Параметры тиристора: принцип работы, ВАХ, для чего нужен, схема управления, виды, обозначение

Содержание

Тиристоры и схемы коммутации мощной нагрузки

Тиристоры выступают твердотельными электронными устройствами, обладающими высокой скоростью коммутации. Эти приборы допустимо использовать для управления всевозможными маломощными электронными компонентами. Однако наряду с маломощной электроникой, посредством тиристоров успешно управляется силовое оборудование. Рассмотрим классические схемы включения тиристора под управление достаточно высокими нагрузками, например, электролампами, электромоторами, электрическими нагревателями и т. п.

СОДЕРЖИМОЕ ПУБЛИКАЦИИ :

Тиристор – краткий обзор полупроводника

Включение полупроводника в открытое состояние возможно путём подачи импульса пускового тока небольшой величины на управляющий электрод «У». Когда тиристор пропускает ток нагрузки в прямом направлении, электрод анода A является положительным по отношению к электроду катода «K», с точки зрения регенеративной фиксации.

Как правило, триггерный импульс для электрода У должен иметь длительность в несколько микросекунд. Однако чем длиннее импульс, тем быстрее происходит внутренний лавинный пробой. Также увеличивается время открывания перехода. Но максимальный ток затвора превышать не допускается.

После переключения и полной проводки, падение напряжения на участке анод- катод держится постоянным на уровне около 1 вольта, при всех значениях анодного тока от нуля до номинального значения. Тем не менее, следует помнить: как только полупроводник начинает проводить, этот процесс продолжается даже при отсутствии управляющего сигнала «У».

Продолжается такое состояние до момента, когда ток анода уменьшится до величины меньше допустимо минимальной. Лишь на этом уровне и ниже происходит автоматическая блокировка перехода. Иначе работают лишь новые тиристоры структуры «MCT».

ТИРИСТОРНЫЙ

Инновационная разработка в группе тиристоров. Управляемая структура MCT (MOSFET Controled thyristor): 1 — управление 1; 2 — анод; 3 — управление 2; 4 — катод; 5 — подложка металл; OFF-FET — канал типа n-канал; ON-FET — канал типа p-канал

Этот фактор показывает, что в отличие от биполярных транзисторов и полевых транзисторов, тиристоры, по сути, невозможно использовать для усиления или контролируемого переключения.

Таким образом, напрашивается логичный вывод: тиристоры как полупроводниковые приборы специально разработаны для использования в составе схем коммутации высокой мощности.

Эти полупроводники могут работать только в режиме переключения, где они действуют как открытый или закрытый коммутатор. Как только этот коммутатор срабатывает, он остаётся в состоянии проводника.

Поэтому в цепях постоянного напряжения и некоторых сильно индуктивных цепях переменного напряжения, значение тока необходимо искусственно уменьшать при помощи отдельного переключателя или схемы отключения.

Тиристор в цепи постоянного напряжения

При условии питания схемы постоянным напряжением, тиристор эффективен в качестве переключателя мощной нагрузки. Здесь прибор действует подобно электронной защелке, поскольку после активации остается в состоянии «включено», вплоть до сброса этого состояния вручную. Рассмотрим практическую схему.

3CT065E

Схема 1: КН1, КН2 — кнопки нажимные без фиксации; Л1 — нагрузка в виде лампы накаливания 100 Вт; R1, R2 — резисторы постоянные 470 Ом и 1 кОм

Эта простая схема включения/выключения применяется для управления лампой накаливания.

Между тем схему вполне допустимо использовать в качестве коммутатора электродвигателя, нагревателя и любой другой нагрузки, рассчитанной на питание постоянным напряжением.

Здесь тиристор имеет прямое смещённое состояние перехода и включается в режим короткого замыкания нормально разомкнутой кнопкой КН1. Эта кнопка соединяет управляющий электрод У с источником питания через резистор R1. Если значение R1 установить слишком высоким относительно питающего напряжения, устройство не сработает.

Стоит только активировать (нажать) кнопку КН1, тиристор переключается в состояние прямого проводника и остаётся в этом состоянии независимо от дальнейшего положения кнопки КН1. При этом токовая составляющая нагрузки показывает большее значение, чем ток фиксации тиристора.

Преимущества и недостатки использования тиристора

Одним из основных преимуществ использования этих полупроводников в качестве переключателя видится очень высокий коэффициент усиления по току. Тиристор — это устройство, фактически управляемое током.

 

Катодный резистор R2 обычно включается с целью уменьшения чувствительности электрода У и увеличения возможностей соотношения напряжение-ток, что предотвращает ложное срабатывание устройства.

Когда тиристор защелкнется и останется в состоянии «включено», сбросить это состояние возможно только прерыванием питания или уменьшения анодного тока до нижнего значения удержания.

Поэтому логично использовать нормально замкнутую кнопку КН2, чтобы разомкнуть цепь, уменьшая до нуля ток, протекающий через тиристор, заставляя прибор перейти в состояние «выключено».

Однако схема имеет также недостаток. Механический нормально замкнутый переключатель КН2 должен быть достаточно мощным — соответствовать мощности всей схемы.

В принципе, можно было бы просто заменить полупроводник мощным механическим выключателем. Один из способов преодолеть проблему с мощностью — подключить коммутатор параллельно тиристору.

KP2500A

Схема 2: КН1, КН2 — кнопки нажимные без фиксации; Л1 — лампа накаливания 100 Вт; R1, R2 — резисторы постоянные 470 Ом и 1 кОм

Доработка схемы — включение нормально разомкнутого переключателя малой мощности параллельно переходу А-К, даёт следующий эффект:

  • активация КН2 создаёт «КЗ» между электродами А и К,
  • уменьшается ток фиксации до минимального значения,
  • устройство переходит в состояние «выключено».

Тиристоры в цепи переменного тока

При подключении к источнику переменного тока тиристор работает несколько иначе. Это связано с периодическим изменением полярности переменного напряжения.

Поэтому применение в схемах с питанием переменным напряжением автоматически будет приводить к состоянию обратного смещения перехода. То есть в течение половины каждого цикла прибор будет находиться в состоянии «отключено».

Для варианта с переменным напряжением схема тиристорного запуска аналогична схеме с питанием постоянным напряжением. Разница незначительная — отсутствие дополнительного переключателя КН2 и дополнение диода D1.

Благодаря  диоду D1, предотвращается обратное смещение по отношению к управляющему электроду У. Положительным полупериодом синусоидальной формы сигнала устройство смещено прямо вперёд. Однако при выключенном переключателе КН1 к тиристору подводится нулевой ток затвора и прибор остается «выключенным».

В отрицательном полупериоде устройство получает обратное смещение и также останется «выключенным», независимо от состояния переключателя КН1.

YZ140EAA

Схема 3: КН1 — переключатель с фиксацией; D1 — диод любой под высокое напряжение; R1, R2 -резисторы постоянные 180 Ом и 1 кОм, Л1 — лампа накаливания 100 Вт

Если переключатель КН1 замкнуть, вначале каждого положительного полупериода полупроводник останется полностью «выключенным». Но в результате достижения достаточного положительного триггерного напряжения (возрастания  тока управления) на электроде У, тиристор переключится в состояние «включено».

Фиксация состояния удержания остаётся стабильной при положительном полупериоде и автоматически сбрасывается, когда положительный полупериод заканчивается. Очевидный момент, учитывая падение тока анода ниже текущего значения.

На момент следующего отрицательного полупериода, устройство полностью «отключается» до прихода следующего положительного полупериода. Затем процесс вновь повторяется.

Получается, нагрузка имеет только половину доступной мощности источника питания. Тиристор действует как выпрямляющий диод и проводит переменный ток лишь во время положительных полуциклов, когда переход смещен вперед.

Тиристоры и управление половинной волной

Фазовое управление тиристором является наиболее распространенной формой управления мощностью переменного тока. Пример базовой схемы управления фазой показан ниже. Здесь напряжение затвора тиристора формируется цепочкой R1C1 через триггерный диод D1.

На момент положительного полупериода, когда переход смещен вперед, конденсатор C1 заряжается через резистор R1 от напряжения питания схемы. Управляющий электрод У активируются только тогда, когда уровень напряжения в точке «x» вызывает срабатывание диода D1.

Конденсатор C1 разряжается на управляющий электрод У, устанавливая прибор в состояние «включено». Длительность времени положительной половины цикла, когда открывается проводимость, контролируется постоянной времени цепочки R1C1, заданной переменным резистором R1.

ZP300A

Схема 4: КН1 — переключатель с фиксацией; R1 — переменный резистор 1 кОм; С1 — конденсатор 0,1 мкф; D1 — диод любой на высокое напряжение; Л1 — лампа накаливания 100 Вт; П — синусоида проводимости

Увеличение значения R1 приводит к задержке запускающего напряжения, подаваемого на тиристорный управляющий электрод, что, в свою очередь, вызывает отставание по времени проводимости устройства.

В результате доля полупериода, когда устройство проводит, может регулироваться в диапазоне 0 -180º. Это означает, что половинная мощность, рассеиваемая нагрузкой (лампой), поддаётся регулировке.

Существует масса способов достижения полноволнового управления тиристорами. Например, можно включить один полупроводник в схему диодного мостового выпрямителя. Этим методом легко преобразовать переменную составляющую в однонаправленный ток тиристора.

Однако более распространенным методом считается вариант использования двух тиристоров, соединенных инверсной параллелью. Самым практичным подходом видится применение одного симистора. Этот полупроводник допускает переход в обоих направлениях, что делает симисторы более пригодными для схем переключения переменного тока.

Тиристоры — полный технический расклад на видео

Видеоматериал, представленный здесь — продолжение знакомства с тиристорами непосредственно глазами. Совмещение текстовой и видео информации открывает способ лучшего понимания темы. Поэтому, рекомендовано смотреть «кино» о тиристорах:


По материалам: Electronics-tutorials

это что такое? Принцип работы и характеристики тиристоров

Тиристоры – это силовые электронные ключи, управляемые не полностью. Нередко в технических книгах можно увидеть еще одно название этого прибора – однооперационный тиристор. Другими словами, под воздействием управляющего сигнала он переводится в одно состояние – проводящее. Если конкретизировать, то он включает цепь. Чтобы она выключалась, необходимо создать специальные условия, которые обеспечивают падение прямого тока в цепи до нулевого значения.

Особенности тиристоров

Тиристорные ключи проводят электрический ток только в прямом направлении, причем в закрытом состоянии он выдерживает не только прямое, но и обратное напряжение. Структура тиристора четырехслойная, имеется три вывода:

  1. Анод (обозначается буквой А).
  2. Катод (буквой С или К).
  3. Управляющий электрод (У или G).

У тиристоров есть целое семейство вольт-амперных характеристик, по ним можно судить о состоянии элемента. Тиристоры – это очень мощные электронные ключи, они способны проводить коммутацию цепей, в которых напряжение может достигать 5000 вольт, а сила тока - 5000 ампер (при этом частота не превышает 1000 Гц).

Работа тиристора в цепях постоянного тока

Обычный тиристор включается путем подачи токового импульса на управляющий вывод. Причем он должен быть положительным (по отношению к катоду). Длительность переходного процесса зависит от характера нагрузки (индуктивная, активная), амплитуды и скорости нарастания в цепи управления импульса тока, температуры кристалла полупроводника, а также приложенного тока и напряжения на имеющиеся в схеме тиристоры. Характеристики схемы напрямую зависят от вида используемого полупроводникового элемента.

В той цепи, в которой находится тиристор, недопустимо возникновение большой скорости нарастания напряжения. А именно такого значения, при котором происходит самопроизвольное включение элемента (даже если нет сигнала в цепи управления). Но одновременно с этим у сигнала управления должна быть очень высокая крутизна характеристики.

Способы выключения

Можно выделить два типа коммутации тиристоров:

  1. Естественная.
  2. Принудительная.

А теперь более подробно о каждом виде. Естественная возникает тогда, когда тиристор работает в цепи переменного тока. Причем происходит эта коммутация тогда, когда ток падает до нулевого значения. А вот осуществить принудительную коммутацию можно большим количеством различных способов. Какое управление тиристором выбрать, решать разработчику схемы, но стоит поговорить о каждом типе отдельно.

Самым характерным способом принудительной коммутации является подключение конденсатора, который был заранее заряжен при помощи кнопки (ключа). LC-цепь включается в схему управления тиристором. Эта цепочка и содержит заряженный полностью конденсатор. При переходном процессе в нагрузочной цепи происходят колебания тока.

Способы принудительной коммутации

Существует еще несколько типов принудительной коммутации. Нередко применяют схему, в которой используется коммутирующий конденсатор, имеющий обратную полярность. Например, этот конденсатор может включаться в цепь при помощи какого-либо вспомогательного тиристора. При этом произойдет разряд на основной (рабочий) тиристор. Это приведет к тому, что у конденсатора ток, направленный навстречу прямому току основного тиристора, будет способствовать снижению тока в цепи вплоть до нуля. Следовательно, произойдет выключение тиристора. Это случается по той причине, что устройство тиристора имеет свои особенности, характерные только для него.

Существуют также схемы, в которых подключаются LC-цепочки. Они разряжаются (причем с колебаниями). В самом начале ток разряда течет навстречу рабочему, а после уравнивания их значений происходит выключение тиристора. После из колебательной цепочки ток перетекает через тиристор в полупроводниковый диод. При этом, покуда течет ток, к тиристору прикладывается некоторое напряжение. Оно по модулю равно падению напряжения на диоде.

Работа тиристора в цепях переменного тока

Если тиристор включить в цепь переменного тока, можно осуществить такие операции:

  1. Включить или отключить электрическую цепь с активно-резистивной или активной нагрузкой.
  2. Изменить среднее и действующее значение тока, который проходит через нагрузку, благодаря возможности регулировать момент подачи сигнала управления.

У тиристорных ключей имеется одна особенность – они проводят ток только в одном направлении. Следовательно, если необходимо использовать их в цепях переменного тока, приходится применять встречно-параллельное включение. Действующие и средние значения тока могут изменяться из-за того, что момент подачи сигнала на тиристоры различный. При этом мощность тиристора должна соответствовать минимальным требованиям.

Фазовый метод управления

При фазовом методе управления с коммутацией принудительного типа происходит регулировка нагрузки благодаря изменению углов между фазами. Искусственную коммутацию можно осуществить при помощи специальных цепей, либо же необходимо использовать полностью управляемые (запираемые) тиристоры. На их основе, как правило, изготавливают устройство зарядное на тиристоре, которое позволяет регулировать силу тока в зависимости от уровня зарядки аккумуляторной батареи.

Широтно-импульсное управление

Называют еще его ШИМ-модуляцией. Во время открытия тиристоров подается сигнал управления. Переходы открыты, а на нагрузке имеется некоторое напряжение. Во время закрытия (в течение всего переходного процесса) не подается сигнал управления, следовательно, тиристоры не проводят ток. При осуществлении фазового управления токовая кривая не синусоидальна, происходит изменение формы сигнала напряжения питания. Следовательно, происходит также нарушение работы потребителей, которые чувствительны к высокочастотным помехам (появляется несовместимость). Несложную конструкцию имеет регулятор на тиристоре, который без проблем позволит изменить необходимую величину. И не нужно применять массивные ЛАТРы.

Тиристоры запираемые

Тиристоры – это очень мощные электронные ключи, используются для коммутации высоких напряжений и токов. Но есть у них один огромный недостаток – управление неполное. А если конкретнее, то это проявляется тем, что для отключения тиристора нужно создавать условия, при котором прямой ток будет снижаться до нуля.

Именно эта особенность накладывает некоторые ограничения на использование тиристоров, а также усложняет схемы на их основе. Чтобы избавиться от такого рода недостатков, были разработаны специальные конструкции тиристоров, которые запираются сигналом по одному электроду управления. Их называют двухоперационными, или запираемыми, тиристорами.

Конструкция запираемого тиристора

Четырехслойная структура р-п-р-п у тиристоров имеет свои особенности. Они придают им отличия от обычных тиристоров. Речь сейчас идет о полной управляемости элемента. Вольт-амперная характеристика (статическая) при прямом направлении такая же, как и у простых тиристоров. Вот только прямой ток тиристор может пропускать куда больший по значению. Но функции блокировки больших обратных напряжений у запираемых тиристоров не предусмотрено. Поэтому необходимо соединять его встречно-параллельно с полупроводниковым диодом.

Характерная особенность запираемого тиристора – это значительное падение прямых напряжений. Чтобы произвести отключение, следует осуществить подачу на управляющий вывод мощного импульса тока (отрицательного, в соотношении 1:5 к прямому значению тока). Но только длительность импульса должна быть как можно меньшей – 10... 100 мкс. Запираемые тиристоры обладают более низким значением предельного напряжения и тока, нежели обычные. Разница составляет примерно 25-30 %.

