. Предельно допустимые значения устанавливаются на основе опыта, испытаний или расчетов.

Характеризующий параметр — значение электрической, тепловой или механической величины, которое характеризует соответствующее свойство прибора. Характеризующие параметры могут измеряться непосредственно или косвенно.

В действующем ГОСТе принята следующая система условных обозначений. Для обозначения величин (основные буквы) принято использовать прописные буквы (кроме мгновенных значений, для обозначения которых используются строчные). Индексы обозначаются преимущественно прописными буквами.

A — вывод анода

AV (AV) — среднее значение

(BO) — соответствует переключению

(BR) — соответствует пробою

D, d — закрытое состояние, в качестве второй буквы — неотпирающий

F — прямое направление (относится к диоду)

G, g — вывод управляющего электрода

H — соответствует удержанию

K — вывод катода

L — соответствует включению

M — основной вывод, импульсное (амплитудное) значение

O — разомкнутая цепь

(OV) — соответствует перегрузке

Q — запирающий

R, r — обратное направление, в качестве второй буквы — повторяющийся, соответствует восстановлению

RMS, (RMS) — действующее значение

S — короткозамкнутая цепь, в качестве второй буквы — неповторяющийся

T — открытое состояние тиристора, в качестве второй буквы — отпирающий

(TO) — пороговый

W — рабочий

com — коммутационный

crit — критическое значение

d — задержка

f — спад

m — максимально допустимое значение

min — минимально допустимое значение

r — нарастание

s — запаздывание

t — включение

tot — общее (суммарное) значение

К основным параметрам тиристоров стандарт относит следующие.

1. Повторяющиеся и неповторяющиеся импульсные напряжения. По характеристике, приведенной на рисунке 43, видно, что при превышении определенного обратного напряжения U_(BR) у тиристора обратный ток может достигать больших значений, что приводит к выходу прибора из строя. Если превысить определенное значение прямого напряжения в закрытом состоянии U_(BO) , то он переходит в открытое состояние без подачи управляющего сигнала, что при работе преобразователей является аварийным режимом.

Рис.43. Количественные характеристики основных параметров по напряжению.

Класс полупроводникового прибора определяется по наименьшему из значений повторяющегося импульсного обратного напряжения U_RRM и повторяющегося импульсного напряжения в закрытом состоянии U_DRM . U_RRMи U_DRM . определяются путем умножения на коэффициент меньше единицы напряжений пробоя и переключения. Конкретное значение коэффициента определяет изготовитель. Число сотен вольт этих напряжений определяет класс прибора. Для предотвращения повреждения тиристоров в переходных режимах от коммутационных напряжений в справочниках приводят значения допустимых неповторяющихся напряжений U_RSMиU_DSM. Рабочие напряжения выбираются обычно с запасом. Это напряжения U_RWMи U_DWM.

2. Максимально допустимый средний ток . Это среднее за период значение прямого тока в однофазной однополупериодной схеме с активным сопротивлением нагрузки. Этот параметр определяется условиями работы тиристора. Возможно несколько значений. Максимально допустимый средний ток при заданной температуре корпуса — I_TAVm. Этот ток определяется пороговым напряжением, дифференциальным сопротивлением, температурными условиями. Он может задаваться и для определенных условий охлаждения, для определенных условий работы. В последнем случае учитывается дополнительно форма кривой тока.

В отдельных случаях при хороших условиях охлаждения возможен ток выше I_TAVm,но в любом случае он не должен превышать максимально допустимое действующее значение 1,57 I_TAVm. В ряде случаев регламентируется допустимый ток при определенной длительности импульса тока и определенной частоте. При частоте , отличной от 50 Гц, допустимый средний ток снижается из-за дополнительных потерь при повышенных частотах и повышения амплитуды импульсов тока при пониженных частотах.

3. Характеристики управляющего электрода. Амплитуда и длительность управляющих импульсов ограничены рядом требований. Для определения зон гарантированного отпирания приборов снимаются зависимости тока через управляющий электрод от прямого напряжения управления (входные характеристики ) для приборов с максимальным и минимальным входным сопротивлением R_Gm , R_Gmin.

Рис.44. Характеристики управляющего электрода.

Процесс отпирания тиристора тем успешнее, чем шире импульс или выше его амплитуда. При этом, однако, не должна быть превышена мощность в управляющем p — n переходе. Минимальные значения напряжения U_GT и тока I_GTцепи управления ограничены значениями U_GTmin и I _GЕmin при которых возможно неоткрытие части тиристоров серии. Длительность управляющего импульса (10 – 50 мкс) £ t_G4 < t_G3 < t_G2 < t_G1.

4. Характеризующие параметры перегрузочной способности. Для оценки возможности воздействия аварийных токов на полупроводниковый прибор без последующего воздействия напряжения используется значение ударного тока при открытом состоянии. Он должен быть больше расчетного значения ударного тока при коротком замыкании нагрузки. Изготовитель приводит зависимость максимально допустимой амплитуды ударного тока аварийной перегрузки I_TSmот ее длительности в интервале от 10 до 200 мс. При выборе защиты необходимо, чтобы характеристики защиты проходили ниже характеристик вентилей. Перегрузки допускаются ограниченное число раз.

5. Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии. При включении тиристора процесс распространения проводящей зоны начинается вблизи управляющего перехода и идет со скоростью 30 — 100 м/с. Поэтому каждый прибор характеризуется критической скоростью нарастания тока в открытом состоянии. Предприятия — изготовители устанавливают гарантированное значение di_T/dt.

6. Максимальная и минимальная температура перехода. Электрические параметры полупроводниковых приборов зависят от температурного режима. Превышение определенного предела приводит к снижению класса прибора, росту токов утечки и времени включения, снижению помехоустойчивости и т.д. Заданы два значения предельных температур. Максимально допустимая температура — это температура, которая не должна быть превышена в длительных режимах эксплуатации. Минимально допустимая температура определяет предел, ниже которого не допускается не только работа, но и хранение прибора. Минимальная температура не должна быть ниже (- 50 — 60^о С). Максимальная температура зависит от конструкции.

7. Характеризующие параметры тиристоров в состоянии высокой проводимости. Основным параметром, характеризующим состояние высокой проводимости, является импульсное напряжение в открытом состоянии. Этот параметр измеряется при нормальной температуре и токе 3,14 I_ATVm . Отрезок, отсекаемый линией аппроксимации на оси абсцисс, численно равен пороговому напряжению U_T(TO) , а котангенс угла, под которым эта линия пересекает ось абсцисс, есть дифференциальное сопротивление r_T.

Пороговое напряжение и дифференциальное сопротивление позволяют рассчитать среднюю мощность потерь, значение которых определяет нагрев структуры тиристора при заданном среднем токе. Пороговое напряжение мало зависит от конструктивных особенностей прибора и составляет около 1 В, а дифференциальное сопротивление

прямо пропорционально толщине кремниевой структуры и обратно пропорционально ее площади. С ростом температуры U_T(TO) уменьшается, а r_T растет.

8. Обратный ток и ток в закрытом состоянии I_RRm и I_DRm. При приложении к прибору обратного напряжения или напряжения в закрытом состоянии при отсутствии управляющего сигнала, через прибор протекает ток, значение которого зависит от дефектов структуры в объеме и на поверхности , а также ток, обусловленный рекомбинацией носителей и искусственной шунтировкой , используемой как метод улучшения отдельных параметров прибора. При большом напряжении этот ток может возрасти до значений, при которых мощность, выделяемая на отдельных участках структуры прибора, может привести к перегреву , способному разрушить тиристор. Обратный ток и ток в закрытом состоянии являются одними из основных параметров-критериев годности тиристора. В процессе эксплуатации эти параметры контролируются, за счет чего можно выявлять ненадежные тиристоры.