Виды тиристоров

Выше были рассмотрены запираемые, но существует еще немало типов полупроводниковых тиристоров, о которых также стоит упомянуть. В самых различных конструкциях (зарядные устройства, переключатели, регуляторы мощности) используются определенные типы тиристоров. Где-то требуется, чтобы управление проводилось путем подачи потока света, значит, используется оптотиристор. Его особенность заключается в том, что в цепи управления используется кристалл полупроводника, чувствительный к свету. Параметры тиристоров различны, у всех свои особенности, характерные только для них. Поэтому нужно хотя бы в общих чертах представлять, какие виды этих полупроводников существуют и где они могут применяться. Итак, вот весь список и основные особенности каждого типа:

  1. Диод-тиристор. Эквивалент этого элемента – тиристор, к которому подключен встречно-параллельно полупроводниковый диод.
  2. Динистор (диодный тиристор). Он может переходить в состояние полной проводимости, если превышается определенный уровень напряжения.
  3. Симистор (симметричный тиристор). Его эквивалент – два тиристора, включенных встречно-параллельно.
  4. Тиристор инверторный быстродействующий отличается высокой скоростью коммутации (5... 50 мкс).
  5. Тиристоры с управлением полевым транзистором. Часто можно встретить конструкции на основе МОП-транзисторов.
  6. Оптические тиристоры, которые управляются потоками света.

Осуществление защиты элемента

Тиристоры – это приборы, которые критичны к скоростям нарастания прямого тока и прямого напряжения. Для них, как и для полупроводниковых диодов, характерно такое явление, как протекание обратных токов восстановления, которое очень быстро и резко падает до нулевого значения, усугубляя этим вероятность возникновения перенапряжения. Это перенапряжение является следствием того, что резко прекращается ток во всех элементах схемы, которые имеют индуктивность (даже сверхмалые индуктивности, характерные для монтажа – провода, дорожки платы). Для осуществления защиты необходимо использовать разнообразные схемы, позволяющие в динамических режимах работы защититься от высоких напряжений и токов.

Как правило, индуктивное сопротивление источника напряжения, который входит в цепь работающего тиристора, имеет такое значение, что его более чем достаточно для того, чтобы в дальнейшем не включать в схему некоторую дополнительную индуктивность. По этой причине в практике чаще используется цепочка формирования траектории переключения, которая значительно снижает скорость и уровень перенапряжения в схеме при отключении тиристора. Емкостно-резистивные цепочки наиболее часто используются для этих целей. Они включаются с тиристором параллельно. Имеется довольно много видов схемотехнических модификаций таких цепей, а также методик их расчетов, параметров для работы тиристоров в различных режимах и условиях. А вот цепь формирования траектории переключения запираемого тиристора будет такая же, как и у транзисторов.

Тиристор: принцип работы. Классификация тиристоров

Принцип работы тиристоров основывается на основе полупроводникового кристалла (электронного ключа) с тремя или более p-n переходами. Элемент имеет две устойчивых позиции: состояние низкой или высокой проводимости. Под воздействием контрольного сигнала прибор приводится в проводящее воздействие. Другими словами – он включает цепь. Для ее активации необходимо создать подходящие условия, обеспечивающие снижение основного тока до нулевой отметки.

Описание

На пальцах принцип работы тиристора можно объяснить следующим образом: ключи проводят ток исключительно в прямом направлении. А в закрытом положении он выдерживает также и обратное напряжение. Структура приспособления имеет четыре слоя и три вывода:

  1. А (анод).
  2. К (катод).
  3. У (управляющий электрод).

Мощные электронные ключи оснащены различными амперными и вольтажными параметрами, которые влияют на работоспособность и состояние элемента. Тиристоры способны функционировать при значениях до пяти тысяч вольт, 5000 А, если частота не превышает 1000 Гц.

Коммутация

Принцип работы тиристора позволяет работать ему в двух коммутирующих диапазонах:

  1. Естественной коммутации. Она возникает при работе прибора в схеме переменного тока. Происходит данный процесс, когда ток снижается до нулевой позиции.
  2. Принудительной коммутации. Этот процесс может осуществляться несколькими способами в зависимости от схемы, используемой разработчиком.

Стандартным видом принудительной коммутации является подключение заряженного конденсатора. В такой цепи при нагрузке происходят колебания тока.

Способы выключения и включения

Принцип работы тиристора позволяет использовать несколько способов принудительной коммутации. Среди них:

  1. Использование конденсатора с обратной полярностью. Он может активироваться в цепи при помощи вспомогательного элемента. Затем производится разряд на основной тиристор, в результате чего ток, направленный навстречу прямому напряжению, будет обеспечивать его снижение вплоть до нулевой позиции. Происходит выключение прибора, что обусловлено его характерными особенностями.
  2. Подключение LC-цепочек. Они разряжаются с колебаниями, обеспечивая встречу рабочего и разрядного тока. После их уравновешивания тиристор выключается. В итоговой фазе ток из колебательной цепи перемещается через тиристор в полупроводниковый диод. Во время этого процесса к прибору применяется определенное напряжение, равное по модулю аналогичному показателю на диоде.

Принцип работы тиристора в цепях постоянного тока

Стандартный прибор активируется посредством подачи тока на контрольный вывод. Он должен быть положительным по отношению к катоду. Течение переходных потоков зависит от вида нагрузки, ее амплитуды и скорости нагнетания импульсного тока. Кроме того, имеет значение температурный режим полупроводникового кристалла, а также приложенное напряжение в схемах тиристоров. Параметры схемы непосредственно зависят от типа используемого полупроводника.

В цепи размещения тиристора не допускается интенсивное нарастание скорости повышения напряжения. Достигается такое значение, которое обеспечивает самопроизвольную деактивацию прибора, даже без наличия сигнала в системе управления. При этом синхронно должен поддерживаться высокий показатель характеристики блока управления.

Переменная цепь: принцип действия тиристоров

Принцип работы элемента в этом случае позволяет осуществить следующие действия:

  1. Активировать или разорвать электрическую цепь с активной или резистивной нагрузкой.
  2. Корректировать рабочий и средний показатель тока, дающего нагрузку. Это возможно благодаря регулировке пика подачи управления.
  3. Поскольку тиристоры проводят ток в одном направлении, в переменных цепях потребуется использование встречно-параллельного включения. Рабочее и среднее значение напряжения может варьироваться по причине изменения сигнала подачи на прибор. В любом случае мощность элемента должна соответствовать предъявляемым параметрам.

Фазовая и широтно-импульсная модуляция

Способы включения тиристоров также предусматривают фазовое управление. При этом выполняется регулировка нагрузки путем корректировки фазовых углов. Искусственно коммутирование доступно произвести посредством применения специальных цепей либо полностью запираемых аналогов. Таким способом изготавливают преимущественно тиристоры на зарядные устройства с возможностью регулировки силы тока соответственно заряду аккумулятора.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) работает следующим образом:

  • При открытии тиристора подается сигнал контроля.
  • При этом переходы находятся открытыми, а на нагрузочной части появляется определенное напряжение.
  • В период закрытия элемента сигнал управления не транслируется, что обеспечивает остановку подачи тока через прибор.

Стоит отметить, что при фазовом контроле кривая тока не является синусоидальной, выполняется трансформация формы сигнала напряжения. При этом намечается нарушение функционирования потребляющих элементов, которые восприимчивы к помехам высоких частот. Изменить величину на требуемый показатель позволяет специальный регулятор.

Разновидности

Существует несколько типов тиристоров (принцип работы для "чайников" рассмотрен выше). Используются они в зарядных устройствах, переключателях, регуляторах уровня громкости. Выделяют следующие модификации:

  • Оптотиристор. Использует в цепи полупроводник, особо чувствительный к свету. Управляется прибор путем подачи светового потока.
  • Тиристор-диод. Оснащен активным параллельно подключенным диодом.
  • Динистор. Может трансформироваться в режим полной проводимости (при превышении номинального показателя напряжения).
  • Симистор. Состоит из пары тиристоров, имеющих встречное параллельное включение.
  • Инверторный тиристор. Отличается высокой коммутативной скоростью до 50 мкс.
  • Элементы с полевым транзистором. Работают по типу металло-оксидных полупроводников.

Характеристики

Рассмотрим параметры и принцип работы тиристора КУ202Н:

  • Предельное напряжение – 400 В.
  • Постоянный/повторяющийся импульсный ток – 30/10 А.
  • Напряжение в открытом режиме – 1,5 В.
  • Показатель рабочего постоянного тока – 4 мА.
  • Отпирающий ток на контрольном блоке – 200 мА.
  • Максимальная нарастающая скорость в закрытом положении – 5 В/мкс.
  • Период включения/выключения – 10/100 мкс.

Работает прибор по стандартной схеме для запирающихся тиристоров. Его аналоги: 1Н4202, ВТХ32 С100, КУМ202М.

Конструкция

Четырехслойная конфигурация тиристоров отличает их от аналогов полной управляемостью элемента. Амперный и вольтажный показатель при прямом направлении тока схож с параметрами обычных тиристоров. Однако рассматриваемые приборы способны пропускать существенное напряжение. Опции блокировки обратных больших напряжений у запираемых элементов не предусмотрены. В связи с этим требуется его агрегация со встречным параллельным диодом-полупроводником.

Существенное падение прямых напряжений является основной отличительной особенностью запираемого тиристора. Для его отключения необходимо выполнить подачу мощного импульсного тока на управляющий вывод. При этом длительность импульса должна быть максимально низкой (от 10 до 100 мкс). Отрицательное соотношение с прямым током составляет пропорцию 1/5. Итоговая разница предельного напряжения рассматриваемого прибора на 25% меньше, чем у обычного аналога.

В заключение

Нами были рассмотрена классификация тиристоров и их особенности. Можно сделать следующий вывод: данные приспособления представляют собой приборы, относящиеся критично к скоростям нарастания прямого напряжения и силы тока. Для тиристоров характерно протекание обратных токов, позволяющих быстро понизить значение в цепи до нулевой отметки. Для защиты элементов следует применять различные схемы, дающие возможность предохранить блок от высоких напряжений в динамическом режиме.

Тиристор принцип работы | Практическая электроника

Структура тиристора

Тиристор это четырёхслойный полупроводниковый прибор, слои расположены последовательно их типы проводимости чередуются: p‑n‑p‑n. p‑n‑переходы между слоями на рисунке обозначены как «П1», «П2» и «П3». Контакт присоединенный к внешнему p‑слою называется анодом, к внешнему n‑слою — катодом. В принципе тиристор может иметь до двух управляющих электродов, присоединённых к внутренним слоям. Но обычно изготавливаются тиристоры с одним управляющим электродом, либо вообще без управляющих электродов (такой прибор называется динистором).

Для включения тиристора достаточно кратковременно подать сигнал на управляющий электрод — тиристор откроется и будет оставаться в этом состоянии пока ток через тиристор не станет меньше тока удержания.

Итак, главный принцип работы тиристора и схем на его основе — открываем тиристор подачей сигнала на усправляющий электрод, закрываем снижая ток анод-катод.

Как и в биполярном транзистор главную роль в принципе действия играют неосновные носители заряда (ННЗ) и обратно-смещенный p-n- переход. Пока неосновных носителей мало переход закрыт, но стоит подкинуть ННЗ к переходу и он откроется.
В тиристоре есть два основных способа добавить ННЗ:
1) закачать ток в управляющий электрод;
2) поднять напряжение настолько чтобы возник лавинный пробой.

Динисторное включение тиристора

Для начала рассмотрим второй случай, то есть когда управляющий электрод тиристора отключен.

При подаче напряжения прямой полярности, крайние переходы смещаются в прямом направлении, а средний – в обратном. При значительном увеличении напряжения на силовых электродах, через крайние (П1 и П3), примыкающие к среднему, переходы начинают перемещаться неосновные носители, уменьшая его сопротивление. Процесс происходит медленно, а сопротивление остается большим, но лишь до определенного момента. При некотором значении напряжения (как правило, несколько сотен вольт) процесс становится лавинным(точка 1 на ВАХ), неосновные носители заряда заменяются основными, отпирая средний переход (П2) и уменьшая сопротивление анод-катод. Тиристор отпирается, а падение напряжения между силовыми электродами падает до единиц Вольт (точка 2 на ВАХ).

Дальнейший рост тока ведет только к небольшому росту падения напряжения на тиристоре участок ВАХ от точки 2 до точки 3, это рабочий режим открытого тиристора.

Чтобы закрыть тиристор нужно снизить протекающий ток ниже тока удержания. Причем падение напряжения соответствующее этому току многократно ниже отпирающего напряжения.

Но зачем тиристору управляющий электрод? Какие преимущества есть у тиристора перед динистором? Дело в том, что подавая напряжение через резистор на управляющий электрод можно увеличивать концентрацию неосновных носителей заряда, что в свою очередь будет снижать величину напряжения включения тиристора.

А при какой-то величине тока управляющего электрода больше не будет горба на ВАХ, т.е. ВАХ тиристора станет похожа на ВАХ диода, кстати этот ток называют током спрямления.

Режим обратного запирания тиристора

При обратном включении тиристора крайние переходы (П1 и П3) смещаются в обратном направлении, а средний в прямом (П2). Тиристор остается закрытым пока не наступит тепловой пробой.

Физические процессы

Если пары по физическим основам электроники на которых рассматривался транзистор я ещё как-то выдерживал, то энергетические зонные диаграммы объясняющие принцип работы тиристора уже были слишком сложны. Очень много ньюансов в концетрациях носителей заряда, толщинах слоев и уровне легирования.
Конечно, чтобы изготовить тиристор с хорошими характеристиками физические процессы протекающие в кристалле полупроводника нужно знать и понимать. Но для разработки электронных схем достаточно знать вольт-амперную характеристику тиристора и его транзисторную модель.

Одну четрехслойную полупроводниковую структуру можно представить как две трехслойные, если посмотреть на рисунок, то в трехслойных структурах можно увидеть два биполярных транзистора n-p-n и p-n-p структуры.

Пока оба транзистора закрыты, ток через них не протекает. Но стоит открытся хоть одному из них, то он тут же откроет второй. Ток коллектора первого транзистора поступит в базу второго и откроет его, а ток коллектора второго, будет являтся базовым для первого и будет поддерживать открытым первый транзистор. Получаетя что оба транзистора поддерживают друг друга в открытом состоянии. И чтобы они закрылись, нужно снизить ток через ниж ниже определенной величины, так называемого тока удержания.

принцип работы и что это такое?

Открытие свойств переходов полупроводников по праву можно назвать одним из важнейших в ХХ веке. В результате появились первые полупроводниковые приборы — диоды и транзисторы. А также схемы, в которых они нашли применение. Одной из таких схем является соединение двух биполярных транзисторов противоположных типов — p-n-p c n-p-n. Эта схема показана далее на изображении (б). Она иллюстрирует, что такое тиристор и принцип его действия.  В ней присутствует положительная обратная связь. В результате каждый транзистор увеличивает усилительные свойства другого транзистора.

Транзисторный эквивалент

При этом любое изменение проводимости транзисторов в любом направлении лавинообразно нарастает и завершается одним из граничных состояний. Они либо заперты, либо отперты. Этот эффект называется триггерным. А по мере развития микроэлектроники оба транзистора объединили в 1958 году на одной подложке, обобщив одноименные переходы. В результате появился новый полупроводниковый прибор, названный тиристором. На взаимодействии двух транзисторов и зиждется принцип работы тиристора. В результате объединения переходов у него такое же количество выводов, как и у транзистора (а).

Структура тиристора и его транзисторная эквивалентная схема

На схеме управляющий электрод — это база транзистора структуры n-p-n. Именно ток базы транзистора изменяет проводимость между его коллектором и эмиттером. Но управление может быть выполнено также и по базе p-n-p транзистора. Таково устройство тиристора. Выбор управляющего электрода определяют его особенности, в том числе выполняемые задачи. Например, в некоторых из них вообще не используются какие-либо управляющие сигналы. Поэтому, зачем же использовать управляющие электроды...

Динистор

Это задачи, где применяются двухэлектродные разновидности тиристоров — динисторы. В них присутствуют резисторы, соединенные с эмиттером и базой каждого транзистора. Далее на схеме это R1 и R3. Для каждого электронного прибора есть ограничения по величине приложенного напряжения. Поэтому до некоторой его величины упомянутые резисторы удерживают каждый из транзисторов в запертом состоянии. Но при дальнейшем увеличении напряжения через переходы коллектор–эмиттер появляются токи утечки.

Они подхватываются положительной обратной связью, и оба транзистора, то есть динистор, отпираются. Для желающих поэкспериментировать далее показано изображение со схемой и номиналами компонентов. Можно ее собрать и проверить рабочие свойства. Обратим внимание на резистор R2, отличающийся подбором нужного номинала. Он дополняет эффект утечки и, соответственно, напряжение срабатывания. Следовательно, динистор — это тиристор, принцип работы которого определен величиной питающего напряжения. Если оно относительно велико, он включится. Естественно интересно также узнать, как же его выключить.

Динистор и его эквивалентная схема

Трудности выключения

С выключением тиристоров дело обстояло, как говорится, туго. По этой причине довольно длительное время виды тиристоров ограничивались только двумя выше упомянутыми структурами. До середины девяностых годов ХХ века применяются тиристоры только этих двух типов. Дело в том, что выключение тиристора может произойти лишь при запирании одного из транзисторов. Причем на определенное время. Оно определено скоростью исчезновения зарядов соответствующих отпертому переходу. Наиболее надежный способ «прибить» эти заряды — полностью отключить ток, протекающий через тиристор.

Большинство из них так и работают. Не на постоянном токе, а на выпрямленном, соответствующем напряжению без фильтрации. Оно изменяется от нуля до амплитудного значения, а затем вновь уменьшается до нуля. И так далее, соответственно частоте переменного напряжения, которое выпрямляется. В заданный момент между нулевыми значениями напряжения на управляющий электрод поступает сигнал, и тиристор отпирается. А при переходе напряжения через ноль вновь запирается.

Чтобы выключить его на постоянном напряжении и токе, при котором значение нуля отсутствует, необходим шунт, действующий определенное время. В простейшем варианте это либо кнопка, присоединенная к аноду и катоду, либо соединенная последовательно. Если прибор отперт, на нем присутствует остаточное напряжение. Нажатием кнопки оно обнуляется, и ток через него прекращается. Но если кнопка не содержит специального приспособления, и ее контакты разомкнутся, тиристор непременно снова включится.

Схемы выключения динистора

Этим приспособлением должен быть конденсатор, подключаемый параллельно тиристору. Он ограничивает скорость нарастания напряжения на приборе. Этот параметр вызывает набольшее сожаление при использовании этих полупроводниковых приборов, поскольку понижается рабочая частота, с которой тиристор способен коммутировать нагрузку, и, соответственно, коммутируемая мощность. Происходит это явление из-за внутренних емкостей, характерных для каждой из моделей этих полупроводниковых приборов.

Конструкция любого полупроводникового прибора неизбежно образует группу конденсаторов. Чем быстрее нарастает напряжение, тем больше токи, их заряжающие. Причем они возникают во всех электродах. Если такой ток в управляющем электроде превысит некоторое пороговое значение, тиристор включится. Поэтому для всех моделей приводится параметр dU/dt.

Способ выключения тиристоров
  • Выключение тиристора, как результат перехода питающего напряжения через ноль, называется естественным. Остальные варианты выключения называются принудительными или искусственными.

Многообразие модельного ряда

Эти варианты выключения усложняют тиристорные коммутаторы и уменьшают их надежность. Но развитие тиристорного разнообразия получилось очень плодотворным.

В наше время освоено промышленное производство большого числа разновидностей тиристоров. Область их применения — не только мощные силовые цепи (в которых работают запираемый и диод-тиристор, симистор), но и цепи управления (динистор, оптотиристор). Тиристор на схеме изображается, как показано далее.

Типы тиристоров Внешний вид тиристоров Обозначения тиристоров

Среди них есть модели, у которых рабочие напряжения и токи самые большие среди всех полупроводниковых приборов. Поскольку промышленное электроснабжение немыслимо без трансформаторов, роль тиристоров в его дальнейшем развитии является основополагающей. Запираемые высокочастотные модели в инверторах обеспечивают формирование переменного напряжения. При этом его величина может достигать 10 кВ с частотой 10 килогерц при силе тока 10 кА. Габариты трансформаторов при этом уменьшаются в несколько раз.

Включение и выключение запираемого тиристора происходит исключительно от воздействия на управляющий электрод специальными сигналами. Полярность соответствует определенной структуре этого электронного прибора. Это одна из простейших разновидностей, именуемая как GTO. Кроме нее применяются более сложные запираемые тиристоры со встроенными управляющими структурами. Эти модели называются GCT, а также IGCT. Использование в этих структурах полевых транзисторов относит запираемые тиристоры к приборам семейства MCT.

Мы постарались сделать наш обзор информативным не только для начитанных посетителей нашего сайта, но также и для чайников. Теперь, когда мы ознакомились с тем, как работает тиристор, можно найти применение этим знаниям для практического использования. Например, в несложном ремонте бытовых электроприборов. Главное — увлекаясь работой, не забывайте о технике безопасности!

Похожие статьи:

Тиристоры

Тиристоры

Тиристоры подразделяются по быстродействию на низкочас­тотные и высокочастотные. Используются в различных преобразо­вателях напряжения и частоты, в том числе для регулируемых электроприводов устройств гибкой связи, энергосистем, линий электропередач постоянного тока, в коммутационной и регу­лирующей аппаратуре, в бытовой технике. Сведения о низкочас­тотных тиристорах приведены в табл. 14.1 и 14.2. Быстродейст­вующие тиристоры применяются в преобразователях и других электроустановках, где требуются прежде всего малые времена включения и выключения. Они отличаются высокой нагрузочной способностью по току при высоких частотах (табл. 14.3).

Симметричные тиристоры (симисторы) обладают сим­метричной вольтамперной характеристикой и обеспечивают управление в прямом и обратном направлениях. Используются симмисторы в преобразователях, регуляторах напряжения, бес­контактных выключателях и других устройствах (табл. 14.4).

Сведения о тиристорах-диодах приведены в табл. 14.5.

Диапазон выпрямленных (средних) токов силовых тиристо­ров от 10 до 4000 А, диапазон обратных напряжений — от нескольких десятков до 4000 В.

Допустимая температура окружающей среды от —50 до +45 °С при давлении 0,085—0,105 МПа и относительной влаж­ности 98%. Допустимая температура перехода от —50 до

125 °С. Критическая скорость нарастания напряжения —

в диапазоне от 50 до 1000 В/мкс. Критическая скорость нарас­тания тока — в диапазоне от 100 до 1000 А/мкс.

Конструктивные исполнения силовых тиристоров, как и диодов, главным образом, штыревое и таблеточное.

Типы применяемых охладителей типа 0131—0281, ОА и др.

Обозначение основных параметров

Рmах-наибольшая длительно рассеиваемая мощность. lОС — ток в открытом состоянии (средний) постоянный.

lопсм— максимальный средний ток в обратном проводящем состоянии (для тиристоров-диодов).

lЗС — ток в закрытом состоянии постоянный.

Uу — напряжение управления постоянное.

Uoc — напряжение на тиристоре в открытом состоянии.

U3C — длительно допустимое повторяющееся обратное на­пряжение в закрытом состоянии.

tвкл — время включения.

Таблица 14.1

Тиристоры типа КУ

 

 

Тип прибора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2У202Д

20И

10,0

10

1,5

100

<7

5

-

150

2У202Д1

20И

10,0

10

1,5

100

<7

5

-

150

2У202Е

20И

10,0

10

1. 5

100

<7

5

-

150

2У202Е1

20И

10,0

10

1,5

100

<7

5

-

150

2У202Ж

20И

10,0

10

1,5

200

<7

5

-

150

2У202Ж1

20И

10,0

10

1.5

200

<7

5

-

150

2У202И

20И

10,0

10

1,5

200

<7

5

-

150

2У202И1

20И

10,0

10

1. 5

200

<7

5

-

150

2У202К

20И

10,0

10

1,5

300

<7

5

-

150

2У202К1

20И

10,0

10

1,5

300

<7

5

-

150

2У202Л

20И

10,0

10

1.5

300

<7

5

-

150

2У202Л1

20И

10,0

10

1,5

300

<7

5

-

150

2У202М

20И

10,0

10

1,5

400

<7

5

-

150

2У202М1

20И

10,0

10

1,5

400

<7

5

-

150

2У202Н

20И

10,0

10

1,5

400

<7

5

-

150

2У202Н1

20И

10,0

10

1. 5

400

<7

5

-

150

КУ215А

40

10,0

10И

3,0

1000И

<50И

500

1000

150

2У215А

40

10,0

10И

3,0

1000И

<50И

500

1000

150

КУ215Б

40

10,0

10И

3,0

800И

<50И

250

600

150

2У215Б

40

10,0

10И

3,0

800И

<50И

250

600

150

КУ215В

40

10,0

10И

3,0

600И

<50И

250

400

200

КУ222А

150

10

10И

3,5

2000И

<50И

200

1000

170

2У222А

150

10

10И

3,5

2000И

<50И

200

1000

170

КУ222Б

150

10

1ОИ

3,5

2000И

<50И

200

1000

300

2У222Б

150

10

10И

3,5

2000И

<50И

200

1000

300

КУ222В

150

10

1ОИ

3,5

1600И

<50И

200

1000

170

2У222В

150

10

1ОИ

3,5

1600И

<50И

200

1000

170

КУ222Г

150

10

1ОИ

3,5

1600И

<50И

200

1000

300

2У222Г

150

10

1ОИ

3,5

1600И

<50И

200

1000

300

КУ222Д

150

10

1ОИ

3,5

1200И

<50И

200

1000

170

КУ222Е

150

10

1ОИ

3,5

1200И

<50И

200

1000

300

2У229А

150И

200И

1,0

50И

1000

<20И

50

500

15

2У229Б

150И

200И

1,0

50И

1000

<20И

50

500

35

2У229В

150И

200И

1,0

50И

1000

<20И

50

500

35

2У229Г

150И

200И

1,0

50И

1000

<20И

50

500

50

2У229Д

150И

200И

1,0

50И

1000

<20И

50

500

50

2У229Е

150И

200И

1,0

50И

800

<20И

50

500

15

2У229Ж

150И

20ОИ

1,0

50И

300

<20И

50

500

50

2У229И

150И

200И

1,0

50И

800

<20И

50

500

50

2У229К

150И

200И

1,0

50И

600

<20И

50

500

15

2У229Л

150И

200И

1,0

50И

600

<20И

50

500

50

2У229М

150И

200И

1,0

50И

1000

<20И

50

500

35

2У229Н

150И

200И

1,0

50И

800

<20И

50

500

35

КУ701А

100

20

6,0

3,0

800

3/5

100

100

30

2У701А

100

20

3,5

2,0

800

<3,5

120

100

30

КУ710Б

100

20

6,0

2,0

800

3/5

100

100

60

2У701Б

100

20

3,5

2,0

800

<3,5

120

100

40

КУ701В

100

20

6,0

3,0

800

3/5

100

100

40

2У701В

100

20

3,5

2,0

600

<3,5

120

100

30

КУ701Г

100

20

6,0

2,0

800

3/5

100

100

120

2У701Г

100

20

3,5

2,0

600

<3,5

120

100

40

КУ701Д

100

20

6,0

3,0

600

3/5

100

100

30

КУ701Е

100

20

6,0

2,0

600

3/5

100

100

60

КУ701Ж

100

20

6,0

3,0

600

3/5

100

100

40

КУ701И

100

20

6,0

2,0

600

3/5

100

100

120

КУ702А

150

20

20И

3,5

200ОИ

<7

200

100

150

2У702А

150

20

15И

3,5

2000И

<7

120

100

135

КУ702Б

150

20

20И

3,5

2000И

<7

200

100

250

2У702Б

150

20

15И

3,5

2000И

<7

250

100

250

КУ702В

150

20

20И

3,5

1600И

<7

200

100

150

2У702В

150

20

15И

3,5

1600И

<7

120

100

250

КУ702Г

150

20

20И

3,5

1600И

<7

200

100

250

2У702Г

150

20

15И

3,5

1600И

<7

250

100

250

КУ702Д

150

20

20И

3,5

1200И

<7

200

100

150

КУ702Е

150

20

20И

3,5

1200И

<7

200

100

250

КУ706А

150

40

20И

3,0

1600И

25/40И

200

1000

150

2У706А

150

40

1,5

2,5

1600И

25/40И

200

1000

130

КУ706Б

150

40

20И

3,0

1200И

25/40И

200

1000

150

2У706Б

150

40

1,5

2,5

1200И

25/40И

200

1000

130

КУ706В

150

40

20И

3,0

1000И

25/40И

200

1000

150

 

Таблица 14. 2

Тиристоры низкочастотные

 

 

Тип прибора

lОСМ, А

 

lЗСМ, мА

lВКЛ, мА

Uocm,

в

U3CM,

В

UyM, В

tвкл, МКС

 

Тип рекомендуе­мого охладителя

1112-10

10

2,5

100

1,85

ОТ

7,5

10

011-60

Т112-15

16

2,5

100

1,85

100

7,5

10

011-60

Т122-20

20

3,0

130

1,75

ДО

7,5

10

0221-60

1122-25

25

3,0

130

1,75

1200

7,5

10

0221-60

Т132-40

40

5,0

150

1,75

от

9,0

10

0231-80

1132-50

50

5,0

150

1,75

100

9,0

10

0231-80

Т142-63

63

5,0

210

1,65

ДО

10,0

10

0241-80

Т142-80

80

6,0

210

1,65

200

10,0

10

0241-80

Т151-100

100

13

700

1,85

от

5,5

25

0151-80

Т161-125

125

15

700

1,75

300

5,5

25

0171-80

Т161-160

160

15

700

1,75

 

5,5

25

0171-80

Т171-200

200

30

700

1,75

до

5,5

25

0181-110

Т171-250

250

30

700

1,75

1600

5,5

25

0181-110

Т171-320

320

30

/00

1,60

 

5,5

25

0181-110

Тиристоры т клеточного исполнения

ТШ-200

200

15

700

1,9

400—1600

9,0

25

0123-100

Т132-250

250

15

700

1,75

400-1200

9,0

25

0123-100

Т123-320

320

15

700

1,65

400-800

9,0

25

0123-100

Т133-320

320

35

700

2,0

900—2000

9,0

25

0143-150

Т133-400

400

30

700

1,75

400—1600

9,0

25

0143-150

Т143-400

400

50

700

2,15

1800-2400

9,0

30

0243-150

П43-500

500

30

700

1,80

400-1600

9,0

25

0243-150

Т143-630

630

30

700

1,75

400-1200

9,0

25

0243-150

Т153-630

630

50

700

2,1

1300—2400

9,0

30

0153-150

Т153-800

800

50

700

1,9

1000—1800

9,0

30

0153-150

Т253-800

800

70

700

2,1

2000-2400

9,0

30

0153-150

Т253-1000

1000

70

700

1. 8

1000—1800

9,0

30

0153-150

Т253-1250

1250

70

700

1,6

400—1200

9,0

30

0153-150

Тиристоры лавинные низкочастотные

ТЛ171-250

250

35

600

2,05

700-

6,0

10

0281-80

ТЛ171-320

320

35

600

1,65

-1100

6,0

10

0281-110

 

Таблица 14.3

Тиристоры быстродействующие ТБ

 

 

 

 

 

 

Тип прибора

lОСМ, А

 

lЗСМ, мА

lВКЛ, мА

Uocm,

в

U3CM,

В

UyM, В

tвкл, МКС

 

Тип рекомендуе­мого охладителя

ТБ151-50

50

20

300

2,50

500-

5

2

0151-80

ТБ151-63

60

20

300

2,15

 

5

2

0151-80

ТБ161-80

80

30

400

2,60

 

5

2

0161-80

ТБ161-100

100

30

400

2,15

ДО

5

2

0161-80

ТБ171-160

160

40

500

2,0

 

5

2

0181-110

ТБ 171-200

200

40

500

1,75

-1200

5

2

0181-110

Тиристоры таблеточного исполнения

ТБ 133-200

200

40

500

2,4

600-

5

2

 

ТБ 133-250

250

50

500

2,0

 

5

2

 

ТБ143-320

320

50

600

2,5

ДО

5

2,5

0343-150

ТБ 143-400

400

70

600

2,1

 

5

3,2

 

ТБ 153-630

630

40

700

2,2

-1200

5

3,2

 

ТБ153-800

800

70

700

2,2

600-

5

3,2

 

ТБ253-800

800

70

700

1,8

 

5

4,0

0350-350

ТБ253-1000

1000

70

700

2,25

-1400

5

4,0

 

 

Таблица 14. 4

Тиристоры симметричные ТС

 

 

 

Тип прибора

lОСМ, А

 

lЗСМ, мА

lВКЛ, мА

Uocm,

в

U3CM,

В

UyM, В

tвкл, МКС

 

Тип рекомендуемого охладителя

Т.161-150

160

15

500

1,75

от200

8,5

20

0171-80

ГС 161-200

200

15

500

1,6

 

8,5

20

0171-80

ГС 171-250

250

25

500

1,7

до 1200

8.5

20

0181-80

ГС 171-320

320

25

500

1,5

 

8,5

20

0181-80

Таблица 14. 5

Тиристоры-диоды быстровыключающиеся ТД4

 

 

Тип прибора

lОСМ, А

 

lЗСМ, мА

lВКЛ, мА

Uocm,

в

U3CM,

В

UyM, В

tвкл, МКС

 

Тип рекомендуемого охладителя

ТД4171-125/50

125

50

350

2,2

1600-

5

32-

0181-110

ТД4171-160/63

160

63

350

2,2

-1600

5

-63

0181-110

ТД4153-320/125

320

125

350

2,7

600-

6

32-

0153-150

ТД4153-400/160

400

160

350

2,7

-1600

6

-63

0153-150

Эскизы некоторых типов тиристоров приведены на рис. 14.1.