а) б)

Рис. 46. Характеристика процесса включения (а) и выключения (б) тиристора

Рис.47. К определению термина «ток включения»: I_G1 < I_G2 < I_G3 – отпирающий ток управления; I_н– ток удержания

9. Токи удержания и включения I_H и I_L . Если тиристор находится в открытом состоянии и через него протекает постоянный ток при отсутствии управляющего сигнала, то при плавном снижении этого тока наступает момент, когда тиристор переходит в закрытое состояние. Такое минимальное значение называется током удержания I_H . Ток удержания возрастает с ростом температуры, поэтому в справочниках приводится его значение для всего диапазона рабочих температур.

При включении тиристора управляющим сигналом определенной амплитуды и длительности тиристор включится только тогда, когда ток в открытом состоянии превысит определенное значение, называемое током включения I_L . Ток включения зависит от амплитуды и ширины управляющего импульса: чем они больше, тем ток включения ближе к току удержания. При коротких импульсах (менее 50 мкс) и амплитуде, близкой к отпирающему значению тока, значение тока включения может быть в несколько раз больше тока удержания.

10. Временные характеристики процессов включения и отключения. Время включения состоит из времени задержки и времени нарастания тока:

t_gt = t_gd+t_gr(Рис. 46). Время задержки зависит в основном от амплитуды тока управления и длительности его фронта. Время нарастания зависит от амплитуды тока в открытом состоянии и увеличивается с ее возрастанием. Время включения для тиристоров одного и того же типа не одинаково. В справочниках дается максимальное значение этого параметра.

Чтобы уменьшить перегрузку тиристоров в преобразователе, вызванную разбросом времени включения, необходимо использовать отпирающие импульсы с коротким фронтом и большой амплитудой (скорость нарастания тока управления не менее 1 А/мкс, амплитуда — не менее 1 А).

Для ряда преобразовательных схем имеет значение время выключения тиристора t_q (Рис.46,б).Оно зависит от величины тока в открытом состоянии, скорости его спада, амплитуды и скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии, температуры перехода.

Имеет значение и время восстановления t_rr. При переводе тиристора в непроводящее состояние под действием обратного напряжения в течение определенного времени обратный ток возрастает до значений, превышающих статическое, и при этом тиристор не способен воспринимать обратное напряжение.

Время восстановления определяет частотные свойства тиристора.

11. Критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии. При приложении к тиристору напряжения в закрытом состоянии при большой скорости его нарастания через тиристор протекает емкостной ток, определяемый емкостью центрального перехода. Этот процесс сопровождается инжекцией неосновных носителей крайними переходами, отчего создаются предпосылки для включения тиристора. Поэтому критическое значение du_D /dt нормировано.

12. Тепловые параметры. Тепловые потери, возникающие при прохождении тока через тиристор, выделяются в основном в небольшом объеме полупроводниковой структуры. Далее тепловой поток проходит через ряд слоев различных материалов. При этом каждый слой оказывает свое тепловое сопротивление, вследствие чего создаются перепады температур. В справочниках приводится переходное тепловое сопротивление переход-корпус и переход-среда, которое позволяет рассчитать температуру перехода при определенных параметрах охладителя.

13. Ударная мощность обратных потерь. Лавинные приборы при эксплуатации могут выдерживать значительные перегрузки по току в обратном направлении. Основной характеристикой при этом является мощность обратных потерь P_RSM. В справочниках дана зависимость этой мощности от длительности импульса обратного напряжения и частоты следования импульсов.



Тиристор

Реализуйте тиристорную модель

Библиотека

Основные Блоки/Силовая электроника

Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / Силовая электроника

Описание

Тиристор является полупроводниковым устройством, которое может быть включено через сигнал логического элемента. Тиристорная модель симулирована как резистор Рон, индуктор Лон, и источник напряжения постоянного тока, представляющий прямой VF напряжения, соединился последовательно с переключателем. Переключателем управляет логический сигнал в зависимости от напряжения Vak, текущий Iak и сигнал g логического элемента.

Блок Thyristor также содержит схему демпфера серии Rs-Cs, которая может быть соединена параллельно с тиристорным устройством.

Помехи VI характеристик этой модели показывают ниже.

Тиристорное устройство включает, когда анодный катод, напряжение _Vak больше Vf и положительного импульсного сигнала, применяется во входе логического элемента (g> 0). Импульсная высота должна быть больше 0 и продлиться долго достаточно, чтобы позволить тиристорному анодному току становиться больше, чем фиксирующийся текущий Il.

Тиристорное устройство выключает, когда текущее течение в устройстве становится 0 (Iak = 0), и отрицательное напряжение появляется через анод и катод, по крайней мере, в течение промежутка времени, равного времени выключения Tq. Если напряжение через устройство становится положительным в течение промежутка времени меньше, чем Tq, устройство включает автоматически, даже если сигнал логического элемента является низким (g = 0), и анодный ток меньше текущей фиксации. Кроме того, если во время поворота — на, амплитуда тока устройства остается ниже фиксирующегося текущего уровня, заданного в диалоговом окне, устройство выключает после того, как уровень сигнала логического элемента становится низким (g = 0).

Время выключения Tq представляет время восстановления несущей: это — временной интервал между моментом, который анодный ток уменьшил к 0 и момент, когда тиристор способен к противостоянию положительному напряжению Vak, не включая снова.

Параметры

Тиристорная модель и подробная тиристорная модель

Чтобы оптимизировать скорость симуляции, две модели тиристоров доступны: тиристорная модель и подробная тиристорная модель. Для тиристорной модели фиксирующегося текущего Il и время восстановления Tq приняты, чтобы быть 0.

Resistance Ron

Тиристорное внутреннее сопротивление Рон, в Омах (Ω). Значением по умолчанию является 0.001. Параметр Resistance Ron не может быть установлен на 0 когда параметр Inductance Lon устанавливается на 0.

Inductance Lon

Тиристорная внутренняя индуктивность Лон, в Генри (H). Значением по умолчанию является 0 для блоков Thyristor и 1e–3 для блоков Detailed Thyristor. Параметр Inductance Lon обычно устанавливается на 0 кроме тех случаев, когда параметр Resistance Ron устанавливается на 0.

Forward voltage Vf

Прямое напряжение тиристора, в вольтах (В). Значением по умолчанию является 0.8.

Initial current Ic

Когда параметр Inductance Lon больше 0, можно задать начальное текущее течение в тиристоре. Это обычно устанавливается в 0 начинать симуляцию с блокированного тиристора. Значением по умолчанию является 0.

Можно задать значение Initial current Ic, соответствующее конкретному состоянию схемы. В таком случае все состояния линейной схемы должны быть установлены соответственно. При инициализации всех состояний степени электронный конвертер является комплексной задачей. Поэтому эта опция полезна только с простыми схемами.

Snubber resistance Rs

Сопротивление демпфера, в Омах (Ω). Значением по умолчанию является 500. Установите параметр Snubber resistance Rs на inf устранить демпфер из модели.

Snubber capacitance Cs

Емкость демпфера в фарадах (F). Значением по умолчанию является 250e-9. Установите параметр Snubber capacitance Cs на 0 устранить демпфер, или к inf получить резистивный демпфер.

Show measurement port

Если выбрано, добавьте Simulink^® выведите с блоком, возвращающим тиристорный ток и напряжение. Значение по умолчанию выбрано.

Latching current Il

Фиксация, текущая из подробной тиристорной модели, в амперах (А). Значением по умолчанию является 0.1. Этот параметр характерен для блоков Detailed Thyristor.

Turn-off time Tq

Время выключения Tq подробной тиристорной модели, в секундах (секундах). Значением по умолчанию является 100e–6. Этот параметр характерен для блоков Detailed Thyristor.

Вводы и выводы

g

Сигнал Simulink, чтобы управлять логическим элементом Тиристора.

m

Simulink выход блока является вектором, содержащим два сигнала. Можно демультиплексировать эти сигналы при помощи блока Селектора Шины, обеспеченного в Библиотеке Simulink.

Сигнал	Определение	Модули
1	Тиристорный ток	A
2	Тиристорное напряжение	V

Допущения и ограничения

Блок Thyristor реализует макро-модель действительного тиристора. Это не учитывает или геометрию устройства или объединяет физические процессы, которые моделируют поведение устройства [1, 2]. Прямое напряжение переключения и критическое значение производной повторно примененного напряжения анодного катода не рассматриваются моделью.

В зависимости от значения индуктивности Лон блок Thyristor моделируется любой как текущий источник (Лон> 0) или как переменная схема топологии (Лон = 0). Блок Thyristor не может быть соединен последовательно с индуктором, текущим источником или разомкнутой цепью, если ее схема демпфера не используется.

Лон индуктивности обеспечен к 0, если вы принимаете решение дискретизировать свою схему.

Примеры

В power_thyristor пример, выпрямитель одно импульсного тиристора используется, чтобы питать загрузку RL. Импульсы логического элемента получены из импульсного генератора, синхронизируемого на исходном напряжении. Следующие параметры используются:

Угол включения варьируется импульсным генератором, синхронизируемым на источнике напряжения. Запустите симуляцию и наблюдайте текущую загрузку и загрузите напряжение, а также тиристорный ток и напряжение.

Ссылки

[1] Rajagopalan, V., автоматизированный анализ электронных систем степени, Marcel Dekker, Inc., Нью-Йорк, 1987.

[2] Mohan, N., T.M. НеДеленд, и В.П. Роббинс, силовая электроника: конвертеры, приложения, и проект, John Wiley & Sons, Inc., Нью-Йорк, 1995.

Смотрите также

Диод, Универсэл-Бридж

Представлено до R2006a

Общие сведения о спецификациях и параметрах тиристора SCR » Примечания по электронике

Изучите технические характеристики и параметры ключевых тиристоров или тиристоров, приведенные в технических описаниях, чтобы можно было выбрать или выбрать правильное устройство.

Симистор, диак, тиристор Учебное пособие Включает:
Основы работы с тиристорами Структура тиристорного устройства Тиристорный режим Затвор выключения тиристора, ГТО Технические характеристики тиристора Что такое симистор Технические характеристики симистора Обзор Диака

При выборе тиристора или тиристорного тиристора необходимо понимать несколько параметров таблицы данных, чтобы можно было выбрать правильное устройство.

Спецификации и параметры различных SCR/тиристоров сильно отличаются от более привычных спецификаций транзисторов и полевых транзисторов, но даже в этом случае они относительно просты.

Следует отметить, что многие спецификации тиристоров применимы также и для симисторов и дияков.

Общие характеристики тиристоров и параметры
	Спецификация	Спецификация тиристора / Сведения о параметрах
dI/dt	Максимальный рост тока в открытом состоянии	Существует максимальная скорость нарастания тока в открытом состоянии во время включения. Если этот показатель превышен, то устройство может быть повреждено.
I ГМ	Пиковый ток затвора	Это максимальный уровень тока затвора, который не должен превышаться.
I ГТ	Ток запуска ворот	Это ток, необходимый в затворе, чтобы позволить устройству запускаться и фиксироваться во включенном состоянии, при условии, что ток анод-катод достаточен для поддержания протекания тока.
I 2 т	Защита от перегрузки по току	Параметр I 2 t указывает на предохранитель, необходимый для защиты. Это для продолжительности перегрузки по току 10 мс.
И Т(АВ)	Средний ток в открытом состоянии	Этот параметр отличается от среднеквадратичного значения тока, поскольку он определяет среднее значение тока, а не среднеквадратичное значение. Среднеквадратичное значение даст истинный эффект нагрева тока.
I Т(СКЗ)	Среднеквадратичное значение тока в открытом состоянии	Эта спецификация тиристора является максимально допустимым среднеквадратичным значением тока через устройство. Он указан для данной температуры. В различных спецификациях может быть указана температура окружающей среды, T a , температура корпуса, T c , или даже температура свинца, T l . Метод, используемый для определения температуры, обычно зависит от типа корпуса тиристора/тиристора.
I ТСМ	Неповторяющийся выброс тока в открытом состоянии	Как следует из названия, этот параметр таблицы данных для тиристоров определяет максимальный пиковый ток в устройстве в импульсных условиях. Нужно смотреть точные условия для рассматриваемого производителя, но часто определяется для полусинусоиды. Продолжительность указана для 50 Гц (длительность 10 мс) и 60 Гц (длительность 8,3 мс). Это необходимо, поскольку импульсный ток, превышающий максимальный, может привести к выходу устройства из строя.
Т Дж	Температура перехода	Это температура перехода, и часто в спецификациях указывается максимальная температура перехода. Рассчитывая термическое сопротивление, можно определить условия, при которых максимальная температура перехода не превышается.
Т стг	Температура хранения	Это минимальная температура, при которой можно хранить устройство.
В ДРМ /В РРМ	Повторяющееся пиковое напряжение в закрытом состоянии	Этот параметр представляет собой максимально допустимое пиковое напряжение на устройстве. Этот параметр спецификации не должен превышаться, иначе устройство может выйти из строя. Также всегда хорошо оставлять достаточный запас для переходных процессов. Этот параметр указан для условий вплоть до максимальной температуры перехода. Кроме того, токи утечки (I DRM / I RRM ) также обычно определяются в соответствии с этой спецификацией.
В ГТ	Напряжение срабатывания затвора	Это напряжение, которое необходимо приложить между затвором и катодом, чтобы обеспечить достижение тока запуска затвора и срабатывание устройства.
В РГМ	Пиковое обратное напряжение затвора	Это максимальный уровень напряжения затвора, который может быть приложен к катодному переходу затвора без возможности его повреждения. Целесообразно работать значительно ниже этого напряжения.

Хотя существует много других спецификаций и параметров тиристоров, которые используются в их спецификациях, это одни из наиболее широко используемых, которые необходимы при проектировании цепей и выборе правильных компонентов.

Другие электронные компоненты:
Резисторы конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор полевой транзистор Типы памяти Тиристор Соединители ВЧ-разъемы Клапаны/трубки Батареи Переключатели Реле Технология поверхностного монтажа
    Вернуться в меню «Компоненты». . .

Принцип, характеристики и основные параметры тиристора

. Введение. Тиристоры представляют собой мощные полупроводниковые устройства, которые выполняют как коммутационные, так и выпрямительные функции и используются в различных схемах, таких как управляемое выпрямление и преобразование частоты, инверторы и бесконтактные выключатели. Пока он снабжен триггерным сигналом слабой точки, он может управлять сильным электрическим выходом. Таким образом, это мост для полупроводниковых устройств, чтобы войти в поле сильного электричества из поля слабого электричества.

На сегодняшний день тиристоры являются наиболее широко используемыми полупроводниковыми устройствами в электронной промышленности. Несмотря на постоянное появление различных новых полупроводниковых материалов, 98% полупроводниковых материалов по-прежнему составляют кремниевые материалы, которые до сих пор являются основой индустрии интегральных схем. Он широко используется из-за его небольшого размера, легкого веса, высокой мощности и длительного срока службы.

Введение в Тиристоры: SCR

Каталог

Тиристор, также называемый кремниевым управляемым выпрямителем, является аббревиатурой полупроводникового тиристора . Это сильноточное переключающее полупроводниковое устройство, в котором для управления используются малые токи. Обычно используются два типа: обычные тиристоры (также называемые однонаправленными тиристорами) и TRIAC (триод для переменного тока). Благодаря своему небольшому размеру, легкому весу, высокой эффективности, долговечности, устойчивости к вибрациям, а также бесшумности и простоте использования, он за короткий промежуток времени привлек большое внимание со стороны отечественных, зарубежных, промышленных и сельскохозяйственных производственных отделов и широко используется в различном производственном оборудовании и бытовой технике. По принципу работы его можно условно разделить на четыре категории: е — Исправление: преобразование мощности переменного тока в регулируемую мощность постоянного тока.