Сведения о тиристорах приведены также в [8, 28, 29, 30,

46, 48].

 

 

 

 

 

 



SCR Выпрямитель с кремниевым управлением »Примечания по электронике

Тиристорные или тиристорные цепи используются во многих областях управления мощностью от управления освещением до силовых двигателей переменного тока и других коммутационных приложений.


Конструкция схемы тиристора Включает:
Праймер для разработки схемы тиристора Схема работы Конструкция цепи запуска / запуска Лом перенапряжения Цепи симистора


Тиристорный или кремниевый выпрямитель, SCR, является особенно полезным компонентом и находит множество применений в таких областях, как управление мощностью, где эти компоненты могут использоваться для переключения высоких напряжений и токов. Тиристоры взяли на себя большинство приложений переключения мощности, которые когда-то выполнялись с помощью реле, хотя контакторы очень высокого напряжения все еще используются.

Тиристорный или кремниевый выпрямитель, конструкция тиристора может быть проста. Устройства, хотя и немного необычные, следуют тем же основным правилам проектирования схем, которые регулируют и другие компоненты.

Основная проблема заключается в том, чтобы убедиться, что все компоненты имеют соответствующие характеристики, поскольку часто тиристорные схемы используются в приложениях с высокой мощностью.

Тиристор, основы схемы SCR

Тиристорный или кремниевый выпрямитель работает иначе, чем стандартный биполярный транзистор или полевой транзистор.

Тиристор имеет два электрода, которые подключены к главной цепи управления. Эти два электрода называются анодом и катодом.

Третий электрод, называемый затвором, используется для управления тиристором в цепи.

Обозначение тиристора или цепи тиристора
Примечание по тиристорной технологии:

Тиристоры или тиристоры основаны на уникальной структуре PNPN-структуры и имеют три электрода: анод, катод и затвор. Когда затвор получает ток срабатывания, он запускает тиристор, позволяя току течь до тех пор, пока напряжение между анодом и катодом не будет снято. Это позволяет тиристору переключать высокие напряжения и токи, хотя это только более половины цикла. Два могут использоваться для покрытия обеих половин цикла.

Подробнее о Тиристорная техника

Чтобы понять, как SCR работает в цепи, лучше всего взглянуть на его эквивалентную схему.Из этого видно, что SCR можно рассматривать как состоящий из двух соединенных между собой транзисторов.

В начальных условиях проводимость между анодом и катодом отсутствует. Однако, если на затвор подается ток, заставляющий TR2 проводить ток, тиристор включается, но только в одном направлении. Эта проводимость будет сохраняться, даже если ток затвора будет удален. Таким образом, ток затвора можно рассматривать как импульс запуска.

Чтобы остановить проводимость, напряжение между анодом и катодом должно быть уменьшено до уровня ниже уровня падения. Это происходит, когда один или оба транзистора достигают своего режима отсечки. В этот момент проводимость всего устройства прекратится, и ворота нужно будет повторно запустить.

Эквивалентная схема тиристора

Как можно понять, тиристор SCR проводит только в одном направлении. При использовании с сигналом переменного тока его необходимо повторно запускать для каждого полупериода проводимости.

Когда тиристор SCR находится в полностью проводящем состоянии, падение напряжения на устройстве обычно составляет около 1 В для всех значений анодного тока вплоть до его номинального значения.

SCR затем продолжает проводить, пока анодный ток остается выше удерживающего тока для устройства, которое обычно обозначается как IH. Ниже этого значения SCR перестает проводить. Следовательно, в цепях постоянного тока и некоторых высокоиндуктивных цепях переменного тока должны быть средства отключения устройства, так как тиристор будет продолжать проводить.

Схема тиристорного затвора

Чтобы предотвратить перегрузку затвора, а также ложное срабатывание, некоторые резисторы часто помещают в цепь затвора.

Схема тиристора с дополнительными резисторами затвора

При разработке схемы SCR часто используются два резистора затвора.

В схему включен R1 для ограничения тока затвора до приемлемого уровня. Этот резистор выбран таким образом, чтобы обеспечить достаточный ток для срабатывания тринистора, не создавая при этом такой большой нагрузки, чтобы затворный переход находился под напряжением.

Второй резистор R2 - это резистор катода затвора, иногда обозначаемый как RGK, включенный для предотвращения ложного срабатывания.Это эффективно снижает чувствительность ворот.

Иногда этот резистор может быть включен в сам корпус SCR, и внешний резистор может не потребоваться. Необходимо свериться с даташитом производителя, чтобы определить, что необходимо.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .

Тиристор - Википедия

Тиристор ist die Bezeichnung für ein Bauteil in der Elektrotechnik. Es ist ein Kofferwort aus den beiden Bezeichnungen Thyratron и Transistor . [1]

Ein Thyristor ist ein Halbleiterbauelement, das aus vier oder mehr Halbleiterschichten wechselnder Dotierung aufgebaut ist. Thyristoren sind einschaltbare Bauelemente, das heißt, sie sind im Ausgangszustand nichtleitend und können durch einen kleinen Strom an der Gate-Elektrode eingeschaltet werden.Nach dem Einschalten bleibt der Thyristor auch ohne Gatestrom leitend. Ausgeschaltet wird er durch Unterschreiten eines Mindeststroms, des sogenannten Haltestroms.

Allgemeines [Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Der Thyristor hat drei pn-Übergänge in der Folge pnpn . Wie eine Diode hat er eine Anode und eine Kathode, im Vergleich zur Diode kommt noch ein Gate-Anschluss dazu.

Im Grundzustand ist der Thyristor in beiden Richtungen sperrend. In Durchlassrichtung sperrt er bis zu einer bestimmten Zündspannung ( Nullkippspannung für eine Gate-Kathoden-Spannung von 0 V ). Durch einen positiven Stromimpuls am Gate kann er auch unterhalb der Zündspannung in den leitenden Zustand geschaltet werden. В Sperrrichtung sperrt er den Strom wie eine normale Diode.

Es gibt mehrere Möglichkeiten der Zündung:

  • Konventionelle
    • Steuerstrom (ein positiver Strom oder Stromimpuls am Gate),
    • Lichtzündung (Фототиристор)
  • Unkonventionelle, meist unzulässige
    • Überschreiten der Nullkippspannung (Überkopfzündung bzw.Обрыв). Нур zulässig beim sogenannten Dynistor , einer speziellen Bauform von Thyristor, welche die Überkopfzündung erlaubt und das Nachfolgebauelement der ehemaligen Shockley-Diode darstellt.
    • Überschreiten der zulässigen Spannungsanstiegsgeschwindigkeit
    • Temperaturerhöhung

Praktisch wird der Thyristor als Steuerbare Diode eingesetzt.

Einschalten [Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Итак, функционал тиристора: 1.Lampe ist aus, 2. Strom rechts ein, 3. Schaltstrom Links, 4. Lampe leuchtet.

Durch Strominjektion in die dritte Schicht (Ansteuerung am Gate) kann der Thyristor gezündet (leitfähig geschaltet) werden. Voraussetzung dafür ist eine positive Spannung zwischen Anode und Kathode sowie ein Mindeststrom durch die mittlere Sperrschicht. Charakteristisch für den Einschaltvorgang des Thyristors ist dabei, dass der Vorgang durch eine Mitkopplung unterstützt wird. Der Ablauf des Einschaltvorgangs ist daher - im Gegensatz zu anderen Leistungshalbleitern - nicht über das Gate in der Geschwindigkeit zu beeinflussen.Problematisch ist die Stromdichte in der dritten Schicht beim Zündvorgang. Beim Injizieren der Elektronen wird die Schicht an der Eintrittsstelle leitend. Bis die gesamte Siliziumfläche leitend ist, konzentriert sich der Strom auf den schon leitenden Bereich, in dem die gesamte Verlustleistung umgesetzt wird. Dabei kann die Verlustleistungsdichte den zulässigen Wert überschreiten und zu örtlichen Temperaturerhöhungen über die Diffusionstemperatur или gar die Schmelztemperatur (1683 K) des Siliziums hinaus führen.Deshalb ist es wichtig, dass die Stromanstiegsgeschwindigkeit (kritische Stromsteilheit) einen gewissen Wert nicht übersteigt, был jedoch in den meisten Fällen durch Induktivitäten der Last und der Leitungen sichergestellt ist. Soll eine kapazitive Last geschaltet werden, muss die Stromanstiegsgeschwindigkeit ggf. durch Zusatzmaßnahmen beginzt werden. Bei stark индуктивен Lasten hingegen eilt der Stromanstieg dem Spannungsanstieg nach. Es kann daher dazu kommen, dass unmittelbar nach Erlöschen des Zündimpulses der sogenannte Einraststrom noch nicht erreicht wird, darunter versteht man den Mindestwert des Stromes, welcher durch den Thyristor oh fließen au beromch Einrastrom.Das führt zu undefinierten Schaltvorgängen, welche auch von (mit Triacs arbeitenden) Wechselstromdimmern (Phasenanschnittsteuerung) ее bekannt sind, dabei kann man oft ein Flackern Last von derart gesteuerten Lamborghini. Um den Effekt zu vermeiden, wird ein Snubber-Netzwerk eingesetzt, darunter versteht man ein RC-Glied (Serienschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators, typische Werte: 470 Ω и 100 nF), welches zwischen Anode und Katristhode der.Beim Zünden entlädt sich der Kondensator über den Widerstand und den Thyristor und stellt damit für kurze Zeit einen kleinen Strom zur Verfügung, um den Einraststrom zu überschreiten. Oft findet man bei Thyristorschaltungen auch eine в Serie geschaltete Drosselspule zur Funkentstörung.

Abschalten [Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Gelöscht (также in den Sperrzustand versetzt) ​​wird der Thyristor entweder durch Unterschreiten des Haltestroms (англ. Holding Current ), был им Allgemeinen beim Abschalten или Umpolen der Spannung im Laststromkreis.B. im Gleichrichter) geschieht, oder durch Umpolen in die Sperrrichtung. Die Geschwindigkeit dieses Vorgangs wird durch die Freiwerdezeit t q grenzt, die erforderlich ist, damit der Thyristor nach Beendigung der Stromleitungsphase wieder seine volle Steuhär - und Sierra. Diese wird erst wieder erlangt, wenn die dafür maßgebende mittlere Sperrschicht durch Rekombination von Ladungsträgern geräumt ist. Die Freiwerdezeit ist eine Bauteileigenschaft und wird im Datenblatt angegeben.Je nach Typ kann sie 10 до 400 µs Betragen. Die Freiwerdezeit erfordert im Moment des Erlöschens bei индуктивен Verbrauchern eine Begrenzung der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit, das geschieht ebenso durch das oben erwähnte Snubber-Netzwerk. Andernfalls (die Induktivität führt noch den Haltestrom) kann es zur spontanen Wiederzündung («Über-Kopf-Zünden») kommen. Neuere Thyristoren (тип «без курения») sind in der Lage, diesen Spannungsanstieg auch ohne RC-Glied zu bewältigen.

Zu beachten: Der Haltestrom (Holding Current) ist jener Strom, der mindestens durch den leitfähigen Thyristor fließen muss, damit dieser leitfähig bleibt.Währenddessen versteht man unter dem Einraststrom (Latching Current) jenen, der unmittelbar nach Erlöschen des Gate-Impulses fließen muss, damit der Thyristor nicht augenblicklich wieder in den Sperrzuställ zurück. Beide Ströme sind Bauteilcharakteristika und werden in den Datenblättern angeführt, manchmal findet man nur den Haltestrom. Der Einraststrom ist immer etwas höher als der Haltestrom, beide liegen aber in derselben Größenordnung (für Kleinleistungsthyristoren typisch unter 100 mA, für große Scheibenthyristoren einige 100 mA).

Speziell dafür ausgelegte Varianten (GTO-Thyristoren) können auch durch einen negativen Stromimpuls am Gate in den Sperrzustand versetzt werden. Die erforderliche Stromstärke des negativen Löschimpulses ist jedoch um Größenordnungen höher als die des Zündimpulses. Häufig wird zur Bereitstellung des Löschimpulses ein geladener Kondensator an den Gate-Anschluss geschaltet.

Die ersten Thyristoren wurden 1957 bei General Electric (GE) entwickelt, nachdem William B.Shockley , Jewell James Ebers и John Lewis Moll die Vorarbeit an den Bell Laboratories geleistet hatten. [2] Das Bauteil wurde von GE zunächst als SCR (von englisch кремниевый управляемый выпрямитель , dt. gesteuerter Silizium-Gleichrichter ) bezeichnet. Westinghouse stellte wenig später ähnliche Bauteile her und bezeichnete diese als Trinistor. Die AEG nannte ihre Bauteile zunächst steuerbare Siliziumzelle .Der Begriff Thyristor setzte sich erst in den 1960er Jahren durch, im englischen Sprachraum ist jedoch weiterhin SCR gebräuchlich.

Der Thyristor war das erste steuerbare Leistungshalbleiter-Bauelement für große Leistung und erschloss sich schnell vielfältige Anwendungsgebiete. Inzwischen sind Thyristoren в vielen Anwendungen durch andere Leistungshalbleiter verdrängt worden, besitzen aufgrund ihrer hohen Schaltleistung und Robustheit aber vor allem im Bereich von Hochstromanwendungen nach wie vie von einteen.Es werden nach wie vor neue Typen mit verbesserten Parametern entwickelt, z. B. mit geringeren Zündströmen, verbessertem Abschaltverhalten bzw. Robustheit gegenüber steilen Spannungsanstiegen beim Abreißen des Haltestromes an индуктивен Lasten, die ansonsten eine Entlastungsschaltung (englisch Snubber) erforderlich machen.

Тиристор 100 ампер / 800 вольт
kleines Bild: тиристор 13 ампер / 800 вольт в Standardgehäuse TO-220 (Bleistift zum Größenvergleich)
  • Чистый тиристор: Solche Thyristoren sind vorrangig auf Durchlass- und Sperreigenschaften optimiert und haben Freiwerdezeiten von mehr als 100 мкс.Damit sind sie für Anwendungen bei Netzfrequenz geeignet.
  • Frequenzthyristor: Thyristor mit Freiwerdezeit zwischen 8 µs и 100 µs für den Einsatz mit Löschschaltungen oder в lastgeführten Wechselrichtern. Außerdem besitzen Frequenzthyristoren spezielle Gatestrukturen, die schnell eine große Fläche durchschalten und damit einen schnellen Anstieg des Laststromes erlauben.
  • GTO-Thyristor (Gate Turn Off): Er ist asymmetrisch dotiert und kann an der Steuerelektrode nicht nur gezündet, sondern auch durch einen negativen Impuls wieder gelöscht werden.Der Löschimpuls muss relativ stark sein. Im Durchschnitt müssen 30% от Laststroms kurzzeitig als Löschstrom aufgebracht werden. GTOs benötigen ein Ausschaltentlastungsnetzwerk.
  • GCT (тиристор с коммутацией затвора): Weiterentwicklung des GTO mit niedrigeren Schaltverlusten und für den Betrieb ohne Ausschaltentlastungsnetzwerk. Zum Abschalten ist ein Gatestrom в Höhe des Laststroms erforderlich.
  • IGCT (Интегрированный тиристор с коммутируемым затвором): GCT mit fest angebauter Treiberstufe
  • Thyristortetrode: Sie besitzt an der zweiten und an der dritten Schicht eine Elektrode.Sie kann an beiden Elektroden oder an jeder einzeln gezündet und gelöscht werden, jeweils mit einem positiven oder negativen Impuls.
  • Фототиристор: Er wird nicht durch einen elektrischen Impuls, sondern mit Hilfe von Licht gezündet. Fotothyristoren kleiner Leistung finden Anwendung als integrierte Bauteile in Optokopplern.
  • LTT (световой тиристор): Hochleistungsbauelement, das wie ein Fotothyristor mit Licht gezündet wird. Er ist ideal geeignet für die Anwendung в Anlagen der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung.
  • Diac
  • Симистор
  • ITR (интегрированный тиристор / выпрямитель) или RCT (тиристор с обратной проводимостью): Ein Bauteil, das neben einem Thyristor eine zu ihm antiparallel geschaltete, monolithisch integrierte Diode enthält.
  • Vierschichtdiode (auch Dinistor für Dioden-Thyristor oder BOD für Breakover Device): тиристор без Steuerelektrode. Das Bauteil zündet bei Erreichen einer Definierten Durchbruchspannung. Im Gegensatz zum Diac ist die Vierschichtdiode nur in eine Richtung durchlassfähig.