— Инвертор: преобразует мощность постоянного тока в мощность переменного тока с определенной частотой.

— Переключатель постоянного тока: используется для переключателя контура постоянного тока или регулирования напряжения постоянного тока.

— Переключатель переменного тока: используется для переключателя контура переменного тока или регулирования напряжения переменного тока.

В соответствии с объектами обслуживания может использоваться в промышленности, сельском хозяйстве, обороне страны, на транспорте, в горнодобывающей, металлургической, легкой, химической промышленности и других отраслях.

По производительности тиристоры не только имеют однонаправленную проводимость, но и обладают более ценной управляемостью, чем кремниевые выпрямительные элементы (известные как «мертвый кремний»). У него всего два состояния: включено и выключено.
Тиристоры могут управлять мощным электромеханическим оборудованием с миллиамперными токами. Если частота превышает это значение, средний допустимый ток переключения уменьшится из-за значительного увеличения коммутационных потерь компонентов. В это время номинальный ток должен снижаться. Тиристоры
имеют много преимуществ, таких как: управление большой мощностью при малой мощности, кратность усиления мощности до нескольких сотен тысяч раз; чрезвычайно быстрый отклик, включение и выключение за микросекунды; бесконтактная работа, без искры, без шума; высокая эффективность, низкая стоимость и так далее.
Недостатки тиристоров: низкая статическая и динамическая перегрузочная способность; легко ошибиться из-за помех.

Два типа тиристоров, однонаправленные тиристоры и трехполюсные симисторы, кратко представлены ниже.

a. Однонаправленный тиристор

Внутренняя структура однонаправленного тиристора показана на рисунке 1 (а). Из рисунка 1 (а) видно, что однонаправленный тиристор составлен из четырех слоев полупроводников П ₁ Н ₁ Р ₂ Н ₂ . Посередине расположены три PN-перехода: J ₁ , J ₂ и J ₃ . Анод A взят из P ₁ , катод K взят из N ₂ , а управляющий электрод (или затвор) G взят из среднего P ₂ . Условное обозначение схемы однонаправленного тиристора показано на рисунке 1 (б).

Рис. 1. Принципиальная схема и условное обозначение однонаправленного тиристора

Чтобы понять принцип работы однонаправленного тиристора, однонаправленный тиристор можно эквивалентно рассматривать как комбинацию транзистора PNP T ₁ и транзистора NPN T ₂ . Средний слой P ₂ и слой N ₁ совместно используются двумя транзисторами. Анод A эквивалентен эмиттеру T ₁ , а катод K эквивалентен эмиттеру T ₂ , как показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Принцип работы однонаправленного тиристора

Ключом к пониманию того, как работают однонаправленные тиристоры, является понимание роли управляющего электрода.

(1) На управляющий электрод не подается напряжение или обратное напряжение. должно быть I _G =0. Если между анодом и катодом приложено обратное напряжение, то есть U _АК ＜0. Из-за J и J ₂ ,   передающие переходы T ₁ , T ₂ оба смещены в обратном направлении, а состояние T ₁ и T ₂ в это время находится в выключенном состоянии. ток, протекающий через однонаправленный тиристор, является только обратным током насыщения J ₁ и J ₃ , I _A ≈0, а однонаправленный тиристор находится в запертом состоянии; если между анодом и катодом приложено прямое напряжение, то есть U _AK >0, J ₂  находится в состоянии обратного смещения, поскольку I _G =0, T ₂  должен находиться в выключенном состоянии. а ток в однонаправленном тиристоре только обратный J ₂ . В это время ток в однонаправленном тиристоре является как раз обратным током насыщения J ₂ , I _A ≈0, и однонаправленный тиристор все еще находится в запертом состоянии. Поэтому, когда на управляющий полюс не подается напряжение или подается обратное напряжение, I _G  = 0, однонаправленный тиристор находится в запирающем состоянии и имеет положительные и отрицательные запирающие возможности.

(2) Подача прямого напряжения на управляющий электрод

При подаче прямого напряжения между управляющим электродом и катодом, то есть U _GK > 0, эмиттерный переход J ₃  из T ₂ находится в прямом смещении, и I _G ≠0. Если между анодом и катодом приложено обратное напряжение, то есть U _AK  <0, так как эмиссионный переход J ₁ Т ₁ смещен в обратном направлении, а Т ₁ находится в выключенном состоянии, однонаправленный тиристор находится в запертом состоянии, I _А ≈0; Если между анодом и катодом приложено прямое напряжение, то есть U _AK > 0, поскольку эмиссионные переходы J ₁ , J ₃ T ₁ , T ₂ смещены в прямом направлении, и коллекторный переход J ₂ с обратным смещением, T ₁ , T ₂  будет в усиленном состоянии. После того как I _G усиливается T ₂ , ток коллектора T ₂ равен I _C2  = β ₂ I _G . Ток коллектора T ₂  является током базы T ₁ после усиления T ₁ , ток коллектора T ₁ равен I _C1  = β _{1 3} 2 β 90 _Г . Этот ток течет в базу T ₂  на усиление, и в этом цикле формируется сильная положительная обратная связь, из-за чего Т ₁ , Т ₂ быстро входят в состояние насыщения, а однонаправленный тиристор находится во включенном состоянии. После включения однонаправленного тиристора U _AK ,   величина напряжения между анодом и катодом очень мала, и напряжение внешнего источника питания практически полностью падает на нагрузку.

(3) Отключение однонаправленного тиристора

Из вышеприведенного анализа видно, что после включения однонаправленного тиристора по базе T ₂ всегда протекает коллекторный ток I _C1 T ₁ , а значение I _C1  намного больше, чем I _G  , примененный вначале. Таким образом, даже если напряжение управляющего электрода исчезнет и I _G  = 0, он все еще может полагаться на положительную обратную связь самой трубки для поддержания проводимости. Следовательно, как только однонаправленный тиристор будет включен, управляющий электрод потеряет функцию управления. После включения однонаправленного тиристора, если вы хотите, чтобы он снова выключился, анодный ток I _A должен быть уменьшен, чтобы он не мог поддерживать положительную обратную связь. Для этого анод может быть отключен или между анодом и катодом может быть приложено обратное напряжение.

Таким образом, при условии, что прямое напряжение приложено между анодом и катодом однонаправленного тиристора, если прямое напряжение будет добавлено между управляющим электродом и катодом в определенный момент времени, однонаправленный тиристор изменится с блокирующего состояния в проводящее состояние. Это приводит к проводимости. После включения однонаправленного тиристора управляющий электрод потеряет функцию управления. Если вы хотите снова выключить однонаправленный тиристор, вы должны сделать его анодный ток меньше определенного значения I _H  (так называемый ток удержания) или уменьшить напряжение U _AK между анодом и катодом до нуля.

б. TRIAC

TRIAC представляет собой трехконтактный элемент с пятислойной структурой N ₁ P ₁ N ₂ P ₂ N ₃ . Он имеет три электрода: основной электрод A ₁ , основной электрод A ₂ и управляющий электрод (или затвор) G. Это также переключатель управления затвором. Независимо от его структуры или характеристик, его можно рассматривать как пару встречно-параллельных обычных тиристоров. Его структура, схема замещения и условные обозначения показаны на рис. 3.

Рисунок 3. Условное обозначение, конструкция и схема замещения симистора

Главные электроды А ₂ и А ₁ симистора соединены последовательно с объектом управления (нагрузкой) RL, что эквивалентно бесконтактный переключатель. «Включение» или «выключение» этого переключателя контролируется сигналом u _G  (называемым триггерным сигналом) на управляющем электроде G. При наличии напряжения (u ≠ 0) между основными электродами A ₂ и А ₁ , в момент появления триггерного сигнала u _G  , он будет проводящим между A ₂  и A ₁ TRIAC, что эквивалентно замкнутому состоянию переключателя. И как только он включен, даже если u _G  исчезнет, ​​он может оставаться включенным до тех пор, пока u = 0 или ток в последовательной цепи главного электрода и нагрузки не уменьшится до определенного значения, затем он выключится. . После отсечки это эквивалентно выключенному состоянию переключателя. Таким образом, слабый сигнал тока на управляющем электроде может использоваться для управления большим током в цепи главного электрода.

Рисунок 4. Кривая вольтамперной характеристики симистора

Вообще говоря, независимо от полярности напряжения между двумя основными электродами симистора A ₂ и A ₁ , пока определенная амплитуда положительного и на управляющий электрод подаются отрицательные импульсы, его можно включить. Таким образом, i представляет собой ток в основном электроде, а u представляет собой напряжение между A ₂  и A ₁ . Функциональная взаимосвязь между ними (называемая кривой вольт-амперной характеристики) показана на рисунке 4. Из кривой видно, что симистор имеет в основном одинаковые симметричные характеристики в первом и третьем квадранте.

В соответствии с напряжением u на основном электроде и полярностью напряжения запускающего импульса u _G  на управляющем электроде в сочетании с вольт-амперной характеристикой симистор можно разделить на четыре режима запуска, которые определены следующим образом:

(1) I+триггер: в первом квадранте характеристической кривой (A ₂  положительный) управляющий электрод представляет собой положительный пусковой сигнал относительно A ₁ .

(2) I-триггер: В первом квадранте характеристической кривой (A ₂  является положительным), управляющий электрод является отрицательным триггером по отношению к A ₁ .

(3) Ⅲ+триггер: в третьем квадранте характеристической кривой (A ₂  отрицательный) управляющий электрод является положительным триггером по отношению к A ₁ .

(4) Ⅲ-триггер: в третьем квадранте характеристической кривой (A ₂  отрицательный) управляющий электрод представляет собой отрицательный триггер относительно A ₁ .

Среди этих четырех режимов запуска I+ и III- имеют более высокую чувствительность и являются двумя наиболее часто используемыми режимами запуска.

В схеме управления электронагревательного электроприбора нового типа триггерный сигнал, подаваемый на управляющий электрод симистора, выводится одночиповым микрокомпьютером или интегральной схемой. Некоторые выводят непрерывный сигнал положительного (или отрицательного) напряжения, а некоторые выводят серию триггерных импульсов с пересечением нуля, синхронизированных с синусоидальным источником питания переменного тока 50 Гц. Первый называется потенциальным триггером, а второй — импульсным триггером. Их формы сигналов показаны на рисунке 5 и рисунке 6 соответственно.

Figure 5.

Figure 6. 

Тиристор (также известный как полупроводниковый управляемый выпрямитель) представляет собой мощный полупроводниковый прибор с четырехслойной структурой (PNPN). Он имеет три выводных электрода, а именно анод (А), катод (К) и затвор (G). Его условное изображение и сечение устройства показаны на рис. 7.

Рис. 7. Обозначение символа и поперечное сечение устройства

Обычные тиристоры двунаправленно рассеивают примеси P-типа (алюминий или бор) в кремниевой пластине N-типа, образуя P ₁ N ₁ P ₂  , а затем диффундируют примеси N-типа (фосфор или сурьма) с образованием катода в большинстве областей P ₂ , и в то же время выводят электрод затвора на P ₂  и формируют омический контакт. в Р ₁  в качестве анода.

Состояние включения и выключения тиристора определяется током анода и напряжением на затворе. Кривые вольт-амперной характеристики обычно используются для описания взаимосвязи между ними, как показано на рисунке 8.

0042 AK подает прямое напряжение, J ₁ и J ₃ смещают в прямом направлении, а J ₂ смещают в обратном направлении. Приложенное напряжение почти падает на J ₂ , а J ₂ играет роль блокировки тока. С увеличением V _AK , пока V _AK   BO , проходящий анодный ток I _A мал, поэтому эта область называется состоянием прямой блокировки. Когда V _AK превышает значение V _BO , анодный ток внезапно увеличивается, и он будет находиться в состоянии низкого напряжения и высокого тока в тот момент, когда характеристическая кривая пересекает отрицательное сопротивление. Ток открытого состояния I _T , определяемый нагрузкой, протекает через тиристор, падение напряжения на устройстве составляет около 1 В, а состояние, соответствующее участку CD характеристической кривой, называется открытым состоянием. V _BO и соответствующий ему I _BO обычно называют напряжением прямого отключения и током отключения. После того, как тиристор включен, он может сам поддерживать открытое состояние. Переход из включенного состояния в выключенное состояние обычно управляется внешней схемой без использования стробирующего сигнала, то есть устройство может быть выключено только при снижении тока ниже определенного порогового значения, называемого током удержания I _Н .

При закрытом состоянии тиристора (В _АК  < В _БО ), если электрод затвора выполнен положительным по отношению к катоду и на электрод затвора подается ток I _Г , тиристор отключится при более низком напряжении. Напряжение отключения V _BO и ток отключения I _BO являются функциями I _G . Чем больше I _G , тем меньше V _BO . Как показано на рисунке 3, после включения тиристора устройство включается, даже если сигнал затвора снят.

Когда анод тиристора отрицателен по отношению к катоду, пока V _AK   BO , I _A  невелик и не имеет ничего общего с I _G . Однако при большом обратном напряжении (V _AK ≈V _BO ) обратный ток утечки через тиристор резко возрастает, что свидетельствует о пробое тиристора. Поэтому V _BO называется обратным напряжением отключения и током отключения.

Тиристор имеет 3 PN-перехода, а характеристическую кривую можно разделить на (0 ~ 1) область блокировки, (1 ~ 2) область пробоя, (2 ~ 3) область отрицательного сопротивления и (3 ~ 4) проводящая область.

а. Вперед W Оборот A rea

— Прямое блокирование (0 ~ 1) область

При подаче прямого напряжения между AK, J ₁ и J ₃ несут прямое напряжение, а J ₂ несут обратное напряжение, и приложенное напряжение почти полностью падает на J ₂ . J ₂ с обратным смещением блокирует ток, а тиристор в это время не проводит ток.

— Зона лавинного пробоя (1 ~ 2 также называется зоной пробоя) Дж ₂  расширяется, и внутреннее электрическое поле значительно усиливается, что приводит к усилению эффекта умножения. В результате ток через J ₂ резко возрастает, и ток, протекающий через устройство, также увеличивается. В это время ток, проходящий через J ₂ , преобразуется из исходного обратного тока в ток, который в основном ослабляется J ₁ и J ₃ через базовую область и умножается в области пространственного заряда J ₂ . Это лавинная область, где резко возрастает напряжение и резко возрастает ток. Поэтому характеристическая кривая поворачивается в области, поэтому она называется областью пробоя.

— Область нагрузки (2 ~ 3)

Когда приложенное напряжение превышает напряжение пробоя, большое количество электронно-дырочных пар, генерируемых лавинным удвоением области пространственного заряда Дж ₂ , извлекается обратное электрическое поле. Электроны входят в область N ₁  и отверстия входят в область P ₂ . Из-за неспособности к быстрой рекомбинации вблизи обеих сторон J ₂ происходит накопление носителей: дырок в области P ₂ и электронов в области N ₁ , компенсируя заряд ионизированных примесей и сужая область пространственного заряда. . В результате потенциал в области P ₂ увеличивается, а потенциал в области N ₁ уменьшается, что компенсирует внешнее электрическое поле. Поскольку приложенное напряжение на J ₂  уменьшается, эффект лавинного умножения также ослабевает. С другой стороны, прямое напряжение J ₁ и J ₃ было увеличено, а подача увеличилась, что привело к увеличению тока через J ₂ , поэтому возникло явление отрицательного сопротивления, при котором ток увеличивается, а напряжение уменьшается.

— Область открытого состояния с низким сопротивлением (3 ~ 4)

Как упоминалось выше, эффект умножения вызывает накопление электронов и дырок по обе стороны J ₂ , что приводит к уменьшению напряжения обратного смещения J ₂  ; в то же время инжекция J ₁ и J ₃ усиливается, а цепь увеличивается, так что заряды продолжают накапливаться с обеих сторон J ₂ , а напряжение перехода продолжает уменьшаться. Когда напряжение падает до точки, в которой останавливается лавинное умножение и все напряжения на переходе компенсируются, дырки и электроны все еще накапливаются с обеих сторон J ₂ и J ₂ становятся смещенными вперед. В это время J ₁ , J ₂ и J ₃ смещены в прямом направлении, и через устройство могут проходить большие токи, поскольку оно находится в области низкого сопротивления во включенном состоянии. В полностью проводящем состоянии его вольт-амперная характеристика аналогична характеристике выпрямительного элемента.

б. Реверс W orking A rea (0 ~ 5)

Когда устройство работает в обратном направлении, J ₁ и J ₃ имеют обратное смещение. Из-за очень низкого напряжения пробоя сильно легированного J ₃ , J ₁ выдерживает почти все приложенное напряжение. Вольт-амперная характеристика прибора представляет собой вольт-амперную характеристику диода обратного смещения. Поэтому тиристор PNPN имеет область обратного запирания, и при увеличении напряжения выше напряжения пробоя J ₁ ток резко возрастает из-за эффекта лавинного умножения, в это время тиристор пробивается.

2.4 Characteristic E quation of T hyristor

A two-terminal device of a PNPN four-layer structure can be regarded as P ₁ N ₁ P ₂ и N ₁ P ₂ N ₂ транзисторы с коэффициентами усиления тока α ₁ и α ₂ соответственно, где J ₂ — общий коллекторный переход. Когда на устройство подается прямое напряжение, смещенный в прямом направлении J ₁  вводит отверстия и проходит через область N ₁  для достижения коллекторного перехода (J ₂ ). Дырочный ток равен α ₁ I _A ; в то время как J ₃ с прямым смещением вводит электроны и проходит через область P ₂ . Ток, проходящий через J ₂ , равен α ₂ I _K . Поскольку J ₂ имеет обратное направление, ток через J ₂ также включает собственный обратный ток насыщения I _СО .

Ток через J ₂  является суммой трех предыдущих, то есть

（1）

Предполагая эффективность излучения γ ₁  = γ ₂ ток = 1, в соответствии с принципом непрерывности I _J2  = I _A  = I _K , поэтому формула (1) принимает вид:

（2）

Формула показывает, что при прямом напряжении меньше напряжения лавинного пробоя V _B Дж ₂ , эффект умножения мал, и ток инжекции также мал. Итак, α ₁  и α ₂  также очень малы, поэтому

（3）

I _CO  в то время также был маленьким. Следовательно, J ₁ и J ₃ смещены в прямом направлении, поэтому увеличение V _AK может только увеличить обратное смещение J ₂ . Он не может сильно увеличить I _CO и I _A , поэтому устройство всегда находится в заблокированном состоянии, и ток, протекающий через устройство, имеет тот же порядок величины, что и I _{CO 9.0043 . Поэтому формула (3) называется условием блокировки.}

Когда увеличение V _AK  вызывает обратное смещение J ₂  увеличивается и происходит лавинное умножение, при условии, что коэффициент умножения M _n  = M _p  = M, тогда I 4 2 _CO, и α ₂  увеличатся в M раз, поэтому (2) станет

（4）

В это время знаменатель станет меньше, и I _A  будет быстро увеличиваться с ростом V _AK , поэтому при достижении

（5）

предела лавинного установившегося режима (V _AK  = V _BO ) ток будет стремиться к бесконечности, поэтому уравнение (5) называется прямым состояние прорыва.

, ,

С помощью этой функции условия точки пробоя получаются из уравнения характеристической кривой (4). Поскольку α ₁  и α ₂  являются функциями тока, M является функцией V _J2 , которую можно аппроксимировать с помощью M(V _J2 )=M(V _AK ), I _CO  является константой и является производной относительно (4). Результат:

（6）

Поскольку напряжение пробоя ниже напряжения пробоя, должно быть постоянным значением. Поскольку , числитель также должен быть равен нулю и получить

（7）

.0009

(9)

с использованием формулы (9), формула (7) может быть изменена на

(10)

, который, в точке разрыва, продукт коэффициента умножения и сумма малого сигнала является ровно 1. Пока структура PNPN удовлетворяет приведенной выше формуле, она имеет характеристики переключения, то есть ее можно переключать из выключенного состояния во включенное состояние.

Поскольку α изменяется с текущим I _E , когда I _A  увеличивается, оба α ₁  и α ₂  возрастают. Можно видеть, что при большом токе значение M, удовлетворяющее (6), вместо этого может быть уменьшено. Это показывает, что I _A увеличивается, а V _AK соответственно уменьшается.

α является как названием функции тока, так и функцией напряжения коллекторного перехода. Когда ток увеличивается, поскольку α остается постоянным, соответствующее обратное смещение коллекторного перехода уменьшается. Когда ток большой,

                            (11)

Согласно уравнению (2), J ₂  обеспечивает ток в открытом состоянии (I _CO  <0). Следовательно, J ₂  должен быть смещен в прямом направлении, поэтому J ₁ , J ₂ и J ₃  смещены в прямом направлении, и устройство является проводящим.

Выключенное состояние устройства меняется на включенное. Ключевым моментом является то, что соединение J ₂ должно быть изменено с обратного смещения на прямое. Условие для J ₂  на обратное направление, заключается в том, что дырки и электроны должны накапливаться в областях P ₂  и N ₁ соответственно. Условием накопления дыр в области P ₂ является то, что количество дырок α ₁ I _A , введенных J ₁ и собранных J ₂ в область P ₂ , больше, чем количество дырок, которые исчезают при рекомбинации с (1-α ₂ ) I _K , то есть

                          (12)

Поскольку I _A =I _K , α ₁ +α _{2 901 43 ＞. Пока условия верны, накопление дырок в области P 2  одинаково, а условие накопления электронов в области}

（13）

Таким образом, условие α ₁ +α ₂ > 1 выполняется, потенциал области P ₂ положителен, а потенциал области N ₁  отрицательно. J ₂  становится смещенным в прямом направлении, и устройство находится в проводящем состоянии, поэтому α ₁ +α ₂ ＞1 называется проводящим состоянием.

Figure 9. SCR (Silicon Controlled Rectifier) ​​Symbol

3. 1 Main

Чтобы правильно использовать однонаправленный тиристор, необходимо не только понимать принцип его работы, но и освоить его основные параметры.

(1) Прямое повторяющееся пиковое напряжение U ^FRM

разрешено 50 раз в секунду, а продолжительность не должна превышать 10 мс. Прямое пиковое напряжение, которое может многократно прикладываться к однонаправленному тиристору, называется прямым повторяющимся пиковым напряжением, которое выражается как U ^ФРМ . Как правило, вторичное напряжение определяется как 80 % прямого напряжения отключения.

(2) Обратное повторяющееся пиковое напряжение U ^RRM

При тех же условиях, что и при прямом повторяющемся пиковом напряжении, обратное пиковое напряжение, которое может неоднократно прикладываться к однонаправленному тиристору, называется обратным повторяющимся пиковым напряжением, которое выражается U ^RRM и обычно составляет 80 % от обратного напряжения отключения.

(3) Номинальное напряжение U ^N

Обычно в качестве номинального напряжения однонаправленного тиристора используется меньшее из значений U ^FRM и U ^RRM . Это связано с тем, что на практике напряжение, добавляемое к трубке, обычно представляет собой положительное и отрицательное симметричное напряжение, поэтому напряжение с меньшим значением должно преобладать. Но поскольку переходное перенапряжение также повредит трубку, при выборе трубки по соображениям безопасности номинальное напряжение трубки должно превышать фактическое пиковое напряжение более чем в 2-3 раза.

(4) Номинальный прямой средний ток I ^F

Среднее значение синусоидального полуволнового тока промышленной частоты, пропускаемого через однонаправленный тиристор при температуре окружающей среды 40°C и заданных условиях отвода тепла, называется номинальный прямой средний ток I ^F . Сколько ампер однонаправленных тиристоров, как мы обычно говорим, относится к этому значению тока. Количество I ^F зависит от таких факторов, как температура окружающей среды, условия рассеивания тепла и угол проводимости компонента. Номинальный ток однонаправленного тиристора калибруется по синусоидальному полуволновому среднему току промышленной частоты при определенных условиях. Это связано с тем, что нагрузке, подключенной к выходу выпрямителя, часто требуется средний ток для измерения ее производительности. Однако с точки зрения однонаправленного нагрева тиристора, независимо от формы волны тока, протекающего через однонаправленный тиристор, и угла проводимости однонаправленного тиристора, до тех пор, пока эффективное значение расчетного тока равно эффективному значению номинального тока. я ^F , то нагрев однонаправленного тиристора равноценен и разрешен.

(5) Ток удержания I ^H

При комнатной температуре, в условиях короткого замыкания управляющего электрода, минимальный анодный ток, необходимый для поддержания однонаправленного тиристора для продолжения проводимости, называется током удержания I ^H . Если анодный ток однонаправленного тиристора меньше этого значения, однонаправленный тиристор перейдет из проводящего состояния в запирающее.

(6) Напряжение срабатывания управляющего электрода U ^GK  и ток срабатывания I ^G

При комнатной температуре, при условии, что напряжение между анодом и катодом однонаправленного тиристора составляет 6 В, минимальное значение постоянного тока управляющий электрод, необходимый для перевода однонаправленного тиристора из запирающего состояния в проводящее, называется триггерным током I ^G . Напряжение постоянного тока U ^ГК между управляющим электродом и катодом, соответствующее току запуска I ^G  называется триггерным напряжением. Как правило, U ^GK составляет от 1 до 5 В, а I ^G — от десятков до сотен мА.

В различных схемах управления TRIAC является относительно легко повреждаемым компонентом. Как только TRIAC окажется поврежденным, вам просто нужно заменить TRIAC с теми же параметрами. Существует много характерных параметров симистора, и ниже приведены основные параметры, которые следует учитывать при обслуживании.

— Повторяющееся пиковое номинальное напряжение в выключенном состоянии, В ^DRM

Когда управляющий электрод отключен и компонент находится при номинальной температуре перехода, напряжение, соответствующее точке резкого перегиба прямого и обратного вольт-ампер характеристики называется неповторяющимся пиковым напряжением в выключенном состоянии. 80% его называется повторяющимся пиковым напряжением в выключенном состоянии. Его также называют номинальным напряжением, которое выражается V ^DRM .

Когда симистор работает, пиковое значение приложенного напряжения на мгновение превышает обратное неповторяющееся пиковое напряжение, что может привести к необратимому повреждению симистора. Более того, из-за повышения температуры окружающей среды или плохого отвода тепла обратное неповторяющееся пиковое значение напряжения может уменьшаться. Поэтому при выборе симистора его номинальное значение напряжения должно в 2–3 раза превышать возможное максимальное напряжение при фактической работе. Если напряжение источника питания составляет 220 В, следует выбрать симистор с номинальным напряжением выше 500 В, чтобы выбранные компоненты могли выдерживать скачки напряжения.

— Номинальный средний ток в открытом состоянии — номинальный ток I ^T(AV)

При указанных условиях максимальный средний ток в открытом состоянии, допустимый при включенном симисторе, называется номинальным средним током в открытом состоянии. В соответствии со стандартной серией симисторов этот ток доводится до соответствующего уровня тока, который для краткости часто называют номинальным током и обозначается как I ^T(AV) .

Поскольку допустимая перегрузка по току симистора намного меньше, чем у обычных двигателей и электроприборов, при выборе номинальный ток симистора должен в 1,5–2 раза превышать максимальный ток при фактической работе.

— Ток запуска затвора I ^GT (напряжение U ^GT )

Относится к минимальному значению тока (напряжения) запускающего сигнала, которое может обеспечить надежную работу симистора и добавление к управляющему электроду. Если триггерный ток (напряжение), полученный управляющим электродом симистора, меньше указанного количества раз, симистор может не включиться.

— Среднее напряжение во включенном состоянии U ^T(AV)

После включения симистор эквивалентен замкнутому выключателю. Поскольку симистор подключен последовательно с нагрузкой, чем меньше напряжение между двумя основными электродами, тем лучше. После включения симистора среднее значение напряжения между двумя основными электродами называется средним напряжением во включенном состоянии, которое обычно называют падением напряжения на трубке. Если перепад давления в трубке симистора слишком велик, двигатели и электромагнитные клапаны, которыми он управляет, могут работать неправильно, поскольку они не могут получать полное напряжение.

— Ток удержания

Когда управляющий электрод отсоединяется при комнатной температуре, ток симистора снижается от большого тока в открытом состоянии до минимального тока основного электрода, который просто необходим для поддержания проводимости, который называется током удержания. Симистор отключается только тогда, когда ток основного электрода падает ниже тока удержания.

Ⅳ Основная функция тиристора

Тиристоры выполняют следующие функции: во-первых, выпрямление преобразователя; во-вторых, регулирование напряжения; в-третьих, преобразование частоты; в-четвертых, переключатель (бесконтактный переключатель). Самое основное применение обычных тиристоров — управляемое выпрямление. Знакомая нам схема диодного выпрямителя представляет собой схему неуправляемого выпрямителя. Если диод заменить тиристором, он может представлять собой управляемую схему выпрямителя, инвертор, бесконтактный переключатель, обеспечивать управление скоростью двигателя, возбуждение двигателя, автоматическое управление и так далее. В электротехнике полупериод переменного тока часто определяют как 180°, что называется электрическим углом. Таким образом, в каждом положительном полупериоде U2 электрический угол от начала нулевого значения до момента поступления запускающего импульса называется углом управления α; электрический угол, под которым тиристор проводит ток в каждом положительном полупериоде, называется углом проводимости θ. Очевидно, что и α, и θ используются для обозначения диапазона включения или выключения тиристора в течение полупериода прямого напряжения. Управляемое выпрямление достигается изменением угла управления α или угла проводимости θ, а также изменением среднего значения UL импульсного постоянного напряжения на нагрузке. Функцией тиристора является не только выпрямление, его также можно использовать в качестве бесконтактного переключателя для быстрого включения или выключения цепи, для получения инвертора, преобразующего мощность постоянного тока в мощность переменного тока, для изменения мощности переменного тока одной частоты на мощность переменного тока другой частоты и т. д. В этой статье в основном представлены основной принцип, характеристики и основные параметры тиристоров.

Часто задаваемые вопросы о тиристорах (тиристоры)

1. Каковы характеристики тиристоров?
Характеристики тиристора или характеристики SCR
Режим блокировки тиристора в обратном направлении. Первоначально для обратного режима блокировки тиристора катод становится положительным по отношению к аноду путем подачи напряжения E, а затвор к катоду питающего напряжения Es первоначально отсоединяется, оставляя переключатель S открытым.
Режим прямой блокировки
Режим прямой проводимости

2. Почему SCR называется тиристором?
Silicon Controlled Rectifier (SCR) представляет собой однонаправленное полупроводниковое устройство, изготовленное из кремния. Это устройство является твердотельным эквивалентом тиратрона, поэтому его также называют тиристором или тиреоидным транзистором.