Neben diesen erwünschten Bauelementen können sich durch die abwechselnden Dotierungen der n-Kanal- und p-Kanal-Feldeffekttransistoren in CMOS-Halbleiterbauteilen unerwünschte, sogenitannte «паразитировать». Bei Zündung dieser Thyristoren durch kurze Spannungsspitzen an den Eingängen einer CMOS-Stufe (Latch-Up-Effekt) kann es zur Zerstörung des CMOS-Bauteils kommen.

Thyristoren im Modulgehäuse (oben, Halbbrücke) und im Flachbodengehäuse Größenvergleich: Links oben ein Gleichrichter 1000 В / 200 А; darunter ein Тиристор 1500 В / 20 А; rechts daneben SCR 1500 В / 120 А; die Diode 1N4007 dient als Größenvergleich.
  • Plastikgehäuse: Thyristoren für Ströme bis zu 25 A und Spannungen bis zu 1600 V werden meist в Plastikgehäusen hergestellt, wie sie auch für Leistungstransistoren üblich sind, etwa TO-220 или TO-247. Die Kühlfahne liegt dabei auf Anodenpotential; bei TO-247 kann die Kühlfläche auch isoliert sein.
  • Schraubgehäuse: Metallgehäuse mit Schraubbolzen und Sechskant für Ströme bis zu einigen 100 A. Diese Bauform wird heute nur noch in geringem Umfang verwendet.
  • Flachbodengehäuse: Metallgehäuse ähnlich dem Schraubgehäuse, jedoch ohne Bolzen und Sechskant.Auch diese Bauform wird nur noch selten verwendet.
  • Modulgehäuse: Bestehend aus Metallischer Bodenplatte und Plastik-Spritzgussgehäuse. Im Gegensatz zu den bisher beschrieben Gehäusen ist hier die Kühlfläche (Bodenplatte) von den Anschlüssen des Bauelements elektrisch isoliert. Meist sind mehrere Thyristoren oder auch Kombinationen von Thyristoren und Dioden in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Sie sind zu einer Halbbrücke, einer Vollbrücke или einer Drehstrombrücke zusammengeschaltet.Ströme bis 800 A und Spannungen до 3600 V sind möglich.
  • Scheibenzelle: Gehäuse erkennbar an zwei planparallelen Metallflächen für Anode und Kathode sowie einem Isolierteil aus Keramik oder Kunststoff. Zwischen den Elektroden befindet sich das Thyristorelement, ein Silizium-Wafer mit einem Durchmesser von bis zu 12 cm. Ströme bis zu 6 kA und Spannungen bis zu 8 kV können erreicht werden. Scheibenzellen werden zum Betrieb zwischen Kühlkörpern mit Kräften bis zu 130 kN eingespannt, um einen guten elektrischen und thermischen Kontakt zum Kühlkörper, aber auch intern im Bauelement zu erreichen.

Im unteren Bild sind die inneren Bauteile von Thyristoren ohne Gehäuse zu sehen. Die Siliziumscheiben sind auf Wolframplatten gelötet, deren polierte Böden auf den Kühlkörper gepresst werden. Die Oberseite ist mit Gold bedampft und wird federnd kontaktiert, damit der Kristall bei Wärmeausdehnung nicht zerstört werden kann. In der Mitte der SCR-Scheiben erkennt man den Zündkontakt.

Kleine Leistung [Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Thyristoren или Triacs kleiner Leistung werden in Haushaltsgeräten zur Drehzahlregelung von Universalmotoren eingesetzt (Staubsauger, Mixer, Handbohrmaschine).В ähnlicher Weise arbeiten Dimmer zur Lichtsteuerung. Ende der 1970er Jahre wurden sie auch in den Horizontalendstufen und Netzteilen von Fernsehgeräten eingesetzt, später wurden sie von Bipolartransistoren bzw. МОП-транзисторы ersetzt.

In Verbindung mit einer Zener-Diode findet der Thyristor in Klemmschaltungen Anwendung. Im Normalbetrieb sperren Zener-Diode und Thyristor. Wenn die Zener-Spannung der Diode z. B. durch einen Defekt in einem Transformator überschritten wird, wird der Thyristor leitend und verursacht einen gewollten Kurzschluss, wodurch die Schmelzsicherung des Netzteils sofort durchbrennt.Dadurch wird verhindert, dass teurere Komponenten im angeschlossenen Gerät durch eine zu hohe Ausgangsspannung zerstört werden.

Mittlere Leistung [Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Im Leistungsbereich von oberhalb 2 kW finden Thyristoren in zahlreichen Industrialellen Anwendungen Verwendung. Dabei werden meist Schaltungen für den Betrieb mit Drehstrom verwendet. Thyristorsteller ermöglichen als Sanftanlaufgerät das Anlassen von Käfigläufer-Asynchronmotoren mit kontrollierten Anlaufströmen und Drehmomenten.Ebenfalls mit Thyristorstellern kann die Ausgangsspannung von Hochstrom-Gleichrichtern, etwa für die Galvanotechnik, oder von Hochspannungsgleichrichtern, etwa zur Versorgung von Elektrofiltern, geregelt werden. Der Thyristorsteller ist dabei auf der Primärseite des Transformators angeordnet, während auf der Sekundärseite zur Gleichrichtung Leistungsdioden eingesetzt sind. Thyristorschalter für Wechselstrom und Drehstrom sind im Aufbau den Thyristorstellern gleich. Die Leistungssteuerung erfolgt hier aber nicht über Phasenanschnitt, sondern über die Variation des Puls-Pausenverhältnisses.Sie eignen sich daher nur für die Steuerung von Lasten mit großer Zeitkonstante, wie etwa Heizelementen.

Thyristorgleichrichter wurden zur Drehzahlsteuerung von Gleichstrommotoren eingesetzt. Aber auch in vielen modernen Frequenzumrichtern für den drehzahlvariablen Betrieb von Drehstrommotoren arbeiten Thyristoren im Eingangsgleichrichter, um eine kontrollierte Aufladung des Gleichspannungszwischenkreises zu ermöschen.

Anlagen zum индуктивен Härten mit Arbeitsfrequenzen von 5 до 20 kHz wurden früher mit Frequenzthyristoren aufgebaut.In dieser Anwendung wurden Thyristoren schon früh durch IGBTs abgelöst.

Hohe Leistung [Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Wassergekühlte Thyristoreinheit für etwa 10 кВ и 2 кА, а также Untereinheit in der Anlage Нельсон Ривер Биполь. Netzfrequenzthyristor mit einer Sperrspannung von 4,2 kV, Bemessungsdauerstrom 2,44 kA bei 85 ° C Sperrschichttemperatur; Gehäusedurchmesser 110 мм

Frequenzthyristoren hoher Leistung werden auch heute noch в lastgeführten Wechselrichtern im Megawatt-Bereich eingesetzt.Beim Stromrichtermotor arbeitet ein lastgeführter Wechselrichter mit einer Synchronmaschine zusammen und ermöglicht so den drehzahlvariablen Betrieb von Turboverdichtern. Auch Anlagen zum индуктивная Schmelzen работает над Leistung und Arbeitsfrequenzen до 1 кГц, когда передается ночь с Frequenzthyristoren ausgeführt.

Drehzahlvariable Antriebe großer Leistung am Drehstromnetz können bei niedriger Drehzahl auch mit Direktumrichtern ausgeführt werden. Hier werden mehrere Thyristorgleichrichter so verschaltet und gesteuert, dass ausgangsseitig ein Drehstromsystem mit Frequenzen bis 20 Hz entsteht.

Bei elektrischen Bahnen werden Pulswechselrichter mit Thyristoren sowohl in den Triebfahrzeugen als auch in stationären Anlagen eingesetzt. В Triebfahrzeugen ermöglicht der Pulswechselrichter den Einsatz des Käfigläufer-Asynchronmotors. Zusammen mit dem netzseitigen, ebenfalls als Pulsumrichter arbeitenden Stromrichter, hier als Vierquadrantensteller bezeichnet, ist damit beim Bremsen die Energierückspeisung ins Netz möglich. Die Stromrichter der ersten Drehstromlokomotiven Baureihe 120 bzw.Triebköpfe ICE 1 (die ersten 40 Triebköpfe; mittlerweile jedoch umgerüstet auf IGBT) sind dabei noch mit Frequenzthyristoren und Löschkreisen ausgeführt, während in späteren Sertoren zum Emoji. Inzwischen sind Thyristoren hier durch IGBT weitgehend verdrängt. In Stationären Anlagen werden Pulswechselrichter mit GTOs und IGCTs zur Kopplung des Bahnnetzes mit dem Landesnetz eingesetzt.

Thyristorgleichrichter großer Leistung werden für die Aluminium- und Chlorelektrolyse verwendet.

In Anlagen der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung, aber auch в Anlagen zur Blindleistungskompensation werden Thyristoren in der Energieübertragung und -verteilung eingesetzt.

Thyristoren haben steuerbare Quecksilberdampfgleichrichter wie Thyratrons, Ignitrons und Excitrons fast vollständig ersetzt.

  • Дирк Шредер: Leistungselektronische Schaltungen: Funktion, Auslegung und Anwendung . 2. Auflage. Springer, Берлин, 2008 г., ISBN 3-540-69300-9.
  • Эдвард Л. Оуэн: История - SCR 50 лет . В: IEEE Industry Applications Magazine . Группа 13, № 6, 2007 г., С. 6–10, DOI: 10.1109 / MIA.2007.4.
  • Фридрих-Карл Хинце: Steuerbare Siliziumzellen der AEG . В: AEG-Mitteilungen . Группа 53, № 3/4, 1963.
  • Иоахим Спековиус: Grundkurs Leistungselektronik . Springer, Берлин, 2008 г., ISBN 978-3-8348-0229-3, S. 73 и далее.
  1. ↑ Общее введение в тиристоры и их применение, abgefragt am 18.Декабрь 2011, англ.
  2. ↑ Ханс-Иоахим Фишер, Вольфганг Э. Шлегель: Transistor- und Schaltkreistechnik. 4. Auflage. Militärverlag der DDR, Leipzig 1988, ISBN 3-327-00362-9.

Принцип, характеристики и основные параметры тиристора

Введение

Тиристор, широко известный как кремниевый управляемый выпрямитель ( SCR ), его нормативный термин - трехконтактный тиристор с обратной блокировкой. Тиристоры - это мощные полупроводниковые устройства, которые имеют как функции переключения, так и выпрямления, и используются в различных схемах, таких как управляемое выпрямление и преобразование частоты, инверторы и бесконтактные переключатели.Пока он имеет сигнал запуска слабой точки, он может управлять сильным электрическим выходом. Таким образом, это мост для полупроводниковых устройств, позволяющий войти в область сильного электричества из поля слабого электричества. На сегодняшний день тиристоры являются наиболее широко используемыми полупроводниковыми приборами в электронной промышленности. Несмотря на постоянное появление различных новых полупроводниковых материалов, 98% полупроводниковых материалов по-прежнему являются кремниевыми материалами, которые по-прежнему составляют основу промышленности интегральных схем.Он широко используется из-за своего небольшого размера, легкого веса, высокой мощности и длительного срока службы.

Знакомство с тиристорами: SCR

Каталог


Ⅰ Основы тиристоров

1.1 Краткое описание I Производство T гиристор

Тиристор, также называемый тиристорным выпрямителем с кремниевым управлением, является сокращением от полупроводникового. 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, длительному сроку службы, вибростойкости, а также бесшумности и простоте использования, он за короткий период времени привлек большое внимание отечественных, зарубежных, промышленных и сельскохозяйственных производственных отделов и имеет широко используется в различном производственном оборудовании и бытовой технике. По принципу работы его можно условно разделить на четыре категории: f - Выпрямление: 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 переключения контура постоянного тока или регулирования напряжения постоянного тока.

- Переключатель переменного тока: используется для переключения контура переменного тока или регулирования напряжения переменного тока.

По объектам обслуживания он может использоваться в промышленности, сельском хозяйстве, национальной обороне, транспорте, горнодобывающей промышленности, металлургии, легкой, химической промышленности и других отраслях.

По своим характеристикам тиристоры не только обладают однонаправленной проводимостью, но и обладают более ценной управляемостью, чем кремниевые выпрямительные элементы (обычно известные как «мертвый кремний»).У него всего два состояния: включено и выключено.
Тиристоры могут управлять мощным электромеханическим оборудованием с токами миллиампер. Если частота превышает это значение, средний допустимый ток переключения будет уменьшаться из-за значительного увеличения коммутационных потерь компонентов. В это время номинальный ток должен быть снижен. Тиристоры
обладают множеством преимуществ, таких как: управление большой мощностью при малой мощности, увеличение мощности до нескольких сотен тысяч раз; чрезвычайно быстрый отклик, включение и выключение за микросекунды; бесконтактная работа, отсутствие искры, отсутствие шума; высокая эффективность, низкая стоимость и тд.
Недостатки тиристоров: низкая статическая и динамическая перегрузочная способность; легко ввести в заблуждение из-за помех.

Два типа тиристоров, однонаправленные тиристоры и трехконтактный TRIAC, кратко представлены ниже.

1,2 Рабочий P принцип T гиристор

a. Однонаправленный тиристор

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

Рисунок 1. Принципиальная схема и условное обозначение однонаправленного тиристора

Чтобы понять принцип работы однонаправленного тиристора, однонаправленный тиристор можно эквивалентно рассматривать как комбинацию PNP-транзистора T 1 и NPN-транзистора T 2 . Средний уровень 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

Когда управляющий электрод остается плавающим или между управляющим электродом и катодом подается обратное напряжение, то есть U GK <0, должно быть I G = 0. Если между анодом и катодом приложено обратное напряжение, то есть U AK < 0.Из-за J и J 2 , передающие соединения T 1 , T 2 оба смещены в обратном направлении, а T 1 и T 2 находятся в выключенном состоянии, в это время, ток, протекающий через однонаправленный тиристор, является только током обратного насыщения J 1 и J 3 , I A ≈0, а однонаправленный тиристор находится в состоянии блокировки; если между анодом и катодом приложено прямое напряжение, то есть U AK > 0, J 2 находится в состоянии обратного смещения, потому что I G = 0, T 2 должен быть в выключенное состояние.а ток в однонаправленном тиристоре только противоположен J 2 . В это время ток в однонаправленном тиристоре равен обратному току насыщения J 2 , I A ≈0, а однонаправленный тиристор все еще находится в состоянии блокировки. Следовательно, когда на управляющий полюс не подается напряжение или подается обратное напряжение, I G = 0, однонаправленный тиристор находится в состоянии блокировки и имеет возможность положительной и отрицательной блокировки.

(2) Подайте прямое напряжение на управляющий электрод

.

Когда между управляющим электродом и катодом приложено прямое напряжение, 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, потому что эмиссионный переход J 1 T 1 имеет обратное смещение, а T 1 находится в выключенном состоянии, однонаправленный тиристор находится в состоянии блокировки, I A ≈0; Если между анодом и катодом приложено прямое напряжение, то есть U AK > 0, потому что эмиссионные переходы J 1 , J 3 из T 1 , T 2 смещены в прямом направлении, а коллекторный переход J 2 имеет обратное смещение, T 1 , T 2 будет в усиленном состоянии.После того, как I G усилен T 2 , ток коллектора T 2 равен I C2 = β 2 I G . Ток коллектора T 2 - это базовый ток T 1 , после усиления T 1 ток коллектора T 1 равен I C1 = β 1 β 2 I Г . Этот ток течет в базу T 2 для усиления, и в этом цикле образуется сильная положительная обратная связь, которая заставляет T 1 , T 2 быстро переходить в состояние насыщения, а однонаправленный тиристор находится в на гос.После включения однонаправленного тиристора, U AK , значение напряжения между анодом и катодом очень мало, и напряжение внешнего источника питания почти полностью падает на нагрузке.