3. Тиристор и тиристор одинаковы?
Тиристор представляет собой 4-слойное устройство, образованное чередующейся комбинацией полупроводниковых материалов p- и n-типа. Это устройство, используемое для выпрямления и переключения. SCR является наиболее часто используемым членом семейства тиристоров, и это название обычно используется, когда мы говорим о тиристорах.

4. Для чего используется тиристор?
Тиристоры в основном используются там, где задействованы большие токи и напряжения, и часто используются для управления переменными токами, когда изменение полярности тока вызывает автоматическое отключение устройства, что называется работой «перехода через ноль».

5. Как работает тиристор SCR?
Так как же это работает? Когда ток на затвор не поступает, тиристор выключается, и между анодом и катодом ток не течет. Когда в затвор поступает ток, он эффективно поступает на базу (вход) нижнего (n-p-n) транзистора, включая его.

Лучшие продажи диода

Фото

Деталь

Компания

Описание

Цена (долл. США)

Альтернативные модели

Заказ и качество

Изображение

Произв. Деталь №

Компания

Описание

Пакет

ПДФ

Кол-во

Цена (долл. США)

Доля

Тиристор (блок питания)

Реализовать модель тиристора.

Библиотека

Элементы

Описание

Тиристор — это полупроводниковый прибор, который можно включить с помощью управляющего сигнала. Модель тиристора смоделирована как резистор (Ron), катушка индуктивности (Lon) и источник постоянного напряжения (Vf), соединенные последовательно с переключателем. Переключатель управляется логическим сигналом, зависящим от напряжения Vak, тока Iak и сигнала затвора (g).

Тиристорный блок также содержит последовательную цепь демпфера Rs-Cs, которую можно подключить параллельно тиристорному устройству.

Статическая характеристика VI этой модели показана на рисунке ниже.

Тиристорный прибор включается при напряжении анод-катод больше Vf и при подаче на вход затвора положительного импульсного сигнала (g > 0). Высота импульса должна быть больше нуля и длиться достаточно долго, чтобы анодный ток тиристора стал больше, чем ток фиксации Ил .

Тиристорное устройство выключается, когда ток, протекающий в устройстве, становится равным нулю (Iak=0) и на аноде и катоде появляется отрицательное напряжение не менее, чем на время, равное времени выключения Tq. Если напряжение на устройстве становится положительным в течение периода времени, меньшего, чем Tq, устройство автоматически включится, даже если сигнал затвора низкий (g = 0) и ток анода меньше тока фиксации. Кроме того, если во время включения амплитуда тока устройства остается ниже уровня тока фиксации, указанного в диалоговом окне, устройство выключается после того, как уровень стробирующего сигнала становится низким (g = 0).

Время выключения Tq представляет собой время восстановления носителя: это интервал времени между моментом, когда анодный ток уменьшился до нуля, и моментом, когда тиристор способен выдерживать положительное напряжение Vak без повторного включения.

Диалоговые окна и параметры

Модель тиристора и подробная модель тиристора

Для оптимизации скорости моделирования доступны две модели тиристоров: модель тиристора и подробная модель тиристора. Для тиристорной модели ток фиксации Il и время восстановления Tq принимаются равными нулю.

Сопротивление Рон

Внутреннее сопротивление тиристора Рон, в Ом (). Параметр Resistance Ron не может быть установлен на 0 , когда параметр Inductance Lon установлен на 0 .

Индуктивность Lon

Внутренняя индуктивность тиристора Lon, в генри (Гн). Параметр Inductance Lon не может быть установлен на 0 , если для параметра Resistance Ron установлено значение 0 .

Прямое напряжение Vf

Прямое напряжение тиристора в вольтах (В).

Начальный ток Ic

Когда параметр Inductance Lon больше нуля, можно указать начальный ток, протекающий через тиристор. Обычно он устанавливается равным нулю, чтобы начать моделирование с заблокированным тиристором.

Можно указать начальное значение тока Ic, соответствующее определенному состоянию цепи. В таком случае все состояния линейной цепи должны быть установлены соответствующим образом. Инициализация всех состояний силовых электронных преобразователей является сложной задачей. Поэтому этот вариант полезен только с простыми схемами.

Демпферное сопротивление рупий

Сопротивление снаббера, в Ом (). Установите для параметра Snubber Resistance Rs значение inf , чтобы исключить снаббер из модели.

Снабберная емкость Cs

Емкость снаббера в фарадах (F). Установите для параметра Snubber capacitance Cs значение 0 , чтобы исключить снаббер, или значение inf , чтобы получить чисто резистивный демпфер.

Ток фиксации Il

Ток фиксации детализированной модели тиристора в амперах (А).

Время выключения Tq

Время выключения Tq подробной модели тиристора, в амперах (А).

Входы и выходы

Тиристорный блок состоит из двух входов и двух выходов. Первый вход и выход — это выводы тиристора, подключенные соответственно к аноду (а) и катоду (к). Второй вход (g) представляет собой логический сигнал Simulink, подаваемый на вентиль. Второй выходной сигнал (m) представляет собой выходной вектор измерения Simulink [Iak, Vak], возвращающий ток и напряжение тиристора.

Допущения и ограничения

Блок Thyristor реализует макромодель реального тиристора. Он не учитывает ни геометрию устройства, ни сложные физические процессы, моделирующие поведение устройства [1-2]. Прямое напряжение пробоя и критическое значение производной повторно приложенного напряжения анод-катод не учитываются в модели.

В зависимости от значения индуктивности Lon тиристорный блок моделируется либо как источник тока (Lon>0), либо как схема с переменной топологией (Lon=0). Дополнительные сведения см. в главе «Дополнительные темы».

Поскольку тиристорный блок моделируется как источник тока, он не может быть соединен последовательно с катушкой индуктивности, источником тока или разомкнутой цепью, если только не используется снабберная цепь.

Для моделирования цепей, содержащих тиристоры, необходимо использовать алгоритм жесткого интегратора. Ode23tb или Ode15s с параметрами по умолчанию обычно дают наилучшую скорость моделирования.

Индуктивность Lon будет принудительно равна нулю, если вы решите дискретизировать свою схему.

Пример

Одноимпульсный тиристорный выпрямитель используется для питания нагрузки RL. Импульсы затвора получаются от генератора импульсов, синхронизированного с напряжением источника. Схема доступна в файле psbthyristor.mdl . Используются следующие параметры:

R=1 ; L=10 мГн; Тиристорный блок : Ron=0,001 Ом, Lon=0 Гн, Vf=0,8 В, Rs=20 Ом, Cs=4e-6 F.

Угол открытия изменяется генератором импульсов, синхронизированным с источником напряжения. Запустите симуляцию и наблюдайте ток нагрузки, напряжение нагрузки, а также ток и напряжение тиристора.

Ссылки


[1] Rajagopalan, V. , Computer-Aided Analysis of Power Electronic Systems , Marcel Dekker, Inc., Нью-Йорк, 1987.

[2] Мохан, Н., Power Electronic, Converters, Applications and Design , John Wiley & Sons, Inc., Нью-Йорк, 1995.

См. также
Диод, универсальный мост

 @article{Garrab2017ANA,
  title={Новый подход к точному определению параметра \$t\_\{q\}\$ тиристоров},
  автор = {Хатем Гарраб и Атеф Джедиди и Херве Морель и Камель Бесбес},
  Journal={Транзакции IEEE по промышленной электронике},
  год = {2017},
  объем = {64},
  страницы = {206-216}
}