(3) Отключение однонаправленного тиристора

Из приведенного выше анализа видно, что после включения однонаправленного тиристора на базе T 2 всегда протекает ток коллектора I C1 из T 1 , а значение I C1 намного больше, чем I G , применявшийся вначале.Таким образом, даже если напряжение управляющего электрода исчезнет и I G = 0, он все равно может полагаться на положительную обратную связь самой трубки для поддержания проводимости. Следовательно, при включении однонаправленного тиристора управляющий электрод теряет функцию управления. После включения однонаправленного тиристора, если вы хотите, чтобы он снова выключился, необходимо уменьшить анодный ток I A , чтобы он не мог поддерживать положительную обратную связь. Для этого анод может быть отключен или между анодом и катодом может быть приложено обратное напряжение.

Подводя итог, при условии, что между анодом и катодом однонаправленного тиристора приложено прямое напряжение, если прямое напряжение добавлено между управляющим электродом и катодом в определенное время, однонаправленный тиристор изменится с состояние блокировки в состояние проводимости. Это запускается в проводимость. После включения однонаправленного тиристора управляющий электрод утратит функцию управления. Если вы хотите снова выключить однонаправленный тиристор, вы должны сделать его анодный ток меньше определенного значения I H (называемого током удержания) или уменьшить напряжение U AK между анодом и катодом до нуля.

б. TRIAC

TRIAC - это трехконтактный элемент с пятиуровневой 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. Он также является переключателем управления затвором. Независимо от его конструкции или характеристик, его можно рассматривать как пару антипараллельных обычных тиристоров. Его конструкция, схема замещения и условные обозначения показаны на рисунке 3.

Рисунок 3. Обозначение, структура и эквивалентная схема TRIAC

Основные электроды A 2 и A 1 симистора включены последовательно с объектом управления (нагрузкой) RL, что эквивалентно бесконтактному переключателю. «Вкл» или «Выкл» этого переключателя контролируется сигналом u G (называемым сигналом запуска) на управляющем электроде G. Когда есть напряжение (u ≠ 0) между основными электродами A 2 и A 1 , в момент появления триггерного сигнала u G он будет проводящим между A 2 и A 1 TRIAC, что эквивалентно закрытому состоянию переключателя.И как только он включен, даже если u G исчезает, его можно держать включенным до тех пор, пока u = 0 или ток в последовательной цепи основного электрода и нагрузки не уменьшится до определенного значения, затем он отключается . После отключения это эквивалентно выключенному состоянию переключателя. Таким образом, сигнал малого тока на управляющем электроде может использоваться для управления большим током в цепи главного электрода.

Рисунок 4. Вольт-амперная характеристика TRIAC

Вообще говоря, независимо от полярности напряжения между двумя основными электродами A 2 и A 1 TRIAC, до тех пор, пока на управляющий электрод подается определенная амплитуда положительных и отрицательных импульсов, он может быть включен.Таким образом, i представляет 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 симметричный резистор TRIAC в основном имеет одинаковые симметричные характеристики в первом и третьем квадранте.

В зависимости от напряжения u на главном электроде и полярности напряжения запускающего импульса u G на управляющем электроде в сочетании с вольт-амперной характеристической кривой, TRIAC можно разделить на четыре режима запуска, которые определены как следует:

(1) Триггер I +: в первом квадранте характеристической кривой (A 2 положительный) управляющий электрод является положительным триггером относительно A 1 .

(2) I-триггер: в первом квадранте характеристической кривой (A 2 положительный) управляющий электрод является отрицательным триггером относительно A 1 .

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

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

Среди этих четырех режимов триггера I + и III- имеют более высокую чувствительность и являются двумя обычно используемыми режимами триггера.

В цепи управления нового типа электронагревательного электроприбора сигнал запуска, подаваемый на управляющий электрод TRIAC, выдается однокристальным микрокомпьютером или интегральной схемой. Некоторые выводят непрерывный положительный (или отрицательный) сигнал напряжения, а некоторые выводят серию триггерных импульсов перехода через ноль, синхронизированных с источником питания переменного тока с синусоидальной частотой 50 Гц.Первый называется потенциальным триггером, а второй - импульсным триггером. Их формы сигналов показаны на рисунках 5 и 6 соответственно.

Рисунок 5.

Рисунок 6.

Ⅱ T he M ain C характеристики T гиристоров

2.1 Базовая структура тиристора

A

управляемый выпрямитель) представляет собой мощный полупроводниковый прибор с четырехслойной структурой (ПНПН).Он имеет три выводных электрода, а именно анод (A), катод (K) и затвор (G). Его условное изображение и поперечный разрез устройства показаны на рисунке 7.

Рис. 7. Изображение символов и поперечное сечение устройства

Обычные тиристоры двунаправленно рассеивают примеси P-типа (алюминий или бор) в кремниевой пластине N-типа с образованием структуры P 1 N 1 P 2 , а затем диффундируют примеси N-типа (фосфор или сурьма) чтобы сформировать катод в большинстве областей P 2 , и в то же время выводить электрод затвора на P 2 и сформировать омический контакт, сформированный в P 1 в качестве анода.

2,2 Вольт-ампер C Характеристики гиристоров T

Включенное и выключенное состояния тиристора определяются анодным напряжением, анодным током и током затвора. Кривые вольт-амперной характеристики обычно используются для описания взаимосвязи между ними, как показано на рисунке 8.

Рисунок 8. Кривая вольт-амперной характеристики тиристора

.

Когда тиристор V AK подает прямое напряжение, J 1 и J 3 смещены в прямом направлении, а J 2 смещены 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 в состоянии низкого напряжения и высокого тока в момент, когда характеристическая кривая проходит через отрицательное сопротивление.Ток в открытом состоянии I T , определяемый нагрузкой, протекает через тиристор, падение напряжения на устройстве составляет около 1 В, и состояние, соответствующее участку CD характеристической кривой, называется включенным состоянием. V BO и соответствующий ему I BO обычно называются напряжением прямого отключения и током отключения. После включения тиристор может сам поддерживать включенное состояние. Переход из включенного состояния в выключенное состояние обычно контролируется внешней схемой без использования стробирующего сигнала, то есть устройство может быть выключено только тогда, когда ток ниже определенного порогового значения, называемого током удержания I Н .

Когда тиристор находится в выключенном состоянии (V AK BO ), если электрод затвора сделан положительным по отношению к катоду, а на электрод затвора подается ток I G , тиристор будет переключение 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 удален.

Когда анод тиристора отрицателен по отношению к катоду, пока V AK BO , I A маленький и не имеет ничего общего с I G . Однако, когда обратное напряжение велико (V AK ≈ V BO ), обратный ток утечки через тиристор резко возрастает, показывая пробой тиристора. Следовательно, V BO называется обратным напряжением отключения и током отключения.

2.3 Статические C Характеристики гиристоров T

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

а. Вперед W orking A rea

- зона прямой блокировки (0 ~ 1)

Когда между AK подается прямое напряжение, J 1 и J 3 несут прямое напряжение, а J 2 несет 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 схода лавины (1 ~ 2 также называется зоной отрыва)

Когда приложенное напряжение возрастает близко к напряжению лавинного пробоя V BJ2 из J 2 , ширина области пространственного заряда обратносмещенного J 2 увеличивается, и внутреннее электрическое поле значительно увеличивается, что вызывает усиление эффекта умножения.В результате ток через J 2 внезапно увеличивается, 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 зона лавины, где напряжение увеличивается, а ток резко увеличивается. Следовательно, характеристическая кривая поворачивается в этой области, поэтому она называется областью отрыва.

- Площадь загрузки (2 ~ 3)

Когда приложенное напряжение больше, чем напряжение отключения, большое количество электронно-дырочных пар, образованных лавинообразным удвоением области пространственного заряда J 2 , извлекается обратным электрическим полем. Электроны попадают в область N 1 , а дырки входят в область P 2 . Из-за невозможности быстрой рекомбинации происходит накопление носителей заряда по обе стороны от J 2 : дырки в области P 2 и электроны 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. По мере уменьшения приложенного напряжения на J 2 эффект лавинного умножения также ослабевает. С другой стороны, прямое напряжение J 1 и J 3 было увеличено, а инжекция увеличилась, в результате чего ток через J 2 увеличился, поэтому возникло явление отрицательного сопротивления, в котором ток увеличивается, а напряжение уменьшается.

- Низкое сопротивление в открытом состоянии (3 ~ 4)

Как упоминалось выше, эффект умножения вызывает накопление электронов и дырок по обе стороны от J 2 , вызывая уменьшение напряжения обратного смещения J 2 ; в то же время инжекция J 1 и J 3 усиливается, и цепь увеличивается, так что заряды продолжают накапливаться с обеих сторон J 2 , а напряжение перехода продолжает уменьшаться.Когда напряжение падает до точки, где лавинообразное умножение прекращается и все напряжения перехода отменяются, дырки и электроны по-прежнему накапливаются по обе стороны от J 2 , и J 2 становится смещенным в прямом направлении. В это время все J 1 , J 2 и J 3 смещены в прямом направлении, и через устройство могут проходить большие токи, поскольку оно находится в открытом состоянии с низким сопротивлением. В полностью проводящем состоянии его вольт-амперная характеристика аналогична характеристике выпрямительного элемента.

б. Задний ход 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 устройства представляет собой вольт-амперную характеристику диода обратного смещения. Следовательно, тиристор PNPN имеет обратную блокирующую область, и когда напряжение увеличивается выше напряжения пробоя J 1 , ток резко увеличивается из-за эффекта лавинного умножения, при котором тиристор выходит из строя.

2,4 Характеристика E предложение T гиристор

Двухполюсник четырехслойной структуры PNPN можно рассматривать как 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, J 1 с прямым смещением вводит отверстия и проходит через область N 1 , чтобы достичь коллекторного перехода (J 2 ).Дырочный ток α 1 I A ; в то время как J 3 с прямым смещением инжектирует электроны и проходит через область P 2 . Ток, передаваемый к J 2 , равен α 2 I K . Поскольку J 2 находится в обратном направлении, ток через J 2 также включает собственный обратный ток насыщения, I CO .

Ток через J 2 является суммой трех указанных выше, то есть

(1)

Предполагая эффективность выбросов γ 1 = γ 2 = 1, в соответствии с принципом непрерывности тока I J2 = I A = I K , поэтому формула (1) принимает вид:

(2)

Формула показывает, что, когда прямое напряжение меньше, чем напряжение лавинного пробоя V B из J 2 , эффект умножения невелик, и ток инжекции также мал.Таким образом, α 1 и α 2 также очень малы, поэтому

(3)

Модель I CO в то время также была маленькой. Следовательно, J 1 и J 3 имеют прямое смещение, 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 состоянии блокировки, и ток, протекающий через устройство, имеет тот же порядок величины, что и I CO .Поэтому формула (3) называется условием блокировки.

Когда увеличение V AK вызывает увеличение обратного смещения J 2 и происходит лавинное умножение, предполагая, что коэффициент умножения M n = M p = M, тогда I CO , α 1 , а α 2 увеличится в M раз, так что (2) становится

(4)

В это время знаменатель становится меньше, и I A будет быстро увеличиваться с ростом V AK , поэтому, когда

(5)

Достигнут установившийся предел лавины (V AK = V BO ), и ток будет стремиться к бесконечности, поэтому уравнение (5) называется условием прямого переключения.

``

Используя эту функцию, условия точки переключения выводятся из уравнения характеристической кривой (4). Поскольку α 1 и α 2 являются функциями тока, M является функцией V J2 , что может быть аппроксимировано выражением M (V J2 ) = M (V AK ), I CO является константой и выводится по (4). Результат

(6)

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

(7)

Согласно определению коэффициента усиления постоянного напряжения транзистора,

(8)

Мы можем получить коэффициент усиления тока слабого сигнала

(9)

Используя формулу (9), формулу (7) можно изменить на

(10)

То есть, в точке перехода произведение коэффициента умножения и суммы слабого сигнала равно 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 током I E , когда I A увеличивается, возрастают как α 1 , так и α 2 . Видно, что при большом токе вместо этого можно уменьшить значение M, удовлетворяющее (6). Это показывает, что I A увеличивается, а V AK соответственно уменьшается.

α - это имя функции тока и функция напряжения коллекторного перехода.Когда ток увеличивается при постоянном α, соответствующее обратное смещение коллекторного перехода уменьшается. При большом токе

(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 все смещены в прямом направлении, и устройство является проводящим.

Выключенное состояние устройства меняется на включенное.Суть в том, что соединение J 2 должно быть изменено с обратного смещения на прямое. Условием для поворота J 2 в прямом направлении является то, что дырки и электроны должны накапливаться в областях P 2 и N 1 соответственно. Условием накопления дырок в области P 2 является то, что количество дырок α 1 I A , введенных J 1 и собранных J 2 в области P 2 , больше чем количество дырок, которые исчезают при рекомбинации с (1-α 2 ) I K , то есть

(12)

Так как I A = I K , получается α 1 + α 2 > 1.Пока условия верны, накопление дырок в области P 2 такое же, а условие накопления электронов в области -

(13)

Таким образом

(14)

Видно, что когда выполняется условие α 1 + α 2 > 1, потенциал области P 2 положительный, а потенциал области N 1 отрицательный. J 2 становится смещенным в прямом направлении, и устройство находится в проводящем состоянии, поэтому α 1 + α 2 > 1 называется состоянием проводимости.

Рисунок 9. SCR (выпрямитель с кремниевым управлением), символ

Ⅲ Основные параметры тиристора

3.1 Основные P параметры U ненаправленный T гиристоры

тиристоры правильно использовать однонаправленные необходимо использовать однонаправленный

не только понять принцип его работы, но и освоить основные параметры.

(1) Повторяющееся пиковое напряжение в прямом направлении U FRM

При условии, что управляющий электрод отключен и однонаправленный тиристор находится в состоянии прямой блокировки, когда температура перехода однонаправленного тиристора является номинальным значением, это допускается 50 раз в секунду, и продолжительность не должна превышать 10 мс. .Прямое пиковое напряжение, которое может многократно подаваться на однонаправленный тиристор, называется прямым повторяющимся пиковым напряжением, которое выражается U FRM . Как правило, вторичное напряжение составляет 80% от напряжения прямого переключения.

(2) Повторяющееся обратное пиковое напряжение U RRM

В тех же условиях, что и прямое повторяющееся пиковое напряжение, обратное пиковое напряжение, которое может многократно подаваться на однонаправленный тиристор, называется обратным повторяющимся пиковым напряжением, которое выражается U RRM и обычно составляет 80% от обратного переключения. вольтаж.

(3) Номинальное напряжение U N

Обычно меньшее из U FRM и U RRM используется в качестве номинального напряжения однонаправленного тиристора. Это связано с тем, что на практике добавляемое к лампе напряжение обычно является положительным и отрицательным симметричным напряжением, поэтому напряжение с меньшим значением должно преобладать. Но поскольку переходное перенапряжение также приведет к повреждению трубки, при выборе трубки по соображениям безопасности номинальное напряжение трубки должно быть более чем в 2–3 раза больше фактического пикового напряжения.

(4) Номинальный прямой средний ток I F

Среднее значение синусоидального полуволны промышленной частоты, которое может пройти через однонаправленный тиристор при температуре окружающей среды 40 ° C и заданных условиях рассеивания тепла, называется номинальным прямым средним током I F . Обычно мы говорим, сколько ампер однонаправленных тиристоров 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 среднему синусоидальному полуволновому току промышленной частоты при определенных условиях. Это связано с тем, что нагрузка, подключенная к выходу выпрямителя, часто требует среднего тока для измерения ее характеристик. Однако с точки зрения однонаправленного нагрева тиристора, независимо от формы волны тока, протекающего через однонаправленный тиристор, и угла проводимости однонаправленного тиристора, если эффективное значение расчетного тока равно эффективному значению номинального тока I F , то нагрев однонаправленного тиристора равнозначен 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 состояние блокировки.

(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 управляющего электрода, необходимое для перевода однонаправленного тиристора из состояния блокировки в состояние проводимости, называется триггером. ток I G .Напряжение постоянного тока U GK между управляющим электродом и катодом, соответствующее току запуска I G , называется напряжением запуска. Как правило, U GK составляет от 1 до 5 В, а I G - от десятков до сотен мА.

3.2 Главный P Параметры TRIAC

В различных схемах управления TRIAC является относительно легко повреждаемым компонентом. Как только будет обнаружено, что TRIAC поврежден, вам просто нужно заменить TRIAC с такими же параметрами.Существует множество характерных параметров TRIAC, и следующие основные параметры, которые следует учитывать при обслуживании.

- Повторяющееся пиковое напряжение в закрытом состоянии, номинальное напряжение В DRM

Когда управляющий электрод отключен и компонент имеет номинальную температуру перехода, напряжение, соответствующее точке резкого изгиба прямой и обратной вольт-амперных характеристик, называется неповторяющимся пиковым напряжением в закрытом состоянии. 80% его называется повторяющимся пиковым напряжением в закрытом состоянии.Его также называют номинальным напряжением, которое выражается в V DRM .

Когда TRIAC работает, пиковое значение приложенного напряжения на мгновение превышает обратное неповторяющееся пиковое напряжение, что может вызвать необратимое повреждение TRIAC. Более того, из-за повышения температуры окружающей среды или плохого рассеивания тепла обратное неповторяющееся пиковое значение напряжения может уменьшаться. Следовательно, когда выбран симистор, его номинальное значение напряжения должно в 2-3 раза превышать возможное максимальное напряжение при реальной работе.Если напряжение источника питания составляет 220 В, следует выбрать симистор с номинальным напряжением выше 500 В, чтобы выбранные компоненты могли выдерживать импульсное напряжение.

- Номинальный средний ток в рабочем состоянии - номинальный ток I T (AV)

В указанных условиях максимальный средний ток в открытом состоянии, допустимый при включенном TRIAC, называется номинальным средним током в открытом состоянии. В соответствии со стандартной серией TRIAC этот ток приводится к соответствующему уровню тока, который часто для краткости называют номинальным током и обозначается как I T (AV) .

Поскольку токовая перегрузочная способность TRIAC намного меньше, чем у обычных двигателей и электроприборов, номинальный ток TRIAC должен быть в 1,5–2 раза больше максимального тока при реальной работе при выборе.

- Ток срабатывания затвора I GT (напряжение U GT )

Это относится к минимальному значению тока (напряжения) триггерного сигнала, которое может обеспечить надежную проводимость симистора и добавить к управляющему электроду. Если ток (напряжение) триггера, полученный управляющим электродом TRIAC, меньше указанного количества раз, TRIAC не может быть включен.

- Среднее напряжение в рабочем состоянии U T (AV)

После включения TRIAC он эквивалентен замкнутому переключателю. Поскольку TRIAC подключен последовательно с нагрузкой, чем меньше напряжение между двумя основными электродами, тем лучше. После включения TRIAC среднее значение напряжения между двумя основными электродами называется средним напряжением в рабочем состоянии, которое обычно называют падением напряжения на лампе. Если падение давления в трубке TRIAC слишком велико, двигатели и электромагнитные клапаны, которыми он управляет, могут не работать должным образом, поскольку они не могут получить полное напряжение.

- Ток удержания

Когда управляющий электрод отключен при комнатной температуре, ток TRIAC снижается с большого тока в открытом состоянии до минимального тока основного электрода, который просто необходим для поддержания проводимости, который называется током удержания. TRIAC выключается только тогда, когда ток основного электрода уменьшается 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, выключатель (бесконтактный выключатель).Основное применение обычных тиристоров - это управляемое выпрямление. Схема диодного выпрямителя, с которой мы знакомы, представляет собой неуправляемую схему выпрямителя. Если диод заменить тиристором, он может составлять управляемую схему выпрямителя, инвертор, бесконтактный переключатель, обеспечивать управление скоростью двигателя, возбуждение двигателя, автоматическое управление и так далее. В электротехнике полупериод переменного тока часто определяется как 180 °, что называется электрическим углом. Таким образом, в каждом положительном полупериоде U2 электрический угол, испытываемый от начала нулевого значения до момента, когда приходит импульс запуска, называется углом управления α; электрический угол, под которым тиристор проводит 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 путем изменения угла управления α или угла проводимости θ и изменения среднего значения UL импульсного напряжения постоянного тока на нагрузке. Функция тиристора - это не только выпрямление, его также можно использовать в качестве бесконтактного переключателя для быстрого включения или выключения цепи, для создания инвертора, который преобразует мощность постоянного тока в мощность переменного тока, для изменения мощности переменного тока одной частоты на Электропитание переменного тока другой частоты и т. Д.Эта статья в основном знакомит с основным принципом, характеристиками и основными параметрами тиристоров.

Обзор схем, типов и применений тиристоров

На коммерческой основе первые тиристорные устройства были выпущены в 1956 году. С помощью небольшого устройства тиристоры могут управлять большими значениями напряжения и мощности. Широкий спектр применения в регуляторах освещенности, регулировании мощности и скорости электродвигателя. Раньше тиристоры использовались для реверсирования тока для выключения устройства.На самом деле он требует постоянного тока, поэтому его очень сложно применить к устройству. Но теперь, используя управляющий сигнал строба, новые устройства можно включать и выключать. Тиристоры можно использовать для полного включения и выключения. Но транзистор находится между состояниями включения и выключения. Таким образом, тиристор используется в качестве переключателя и не подходит в качестве аналогового усилителя. Пожалуйста, перейдите по ссылке для: Методы связи тиристоров в силовой электронике

Что такое тиристор?

Тиристор - это четырехслойный твердотельный полупроводниковый прибор из материала P- и N.Всякий раз, когда затвор получает ток срабатывания, он начинает проводить до тех пор, пока напряжение на тиисторном устройстве не окажется под прямым смещением. Таким образом, в этом состоянии он действует как бистабильный переключатель. Чтобы контролировать большую величину тока двух выводов, мы должны спроектировать трехпроводной тиристор, комбинируя малую величину тока с этим током. Этот процесс называется контрольным отведением. Если разность потенциалов между двумя выводами находится под напряжением пробоя, то для включения устройства используется двухпроводной тиристор.


Тиристор

Обозначение цепи тиристора

Обозначение схемы тиристора приведено ниже. Он имеет три вывода: анод, катод и затвор.

TRIAC Symbol

Тиристор имеет три состояния.

  • Режим блокировки обратного хода - В этом режиме работы диод блокирует подаваемое напряжение.
  • Режим прямой блокировки - В этом режиме напряжение, приложенное в одном направлении, заставляет диод проводить. Но здесь не будет проводимости, потому что тиристор не сработал.
  • Режим прямой проводимости - Тиристор сработал, и ток будет течь через устройство, пока прямой ток не достигнет порогового значения, известного как «ток удержания».

Схема слоев тиристора

Тиристор состоит из трех pn-переходов , а именно J1, J2 и J3. Если анод находится под положительным потенциалом по отношению к катоду и вывод затвора не срабатывает никаким напряжением, то J1 и J3 будет находиться в состоянии прямого смещения.В то время как переход J2 будет находиться в состоянии обратного смещения. Таким образом, переход J2 будет в выключенном состоянии (проводимости не будет). Если повышение напряжения на аноде и катоде превышает V BO (напряжение пробоя), то для J2 происходит лавинный пробой, и тогда тиристор переходит в состояние ВКЛ (начинает проводить).

Если на вывод затвора подано напряжение В G (положительный потенциал), то на переходе J2 произойдет пробой, которая будет иметь низкое значение В AK .Тиристор можно переключить в состояние ВКЛ, выбрав соответствующее значение В, G, , . В условиях лавинного пробоя тиристор будет работать непрерывно без учета напряжения затвора до тех пор, пока не будет удален потенциал V AK или

  • Удерживающий ток больше, чем ток, протекающий через устройство
  • Здесь V G - Импульс напряжения, который является выходным напряжением релаксационного генератора UJT.

    Схема слоев тиристора
    Цепи переключения тиристоров
    • Цепь тиристора постоянного тока
    • Цепь тиристора переменного тока
    Цепь тиристора постоянного тока

    При подключении к источнику постоянного тока для управления большими нагрузками постоянного тока и током мы используем тиристоры. Основное преимущество тиристора в цепи постоянного тока в качестве переключателя дает высокий коэффициент усиления по току. Небольшой ток затвора может управлять большим количеством анодного тока, поэтому тиристор известен как устройство, работающее от тока.

    Цепь тиристора постоянного тока
    Цепь тиристора переменного тока

    При подключении к источнику переменного тока тиристор действует иначе, поскольку он не такой, как цепь, подключенная к постоянному току. В течение половины цикла тиристор используется в качестве цепи переменного тока, вызывая его автоматическое отключение из-за состояния обратного смещения.

    Тиристорная цепь переменного тока

    Типы тиристоров

    В зависимости от возможностей включения и выключения тиристоры подразделяются на следующие типы:

    • Тиристоры с кремниевым управлением или тиристоры
    • Тиристоры отключения затвора или GTO
    • Эмиттер отключают тиристоры или ETO
    • Тиристоры с обратной проводимостью или RCT
    • Двунаправленные триодные тиристоры или TRIAC
    • MOS отключающие тиристоры или MTO
    • Двунаправленные тиристоры с фазовым управлением или BCT
    • Быстро переключающие тиристоры или SCR-тиристоры
    • 10 Контролируемые кремниевые выпрямители LAS1 управляемые тиристоры или FET-CTH
    • Тиристоры с интегрированным затвором или IGCT

    Для лучшего понимания этой концепции здесь мы объясняем некоторые типы тиристоров.

    Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)

    Кремниевый управляемый выпрямитель также известен как тиристорный выпрямитель. Это четырехслойное твердотельное устройство с контролем тока. SCR могут проводить ток только в одном направлении (однонаправленные устройства). SCR могут нормально запускаться током, который подается на клемму затвора. Чтобы узнать больше о SCR. Пожалуйста, перейдите по ссылке, чтобы узнать больше о: Основы и характеристики учебника по SCR

    Тиристоры отключения затвора (GTO)

    Одним из особых типов полупроводниковых устройств большой мощности является GTO (тиристоры отключения затвора).Терминал ворот управляет включением и выключением переключателей.

    GTO Symbol

    Если положительный импульс приложен между выводами катода и затвора, то устройство будет включено. Выводы катода и затвора ведут себя как PN-переход, и между выводами существует небольшое напряжение относительно. Он ненадежен как SCR. Чтобы повысить надежность, мы должны поддерживать небольшой положительный ток затвора.

    Если импульс отрицательного напряжения приложен между выводами затвора и катода, устройство выключится.Чтобы вызвать напряжение катода затвора, часть прямого тока украдена, что, в свою очередь, может упасть наведенный прямой ток, и GTO автоматически перейдет в состояние блокировки.

    Приложения

    • Электроприводы с регулируемой скоростью
    • Инверторы большой мощности и тяговое усилие
    Применение GTO на приводе с регулируемой скоростью

    Существует две основные причины использования привода с регулируемой скоростью - это обмен и управление технологической энергией. И это обеспечивает более плавную работу.В этом приложении доступен высокочастотный обратнопроводящий GTO.

    GTO Application
    Тиристор выключения эмиттера

    Тиристор выключения эмиттера - это один из типов тиристоров, который включается и выключается с помощью полевого МОП-транзистора. Он включает в себя как преимущества MOSFET, так и GTO. Он состоит из двух вентилей - один вентиль используется для включения, а другой вентиль с последовательным MOSFET используется для выключения.

    Emitter Turn OFF Thyristor

    Если на затвор 2 подается некоторое положительное напряжение, он включает полевой МОП-транзистор, который соединен последовательно с клеммой катода тиристора PNPN.МОП-транзистор, подключенный к клемме затвора тиристора , выключится, когда мы приложим положительное напряжение к затвору 1.

    Недостатком полевого МОП-транзистора, подключенного последовательно с клеммой затвора, является то, что общее падение напряжения увеличивается с 0,3 В до 0,5 В и потери, соответствующие Это.

    Приложения

    Устройство ETO используется для ограничителя тока короткого замыкания и полупроводникового выключателя из-за его высокой способности прерывания тока, высокой скорости переключения, компактной конструкции и низких потерь проводимости.

    Эксплуатационные характеристики ETO в твердотельном автоматическом выключателе

    По сравнению с электромеханическим распределительным устройством твердотельные выключатели могут обеспечить преимущества в сроке службы, функциональности и скорости. Во время переходного процесса при выключении мы можем наблюдать рабочие характеристики полупроводникового переключателя ETO .

    Приложение ETO
    Тиристоры с обратной проводимостью или RCT

    Обычный тиристор большой мощности отличается от тиристора с обратной проводимостью (RCT).RCT не может выполнить обратную блокировку из-за обратного диода. Если мы будем использовать обгонный диод или обратный диод, то это будет более выгодно для этих типов устройств. Потому что диод и SCR никогда не будут проводить, и они не могут одновременно выделять тепло.

    RCT Symbol

    Приложения

    RCT или обратнопроводящие тиристоры в преобразователях частоты и преобразователях, используемых в контроллере переменного тока с использованием схемы демпфера.

    Применение в контроллере переменного тока с использованием демпферов

    Защита полупроводниковых элементов от перенапряжения осуществляется путем индивидуального размещения конденсаторов и резисторов параллельно переключателям.Таким образом, компоненты всегда защищены от перенапряжения.

    RCT Application
    Двунаправленные триодные тиристоры или TRIAC

    TRIAC - это устройство для управления током, которое представляет собой трехконтактное полупроводниковое устройство . Он образован от названия «Триод для переменного тока». Тиристоры могут проводить только в одном направлении, но TRIAC может проводить в обоих направлениях. Есть два варианта переключения формы сигнала переменного тока для обеих половин: один - с помощью TRIAC, а другой - с тиристорами, подключенными друг к другу.Чтобы включить одну половину цикла, мы используем один тиристор, а для работы другого цикла мы используем тиристоры с обратным подключением.

    Симистор

    Применения

    Используется в диммерах домашнего освещения, регуляторах малых двигателей, регуляторах скорости электрических вентиляторов, управлении небольшими бытовыми силовыми приборами переменного тока.

    Применение в бытовом диммере

    При использовании прерывающих частей переменного напряжения диммер будет работать. Это позволяет лампе пропускать только части сигнала.Если dim больше, чем прерывание формы волны, также больше. В основном передаваемая мощность будет определять яркость лампы. Обычно для изготовления диммера используется TRIAC.

    Применение симистора

    Это все о типах тиристоров и их применении. Мы считаем, что информация, представленная в этой статье, поможет вам лучше понять этот проект. Кроме того, с любыми вопросами относительно этой статьи или любой помощью в реализации проектов в области электрики и электроники вы можете свободно обращаться к нам, связавшись с нами в разделе комментариев ниже.Вот вам вопрос, какие бывают тиристоры?

    Фото:

    1. Символ тиристора wikimedia
    2. Схема слоев тиристора tumblr
    3. DC Thyristor Circuit electronics-tutorials
    4. GTO thinkelectronics
    5. TRIAC electronicrepairguide
    6. dimordims
      2 тиристоров - инструментальные средства

    Тиристор представляет собой трехполюсное устройство с четырьмя слоями чередующегося материала типа P и N (три P-N перехода).Три терминала: анод, катод и затвор.

    • Тиристор упоминается как кремниевый управляемый выпрямитель (SCR), поскольку он состоит из кремния и работает как управляемый выпрямитель.
    • Тиристор по своей природе является устройством с медленным переключением по сравнению с BJT или MOSFET из-за длительного срока службы носителей, используемых для низких потерь в открытом состоянии, и из-за большого количества накопленного заряда.
    • Поэтому обычно используется при более низких частотах переключения.
    • Имеет большие токи обратного восстановления.

    Типы тиристоров:

    Тиристор однонаправленный:

    • Тиристоры, которые проводят только в прямом направлении, известны как однонаправленные тиристоры
    • Пример: SCR-выпрямитель с кремниевым управлением
      LASCR-Light Activated Silicon Controlled Rectifier

    Двунаправленный тиристор:

    • Тиристоры, которые могут проводить как в прямом, так и в обратном направлении, известны как двунаправленные тиристоры
    • .
    • Ex: TRIAC - TRIode переключатель переменного тока

    Пусковые устройства:

    • Устройства, которые генерируют управляющий сигнал для переключения устройства из непроводящего в проводящее состояние, называются запускающим устройством.
    • Ex: Диодный переключатель переменного тока - DIAC,
      UJT - Однопереходный транзистор
      SUS - Кремниевый односторонний переключатель
      SBS - Кремниевый двусторонний переключатель

    Символ:

    Символ тиристора содержит традиционный символ диода с выводом затвора.

    Состав:

    Тиристор имеет уникальную четырехслойную конструкцию с чередующимися областями P-типа и N-типа. Он приведен ниже:

    SCR выглядит как два PNP-транзистора, соединенных спина к спине.

    Это можно понять со ссылкой на рисунок выше.

    Работа и VI характеристика тиристора:

    Работа SCR объясняется четырьмя режимами.

    1. Режим прямой блокировки
    2. Режим прямого проведения
    3. Обратный режим блокировки
    4. Режим обратной проводимости

    Режим прямой блокировки [V AK = + ve & V G = 0]

    • Когда на анод относительно катода подается положительное напряжение, переходы J1 и J3 смещены в прямом направлении, переход J2 - в обратном.
    • SCR находится в состоянии прямой блокировки. В это время сигнал Gate не применяется.
    • В переходе J2 образуется обедненный слой, и ток не течет от анода к катоду.
    • Как показано в характеристике VI, через устройство протекает небольшой ток, называемый , прямой ток утечки .

    Режим прямого включения [V AK = + ve & V G = + ve]

    • Когда небольшое количество положительного напряжения приложено к выводу затвора, в то время как положительное напряжение приложено к аноду по отношению к катоду, переход J3 становится смещенным в прямом направлении.
    • Таким образом, тиристор действует как замкнутый переключатель и проводит большой прямой ток с небольшим падением напряжения.
    • С применением стробирующего сигнала SCR перешел из состояния прямой блокировки в состояние прямой проводимости. Он называется с защелкой .
    • Без стробирующего сигнала. SCR перешел из состояния прямой блокировки в состояние прямой проводимости при напряжении прямого пробоя (V fbd ) .
    • Когда значение стробирующего сигнала увеличивается, фиксация происходит для низких напряжений V ak , как показано на рисунке.
    • При наличии прямого тока (т.е. после включения тиристора подходящим напряжением затвора) он не выключится даже после снятия напряжения затвора. Тиристор выключится только тогда, когда прямой ток упадет ниже тока удержания.
    • Удерживающий ток определяется как минимальный ток, необходимый для удержания SCR в состоянии прямой проводимости.

    Обратный режим блокировки [V AK = -ve]

    • Когда на анод относительно катода подается отрицательное напряжение, переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, а переход J2 - в прямом направлении.
    • SCR находится в состоянии обратной блокировки. то есть он действует как разомкнутый переключатель.
    • Как показано на рисунке, через устройство протекает небольшой обратный ток утечки.

    Режим обратной проводимости:

    • При дальнейшем увеличении обратного напряжения при напряжении обратного пробоя (V BR ) на переходах J1 и J3 происходит лавинный пробой.
    • SCR действует как закрытый переключатель в обратном направлении
    • Большой ток приводит к большим потерям в SCR, рассеиваясь в виде тепла, тем самым повреждая SCR.

    Характеристики переключения SCR объясняют потери при включении и выключении устройства, что является очень важным фактором, который следует учитывать при выборе устройства.

    Процесс включения тиристора называется запуском. Щелкните здесь, чтобы узнать больше о различных методах запуска…
    Процесс выключения SCR известен как коммутация. Щелкните здесь, чтобы узнать больше о методах выключения SCR…
    SCR должен работать в пределах указанных номиналов. Щелкните здесь, чтобы узнать больше о различных средствах защиты SCR…

    Параметры тиристоров:

    Ток фиксации (I L ):

    Это минимальный анодный ток, необходимый для переключения (фиксации) тиристора из состояния ВЫКЛ t состояния ВКЛ.

    Ток удержания (I H ):

    Это минимальный анодный ток, необходимый для удержания тиристора во включенном состоянии.

    (ИЛИ)

    Это минимальный ток, ниже которого устройство перейдет из включенного состояния в выключенное.

    Пиковое обратное напряжение:

    Это максимальное напряжение, которое может быть приложено к тиристору в условиях обратного смещения.

    Пиковое обратное напряжение:

    Это максимальное напряжение, которое устройство может безопасно выдерживать в выключенном состоянии.

    Напряжение в состоянии ВКЛ .:

    Напряжение, которое появляется на устройстве во время его включения, называется напряжением в состоянии включения.

    Скорость нарастания напряжения dv / dt:

    Скорость, с которой напряжение на устройстве растет без срабатывания устройства, называется скоростью нарастания напряжения.

    Текущий рейтинг:

    Текущая допустимая нагрузка устройства называется его текущим номиналом.

    Достоинства SCR:

    • SCR доступны с высоким номинальным напряжением и током.
    • По состоянию потери в SCR уменьшены.
    • Требуется очень небольшое количество привода затвора, так как SCR является регенеративным устройством.

    Недостатки SCR:

    • Ворота не контролируются после включения SCR.
    • Для выключения SCR требуются внешние цепи.
    • Рабочие частоты очень низкие.
    • Для защиты от du / dt требуются демпфирующие цепи.

    Применение SCR:

    • SCR используются для управляемых выпрямителей.
    • Регуляторы переменного тока для систем освещения и отопления.
    • Двигатель постоянного тока приводит в действие большие блоки питания и электронные выключатели

    Тиристоры (SCR)

    • Изучив этот раздел, вы должны уметь:
    • Распознать типичные пакеты SCR:
    • Опишите типичную конструкцию SCR:
    • Изучите типовые диаграммы характеристик SCR:
    • Понимать соображения безопасности при демонстрации SCR.

    Тиристорные блоки (SCR)

    Рис. 6.0.1 Типичные пакеты SCR

    Тиристор - это общее название ряда высокоскоростных переключающих устройств, часто используемых при управлении мощностью переменного тока и переключении переменного / постоянного тока, включая симисторы и тиристоры (выпрямители с кремниевым управлением). SCR - это очень распространенный тип тиристоров, и несколько примеров распространенных корпусов SCR показаны на рисунке 6.0.1. Доступны многие типы, которые могут переключать нагрузки от нескольких ватт до десятков киловатт.Условное обозначение схемы SCR показано на рисунке 6.0.2. и предполагает, что SCR действует в основном как КРЕМНИЙНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЙ диод с обычными соединениями анода и катода, но с дополнительной клеммой CONTROL, называемой GATE. Отсюда и название выпрямитель с кремниевым управлением.

    Триггерное напряжение, приложенное к затвору, когда анод более положительный, чем катод, включает тиристор, чтобы позволить току течь между анодом и катодом. Этот ток будет продолжать течь, даже если триггерное напряжение будет удалено, пока ток между анодом и катодом не упадет почти до нуля из-за внешних воздействий, таких как отключение цепи, или форма волны переменного тока, проходящая через нулевое напряжение как часть его цикл.

    Рис. 6.0.2 Типовая конструкция SCR
    и обозначение схемы

    Выпрямитель с кремниевым управлением (SCR)

    SCR, в отличие от обычных двухслойных выпрямителей с PN-переходом, состоят из четырех слоев кремния в структуре P-N-P-N, как видно на изображении SCR в разрезе на рис. 6.0.2. Добавление затвора к этой структуре позволяет переключать выпрямитель из непроводящего состояния с прямой блокировкой в ​​состояние с низким сопротивлением и прямой проводимостью (см.также рис.6.0.3). Таким образом, небольшой ток, приложенный к затвору, может включить гораздо больший ток (также при гораздо более высоком напряжении), приложенный между анодом и катодом. Когда тиристор проводит ток, он ведет себя как обычный кремниевый выпрямитель; ток затвора может быть удален, и устройство останется в проводящем состоянии.

    SCR приводится в действие путем подачи запускающего импульса на вывод затвора, в то время как выводы основного анода и катода смещены в прямом направлении. Когда устройство смещено в обратном направлении, стробирующий импульс не действует.Чтобы выключить SCR, ток между анодом и катодом должен быть уменьшен ниже определенного критического значения «тока удержания» (близкого к нулю).

    Обычно тиристоры используются для переключения нагрузок большой мощности. Они являются переключающим элементом многих бытовых регуляторов света, а также используются в качестве элементов управления в регулируемых или регулируемых источниках питания.

    Рис. 6.0.3 Характеристики SCR

    Характеристики SCR

    На рис. 6.0.3 показана типичная характеристическая кривая для SCR.Видно, что в области обратной блокировки он ведет себя аналогично диоду; весь ток, за исключением небольшого тока утечки, блокируется до тех пор, пока не будет достигнута область обратного пробоя, и в этот момент изоляция из-за истощенных слоев на переходах разрушится. В большинстве случаев обратный ток, протекающий в области пробоя, может разрушить тиристор.

    Однако, когда тиристор смещен в прямом направлении, в отличие от обычного диода, ток не начинает течь, когда чуть больше 0.При подаче напряжения 6В не течет никакой ток, кроме небольшого тока утечки. Это называется режимом прямой блокировки, который распространяется на сравнительно высокое напряжение, называемое «прямое напряжение переключения». SCR обычно работает при напряжениях, значительно меньших, чем перенапряжение прямого прерывания, так как любое напряжение, превышающее перенапряжение прямого прерывания, приведет к неконтролируемой проводимости SCR; затем SCR внезапно показывает очень низкое прямое сопротивление, позволяя протекать большому току.Этот ток «фиксируется» и будет продолжать течь до тех пор, пока либо напряжение на аноде и катоде не упадет до нуля, либо прямой ток не снизится до очень низкого значения, меньшего, чем «ток удержания», показанный на рис. 6.0.3. . Однако прямой разрыв по проводимости может произойти, если SCR используется для управления напряжением переменного тока (например, от сети или сети), и возникает внезапный всплеск напряжения, особенно если он совпадает с пиковым значением переменного тока (или близок к нему). Если SCR случайно переведен в режим прямого прерывания, это может вызвать внезапный, но кратковременный скачок максимального тока, который может иметь катастрофические последствия для других компонентов в цепи.По этой причине часто обнаруживается, что в SCR есть какой-либо метод подавления выбросов, включенный либо в конструкцию SCR, либо в качестве внешних компонентов, обычно называемых «демпферной схемой».

    Правильный способ инициировать включение SCR - подать ток на затвор SCR, пока он работает в «области прямой блокировки», тогда SCR «срабатывает», и его прямое сопротивление падает до очень низкая стоимость. Это создает «ток фиксации», который из-за низкого прямого сопротивления SCR в этом режиме позволяет очень большим (несколько ампер) токам течь в «прямой проводящей области» без каких-либо изменений прямого напряжения (примечание что характеристическая кривая после срабатывания SCR практически вертикальна).В этой области будет протекать ток, который может изменяться, но если прямой ток упадет ниже значения «удерживающего тока» или напряжение между анодом и катодом снизится почти до 0 В, устройство вернется в область прямой блокировки, эффективно поворачивая выпрямитель. выключен, пока он не сработает еще раз. Использование затвора для запуска проводимости таким образом позволяет контролировать проводимость, что позволяет использовать SCR во многих системах управления переменного и постоянного тока.

    Рис. 6.0.4 Двухтранзисторная модель SCR

    Как работает SCR

    Модель SCR на двух транзисторах

    Фактическую работу SCR можно описать со ссылкой на рис.6.0.4 (a) и (b), где показаны упрощенные схемы структуры SCR с помеченными P- и N-слоями и переходами. Чтобы понять работу SCR, четыре уровня SCR теоретически можно рассматривать как небольшую схему, состоящую из двух транзисторов (один PNP и один NPN), как показано на рис. 6.0.4 (b). Обратите внимание, что слой P2 образует как эмиттер Tr1, так и базу Tr2, а слой N1 формирует базу Tr1 и коллектор Tr2.

    Состояние «выключено»

    Ссылаясь на Рис.6.0.4 (c), при отсутствии сигнала затвора и затворе (g) с тем же потенциалом, что и катод (k), любое напряжение (меньше, чем перенапряжение прямого размыкания), приложенное между анодом (a) и катодом (k ), так что анод положительный по отношению к катоду не будет создавать ток через SCR. Tr2 (NPN-транзистор) имеет 0В, приложенное между базой и эмиттером, поэтому он не будет проводить, и поскольку его напряжение коллектора обеспечивает базовое возбуждение для Tr1 (транзистор PNP), его переход база / эмиттер будет смещен в обратном направлении.Таким образом, оба транзистора выключены, и между анодом SCR и катодом не будет протекать ток (за исключением небольшого обратного тока утечки), и он работает в области прямой блокировки.

    Запуск SCR

    Когда SCR работает в области прямой блокировки (см. Характеристики SCR на рис. 6.0.3), если затвор и, следовательно, база Tr2, см. Рис. 6.0.4 (c), становятся положительными по отношению к катоду (также эмиттер Tr2) путем применения стробирующего импульса, так что небольшой ток, обычно от нескольких мкА до нескольких мА в зависимости от типа тиристора, вводится в базу Tr2, Tr2 включается, и напряжение на его коллекторе падает.Это вызовет протекание тока в PNP-транзисторе Tr1 и быстрое повышение напряжения на коллекторе Tr1 и, следовательно, на базе Tr2. Базовый эмиттерный переход Tr2 станет еще более смещенным вперед, быстро включив Tr1. Это увеличивает напряжение, прикладываемое к базе Tr2, и сохраняет проводимость Tr2 и Tr1, даже если исходный стробирующий импульс или напряжение, которое запустило процесс включения, теперь удаляются. Теперь между слоями анода P1 (a) и катода N2 (k) будет протекать большой ток.

    Сопротивление между анодом и катодом падает до почти нуля Ом, так что теперь ток тринистора ограничивается только сопротивлением любой цепи нагрузки.Описанное действие происходит очень быстро, поскольку включение Tr2 с помощью Tr1 является формой положительной обратной связи, когда каждый коллектор транзистора подает большие изменения тока на базу другого.

    Поскольку коллектор Tr1 соединен с базой Tr2, действие включения Tr1 фактически подключает базу Tr2 (вывод затвора) к высокому положительному напряжению на аноде (a). Это гарантирует, что Tr2 и, следовательно, Tr1 остаются проводящими, даже когда стробирующий импульс удален. Чтобы выключить транзисторы, напряжение на аноде (a) и катоде (k) должно иметь обратную полярность, как это произошло бы в цепи переменного тока в то время, когда положительный полупериод волны переменного тока достигал 0 В, прежде чем стать отрицательным. на вторую половину его цикла или в цепи постоянного тока ток, протекающий через тиристор, отключается.В любом из этих случаев ток, протекающий через тиристор, будет снижен до очень низкого уровня, ниже уровня удерживающего тока (показанного на рис. 6.0.3), поэтому переходы база-эмиттер больше не имеют достаточного прямого напряжения для поддержания проводимости.

    Рис. 6.0.5 Низковольтное питание SCR

    Демонстрация работы SCR

    Поскольку SCR обычно используются для управления высокомощными высоковольтными нагрузками, это представляет значительный риск поражения электрическим током для пользователей в любых экспериментальных или образовательных средах.Однако схемы, описанные на следующих веб-страницах Модуля 6, предназначены для демонстрации различных методов управления, используемых с тиристорами с использованием низкого напряжения (12 В, RMS, ) переменного тока, как показано на рис. 6.0.5, вместо того, чтобы подвергать пользователя опасностям. использования сетевого (линейного) напряжения. Обратите внимание, что схемы, показанные в этом модуле, предназначены только для демонстрации низкого напряжения, а не как рабочие схемы управления для сетевых (линейных) цепей. Для реальных рабочих примеров вы должны обратиться к инструкциям по применению, выпущенным производителями SCR.

    Часть схемы, содержащая SCR (SCR C106M), вместе с токоограничивающим резистором 33R и лампой 12 В 100 мА, построена на небольшом куске Veroboard (прототипной платы), который можно легко прикрепить к макетной плате с помощью 'Blu Tack 'или аналогичный временный клей, позволяющий экспериментально конструировать различные схемы управления на макетной плате. На SCR подается переменный ток через двухполюсный переключатель и изолирующий трансформатор с 230 В на 12 В (идеален небольшой медицинский изолирующий трансформатор) с предохранителем 250 мА во вторичной цепи, все они помещены в коробку с двойной изоляцией.

    Рис. 6.0.6 Низковольтные цепи питания тиристоров

    Мостовой выпрямитель находится в отдельном изолированном корпусе с резистором с проволочной обмоткой 1K8, подключенным к выходу, чтобы обеспечить постоянную нагрузку. Это гарантирует, что формы выходных сигналов двухполупериодного выпрямленного выхода 12 В могут быть надежно отображены на осциллографе. Эти отдельные схемы, показанные на рис. 6.0.6, просто сконструированы и представляют собой полезный набор для демонстрации и экспериментов с различными типами тиристоров или работы источника питания при низком напряжении.

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *