Включение тиристора в цепь постоянного тока

Содержание

1. Регулирование путём размыкания или шунтировки цепи
2. Принудительная коммутация
3. Ключ на запираемом тиристоре
4. Управление запираемым GTO тиристором от источника однополярного напряжения

Регулирование путём размыкания или шунтировки цепи

Эти методы выключения тиристоров в цепи постоянного тока могут быть применены к любому тиристору с регенеративным механизмом включения. Разумеется в качестве выключателя S применимы современные полупроводниковые приборы, достаточно согласовать управляющие импульсы на тиристор и прибор S соответствующим образом. На рисунке а) вполне применим низковольтный силовой быстрый биполярный транзистор с дополнительным форсированным запиранием. На рисунке b) необходим прибор S, имеющий низкое падение напряжения, он шунтирует тиристор имеющий прямое напряжение не более 2.5 вольт, обеспечивая прохождение основного тока через себя на время снижения тока в тиристоре ниже тока удержания и запирания его. Стоит помнить, что на момент отпирания прибора S прикладывается максимальное напряжение.

Принудительная коммутация

Основной (рабочий) тиристор Т2, при его отпирании, начинает течь ток в нагрузку и через диод D и дроссель L на конденсатор С разряжая его, после чего, когда перестал изменяться ток через дроссель конденсатор перезаряжается относительно входного напряжения создавая дополнительный источник напряжения необходимый для создания обратного напряжения для рабочего тиристора. Как недостаток схемы, большие токи через дроссель L, в случае коммутирующего конденсатора ёмкостью 4 мкф амплитуда тока около 20 ампер. Снижать ёмкость конденсатора при применении обычных, не быстрых тиристоров нет смысла, возможно не хватит времени разряда коммутирующего конденсатора через нагрузку для запирания рабочего тиристора, типовое время запирания которого150мкс, причём добавление резисторов в разрядную цепь коммутирующего конденсатора малоэффективно, можно легко превысить внутреннее сопротивление основного источника напряжения и потерять эффект шунтирования.

Для снижения габаритов (уменьшение ёмкости коммутирующего конденсатора) и увеличения диапазона регулирования можно использовать эту схему (с идеей ознакомил [email protected])

В этом случае тиристор Т1 подключает резонансную цепь LC через необходимое время.

В этой схеме значительно уменьшен ток дросселя, форма выходного напряжения на номинальной нагрузке примерно такая как фон этой странички. Исключив «иглу» вначале импульса, увидим лёгкий завал фронта, по личным впечатлениям это лучший импульс «притягивания», более уловистый. Каких то особенностей схема не имеет, в качестве сердечника дросселя L я применяю витые тороидальные сердечники из электротехнической стали сечением 0.8-1.2 кв.см., число витков 2*100. Этот ключ применён так же в приборе «Аква».

Ключ на запираемом тиристоре

В последнее время появились надёжные запираемые тиристоры. Управление запираемых тиристоров GTO идёт по одному управляющему выводу прибора импульсами разной полярности, положительным на открывание и отрицательным на запирание.

Когда схема подключается к источнику постоянного напряжения, времязадающий конденсатор С1 заряжается. При достижении уровня пробоя динистора Т2 тиристор Т1 открывается и нагрузка оказывается под напряжением. Теперь конденсатор С2 начинает накапливать заряд до уровня пробоя динистора Т3 прикладывая анпряжение на управляющий электрод тиристора Т1 относительно катода, что и выключает тиристор, далее цикл повторяется. типовые значения конденсаторов С1 и С2 примерно 0.5-1 мкф, резистором Rf регулируем частоту следования импульсов, а резистором Rt их длительность. Параметры динисторов выбираются в зависимости от применяемого запираемого тиристора, обычно на открывание амплитуда управляющего импульса запираемого тиристора не превышает нескольких вольт, на запирание 70-80 вольт. Разумеется легко обойтись без динисторов в управлении, используя отдельное двухполярное питание, но есть решения и с однополярным драйвером, формирующим импульсы запирания.

Управление запираемым GTO тиристором от источника однополярного напряжения

Эта схема используется в преобразователе с внешним возбуждением на GTO тиристоре мощностью 1200 вт с частотой 20кГц. При переключении транзистора Т1 из включенного состояния в выключенное и обратно, к управляющему электроду тиристора поступают как положительные (включающие) так и отрицательные (выключающие) импульсы. Амплитуда отрицательного импульса почти вдвое превышает напряжение источника питания этого драйвера. К сожалению, для наших условий (малая длительность и частота повторения импульсов ) КПД этой схемы низок, большую часть времени транзистор Т1 будет открыт рассеивая мощность на резисторе R3. Так же важным параметром для тиристоров GTO является длительность включающего импульса. При некоторых условиях (слабая нагрузка, высокая температура) GTO тиристор может испытывать трудности быстрого защёлкивания в состояние насыщения, если запускается очень короткими импульсами, при более длительных импульсах проблема исчезает. Более выгодным решением будет использование твухтактного выходного каскада на комплементарных парах транзисторов с двухполярным источником питания.

♦ Как мы уже выяснили – тиристор, это полупроводниковый прибор, обладающий свойствами электрического вентиля. Тиристор с двумя выводами (А — анод, К — катод) , это динистор. Тиристор с тремя выводами (А – анод, К – катод, Уэ – управляющий электрод) , это тринистор, или в обиходе его называют просто тиристор.

♦ С помощью управляющего электрода (при определенных условиях) можно изменять электрическое состояние тиристора, то есть переводить его из состояния «выключено» в состояние «включено».

Тиристор открывается в случае, если приложенное напряжение между анодом и катодом превысит величину U = Uпр , то есть величину напряжения пробоя тиристора;
Тиристор можно открыть и при напряжении меньше, чем Uпр между анодом и катодом (U , если подать импульс напряжения положительной полярности между управляющим электродом и катодом.

♦ В открытом состоянии тиристор может находиться сколько угодно долго, пока на него подано питающее напряжение.
Тиристор можно закрыть:

• — если уменьшить напряжение между анодом и катодом до U = 0 ;
• — если снизить анодный ток тиристора до величины, меньше тока удержания Iуд .
• — подачей запирающего напряжения на управляющий электрод, (только для запираемых тиристоров).

Тиристор может также находиться в закрытом состоянии сколько угодно долго, до прихода запускающего импульса.
Тиристоры и динисторы работают как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока.

Работа динистора и тиристора в цепях постоянного тока.

Рассмотрим несколько практических примеров.
Первый пример применения динистора, это

релаксационный генератор звуковых сигналов .

В качестве динистора используем КН102А-Б.

♦ Работает генератор следующим образом.
При нажатии кнопки Кн , через резисторы R1 и R2 постепенно заряжается конденсатор С (+ батареи – замкнутые контакты кнопки Кн – резисторы – конденсатор С – минус батареи).
Параллельно конденсатору подключена цепочка из телефонного капсюля и динистора. Через телефонный капсюль и динистор ток не протекает, так как динистор еще «заперт».

♦ При достижении на конденсаторе напряжения, при котором пробивается динистор, через катушку телефонного капсюля проходит импульс тока разряда конденсатора (С – катушка телефона – динистор — С). Слышен щелчок из телефона, конденсатор разрядился. Далее снова идет заряд конденсатора С и процесс повторяется.
Частота повторения щелчков зависит от емкости конденсатора и величины сопротивления резисторов R1 и R2 .
♦ При указанных на схеме номиналах напряжения, резисторов и конденсатора, частоту звукового сигнала с помощью резистора R2 можно менять в пределах 500 – 5000 герц. Телефонный капсюль необходимо использовать с низкоомной катушкой 50 – 100 Ом , не более, например телефонный капсюль ТК-67-Н .
Телефонный капсюль необходимо включать с соблюдением полярности, иначе не будет работать. На капсюле есть обозначение +(плюс) и – (минус).

♦ У этой схемы (рис 1) есть один недостаток. Из-за большого разброса параметров динистора КН102 (разное напряжение пробоя), в некоторых случаях, нужно будет увеличить напряжение источника питания до 35 – 45 вольт , что не всегда возможно и удобно.

Устройство управления, собранное на тиристоре, для включения – выключения нагрузки с помощью одной кнопки показано на рис 2.

Устройство работает следующим образом.
♦ В исходном состоянии тиристор закрыт и лампочка не горит.
Нажмем на кнопку Кн в течении 1 – 2 секунды . Контакты кнопки размыкаются, цепь катода тиристора разрывается.

В этот момент конденсатор С заряжается от источника питания через резистор R1 . Напряжение на конденсаторе достигает величины U источника питания.
Отпускаем кнопку Кн .
В этот момент конденсатор разряжается по цепи: резистор R2 – управляющий электрод тиристора – катод — замкнутые контакты кнопки Кн – конденсатор.
В цепи управляющего электрода потечет ток, тиристор

«откроется» .
Загорается лампочк а по цепи: плюс батареи – нагрузка в виде лампочки – тиристор — замкнутые контакты кнопки – минус батареи.
В таком состоянии схема будет находиться сколько угодно долго .
В этом состоянии конденсатор разряжен: резистор R2, переход управляющий электрод – катод тиристора, контакты кнопки Кн.
♦ Для выключения лампочки необходимо кратковременно нажать на кнопку Кн . При этом основная цепь питания лампочки обрывается. Тиристор «закрывается» . Когда контакты кнопки замкнутся, тиристор останется в закрытом состоянии, так как на управляющем электроде тиристора Uynp = 0 (конденсатор разряжен).

Мною опробованы и надежно работали в этой схеме различные тиристоры: КУ101, Т122, КУ201, КУ202, КУ208 .

♦ Как уже упоминалось, динистор и тиристор имеют свой транзисторный аналог .

Схема аналога тиристора состоит из двух транзисторов и изображена на рис 3 .
Транзистор Тр 1 имеет p-n-p проводимость, транзистор Тр 2 имеет n-p-n проводимость. Транзисторы могут быть как германиевые, так и кремниевые.

Аналог тиристора имеет два управляющих входа.
Первый вход: А – Уэ1 (эмиттер — база транзистора Тр1).
Второй вход: К – Уэ2 (эмиттер – база транзистора Тр2).

Аналог имеет: А – анод, К — катод, Уэ1 – первый управляющий электрод, Уэ2 – второй управляющий электрод.

Если управляющие электроды не использовать, то это будет динистор, с электродами А — анод и К — катод .

♦ Пару транзисторов, для аналога тиристора, надо подбирать одинаковой мощности с током и напряжением выше, чем необходимо для работы устройства. Параметры аналога тиристора (напряжение пробоя Unp, ток удержания Iyд) , будут зависеть от свойств применяемых транзисторов.

♦ Для более устойчивой работы аналога в схему добавляют резисторы R1 и R2 . А с помощью резистора R3 можно регулировать напряжение пробоя Uпр и ток удержания Iyд аналога динистора – тиристора. Схема такого аналога изображена на рис 4 .

Если в схеме генератора звуковых частот (рис 1) , вместо динистора КН102 включить аналог динистора, получится устройство с другими свойствами (рис 5) .

Напряжение питания такой схемы составит

от 5 до 15 вольт . Изменяя величины резисторов R3 и R5 можно изменять тональность звука и рабочее напряжение генератора.

Переменным резистором R3 подбирается напряжение пробоя аналога под используемое напряжение питания.

Потом можно заменить его на постоянный резистор.

Транзисторы Тр1 и Тр2: КТ502 и КТ503; КТ814 и КТ815 или любые другие.

♦ Интересна схема стабилизатора напряжения с защитой от короткого замыкания в нагрузке (рис 6) .

Если ток в нагрузке превысит 1 ампер , сработает защита.

Стабилизатор состоит из:

• — управляющего элемента– стабилитрона КС510 , который определяет напряжение выхода;
• — исполнительного элемента–транзисторов КТ817А, КТ808А , исполняющих роль регулятора напряжения;
• — в качестве датчика перегрузки используется резистор R4 ;
• — исполнительным механизмом защиты используется аналог динистора, на транзисторах КТ502 и КТ503 .

♦ На входе стабилизатора в качестве фильтра стоит конденсатор С1 . Резистором R1 задается ток стабилизации стабилитрона КС510 , величиной 5 – 10 мА. Напряжение на стабилитроне должно быть 10 вольт .
Резистор R5 задает начальный режим стабилизации выходного напряжения.

Резистор R4 = 1,0 Ом , включен последовательно в цепь нагрузки.Чем больше ток нагрузки, тем больше на нем выделяется напряжение, пропорциональное току.

В исходном состоянии, когда нагрузка на выходе стабилизатора мала или отключена, аналог тиристора закрыт. Приложенного к нему напряжения 10 вольт (от стабилитрона) не хватает для пробоя. В этот момент падение напряжения на резисторе R4 почти равно нулю.
Если постепенно увеличивать ток нагрузки, будет увеличиваться падение напряжения на резисторе R4 . При определенном напряжении на R4, аналог тиристора пробивается и установится напряжение, между точкой Тчк1 и общим проводом, равное 1,5 — 2,0 вольта.
Это есть напряжение перехода анод — катод открытого аналога тиристора.

Одновременно загорается светодиод Д1 , сигнализируя об аварийной ситуации. Напряжение на выходе стабилизатора, в этот момент, будет равно 1,5 — 2,0 вольта .
Чтобы восстановить нормальную работу стабилизатора, необходимо выключить нагрузку и нажать на кнопку Кн , сбросив блокировку защиты.
На выходе стабилизатора вновь будет напряжение 9 вольт , а светодиод погаснет.
Настройкой резистора R3 , можно подобрать ток срабатывания защиты от 1 ампера и более . Транзисторы Т1 и Т2 можно ставить на один радиатор без изоляции. Сам же радиатор изолировать от корпуса.

В настоящее время тиристоры находят широкое применение в различных устройствах автоматического контроля, сигнализации и управления. Тиристор представляет собой управляемый полупроводниковый диод, которому свойственны два устойчивых состояния: открытое, когда прямое сопротивление тиристора весьма мало и ток в его цепи зависит в основном от напряжения источника питания и сопротивления нагрузки, и закрытое, когда его прямое сопротивление велико и ток составляет единицы миллиампер.

На рис. 1 показана типовая вольтамперная характеристика тиристора, где участок О А соответствует закрытому состоянию тиристора, а участок БВ — открытому.

При отрицательных напряжениях тиристор ведет себя как обычный диод (участок ОД).

Если увеличивать прямое напряжение на закрытом тиристоре при токе управляющего электрода, равном нулю, то при достижении величины Uвкл тиристор откроется. Такое переключение тиростора называют переключением по аноду. Работа тиристора при этом аналогична работе неуправляемого полупроводникового четырехслойного диода — динистора.

Наличие управляющего электрода позволяет открывать тиристор при анодном напряжении, меньшем Uвкл. Для этого необходимо по цепи управляющий электрод — катод пропустить ток управления Iу. Вольтамперная характеристика тиристора для этого случая показана на рис. 1 пунктиром. Минимальный ток управления, необходимый для открывания тиристора, называется током спрямления Iспр. Ток спрямления сильно зависит от температуры. В справочниках он указывается при определенном анодном напряжении. Если за время действия тока управления анодный ток превысит значение тока выключения Iвыкл, то тиристор останется открытым и по окончании действия тока управления; если же этого не произойдет, то тиристор снова закроется.

При отрицательном напряжении на аноде тиристора подача напряжения на его управляющий электрод не допускается. Недопустимо также на управляющем электроде отрицательное (относительно катода) напряжение, при котором обратный ток управляющего электрода превышает несколько миллиампер.

Открытый тиристор можно перевести в закрытое состояние, только снизив его анодный ток до величины, меньшей Iвыкл. В устройствах постоянного тока для этой цели используются специальные гасящие цепочки, а в цепи переменного тока тиристор закрывается самостоятельно в момент перехода величины анодного тока через нуль.

Это является причиной наиболее широкого применения тиристоров в цепях переменного тока. Все рассматриваемые ниже схемы имеют отношение только к тиристорам, включенным в цепь переменного тока.

Для обеспечения надежной работы тиристора источник управляющего напряжения должен удовлетворять определенным требованиям. На рис. 2 показана эквивалентная схема источника управляющего напряжения, а на рис. 3 — график, с помощью которого можно определить требования к его нагрузочной прямой.

На графике линии А и Б ограничивают зону разброса входных вольтамперных характеристик тиристора, представляющих собой зависимости напряжения на управляющем электроде Uу от тока этого электрода Iу при разомкнутой анодной цепи. Прямая В определяет минимальное напряжение Uу, при котором открывается любой тиристор данного типа при минимальной температуре. Прямая Г определяет минимальный ток Iу, достаточный для открывания любого тиристора данного типа при минимальной температуре. Каждый конкретный тиристор открывается в определенной точке своей входной характеристики. Заштрихованная зона является геометрическим местом таких точек для всех тиристоров данного типа, удовлетворяющих техническим условиям. Прямые Д и Е определяют максимально допустимые значения напряжения Uу и тока Iу соответственно, а кривая К — максимально допустимое значение мощности, рассеиваемой на управляющем электроде. Нагрузочная прямая Л источника управляющего сигнала проведена через точки, определяющие напряжение холостого хода источника Еу.хх и его ток короткого замыкания Iу.кз= Eу.хх/Rвнутр, где Rвнутр— внутреннее сопротивление источника. Точка S пересечения нагрузочной прямой Л с входной характеристикой (кривая М) выбранного тиристора должна находиться в области, лежащей между заштрихованной зоной и линиями А, Д, К, Е и Б.

Эта область носит название предпочтительной области открывания. Горизонтальная прямая Н определяет наибольшее напряжение на управляющем переходе, при котором не открывается ни один тиристор данного типа при максимально допустимой температуре. Таким образом, эта величина, составляющая десятые доли вольта, определяет максимально допустимую амплитуду напряжения помехи в цепи управления тиристором.

После открывания тиристора цепь управления не влияет на его состояние, поэтому управление тиристором может осуществляться импульсами небольшой длительности (десятки или сотни микросекунд), что позволяет упростить схемы управления и снизить мощность, рассеиваемую на управляющем электроде. Длительность импульса, однако, должна быть достаточной для нарастания анодного тока до величины, превышающей ток выключения Iвыкл при различном характере нагрузки и режиме работы тиристора.

Сравнительная простота устройств управления при работе тиристоров в цепях переменного тока обусловила широкое применение этих приборов в качестве регулирующих элементов в устройствах стабилизации и регулирования напряжения. Среднее значение напряжения на нагрузке при этом регулируют изменением момента подачи (то есть фазы) управляющего сигнала относительно начала полупериода питающего напряжения. Частота следования управляющих импульсов в таких схемах должна быть синхронизирована с частотой сети.

Существует несколько методов управления тиристорами, из которых следует отметить амплитудный, фазовый и фазо-импульсный.

Амплитудный метод управления заключается в том, что на управляющий электрод тиристора подают положительное напряжение, изменяющееся по величине. Тиристор открывается в тот момент, когда это напряжение становится достаточным для протекания через управляющий переход тока спрямления. Изменяя напряжение на управляющем электроде, можно изменять момент открывания тиристора. Простейшая схема регулятора напряжения, построенная по этому принципу, приведена на рис. 4.

В качестве управляющего напряжения здесь используется часть анодного напряжения тиристора, то есть напряжения положительного полупериода сети. Резистором R2 изменяют момент открывания тиристора Д1 и, следовательно, среднее значение напряжения на нагрузке. При полностью введенном резисторе R2 напряжение на нагрузке минимально. Диод Д2 защищает управляющий переход тиристора от обратного напряжения. Следует обратить внимание на то, что цепь управления подключена не непосредственно к сети, а параллельно тиристору. Сделано это для того, чтобы открытый тиристор шунтировал цепь управления, не допуская бесполезного рассеивания мощности на ее элементах.

Основными недостатками рассматриваемого устройства являются сильная зависимость напряжения на нагрузке от температуры и необходимость индивидуального подбора резисторов для каждого экземпляра тиристора. Первое объясняется температурной зависимостью тока спрямления тиристоров, второе — большим разбросом их входных характеристик. Кроме того, устройство способно регулировать момент открывания тиристора только в течение первой половины положительного полупериода напряжения сети.

Управляющее устройство, схема которого приведена на рис. 5, позволяет расширить диапазон регулирования до 180°, а включение тиристора в диагональ выпрямительного моста — регулировать напряжение на нагрузке в течение обоих полупериодов напряжения сети.

Конденсатор С1 заряжается через резисторы R1 и R2 до напряжения, при котором через управляющий переход тиристора протекает ток, равный току спрямления. При этом тиристор открывается, пропуская ток через нагрузку. Благодаря наличию конденсатора напряжение на нагрузке меньше зависит от колебаний температуры, но тем не менее и этому устройству присущи те же недостатки.

При фазовом методе управления тиристорами с помощью фазовращательного моста изменяют фазу управляющего напряжения относительно напряжения на аноде тиристора. На рис. 6 приведена схема однополупериодного регулятора напряжения, в котором изменение напряжения на нагрузке осуществляется резистором R2, включенным в одно из плеч моста, с диагонали которого напряжение поступает на управляющий переход тиристора.

Напряжение на каждой половине обмотки III управления должно быть приблизительно 10 в. Остальные параметры трансформатора определяются напряжением и мощностью нагрузки. Основным недостатком фазового метода управления является малая крутизна управляющего напряжения, из-за чего стабильность момента открывания тиристора получается невысокой.

Фазо-импульсный метод управления тиристорами отличается от предыдущего тем, что с целью повышения точности и стабильности момента открывания тиристора на его управляющий электрод подают импульс напряжения с крутым фронтом. Этот метод получил в настоящее время наибольшее распространение. Схемы, реализующие этот метод, отличаются большим разнообразием.

На рис. 7 приведена схема одного из самых простых устройств, использующих фазо-импульсный метод управления тиристором.

При положительном напряжении на аноде тиристора Д3 конденсатор С1 заряжается через диод Д1 и переменный резистор R1. Когда напряжение на конденсаторе достигнет напряжения включения динистора Д2, он открывается и конденсатор разряжается через управляющий переход тиристора. Этот импульс разрядного тока открывает тиристор Д3 и через нагрузку начинает протекать ток. Изменяя резистором R1 ток заряда конденсатора, можно изменять момент открывания тиристора в пределах полупериода напряжения сети. Резистор R2 исключает самооткрывание тиристора Д3 за счет токов утечки при повышенной температуре. По техническим условиям при работе тиристоров в ждущем режиме установка этого резистора обязательна. Приведенная на рис. 7 схема не нашла широкого применения из-за большого разброса величины напряжения включения динисторов, доходящего до 200%, и значительной зависимости напряжения включения от температуры.

Одной из разновидностей фазо-импульеного метода управления тиристорами является получившее в настоящее время наибольшее распространение так называемое вертикальное управление. Оно заключается в том, что на входе генератора импульсов производится сравнение (рис. 8) постоянного напряжения (1) и напряжения, изменяющегося по величине (2). В момент равенства этих напряжений генерируется импульс (3) управления тиристором. Переменное по величине напряжение может иметь синосоидальную, треугольную или пилообразную (как показано на рис. 8) форму.

Как видно из рисунка, изменение момента возникновения управляющего импульса, то есть сдвиг его фазы, может производиться тремя различными способами:

изменением скорости нарастания переменного напряжения (2а),

изменением его начального уровня (2б) и

изменением величины постоянного напряжения (1а).

На рис. 9 показана структурная схема устройства, реализующего вертикальный метод управления тиристорами.

Как и любое другое устройство фазо-импульсного управления, оно состоит из фазосдвигающего устройства ФСУ и генератора импульсов ГИ. Фазосдвигающее устройство, в свою очередь, содержит входное устройство ВУ, воспринимающее напряжение управления Uу, генератор переменного (по величине) напряжения ГПН и сравнивающее устройство СУ. В качестве названных элементов могут быть использованы самые различные устройства.

На рис. 10 приведена принципиальная схема устройства управления тиристором (Д5), включенным последовательно с мостовым выпрямителем (Д1 — Д4).

Устройство состоит из генератора пилообразного напряжения с транзисторным коммутатором (Т1), триггера Шмитта (Т2, Т3) и выходного ключевого усилителя (Т4). Под действием напряжения, снимаемого с синхронизирующей обмотки III трансформатора Тр1, транзистор Т1 закрыт. При этом конденсатор С1 заряжается через резисторы R3 и R4. Напряжение на конденсаторе возрастает по экспоненциальной кривой, начальный участок которой с некоторым приближением можно считать прямолинейным (2, см. рис. 8).

При этом транзистор Т2 закрыт, а Т3 открыт. Ток эмиттера транзистора Т3 создает на резисторе R6 падение напряжения, которое определяет уровень срабатывания триггера Шмитта (1 на рис. 8). Сумма напряжений на резисторе R6 и открытом транзисторе Т3 меньше, чем напряжение на стабилитроне Д10, поэтому транзистор Т4 закрыт. Когда напряжение на конденсаторе С1 достигает уровня срабатывания триггера Шмитта, транзистор Т2 открывается, а Т3 закрывается. Транзистор T4 при этом открывается и на резисторе R10 появляется импульс напряжения, открывающий тиристор Д5 (импульс 3 на рис. 8). В конце каждого полупериода напряжения сети транзистор T1 открывается током, протекающим через резистор R2. Конденсатор С1 при этом разряжается практически до нуля и устройство управления возвращается в исходное состояние. Тиристор закрывается в момент перехода амплитуды анодного тока через нуль. С началом следующего полупериода цикл работы устройства повторяется.

Изменяя сопротивление резистора R3, можно изменять ток заряда конденсатора С1, то есть скорость нарастания напряжения на нем, а значит, и момечт появления открывающего тиристор импульса. Заменив резистор R3 транзистором, можно автоматически регулировать напряжение на нагрузке. Таким образом, в этом устройстве использован первый из названных выше способов сдвига фазы управляющих импульсов.

Небольшое изменение схемы, показанное на рис. 11, позволяет получить регулирование по второму способу. В этом случае конденсатор С1 заряжается через постоянный резистор R4 и скорость нарастания пилообразного напряжения во всех случаях одинакова. Но при открывании транзистора T1 конденсатор разряжается не до нуля, как в предыдущем устройстве, а до напряжения управления Uу.
Следовательно, и заряд конденсатора в очередном цикле начнется с этого уровня. Изменяя напряжение Uу, регулируют момент открывания тиристора. Диод Д11 отключает источник напряжения управления от конденсатора во время его заряда.

Выходной каскад на транзисторе T4 обеспечивает необходимое усиление по току. Используя в качестве нагрузки импульсный трансформатор, можно одновременно управлять несколькими тиристорами.

В рассматриваемых устройствах управления к управляющему переходу тиристора напряжение приложено в течение отрезка времени от момента равенства постоянного и пилообразного напряжений до окончания полупериода напряжения сети, то есть до момента разряда конденсатора C1. Уменьшить длительность управляющего импульса можно включением дифференцирующей цепочки на входе усилителя тока, выполненного на транзисторе Т4 (см. рис. 10).

Одним из вариантов вертикального метода управления тиристорами является число-импульсный метод. Его особенность состоит в том, что на управляющий электрод тиристора подают не один импульс, а пачку коротких импульсов. Длительность пачки равна длительности управляющего импульса, показанного на рис. 8.

Частота следования импульсов в пачке определяется параметрами генератора импульсов. Число-импульсный метод управления обеспечивает надежное открывание тиристора при любом характере нагрузки и позволяет уменьшить мощность, рассеиваемую на управляющем переходе тиристора. Кроме этого, если на выходе устройства включен импульсный трансформатор, возможно уменьшить его размеры и упростить конструкцию.

На рис. 12 приведена схема управляющего устройства, использующего число-импульсный метод.

В качестве узла сравнения и генератора импульсов здесь применен балансный диодно-регенеративный компаратор, состоящий из схемы сравнения на диодах Д10, Д11 и собственно блокинг-генератора, собранного на транзисторе Т2. Диоды Д10, Д11 управляют работой цепи обратной связи блокинг-генератора.

Как и в предыдущих случаях, при закрытом транзисторе Т1 начинается заряд конденсатора С1 через резистор R3. Диод Д11 открыт напряжением Uу, а диод Д10 закрыт. Таким образом, цепь обмотки IIa положительной обратной связи блокинг-генератора разомкнута, а цепь обмотки IIб отрицательной обратной связи замкнута и транзистор Т2 закрыт. Когда напряжение на конденсаторе С1 достигнет напряжения Uу, диод Д11 закроется, а Д10 откроется. Цепь положительной обратной связи окажется замкнутой, и блокинг-генератор начнет вырабатывать импульсы, которые с обмотки I трансформатора Тр2 будут поступать на управляющий переход тиристора. Генерация импульсов будет продолжаться до конца полупериода напряжения сети, когда откроется транзистор T1 и конденсатор С1 разрядится. Диод Д10 при этом закроется, а Д11 откроется, блокинг-процесс прекратится, и устройство вернется в исходное состояние. Изменяя напряжение управления Uу, можно изменять момент начала генерации относительно начала полупериода и, следовательно, момент открывания тиристора. Таким образом, в данном случае используется третий способ сдвига фазы управляющих импульсов.

Применение балансной схемы узла сравнения обеспечивает температурную стабильность его работы. Кремниевые диоды Д10 и Д11 с малым обратным током позволяют получить высокое входное сопротивление сравнивающего узла (около 1 Мом). Поэтому он не оказывает практически никакого влияния на процесс заряда конденсатора С1. Чувствительность узла весьма высока и составляет несколько милливольт. Резисторы R6, R8, R9 и конденсатор С3 определяют температурную стабильность рабочей точки транзистора Т2. Резистор R7 служит для ограничения коллекторного тока этого транзистора и улучшения формы импульса блокинг-генератора. Диод Д13 ограничивает выброс напряжения на коллекторной обмотке III трансформатора Тр2, возникающий при закрывании транзистора. Импульсный трансформатор Тр2 можно выполнить на ферритовом кольце 1000НН типоразмера К15Х6Х4,5. Обмотки I и III содержат по 75, а обмотки II а и II б — по 50 витков провода ПЭВ-2 0,1.

Недостатком этого устройства управления является сравнительно низкая частота следования импульсов (примерно 2 кгц при длительности импульса 15 мксек). Увеличить частоту можно, например, уменьшив сопротивление резистора R4, через который разряжается конденсатор С2, но при этом несколько ухудшается температурная стабильность чувствительности сравнивающего узла.

Число-импульсный метод управления тиристорами можно использовать и в рассмотренных выше (рис. 10 и 11) устройствах, поскольку при определенном выборе номиналов элементов (С1, R4— R10, см. рис. 10) триггер Шмитта при напряжении на конденсаторе С1, превышающем уровень срабатывания триггера, генерирует не одиночный импульс, а последовательность импульсов. Их длительность и частота следования определяются параметрами и режимом триггера. Такое устройство получило название «мультивибратор с разрядным триггером».

В заключение следует отметить, что значительное схемное упрощение устройств управления тиристорами при сохранении высоких качественных показателей может быть достигнуто с помощью однопереходных транзисторов.

Момент — включение — тиристор

Cтраница 3

Представленная схема иллюстрирует принцип управления тиристором, однако на практике используется очень редко, так как управляющее напряжение нарастает плавно и момент включения тиристора фиксируется нечетко, что отражается на качестве регулирования.  [31]

Постоянные интегрирования А и Л2 находим из начальных условий при 0: i0, ucUCo, где [ / со — напряжение на конденсаторе в момент включения тиристора.  [32]

Напряжение на нагрузке при ШИМ управлении.| Усилитель с ШИМ управлением.  [33]

В простейшем случае ШИМ строится по одной из схем рис. 6.29, 6.31, описанных в § 6.5. Однако применительно к данному случаю такого рода схемы имеют общий недостаток, связанный с тем, что момент включения тиристоров не фиксирован. При этом управляющий сигнал на включение тиристоров может быть подан в момент, когда к тиристорам приложено напряжение, близкое к амплитудному значению, что приводит к увеличению высших гармоник тока и большим ударным токам включения.  [34]

При описании ключевых моделей вентилей в § 72 были пр иве — дены статические ВАХ, в соответствии с которыми моменты включения и выключения диода совпадают с моментами перехода напряжения и тока через нуль, а момент включения тиристора — с моментом подачи управляющего сигнала при положительном напряжении на аноде.  [35]

Анализ динамики роста постоянной составляющей тока при фазовом регулировании, проведенный в § 1.2, показал возможность эффективного ограничения постоянной составляющей тока путем встречно-параллельного включения в сварочную цепь диода для пропускания полуволны тока обратной полярности и тиристора для пропускания полуволны тока прямой полярности. Момент включения тиристора должен соответствовать некоторому углу ( ркр, при котором длительность протекания тока прямой полярности равна половине периода тт.  [36]

Тиристор включается при подаче на управляющий электрод положительного импульса напряжения, а выключается ври прохождении тока через нуль. Фазовый угол в момент включения тиристора, называемый углом регулирования а, определяет величину выходного напряжения. Изменяя угол регулирования от а л до aKparctg wLjRllt можно в широких пределах регулировать переменное напряжение на выходе регулятора.  [37]

Работа тиристорного ключа аналогична работе синхронного прерывателя, включенного между источником питания и нагрузкой. Фазовый угол в момент включения тиристора, называемый углом регулирования а, определяет выходное напряжение.  [38]

Автоматический регулятор непрерывного действия ВЭИ состоит из двух частей. Быстродействующая часть управления моментами включения тиристоров в цепях однофазных реакторов функционирует по реактивному току. Медленнодействующая часть является автоматическим регулятором напряжения на шинах подстанции.  [39]

При добавлении в схему конденсатора d ( рис. 8.2 6 и 8.3 6) изменяется фаза тока ia, протекающего через управляющий электрод тиристора, через резистор R и прибор VD. Схема может быть рассчитана так, что момент включения тиристора ( или симистора) практически уже не будет зависеть от мгновенного значения приложенного анодного напряжения и будет являться лишь функцией фазы тока управления. Во время отрицательной полуволны напряжения конденсатор С ] через диод VD2 заряжается до амплитудного значения напряжения и затем начинает разряжаться через Ri. После того как напряжение на конденсаторе достигнет нуля, возникает скачок тока управления через R, VD и цепь управляющего электрода тиристора и последний включается.  [40]

Первые два функционируют по реактивной мощности. Измерительные органы регуляторов содержат специфические элементы выбора момента включения тиристоров в пределах периода промышленной частоты по условию равенства мгновенного напряжения на шинах подстанции и на отключенных конденсаторах, что необходимо для исключения бросков тока включения, неблагоприятно воздействующих на конденсаторы и на тиристоры. Регуляторы выполнены на интегральных микросхемах.  [41]

Схема ( а и временная диаг — гч.  [42]

На рис. 19.8, а приведена схема простейшего однофазного одно — полупериодного управляемого выпрямителя на тиристоре. Управление выпрямленным напряжением сводится к задержке во времени момента включения тиристора 1 / 5-по отношению к моменту естественного включения за счет напряжения, приложенного между его анодом и катодом. Это осуществляется регулированием угла сдвига фаз между анодным напряжением и напряжением, подаваемым на управляющий электрод тиристора. Такой сдвиг фаз называют углом управления а. Управление величиной а в выпрямителе ( рис. 19.8, б) производят с помощью фазовращающей цепочки R C. В зависимости от сопротивления переменного ре — зистора R1 угол управления а может изменяться в пределах от О до 90, что позволяет плавно регулировать выпрямленное напряжение, которое показано на рис. 19.8, б штриховкой.  [43]

При широтно-импульсном регулировании однофазной схемы или при включении схемы с определенным углом управления а возникает режим, когда из состояния покоя трансформатрр попадает под воздействие значительного импульса напряжения со значительной вольт-секундной площадью. При неудачном значении остаточного магнитного потока в магнитопроводе трансформатора и неудачном моменте включения тиристора изменение магнитного потока может превысить допустимое и рабочая точка выйдет за границы предельного цикла.  [44]

Схема ( а и временная диаграмма выходного напряжения ( б однофазного однополупериод-ного управляемого выпрямителя.| Характеристика управления однофазного двухпо-лупериодного управляемого выпрямителя.  [45]

Страницы:      1    2    3    4    5

Управление тиристорами и симисторами

Самый простой способ управления тиристорами — это подача на управляющий электрод прибора постоянного тока с величиной, необходимой для его включения (рис. 1). Ключ SA1 на рис. 1 и на последующих рисунках — это любой элемент, обеспечивающий замыкание цепи: транзистор, выходной каскад микросхемы, оптрон и др. Этот способ прост и удобен, но обладает существенным недостатком — требуется довольно большая мощность управляющего сигнала. В табл. 1 приведены наиболее важные параметры для обеспечения надежного управления некоторыми самыми распространенными тиристорами (три первых позиции занимают тринисторы, остальные — симисторы). При комнатной температуре для гарантированного включения перечисленных тиристоров требуется ток управляющего электрода Iу вкл равный 70-160 мА. Следовательно, при напряжении питания, типовом для собранных на микросхемах узлов управления (10-15 В), требуется постоянная мощность 0,7-2,4 Вт.

Отметим, что полярность управляющего напряжения для тринисторов положительная относительно катода, а для симисторов — или отрицательная для обоих полупериодов, или совпадающая с полярностью напряжения на аноде. Также можно добавить, что часто в соответствии с указаниями по применению требуется шунтирование управляющего перехода тринисторов сопротивлением 51 Ом (R2 на рис. 1) и не требуется никакого шунтирования для симисторов.

Реальные величины тока управляющего электрода, достаточного для включения тиристора, обычно меньше цифр, приведенных в табл. 1, поэтому нередко идут на его снижение относительно гарантированных значений: для тринисторов — до 7-40 мА, для симисторов — до 50-60 мА. Такое снижение часто приводит к ненадежной работе устройств, и необходимости предварительной проверки или же подбора тиристоров. Уменьшение управляющего тока также может приводить к возникновению помех радиоприему, поскольку включение тиристоров при малых токах управляющего электрода происходит при относительно большом напряжении на аноде — несколько десятков вольт, что приводит к броскам тока через нагрузку и, следовательно, к мощным помехам.

Недостатком управления тиристорами постоянным током является гальваническая связь источника управляющего сигнала и сети. Если в схеме с симистором (рис. 1, б) при соответствующем включении сетевых проводов источник управляющего сигнала можно соединить с нулевым проводом, то при использовании тринистора (рис 1, а) такая возможность возникает лишь при исключении выпрямительного моста VD1-VD4. Последнее приводит к однополупериодной подаче напряжения на нагрузку и двукратному уменьшению поступаемой в нее мощности.

В настоящее время в связи с большой потребляемой мощностью запуск тиристоров постоянным током при бестрансформаторном питании пусковых узлов (с гасящим резистором или конденсатором) практически не используется.

Одним из вариантов снижения потребляемой узлом управления мощности является использование вместо постоянного тока непрерывной последовательности импульсов с относительно большой скважностью. Поскольку время включения типовых тринисторов составляет 10 мкс и менее, можно подавать на их управляющий электрод импульсы такой же длительности со скважностью, например, 5-10-20, что соответствует частоте 20-10-5 кГц. В этом случае потребляемая мощность также уменьшается в 5-10-20 раз соответственно.

Однако при таком способе управления выявляются некоторые новые недостатки. Во-первых, теперь тиристор включается не в самом начале полупериода сетевого напряжения, а в произвольные моменты времени, отстоящие от начала полупериода на время, не превышающее периода запускающих импульсов, т. е. 50-100-200 мкс. За это время напряжение сети может возрасти примерно до 5-10-20 В. Это приводит к возникновению помех радиоприему и к некоторому уменьшению выходного напряжения, впрочем, малозаметному.

Существует еще одна проблема. Если при включении в начале полупериода во время действия запускающего импульса ток через тиристор не достигнет тока удержания (Iуд, табл. 1), тиристор после окончания импульса выключится. Следующий импульс вновь включит тиристор, и он не выключится лишь в том случае, если к моменту окончания импульса ток через него будет больше тока удержания. Таким образом, ток через нагрузку сначала будет иметь вид нескольких коротких импульсов и лишь потом — синусоидальную форму. Если же нагрузка имеет активноиндуктивный характер (например, электродвигатель), ток через нее за время действия короткого включающего импульса может не успеть достичь величины тока удержания, даже когда мгновенное напряжение в сети максимально. Тиристор после окончания каждого импульса будет выключаться. Этот недостаток ограничивает снизу длительность запускающих импульсов и может свести на нет уменьшение потребляемой мощности.

Применение импульсного запуска облегчает гальваническую развязку между узлом управления и сетью, ибо ее может обеспечить даже небольшой трансформатор с коэффициентом трансформации, близким к 1:1. Его обычно наматывают на ферритовом кольце диаметром 16-20 мм с тщательно выполненной изоляцией между обмотками. Следует предостеречь от применения малогабаритных импульсных трансформаторов промышленного изготовления. Как правило, они имеют низкое напряжение изоляции (около 50-100 В) и могут служить причиной поражения электрическим током, если при использовании прибора будет считаться, что цепь управления изолирована от сети.

Снижение требуемой при импульсном управлении мощности и возможность введения гальванической развязки позволяют применить в узлах управления тиристорами бестрансформаторное питание.

Третий широко распространенный способ управления тиристорами — подача на управляющий электрод сигнала с его анода через ключ и ограничительный резистор (рис. 2). В таком узле ток через ключ протекает в течение нескольких микросекунд, пока включается тиристор, если напряжение на аноде достаточно велико. В качестве ключей используют малощумящие электромагнитные реле, высоковольтные биполярные транзисторы, фотодинистры или фотосимисторы (схемы на рис. 2 соответственно). Способ прост и удобен, некритичен к наличию у нагрузки индуктивной составляющей, но имеет недостаток, на который нередко не обращают внимания.

Недостаток связан с противоречивостью требований к ограничительному резистору R1. С одной стороны, его сопротивление должно быть как можно меньше, чтобы включение тиристора происходило как можно ближе к началу полупериода сетевого напряжения. С другой стороны, при первом открывании ключа, если оно не синхронизировано с моментом прохождения сетевого напряжения через нуль, напряжение на резисторе R1 может достигать амплитудного напряжения сети, т. е. составлять 310-350 В. Импульс тока через этот резистор не должен превышать допустимых значений для ключа и управляющего перехода тиристора. В табл. 2 приведены некоторые параметры наиболее часто применяемых отечественных фототиристоров (приборы серий АОУ103/3ОУ103 и АОУ115 — фотодинисторы, АОУ — фотосимисторы). Исходя из значений максимально допустимого импульсного тока управления (табл. 1) и максимального импульсного тока через ключ (табл. 2), можно для каждой конкретной пары приборов определить минимально допустимое сопротивление ограничительного резистора. Например, для пары КУ208Г (Iу, вкл макс = 1 А) и АОУ160А (Iмакс, имп = 2 А) можно выбрать R1 = 330 Ом. Если ток управляющего электрода, при котором происходит включение симистора, соответствует его максимальному значению 160 мА, симистор будет включаться при напряжении на аноде равном 0,16ћ330 = 53 В.

Как и в случае с подачей управляющих импульсов относительно большой скважности, это приводит к возникновению помех и к некоторому уменьшению выходного напряжения. Поскольку реальная чувствительность тиристоров по управляющему электроду обычно лучше, задержка открывания тиристора относительно начала полупериода меньше рассчитанной выше предельной величины.

Сопротивление ограничивающего резистора R1 может быть уменьшено на величину сопротивления нагрузки, поскольку в момент включения они включены последовательно. Более того, если нагрузка имеет гарантированно индуктивно-резистивный характер, можно еще более уменьшить сопротивление указанного резистора. Однако если нагрузкой являются лампы накаливания, надо помнить, что их холодное сопротивление примерно в десять раз меньше рабочего.

Следует также иметь ввиду, что включающий ток симисторов имеет разную величину для положительной и отрицательной полуволн сетевого напряжения. Поэтому в выходном напряжении мо жет появиться небольшая постоянная составляющая.

Из фотодинисторов серии АОУ103/3ОУ103 для управления тиристорами в сети 220 В по максимально допустимому напряжению подходят только 3ОУ103Г, однако неоднократно проверено, что и АОУ103Б и АОУ103В годятся для работы в этом режиме.

Различие между приборами с индексами Б и В заключается в том, что подача напряжения обратной полярности на АОУ103Б не допускается. Аналогично и различие между АОУ115Г и АОУ115Д: приборы с индексом Д допускают подачу обратного напряжения с индексом Г — нет.

Существенного сокращения потребляемой цепями управления мощности можно добиться, если включать ток управляющего электрода в момент включения тиристора. Два варианта схем узлов управления, обеспечивающих такой режим, приведены на рис. 3.

Включение тринистора в схеме на рис. 3, а происходит в момент замыкания контактов ключа SA1. После включения тринистора элемент DD1.1 выключается, и ток управляющего электрода прекращается, что существенно экономит потребление по цепи управления. Если напряжение на тринисторе в момент включения SA1 будет меньше порога переключения DD1.1, тринистор не включится, пока напряжение на нем не достигнет этого порога, т. е. не станет несколько более половины напряжения питания микросхемы. Регулировать пороговое напряжение можно подбором сопротивления нижнего плеча делителя резистора R6. Резистор R2 обеспечивает низкий логический уровень на входе 1 элемента DD1. 1 при закрывании тринистора VS1 и диодного моста VD2.

Для аналогичного включения симистора необходим узел двуполярного управления элементом совпадения DD1.1 (рис. 3, б). Этот узел собран на транзисторах VT1, VT2 и резисторах R2-R4. Транзистор VT1 включен по схеме с общей базой, и напряжение на его коллекторе становится по модулю меньше порога переключения элемента DD1.1, когда напряжение на аноде симистора VS1 положительно относительно катода и превышает его примерно на 7 В. Аналогично транзистор VT2 входит в насыщение, когда отрица тельное напряжение на аноде становится по модулю больше -6 В.

Такой узел выделения момента прохождения напряжения через нуль широко применяется в различных разработках. При всей кажущейся привлекательности узлы, выполненные по схемам, приведенным на рис. 3, и им аналогичные, обладают существенным недостатком: если по какойлибо причине тиристор не включится, ток через его управляющий электрод будет идти неопределенно долго. Поэтому необходимо предпринимать специальные меры по ограничению длительности импульса или рассчитывать источник питания на полный ток, т. е. на такую же мощность, как и для узлов по схеме на рис. 1.

Наиболее экономичные схемы управления используют формирование одиночного включающего импульса вблизи перехода сетевого напряжения через нуль. Две несложных схемы таких формирователей приведены на рис. 4, а временные диаграммы их работы — на рис. 5 (а и б соответственно). Недостатком, впрочем совершенно несущественным в большинстве случаев, является то, что первое включение происходит не в самом начале полупериода сетевого напряжения, а в самом конце того, во время которого был замкнут ключ SA1.

Двойная длительность включающего импульса 2Т0 определяется порогом переключения элемента ИЛИ НЕ с учетом делителя R2R3 (рис. 4, а) или порогом формирователя на VT1, VT2 (рис. 4, б), и рассчитывается по формуле

Скорость изменения сетевого напряжения при переходе через нуль

и при Uпор = 50 В двойная длительность составит 2Т0 = 1 мс. Скважность импульсов равна 10, и средний потребляемый ток в 10 раз меньше амплитудного значения, необходимого для надежного включения тиристора.

Минимальная длительность включающего импульса определяется тем, что он должен оканчиваться не ранее, чем ток через нагрузки достигнет тока удержания тиристора. Например, если нагрузка имеет мощность 200 Вт (Rн = 2202/200 = 242 Ом), а ток удержания симистора КУ208 — 150 мА, то этот ток достигается при мгновенном напряжении в сети 242×0, 15 = 36 В, т. е. при скорости нарастания 100 В/мс окончание импульса запуска должно быть не ранее, чем через 360 мкс от момента перехода напряжения через нуль. Снизить потребляемую мощность еще примерно в десять раз можно за счет подачи на третий вход элементов ИЛИ — НЕ схем на рис. 4 непрерывной последовательности импульсов (показано штриховыми линиями), как это было упомянуто в начале статьи применительно к узлам по схемам на рис. 1. При этом проявляются те же недостатки, что и при непрерывной подаче импульсов на управляющий электрод.

Для уменьшения потерь мощности можно сформированный в узлах по схемам на рис. 4 импульс, продифференцировать его, и продифференцированный задний фронт использовать как запускающий для тиристора (рис. 6). Параметры этого запускающего импульса Ти следует выбирать так. Он должен начинаться как можно раньше после прохождения сетевого напряжения через нуль, чтобы бросок тока через нагрузку в момент включения в начале каждого полупериода был бы минимальным и минимальными были бы помехи и потери мощности. Здесь ширина импульса, формируемого в момент прохождения напряжения сети через нуль, ограничена снизу только временем перезаряда дифференцирующей цепи C1R7 и может быть достаточно малой, но конечной. Оканчиваться импульс должен, как и для предыдущего варианта, не ранее, чем когда ток через нагрузку достигнет тока удержания тиристора.

Схема узла, формирующего импульс включения тиристора точно в момент перехода сетевого напряжения через нуль, приведена на рис. 7, а, а временная диаграмма его работы — на рис. 7, б.

Цепь из резисторов R1-R3 и элемента DD1.1 формирует короткие импульсы (60-100 мкс) в момент перехода сетевого напряжения через нуль. Эти импульсы заряжают конденсатор С1 до напряжения питания. Конденсатор относительно медленно разряжается через резистор R4, и на выходе DD1.2 формируется импульс отрицательной полярности с длительностью, определяемой постоянной времени цепочки R4C1. При указанных на схеме номиналах длительность импульса составляет примерно 400 мкс. Схема узла управления симистором с близкими параметрами приведена на рис. 8.

При работе узлов по схемам на рис. 7 и 8 подача на управляющий электрод импульса включения спрямляет выходную характеристику тиристора в момент прохождения сетевого напряжения через нуль и при правильно выбранной длительности импульса удерживает тиристор во включенном состоянии до момента достижения тока удержания даже при наличии небольшой индуктивной составляющей нагрузки. Источник питания таких узлов может быть собран по бестрансформаторной схеме с гасящим резистором или, что еще лучше, конденсатором. Помех радиоприему такое включение тиристоров не создает и может быть рекомендовано для всех случаев управления нагрузками с малой индуктивной составляющей.

Если же нагрузка имеет выраженный индуктивный характер, можно рекомендовать схемы управления, приведенные на рис. 2. Для уменьшения помех радиоприему необходимо включение в сетевые провода помехоподавляющих фильтров, а если провода от регулятора до нагрузки имеют заметную длину, то и в эти провода тоже.

Выше были рассмотрены варианты управления тиристорами при их использовании в качестве ключей. При фазоимпульсном управлении мощностью нагрузок можно использовать описанные выше схемотехнические решения по формированию импульсов в моменты перехода сетевого напряжения через нуль для запуска времязадающего узла запуска тиристора. Отметим, что такой узел должен давать стабильную задержку включения тиристора, не зависящую от напряжения сети и температуры, а длительность формируемого импульса должна обеспечить достижение тока удержания независимо от момента включения нагрузки в пределах полупериода.

Типовая схема включения тиристора

Мощные помехи, возникающие в сетях переменного напряжения, способны повреждать электронные устройства. Для защиты электроники чаще всего используют варисторы, TVS-диоды, газовые разрядники и защитные тиристоры. Они сочетают высокую стабильность и достаточно большой пиковый ток. Защита от помех, возникающих в сетях переменного напряжения — одна из важнейших задач, стоящих перед разработчиками электронных устройств. Если эту задачу не решить на этапе разработки, то срок эксплуатации незащищенного электронного устройства может оказаться весьма коротким.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Защита тиристоров
• Тиристоры. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности
• Последовательное включение тиристоров. Схема включения тиристора
• Тиристоры. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности
• Симисторы: принцип работы, проверка и включение, схемы
• Тиристоры и симисторы
• Последовательное включение тиристоров. Схема включения тиристора
• Как управлять тиристором

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Схемы на тиристорах

Защита тиристоров

Электрика и электрооборудование, электротехника и электроника — информация! Тиристоры — это разновидность полупроводниковых приборов. Они предназначены для регулирования и коммутации больших токов. Тиристор позволяет коммутировать электрическую цепь при подаче на него управляющего сигнала.

Это делает его похожим на транзистор. Как правило, тиристор имеет три вывода, один из которых управляющий, а два других образуют путь для протекания тока.

Как мы знаем, транзистор открывается пропорционально величине управляющего тока. Чем он больше, тем больше открывается транзистор, и наоборот. А у тиристора все устроено иначе. Он открывается полностью, скачкообразно. И что самое интересное, не закрывается даже при отсутствии управляющего сигнала. К аноду тиристора подключается лампочка или светодиод, а к ней подсоединяется плюсовой вывод источника питания через выключатель К2. Катод тиристора подключен к минусу питания.

После включения цепи на тиристор подается напряжение, однако светодиод не горит. Если нажать на кнопку К1, ток через резистор поступит на управляющий электрод, и светодиод начал светиться. Резистор ограничивает ток управляющего вывода. Минимальный ток срабатывания данного рассматриваемого тиристора составляет 1 мА, а максимально допустимый ток 15 мА. С учетом этого в нашей схеме подобран резистор сопротивлением 1 кОм.

Если снова нажать на кнопку К1, то это не повлияет на тиристор, и ничего не произойдет. Чтобы перевести тиристор в закрытое состояние, нужно отключить питание выключателем К2. Если же снова подать питание, то тиристор вернется в исходное состояние. Этот полупроводниковый прибор, по сути, представляет собой электронный ключ с фиксацией. Переход в закрытое состояние происходит и тогда, когда напряжение питания на аноде уменьшается до определенного минимума, примерно 0,7 вольта.

Фиксация включенного состояния происходит благодаря особенности внутреннего устройства тиристора. Примерная схема выглядит таким образом:. Обычно он представляется в виде двух транзисторов разной структуры, связанных между собой. Опытным путем можно проверить, как работают транзисторы, подключенные по такой схеме. Однако, имеются отличия в вольтамперной характеристике.

И еще нужно учитывать, что приборы изначально спроектированы так, чтобы выдерживать большие токи и напряжения. На корпусе большинства таких приборов имеется металлический отвод, на который можно закрепить радиатор для рассеивания тепловой энергии. Тиристоры выполняются в различных корпусах. Маломощные приборы не имеют теплового отвода. Распространенные отечественные тиристоры выглядят следующим образом.

Они имеют массивный металлический корпус и выдерживают большие токи. Время перехода тиристора из закрытого состояния в открытое при поступлении сигнала. Используя симисторы, нужно знать, что они действуют условно симметрично. Основная часть симисторов открывается, когда на электрод управления поступает положительное напряжение по сравнению с катодом, а на аноде может быть любая полярность. Но если на анод приходит отрицательное напряжение, а на электрод управления положительное, то симисторы не открываются, и могут выйти из строя.

При действии тиристора в режиме ключа наибольшая мощность коммутируемой нагрузки определяется напряжением на тиристоре в открытом виде при наибольшем токе и наибольшей рассеиваемой мощности. Действующая величина тока на нагрузку не должна быть выше наибольшей рассеиваемой мощности, разделенной на напряжение в открытом виде. На основе тиристора можно сделать простую сигнализацию, которая будет реагировать на свет, издавая звук с помощью пьезоизлучателя. На управляющий вывод тиристора подается ток через фоторезистор и подстроечный резистор.

Свет, попадая на фоторезистор, уменьшает его сопротивление. И на управляющий вывод тиристора начинает поступать отпирающий ток, достаточный для его открывания. После этого включается пищалка. Подстроечный резистор предназначен для того, чтобы настроить чувствительность устройства, то есть, порог срабатывания при облучении светом. Самое интересное, что даже при отсутствии света тиристор продолжает оставаться в открытом состоянии, и сигнализирование не прекращается.

Если напротив светочувствительного элемента установить световой луч так, чтобы он светил немного ниже окошечка, то получится простейший датчик дыма. Дым, попадая между источником и приемником света, будет рассеивать свет, что вызовет запуск сигнализации. Для этого устройства обязательно нужен корпус, для того, чтобы на приемник света не поступал свет от солнца или искусственных источников света.

Открыть тиристор можно и другим способом. Для этого достаточно кратковременно подать небольшое напряжение между управляющим выводом и катодом. Теперь рассмотрим использование тиристора по прямому назначению. Рассмотрим схему простого тиристорного регулятора мощности, который будет работать от сети переменного тока напряжением вольт.

Схема простая и содержит всего пять деталей. Их рекомендованные номинальные значения показаны на схеме. Резисторы желательно использовать мощностью не менее 2 ватт, конденсатор электролитический на напряжение не менее 50 вольт. Эта схема регулирует лишь один полупериод сетевого напряжения. Если представить, что мы из схемы убрали все элементы, кроме диода, то он будет пропускать только полуволну переменного тока, и на нагрузку, к примеру, на паяльник или лампу накаливания поступит лишь половина мощности.

Тиристор позволяет пропускать дополнительные, условно говоря, кусочки полупериода, срезанного диодом. При изменении положения переменного резистора R1 напряжение на выходе будет меняться. К положительному выводу конденсатора включен управляющий вывод тиристора. Когда напряжение на конденсаторе возрастает до напряжения включения тиристора, он открывается и пропускает определенную часть положительного полупериода.

Переменный резистор будет определять скорость зарядки конденсатора. А чем быстрее он зарядится, тем раньше откроется тиристор, и успеет до смены полярности пропустить часть положительного полупериода.

На конденсатор отрицательная полуволна не поступает, и напряжение на нем одной полярности, поэтому не страшно, что он имеет полярность.

Для паяльника это в самый раз подходит. Тиристор пропускает ток в одном направлении от анода к катоду. Но существуют разновидности, которые пропускают ток в обоих направлениях.

Они называются симметричные тиристоры или симисторы. Они используются для управления нагрузкой в цепях переменного тока. Существует большое количество схем регуляторов мощности на их основе. Информационно-познавательный сайт.

Публикация материалов сайта возможна только после разрешения администратора и при указании полной активной ссылки на источник. Ру Электрика и электрооборудование, электротехника и электроника — информация!

Принцип действия Рассмотрим работу тиристора по следующей простой схеме.

Тиристоры. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Тиристор Симистор Тиристор Тиристор — это переключающий полупроводниковый прибор, пропускающий ток в одном направлении. Этот радиоэлемент часто сравнивают с управляемым диодом и называют полупроводниковым управляемым вентилем Silicon Controlled Rectifier, SCR. Тиристор имеет три вывода, один из которых — управляющий электрод, можно сказать, «спусковой крючок» — используется для резкого перевода тиристора во включенное состояние. Тиристор совмещает в себе функции выпрямителя, выключателя и усилителя. Часто он используется как регулятор, главным образом, когда схема питается переменным напряжением. Нижеследующие пункты раскрывают четыре основных свойства тиристора:.

Рис. 4. Стабильность напряжения включения для различных защитных . Типовая схема защиты на базе тиристоров SIDACtor. Типовая.

Последовательное включение тиристоров. Схема включения тиристора

Такие перенапряжения являются следствием резкого прекращения тока в индуктивных элементах схемы, включая малые индуктивности монтажа. В большинстве случаев внутреннее индуктивное сопротивление источников напряжения, входящих в цепь включенного тиристора, оказывается достаточным, чтобы не вводить дополнительную индуктивность LS. Поэтому на практике чаще возникает необходимость в ЦФТП, снижающих уровень и скорость перенапряжений при выключении рис. Для этой цели обычно используют RC-цепи, подключаемые параллельно тиристору. Существуют различные схемотехнические модификации RC-цепей и методики расчета их параметров для разных условий использования тиристоров. Для запираемых тиристоров применяются цепи формирования траектории переключения, аналогичных по схемотехнике ЦФТП транзисторов. Вольт-амперная характеристика тиристора при различных токах управления прибора изображена на рис. Обратная ветвь характеристики соответствует обратной полярности анодного напряжения , указанного на рисунке. При разомкнутой цепи управления или отсутствии тока управления обратная ветвь характеристики тиристора аналогична обратной ветви полупроводникового диода того же класса. В рабочем диапазоне напряжений от нуля до повторяющегося импульсного обратного напряжения , составляющего несколько сотен вольт, через прибор протекает очень маленький, порядка долей миллиампера, обратный ток.

Тиристоры. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Электрика и электрооборудование, электротехника и электроника — информация! Тиристоры — это разновидность полупроводниковых приборов. Они предназначены для регулирования и коммутации больших токов. Тиристор позволяет коммутировать электрическую цепь при подаче на него управляющего сигнала.

В различных электронных устройствах в цепях переменного тока в качестве силовых ключей широко применяют тринисторы и симисторы.

Симисторы: принцип работы, проверка и включение, схемы

Методы и устройства управления тиристорами. Крылов В настоящее время тиристоры находят широкое применение в различных устройствах автоматического контроля, сигнализации и управления. Тиристор представляет собой управляемый полупроводниковый диод, которому свойственны два устойчивых состояния: открытое, когда прямое сопротивление тиристора весьма мало и ток в его цепи зависит в основном от напряжения источника питания и сопротивления нагрузки, и закрытое, когда его прямое сопротивление велико и ток составляет единицы миллиампер. На рис. При отрицательных напряжениях тиристор ведет себя как обычный диод участок ОД. Наличие управляющего электрода позволяет открывать тиристор при анодном напряжении, меньшем Uвкл.

Тиристоры и симисторы

Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель ключ. Также тиристоры применяются в ключевых устройствах, например, силового электропривода. Вольт-амперная характеристика ВАХ тиристора нелинейна и показывает, что сопротивление тиристора отрицательное дифференциальное. По сравнению, например, с транзисторными ключами, управление тиристором имеет некоторые особенности. Переход тиристора из одного состояния в другое в электрической цепи происходит скачком лавинообразно и осуществляется внешним воздействием на прибор: либо напряжением током , либо светом для фототиристора. После перехода тиристора в открытое состояние он остаётся в этом состоянии даже после прекращения управляющего сигнала.

Рассмотрим работу тиристора по следующей простой схеме. После включения цепи на тиристор подается напряжение, однако светодиод не горит.

Последовательное включение тиристоров. Схема включения тиристора

В ноябре года на мировом рынке появилась новая компания по производству полупроводниковых приборов — WeEn Semiconductors. Ltd, называемая также JAC Capital, со штаб-квартирой в г. Пекин Китай.

Как управлять тиристором

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Урок №31. Тиристор, симистор, динистор.

Тиристор КУН принадлежит к группе триодных устройств со структурой p — n — p — n. Переходы созданы путем планарной-диффузии кремния. Тиристор предназначен для осуществления коммутации больших напряжений при помощи небольших уровней посредством дополнительного вывода. В зависимости от схемы включения он может открываться или закрываться, обеспечивая требуемые режимы работы устройства.

Схема включения тиристора приведена на рис.

Принцип действия: Силовой блок контактора выполнен по схеме с встречно-параллельным соединением тиристоров VS1 и VS2. Управление им осуществляется с помощью цепи, состоящей из резисторов R1, R2, R3 и механического контакта S. Эта цепь подключена параллельно тиристорам, поэтому при замкнутом ключе S напряжение на ее элементах, и в частности на резисторах R1 и R3, изменяется синхронно с анодным напряжением на тиристорах. А так как эти резисторы подключены параллельно управляющим цепям тиристоров, то напряжение одной полярности одновременно нарастает и на аноде тиристора, и на его управляющем электроде. Если это напряжение является положительным, например, по отношению к тиристору VS1 и снимаемое с резистора R1 напряжение превышает значение отпирающего напряжения, тиристор VS1 включается.

Новокузнецк, Кемеровская обл. Логин: Пароль Забыли? Простое управление тиристором. Случилось это, когда искал возможность плавно регулировать через тиристор яркость ламп накаливания.

Тиристорные коммутаторы нагрузки (10 схем)

Для включения и отключения нагрузки (ламп накаливания, обмоток реле, электродвигателей и т.п.) зачастую используют тиристоры. Особенность этого вида полупроводниковых приборов и основное их отличие от транзисторов заключается в том, что они обладают двумя устойчивыми состояниями, без каких-либо промежуточных.

Это состояние «включено», когда сопротивление полупроводникового прибора минимально, и состояние «выключено», когда сопротивление тиристора максимально. В идеале эти сопротивления приближаются к нулю или бесконечности.

Для включения тиристора на его управляющий электрод достаточно хотя бы кратковременно подать управляющее напряжение. Отключить тиристор (запереть) можно кратковременным выключением питания тиристора, сменой полярности питающего напряжения либо уменьшением тока в нагрузке ниже тока удержания тиристора.

Обычно включают и отключают тиристорные коммутаторы двумя кнопками. Значительно меньшее распространение получили однокнопочные схемы управления тиристорами.

Здесь подробно рассмотрены методы однокнопочного управления тиристорными коммутаторами. Принцип работы тиристорных однокнопочных управляющих устройств основан на динамических зарядно-разрядных процессах в цепи управления тиристора [EW 4/01-299].

Схема однокнопочного управления тиристором

На рисунке 1 показана одна из простейших схем однокнопочного управления тиристорным коммутатором. В схеме (здесь и далее) используют кнопки без фиксации положения. В исходном состоянии нормально замкнутые контакты кнопки шунтируют цепь управления тиристором.

Сопротивление тиристора максимально, ток через нагрузку не протекает. Диаграммы основных процессов, протекающих в схеме на рис. 1, рассмотрены на рис. 2.

Для включения тиристора (ON) нажимают на кнопку SB1. При этом нагрузка оказывается подключенной к источнику питания через контакты кнопки SB1, а конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания.

Скорость заряда конденсатора определяется постоянной времени цепи R1C1 (см. диаграмму). После того как кнопку отпустят, конденсатор С1 разряжается на управляющий электрод тиристора. Если напряжение на нем равно или превышает напряжение включения тиристора, тиристор отпирается.

Рис. 1. Принципиальная схема управления тиристором с помощью одной кнопки.

Рис. 2. Диаграммы основных процессов, протекающих в схеме с тиристором.

Отключить нагрузку (OFF) можно кратковременным нажатием на кнопку SB1. При этом конденсатор С1 не успевает зарядиться. Поскольку контакты кнопки шунтируют электроды тиристора (анод — катод), это равноценно отключению источника питания тиристора. В результате нагрузка будет отключена.

Следовательно, для включения нагрузки необходимо с большей продолжительностью нажать на управляющую кнопку, для отключения — еще раз кратковременно нажать ту же кнопку.

Простые силовые ключи на тиристорах

На рис. 3 и 4 показаны варианты схемной идеи, представленной на рис. 1. На рис. 3 использована цепочка последовательно соединенных диодов VD1 и VD2 для ограничения максимального напряжения заряда конденсатора.

Рис. 3. Вариант схемы управления тиристором одной кнопкой.

Это позволило заметно снизить рабочее напряжение (до 1,5…3 В) и емкость конденсатора С1. В следующей схеме (рис. 4) резистор R1 включен последовательно с нагрузкой, что позволяет создать двухполюсный коммутатор нагрузки. Сопротивление нагрузки должно быть намного ниже, чем сопротивление R1.

Рис. 4. Схема электронного ключа на тиристоре с последовательным подключением нагрузки.

Тиристорный коммутатор с двумя кнопками

Тиристорное устройство управления нагрузкой (рис. 5) может быть использовано для включения и выключения нагрузки любой из нескольких последовательно включенных кнопок, работающих на разрыв цепи. Принцип действия тиристорного коммутатора заключается в следующем.

 

При включении устройства напряжение, подаваемое на управляющий электрод тиристора, недостаточно для его включения. Тиристор, и, соответственно, нагрузка отключены. При нажатии на любую из кнопок SB1 — SBn (и удержании ее нажатой) конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания. Цепь управления тиристора и сам тиристор при этом отключены.

Рис. 5. Схема простого тиристорного коммутатора нагрузки с двумя кнопками.

После отпускания кнопки и восстановления цепи питания тиристора накопленная конденсатором С1 энергия оказывается приложенной к управляющему электроду тиристора. В результате разряда конденсатора через управляющий электрод тиристор включается, подсоединяя тем самым нагрузку к цепи питания.

Для отключения тиристора (и нагрузки) кратковременно нажимают на любую из кнопок SB1 — SBn. При этом конденсатор С1 не успевает зарядиться. В то же время цепь питания тиристора размыкается, тиристор запирается.

Величина резистора R2 зависит от напряжения питания устройства: при напряжении 15 В его сопротивление — 10 кОм при 9 В — 3,3 кОм при 5 6-1,2 кОм.

Схема с эквивалентом тиристора на транзисторах

При использовании вместо тиристора его транзисторного аналога (рис. 6) величина этого резистора меняется, соответственно, от 240 кОм (15 В) до 16 кОм (9 В) и до 4,7 кОм (5 В).

Рис. 6. Схема электронного коммутатора нагрузки с транзисторным эквивалентом тиристора.

Аналог многокнопочного переключателя на тиристорах

Тиристорное устройство, позволяющее создать аналог многокнопочного переключателя с зависимой фиксацией положения и использующее для управления кнопочные элементы, работающие без фиксации, показано на рис. 7. В схеме может быть использовано несколько тиристоров, однако, для упрощения схемы, на рисунке показано лишь два канала. Другие каналы коммутации могут быть подключены аналогично предыдущим. 

Рис. 7. Принципиальная схема аналога многокнопочного переключателя с использованием тиристоров.

В исходном состоянии тиристоры заперты. При нажатии на кнопку управления, например, кнопку SB1, конденсатор С1 относительно большой емкости оказывается подключенным к источнику питания через диоды VD1 — VDm и сопротивления нагрузки всех каналов.

В результате заряда конденсатора возникает импульс тока, приводящий к кратковременному замыканию анодов всех тиристоров через соответствующие диоды VD1 — VDm на общую шину.

Любой из тиристоров, если он был включен, отключается. В то же время конденсатор накапливает энергию. После отпускания кнопки конденсатор разряжается на управляющий электрод тиристора, отпирая его.

Для включения любого другого канала нажимают соответствующую кнопку. Происходит отключение (сброс) ранее задействованной нагрузки и включение новой нагрузки. В схеме предусмотрена кнопка SB0 общего отключения всех нагрузок.

Многокнопочный переключатель с транзисторным аналогом тиристоров

Вариант схемы, выполненный на транзисторных аналогах тиристоров и диодно-емкостных зарядных цепочках с использованием малогабаритных конденсаторов, показан на рис. 8, 9.

Рис. 8. Схема эквивалентной замены тиристора транзисторами.

В схеме предусмотрена светодиодная индикация включенного канала. В этой связи максимальный ток нагрузки каждого из каналов ограничен значением 20 мА.

Рис. 9. Схема многокнопочного переключателя с транзисторным аналогом тиристоров.

Устройства, аналогичные представленным на рис. 7 — 9, а также на рис. 10 — 12, можно использовать для систем выбора программ радио- и телеприемников.

Недостатком схемных решений (рис. 7 — 9) является то, что в момент нажатия на любую из кнопок все нагрузки оказываются хотя бы на мгновение подключенными к источнику питания.

Схемы многопозиционных переключателей

На рис. 10 и 11 показан тиристорный коммутатор разрывного типа с неограниченным количеством последовательно включенных элементов.

При нажатии на одну из кнопок управления цепь питания аналогов тиристоров размыкается по постоянному току. Конденсатор С1 оказывается включенным последовательно с аналогом тиристора.

Рис. 10. Схема базового элемента для самодельного многопозиционного коммутатора нагрузки.

Рис. 11. Принципиальная схема самодельного многопозиционного коммутатора нагрузки.

Одновременно управляющее напряжение (нулевого уровня) через задействованную кнопку и резистор R2 (рис. 10) подается на управляющий электрод аналога тиристора.

Поскольку в первые мгновения при нажатии кнопки последовательно с аналогом тиристора оказывается включенным полностью разряженный конденсатор, такое включение равносильно короткому замыканию в цепи питания соответствующего тиристора. Следовательно, тиристор отпирается, включая тем самым соответствующую нагрузку.

При нажатии на любую другую кнопку ранее задействованный канал отключается, и включается другой канал. При длительном (порядка 2 сек) нажатии на любую из кнопок конденсатор С1 заряжается, что равнозначно размыканию цепи и приводит к запиранию всех тиристоров.

Схема усовершенствованного электронного переключателя

Рис. 12. Принципиальная схема тиристорного коммутатора для множества нагрузок.

В ряду тиристорных коммутаторов наиболее совершенной представляется схема, показанная на рис. 12. При нажатии кнопки управления возникает бросок тока, эквивалентный короткому замыканию.

Происходит отключение ранее задействованных тиристоров и включение тиристора, соответствующего нажатой кнопке. В схеме предусмотрена светодиодная индикация задействованного канала, а также кнопка общего сброса.

Вместо конденсаторов большой емкости могут быть использованы диодно-конденсаторные цепочки (рис. 12). Принцип действия схемы сохраняется. В качестве нагрузки можно использовать низковольтные реле, например, РМК 11105 сопротивлением 350 Ом на рабочее напряжение 5 В.

Резистор R1 ограничивает ток короткого замыкания и ток максимального потребления величиной 10… 12 мА. Количество каналов коммутации не ограничено.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.

Современные силовые запираемые тиристоры — Компоненты и технологии

Введение

Создание полупроводниковых приборов для силовой электроники началось в 1953 г., когда стало возможным получение кремния высокой чистоты и формирование кремниевых дисков больших размеров. В 1955 г. был впервые создан полупроводниковый управляемый прибор, имеющий четырехслойную структуру и получивший название «тиристор».

Он включался подачей импульса на электрод управления при положительном напряжении между анодом и катодом. Выключение тиристора обеспечивалось снижением протекающего через него прямого тока до нуля, для чего было разработано множество схем индуктивно-емкостных контуров коммутации. Однако они не только увеличивали стоимость преобразователя, но и ухудшали его массо-габаритные показатели, снижали надежность.

Поэтому одновременно с созданием тиристора начались исследования, направленные на обеспечение его выключения по управляющему электроду. Главная проблема состояла в обеспечении быстрого рассасывания носителей зарядов в базовых областях.

Первые подобные тиристоры появились в 1960 г. в США. Они получили название Gate Turn Off (GTO). В нашей стране они больше известны как запираемые или выключаемые тиристоры.

В середине 90-х годов был разработан запираемый тиристор с кольцевым выводом управляющего электрода. Он получил название Gate Commutated Thyristor (GCT) и стал дальнейшем развитием GTO-технологии.

Тиристоры GTO

Устройство. Запираемый тиристор — полностью управляемый полупроводниковый прибор, в основе которого лежит классическая четырехслойная структура. Включают и выключают его подачей положительного и отрицательного импульсов тока на электрод управления. На рис. 1 приведены условное обозначение (а) и структурная схема (б) выключаемого тиристора.

Подобно обычному, он имеет катод K, анод А и управляющий электрод G. Различие в структурах приборов заключается в ином расположении горизонтальных и вертикальных слоев с n- и р-проводимостями.

Наибольшему изменению подверглось устройство катодного слоя n. Он разбит на несколько сотен элементарных ячеек, равномерно распределенных по площади и соединенных параллельно. Такое исполнение вызвано стремлением обеспечить равномерное снижение тока по всей площади полупроводниковой структуры при выключении прибора.

Базовый слой p, несмотря на то что выполнен как единое целое, имеет большое число контактов управляющего электрода (примерно равное числу катодных ячеек), также равномерно распределенных по площади и соединенных параллельно. Базовый слой n выполнен аналогично соответствующему слою обычного тиристора.

Анодный слой p имеет шунты (зоны n), соединяющие n-базу с анодным контактом через небольшие распределенные сопротивления. Анодные шунты применяют в тиристорах, не обладающих обратной блокирующей способностью. Они предназначены для уменьшения времени выключения прибора за счет улучшения условий извлечения зарядов из базовой области n.

Основное исполнение тиристоров GTO — таблеточное с четырехслойной кремниевой пластиной, зажатой через термокомпенсирующие молибденовые диски между двумя медными основаниями, обладающими повышенной тепло- и электропроводностью. С кремниевой пластиной контактирует управляющий электрод, имеющий вывод в керамическом корпусе. Прибор зажимается контактными поверхностями между двумя половинами охладителей, изолированных друг от друга и имеющих конструкцию, определяемую типом системы охлаждения.

Принцип действия

В цикле работы тиристора GTO различают четыре фазы: включение, проводящее состояние, выключение и блокирующее состояние.

Рис. 1

На схематичном разрезе тиристорной структуры (см. рис. 1, б) нижний вывод — анодный. Анод контактирует со слоем p. Далее (снизу вверх) следуют: базовый слой n, базовый слой p (имеющий вывод управляющего электрода) и слой n, непосредственно контактирующий с катодным выводом. Четыре слоя образуют три p—n-перехода: j
₁ между слоями p и n; j
₂ между слоями n и p; j
₃ между слоями p и n.

Фаза 1 — включение

Переход тиристорной структуры из блокирующего состояния в проводящее (включение) возможен только при приложении прямого напряжения между анодом и катодом. Переходы j
₁ и j
₃ смещаются в прямом направлении и не препятствуют прохождению носителей зарядов. Все напряжение прикладывается к среднему переходу j
₂, который смещается в обратном направлении. Около перехода j
₂ образуется зона, обедненная носителями зарядов, получившая название области объемного заряда. Чтобы включить тиристор GTO, к управляющему электроду и катоду по цепи управления прикладывается напряжение положительной полярности UG (вывод «+» к слою p). В результате по цепи протекает ток включения I
_G.

Запираемые тиристоры предъявляют жесткие требования к крутизне фронта dI
_G/dt и амплитуде I
_GM тока управления. Через переход j
₃, кроме тока утечки, начинает протекать ток включения I
_G. Создающие этот ток электроны будут инжектироваться из слоя n в слой p. Далее часть из них будет перебрасываться электрическим полем базового перехода j
₂ в слой n.

Одновременно увеличится встречная инжекция дырок из слоя p в слой n и далее в слой p, то есть произойдет увеличение тока, созданного неосновными носителями зарядов.

Cуммарный ток, проходящий через базовый переход j
₂, превышает ток включения, происходит открытие тиристора, после чего носители зарядов будут свободно переходить через все его четыре области.

Фаза 2 — проводящее состояние

В режиме протекания прямого тока нет необходимости в токе I
_G, если анодный ток превышает величину тока удержания. Однако на практике, для того чтобы все структуры выключаемого тиристора постоянно находились в проводящем состоянии, все же необходимо поддержание тока, предусмотренного для данного температурного режима. Таким образом, в течение времени включения и нахождения в проводящем состоянии система управления формирует ток положительной полярности.

В проводящем состоянии все области полупроводниковой структуры обеспечивают равномерное движение носителей зарядов (электронов от катода к аноду, дырок — в обратном направлении). Через переходы j
₁, j
₂ протекает анодный ток, через переход j
₃ — суммарный ток анода и управляющего электрода.

Фаза 3 — выключение

Для выключения тиристора GTO при неизменной полярности напряжения UT (рис. 3) к управляющему электроду и катоду по цепи управления прикладывается напряжение отрицательной полярности UGR. Оно вызывает ток выключения, протекание которого ведет к рассасыванию основных носителей заряда (дырок) в базовом слое p. Другими словами, происходит рекомбинация дырок, поступивших в слой p из базового слоя n, и электронов, поступивших в этот же слой по управляющему электроду.

Рис. 2

По мере освобождения от них базового перехода j
₂ тиристор начинает запираться. Этот процесс характеризуется резким уменьшением прямого тока IТ тиристора за короткий промежуток времени до небольшой величины IТQT (рис. 2). Сразу после запирания базового перехода j
₂ начинает закрываться переход j
₃, однако за счет энергии, запасенной в индуктивности цепей управления, он еще некоторое время находится в приоткрытом состоянии.

Рис. 3

После того как вся энергия, запасенная в индуктивности цепи управления, будет израсходована, переход j
₃ со стороны катода полностью запирается. С этого момента ток через тиристор равен току утечки, который протекает от анода к катоду через цепь управляющего электрода.

Процесс рекомбинации и, следовательно, выключения запираемого тиристора во многом зависит от крутизны фронта dI
_GQ/dt и амплитуды I
_GQ обратного тока управления. Чтобы обеспечить необходимые крутизну и амплитуду этого тока, на управляющий электрод требуется подать напряжение UG, которое не должно превышать величины, допустимой для перехода j
₃.

Фаза 4 — блокирующее состояние

В этом режиме к управляющему электроду и катоду остается приложенным напряжение отрицательной полярности UGR от блока управления. По цепи управления протекает суммарный ток I
_GR, состоящий из тока утечки тиристора и обратного тока управления, проходящего через переход j
₃. Последний смещается в обратном направлении. Таким образом, в тиристоре GTO, находящемся в прямом блокирующем состоянии, два перехода (j
₂ и j
₃) смещены в обратном направлении, и образованы две области пространственного заряда.В течение всего времени выключения и блокирующего состояния система управления формирует напряжение отрицательной полярности.

Защитные цепи

Использование тиристоров GTO требует применения специальных защитных цепей. Они увеличивают массогабаритные показатели, стоимость преобразователя, иногда требуют дополнительных охлаждающих устройств, однако являются необходимыми для нормального функционирования приборов.

Назначение любой защитной цепи — ограничение скорости нарастания одного из двух параметров электрической энергии при коммутации полупроводникового прибора. При этом конденсаторы защитной цепи СВ (см. рис. 3) подключают параллельно защищаемому прибору Т. Они ограничивают скорость нарастания прямого напряжения dUT/dt при выключении тиристора.

Дроссели LE устанавливают последовательно с прибором Т. Они ограничивают скорость нарастания прямого тока dI
_T/dt при включении тиристора. Значения dU
_T/dt и dI
_Т/dt для каждого прибора нормированы, их указывают в справочниках и паспортных данных на приборы.

Кроме конденсаторов и дросселей в защитных цепях используют дополнительные элементы, обеспечивающие разряд и заряд реактивных элементов. К ним относятся: диод DВ, который шунтирует резистор RВ при выключении тиристора Т и заряде конденсатора СВ, резистор RВ, ограничивающий ток разряда конденсатора СВ при включении тиристора Т.

Система управления

Система управления (СУ) содержит следующие функциональные блоки: включающий контур, состоящий из схемы формирования отпирающего импульса и источника сигнала для поддержания тиристора в открытом состоянии; контур формирования запирающего сигнала; контур поддержания тиристора в закрытом состоянии.

Все перечисленные блоки нужны не для всех типов СУ, но контуры формирования отпирающих и запирающих импульсов должна содержать каждая СУ. При этом необходимо обеспечить гальваническую развязку схемы управления и силовой цепи выключаемого тиристора.

Для управления работой выключаемого тиристора применяются две основные СУ, отличающиеся способами подачи сигнала на управляющий электрод. В случае, представленном на рис. 4, сигналы, формируемые логическим блоком S
_t, подвергаются гальванической развязке (разделение потенциалов), после чего производится их подача через ключи SE и SA на управляющий электрод выключаемого тиристора Т. Во втором случае сигналы сначала воздействуют на ключи S
_E (включения) и S
_A (выключения), находящиеся под тем же потенциалом, что и СУ, затем через устройства гальванической развязки U
_E и U
_A подаются на управляющий электрод.

В зависимости от расположения ключей S
_E и S
_A различают низкопотенциальные (НПСУ) и высокопотенциальные (ВПСУ, см. рис. 4) схемы управления.

Рис. 4

Система управления НПСУ конструктивно проще, чем ВПСУ, однако ее возможности ограничены в отношении формирования управляющих сигналов большой длительности, действующих в режиме протекания через тиристор прямого тока, а также в обеспечении крутизны импульсов управления. Для формирования сигналов большой длительности здесь приходится использовать более дорогие двухтактные схемы.

В ВПСУ высокая крутизна и увеличенная длительность управляющего сигнала достигается проще. Кроме того, здесь сигнал управления используется полностью, в то время как в НПСУ его величина ограничивается устройством разделения потенциалов (например, импульсным трансформатором).

Информационный сигнал — команда на включение или выключение — обычно подается на схему через оптоэлектронный преобразователь.

Продолжение следует

Методы включения

SCR | Запуск SCR (напряжение, температура, строб)

В этом руководстве мы узнаем о методах включения SCR. Существует несколько методов включения SCR, зависящих от различных параметров, таких как напряжение, температура и т. д. Мы рассмотрим некоторые из наиболее часто используемых методов включения SCR.

Краткое описание

Введение

Прежде чем рассматривать различные способы включения тиристора, т. е. различные методы включения тиристора, давайте быстро вспомним некоторые важные основы выпрямителя, управляемого кремнием, или просто известного как тиристор. SCR, который является важным членом семейства тиристоров, представляет собой полупроводниковый прибор с четырьмя слоями, тремя переходами и тремя выводами. На следующем изображении показаны структура и символ типичного SCR.

SCR состоит из четырех чередующихся слоев полупроводникового материала p-типа и n-типа. Внешняя область «p» подключена к аноду (A), а внешняя область «n» подключена к катоду (K). Внутренняя область «p» связана с третьим терминалом, называемым Воротами (G).

SCR по существу является коммутатором. В отличие от транзистора, который может действовать как переключатель, но также и как усилитель, SCR — это только переключатель, который либо включен, либо выключен. SCR имеет два стабильных состояния, а именно: состояние прямой блокировки и состояние прямой проводимости. Есть и другие состояния, но эти два важны, и поэтому мы сосредоточимся только на них.

Переключение SCR из состояния прямой блокировки (состояние OFF) в состояние прямой проводимости (состояние ON) известно как процесс включения SCR. Это также называется триггером.

[адсенс1]

Критерий срабатывания тиристора зависит от нескольких переменных, таких как напряжение питания, ток затвора, температура и т. д. Существуют различные способы срабатывания тиристора, чтобы он перешел в состояние ВКЛ. Давайте кратко обсудим некоторые методы включения SCR.

Методы включения SCR (запуск SCR)

Возьмем приведенное выше изображение со структурой SCR в качестве эталона. Если анод (внешняя область «p») становится положительным по отношению к катоду (внешняя область «n»), переходы J ₁ и J ₃ становятся смещенными в прямом направлении, а соединение J ₂ становится смещенным в обратном направлении.

В результате через устройство не протекает ток, за исключением небольшой величины тока утечки. Таким образом, даже несмотря на то, что SCR смещен в прямом направлении, ток по-прежнему не течет, и, следовательно, это состояние известно как состояние прямой блокировки (состояние OFF).

ПРИМЕЧАНИЕ. Существует еще одно состояние, известное как состояние обратной блокировки, когда SCR смещен в обратном направлении. Характеристики в этом состоянии аналогичны характеристикам обычного диода. Давайте теперь сосредоточимся на переводе SCR из состояния прямой блокировки в состояние прямой проводимости путем «включения SCR».

SCR можно перевести в проводящее состояние или переключить из состояния блокировки (непроводящего или ВЫКЛ.) в состояние проводимости (ВКЛ.) любым из следующих способов.

1. Запуск прямого напряжения
2. Запуск по температуре
3. dv/dt Запуск
4. Включение света
5. Запуск ворот

Запуск по прямому напряжению

В методе запуска по прямому напряжению SCR смещен в прямом направлении, т. е. анод более положителен, чем катод, но это напряжение значительно увеличивается. Терминал ворот остается открытым.

По мере увеличения напряжения ширина обедненного слоя перехода J ₂ увеличивается, что, в свою очередь, увеличивает ускоряющее напряжение неосновных носителей на этом переходе. При определенном напряжении произойдет лавинный пробой на внутреннем переходе J ₂ в результате столкновения неосновных носителей заряда с атомами и высвобождения еще большего количества неосновных носителей заряда.

Это напряжение известно как прямое напряжение отключения В _BO . При этом напряжении переход J ₂ становится смещенным в прямом направлении, и тринистор переходит в состояние проводимости. Через тринистор протекает большой ток (от анода к катоду, который ограничен сопротивлением нагрузки) при очень низком падении напряжения на нем.

Во время включения прямое падение напряжения на SCR находится в диапазоне от 1 до 1,5 В, и оно может увеличиваться с увеличением тока нагрузки.

На практике этот метод не используется, поскольку требует очень большого напряжения между анодом и катодом. А также как только напряжение становится больше, чем V _BO , включается тиристор и через него мгновенно протекает очень большой ток, что может привести к повреждению тиристора. Поэтому в большинстве случаев этого типа запуска избегают.

[адсенс2]

Запуск по температуре

Этот тип запуска также известен как запуск по теплу, так как SCR включается при нагревании. Обратный ток утечки зависит от температуры. При повышении температуры до определенного значения количество пар дырок также увеличивается. Это вызывает увеличение тока утечки и дополнительно увеличивает коэффициент усиления по току тринистора. Это запускает регенеративное действие внутри ОПЗ, поскольку значение (α1 + α2) приближается к единице (при увеличении коэффициента усиления по току).

При повышении температуры на стыке J ₂ ширина обедненного слоя уменьшается. Итак, когда напряжение прямого смещения близко к V _BO , мы можем включить SCR, увеличив температуру перехода (J ₂ ). При определенной температуре обратное смещение перехода нарушается, и устройство начинает проводить.

Это срабатывание происходит в некоторых случаях, особенно когда температура устройства выше (также называемое ложным срабатыванием). Этот тип срабатывания практически не используется, так как он вызывает тепловой разгон и, следовательно, устройство или тринистор могут быть повреждены.

dv/dt Запуск

В состоянии прямой блокировки, т. е. анод более положителен, чем катод, переходы J ₁ и J ₃ смещены в прямом направлении, а переход J ₂ смещен в обратном направлении. Таким образом, переход J ₂ ведет себя как конденсатор (J ₁ и J ₃ как проводящие пластины с диэлектриком J ₂ ) за счет объемных зарядов в области обеднения.

Зарядный ток конденсатора определяется как:

 I _C = dQ / dt

 = d(C _j v) / dt

Используя правило дифференциации произведения, мы получаем

 = C _j dv / dt + v dC _j  / dt

Поскольку емкость перехода всегда почти постоянна, мы можем пренебречь скоростью изменения емкости перехода dC _j / dt. Таким образом, окончательный зарядный ток равен:

 I _C = C _j dv/dt

где, I _C — зарядный ток

C _j  — емкость перехода

Q — заряд

v — напряжение, приложенное к устройству

dC _j / dt — скорость изменения емкости перехода изменения приложенного напряжения

Из приведенного выше уравнения, если скорость изменения приложенного напряжения велика (т. е. оно приложено внезапно), то поток зарядного тока увеличится, что приведет к включению тринистора без каких-либо напряжение затвора.

Понятно, что мы можем включить SCR, просто увеличив скорость изменения напряжения на устройстве, а не прикладывая большое прямое напряжение смещения (как мы сделали в предыдущем случае). Тем не менее, этот метод также практически избегается, потому что он может вызвать ложное включение, а также может вызвать очень высокие скачки напряжения на SCR, что приведет к его значительному повреждению.

Запуск светом

SCR, включенный световым излучением, также называется SCR, активируемым светом (LASCR). Следовательно, срабатывание по свету также известно как срабатывание по излучению. Как правило, этот тип запуска используется в преобразователях с фазовым управлением в системах передачи HVDC.

В этом методе световые лучи с соответствующей длиной волны и интенсивностью падают на соединение J ₂ . Бомбардируемые энергетические частицы света (нейтроны или фотоны) вызывают разрыв электронных связей, в результате чего в устройстве образуются новые электронно-дырочные пары.

По мере увеличения количества носителей заряда происходит мгновенное увеличение протекающего тока, что приводит к включению тринистора.

ПРИМЕЧАНИЕ: Для успешного включения тиристора с помощью светового излучения скорость изменения приложенного напряжения (dv/dt) должна быть высокой.

Запуск шлюза

Это наиболее распространенный и наиболее эффективный метод включения SCR. Когда SCR смещен в прямом направлении, достаточное положительное напряжение на выводе затвора впрыскивает некоторое количество электронов в переход J ₂ . Это приводит к увеличению обратного тока утечки и, следовательно, пробой перехода J ₂ происходит даже при напряжении ниже V _BO .

В зависимости от размера тиристора ток затвора варьируется от нескольких миллиампер до 250 миллиампер и более. Чем больше приложенный ток затвора, тем больше электронов инжектируется в переход J ₂ и приводит к переходу в состояние проводимости при гораздо более низком приложенном напряжении.

В методе запуска затвора положительное напряжение прикладывается между затвором и выводами катода. Мы можем использовать три типа стробирующих сигналов для включения SCR. Это сигнал постоянного тока, сигнал переменного тока и импульсный сигнал.

Запуск затвора постоянным током

При этом срабатывании достаточное постоянное напряжение прикладывается между выводами затвора и катода таким образом, что затвор становится положительным по отношению к катоду. Ток затвора переводит SCR в режим проводимости.

В этом методе на затвор подается непрерывный сигнал затвора (напряжение постоянного тока), что вызывает внутреннее рассеивание мощности (или дополнительные потери мощности). Другим важным недостатком является отсутствие изоляции между цепями питания и управления (поскольку они оба постоянного тока).

Запуск по переменному току

Это наиболее часто используемый метод включения SCR, особенно в приложениях переменного тока. При надлежащей изоляции между силовыми цепями и цепями управления (с использованием трансформаторов) тринистор срабатывает от переменного напряжения с фазовым сдвигом, полученного от основного источника питания. Угол открытия управляется изменением фазового угла стробирующего сигнала.

Однако приводу затвора доступна только половина цикла для управления углом открытия, а в течение следующей половины цикла между затвором и катодом подается обратное напряжение. Это одно из ограничений запуска по переменному току, а другое — потребность в отдельном понижающем или импульсном трансформаторе для подачи напряжения на привод затвора от основного источника питания.

Импульсное срабатывание

Наиболее популярным методом срабатывания SCR является импульсное срабатывание. В этом методе на затвор подается одиночный импульс или последовательность высокочастотных импульсов.

Основным преимуществом этого метода является то, что привод затвора является прерывистым или не требует непрерывных импульсов для поворота тринистора, и, следовательно, потери затвора уменьшаются в большей степени за счет применения одиночных или периодически появляющихся импульсов. Для изоляции привода затвора от сети используется импульсный трансформатор.

Динамические характеристики переключения при включении тиристора

Динамические процессы тиристора — это процессы включения и выключения, при которых как напряжение, так и ток тиристора изменяются во времени. Переход из одного состояния в другое занимает конечное время, но не происходит мгновенно.

Статические или VI характеристики SCR не указывают на скорость, с которой SCR переключился в режим прямой проводимости из режима прямой блокировки. Следовательно, динамические характеристики иногда более важны, что дает характеристики переключения тиристора.

Будет ограниченное время перехода, которое требуется SCR для достижения режима прямой проводимости из режима блокировки, которое называется временем включения (t _ON ) SCR. Время включения SCR Ton можно разделить на три отдельных интервала, а именно время задержки t _d , время нарастания t _r и время расширения t _s .

Время задержки (t

_d )

Время задержки измеряется с момента, когда ток затвора достигает 90 процентов от своего конечного значения, до момента, когда анодный ток достигает 10 процентов от своего конечного значения. Его также можно определить как время, необходимое для падения анодного напряжения от начального значения анодного напряжения V _a до 0,9 В _a .

Рассмотрим рисунок ниже и заметим, что до момента времени td тиристор находится в режиме прямой блокировки, поэтому анодный ток представляет собой небольшой ток утечки. При подаче сигнала стробирования (в 90 процентов от I _g ), то ток затвора достигает 0,1 I _a , а также, соответственно, напряжение между анодом и катодом падает до 0,9 В _a .

При подаче сигнала затвора будет неравномерное распределение тока по поверхности катода, поэтому плотность тока на выводе затвора намного выше. И она быстро уменьшается по мере увеличения расстояния от ворот. Следовательно, время задержки t _d представляет собой время, в течение которого анодный ток протекает в узкой области, где плотность тока (ток затвора) самая высокая.

Время нарастания (t

_r )

Это время, за которое ток анода увеличивается с 10 до 90 процентов от его конечного значения. Также определяется как время, необходимое для падения напряжения прямой блокировки с 0,9 В _a до 0,1 В _a . Это время нарастания обратно пропорционально току затвора и скорости его нарастания.

Следовательно, если на затвор подаются большие и крутые импульсы тока, это может значительно уменьшить время нарастания t _r . Кроме того, если нагрузка индуктивная, время нарастания будет больше, а для резистивной и емкостной нагрузки оно меньше.

В течение этого времени потери при включении в SCR высоки из-за большого анодного тока и высокого анодного напряжения. Это может привести к образованию локальных горячих точек и, как следствие, к повреждению тиристора.

Spread Time (t

_s )

Это время, необходимое для падения напряжения прямой блокировки с 0,1 В _a до падения напряжения в состоянии ВКЛ, которое находится в диапазоне от 1 до 1,5 вольт. За это время анодный ток растекался по всей проводящей области ОПЗ от узкой проводящей области. По истечении времени расширения через устройство протекает полный анодный ток с небольшим падением напряжения во включенном состоянии.

Следовательно, общее время включения t _ON равно:

t _ON = t _r + t _d + t _s

Типичное значение времени включения составляет от 1 до 4 микросекунд в зависимости от формы сигнала стробирующего сигнала и параметров анодной цепи. Чтобы сократить время включения тиристора, амплитуда импульса затвора должна быть в 3-5 раз больше минимального тока затвора тиристора.

Цепи зажигания SCR

Как мы видели выше, из различных методов срабатывания тиристора, срабатывание затвора является наиболее эффективным и надежным методом. Большинство приложений управления используют этот тип запуска, потому что желаемый момент поворота SCR возможен с помощью метода запуска затвора. Давайте посмотрим на различные схемы зажигания SCR.

Цепь возбуждения сопротивления

• На схеме ниже показано срабатывание сопротивления тиристора, когда он используется для управления нагрузкой от входного источника переменного тока. Комбинированная схема сопротивления и диода действует как схема управления затвором для переключения SCR в желаемое состояние.
• При подаче положительного напряжения тиристор смещен в прямом направлении и не проводит ток до тех пор, пока его ток затвора не превысит минимальный ток затвора тиристора.
• Когда ток затвора подается путем изменения сопротивления R2 таким образом, чтобы ток затвора был больше минимального значения тока затвора, SCR включается. И, следовательно, ток нагрузки начинает течь через SCR.
• Тиристор остается включенным, пока ток анода не сравняется с током удержания тиристора. И он выключится, когда приложенное напряжение равно нулю. Таким образом, ток нагрузки равен нулю, поскольку SCR действует как открытый переключатель.
• Диод защищает схему управления затвором от обратного напряжения затвора во время отрицательного полупериода входа. А сопротивление R1 ограничивает ток, протекающий через вывод затвора, и его значение таково, что ток затвора не должен превышать максимальный ток затвора.
• Это самый простой и экономичный тип триггера, но ограниченный для нескольких применений из-за его недостатков.
• При этом угол срабатывания ограничен только 90 градусами. Поскольку приложенное напряжение максимально при 90 градусов, поэтому ток затвора должен достигать минимального значения тока затвора где-то между 0 и 90 градусами.

Резистивно-емкостная (RC) цепь возбуждения

• Ограничение сопротивления цепи возбуждения может быть преодолено с помощью цепи запуска RC, которая обеспечивает управление углом возбуждения от 0 до 180 градусов. Изменяя фазу и амплитуду тока затвора, с помощью этой схемы достигается большой разброс угла открытия.
• На рисунке ниже показана RC-цепь запуска, состоящая из двух диодов с RC-цепочкой, подключенной для включения SCR.
• За счет изменения переменного сопротивления угол срабатывания или срабатывания регулируется в полном положительном полупериоде входного сигнала.
• В течение отрицательного полупериода входного сигнала конденсатор заряжается положительной нижней пластиной через диод D2 до максимального напряжения питания Vmax. Это напряжение остается равным -Vmax на конденсаторе до тех пор, пока напряжение питания не достигнет нуля.
• Во время положительного полупериода входа тиристор смещается в прямом направлении, и конденсатор начинает заряжаться через переменное сопротивление до значения напряжения срабатывания тиристора.
• Когда зарядное напряжение конденсатора равно напряжению срабатывания затвора, SCR включается, и на конденсаторе сохраняется небольшое напряжение. Таким образом, напряжение на конденсаторе полезно для срабатывания SCR даже после отклонения формы входного сигнала на 90 градусов.
• При этом диод D1 предотвращает отрицательное напряжение между затвором и катодом во время отрицательного полупериода входа через диод D2.

Схема запуска UJT

• Это наиболее распространенный метод запуска SCR, поскольку длительные импульсы на затворе с использованием методов запуска R и RC вызывают большее рассеивание мощности на затворе, поэтому использование UJT (однопереходного транзистора) ) в качестве пускового устройства потери мощности ограничены, так как он производит серию импульсов.
• Сеть RC подключена к терминалу эмиттера UJT, который формирует схему синхронизации. Конденсатор фиксирован, в то время как сопротивление является переменным, и, следовательно, скорость зарядки конденсатора зависит от переменного сопротивления, что означает контроль постоянной времени RC.
• При подаче напряжения конденсатор начинает заряжаться через переменное сопротивление. Изменяя значение сопротивления, напряжение на конденсаторе меняется. Как только напряжение на конденсаторе становится равным пиковому значению UJT, он начинает проводить и, следовательно, выдает импульсы на выходе до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не сравняется с напряжением впадины Vv UJT. Этот процесс повторяется и производит серию импульсов на базовой клемме 1.
• Импульсный выход на базовой клемме 1 используется для включения тиристора через заданные интервалы времени.

Заключение

Полное руководство по различным типам методов включения SCR. Изучите некоторые основные основы SCR, методы включения SCR, такие как запуск по прямому напряжению, запуск по температуре, запуск по dv/dt, запуск по свету, запуск по воротам (и их типы). Также некоторые из популярных схем зажигания SCR.

 

Подробное описание методов включения SCR

13 октября 2018 г. от администратора

Методы включения SCR — это методы перевода SCR в режим прямой проводимости из режима прямой блокировки. SCR в режиме прямой проводимости характеризуется низким импедансом, низким падением напряжения на аноде и катоде и высоким анодным током. Величина анодного тока определяется нагрузкой. Таким образом, он позволяет протекать току. Следовательно, SCR в режиме прямой проводимости называется включенным состоянием и может рассматриваться как замкнутый переключатель. SCR является популярным представителем семейства тиристоров. Он настолько популярен, что слова тиристор и SCR используются как синонимы. Поэтому методы включения, описанные в этой статье, применимы как для SCR, так и для тиристоров.

В основном существует пять различных методов включения SCR:

• Запуск прямого напряжения
• Запуск ворот
• dv/dt Запуск
• Температурный или тепловой запуск
• Включение света

Вы можете заметить слово срабатывание в названии методов поворота SCR. Фактически само срабатывание означает перевод тиристора или тиристора в состояние ВКЛ из состояния ВЫКЛ. Теперь мы обсудим каждый из методов поворота SCR один за другим.

Запуск прямого напряжения

Внимательно прочитайте название этого метода. Там написано «срабатывание прямого напряжения». Это означает, что мы включим SCR, подав прямое напряжение на его клеммы. Что это значит? Это просто означает, что мы сделаем его смещенным в прямом направлении и будем увеличивать это напряжение смещения до тех пор, пока SCR не включится. Давайте теперь посмотрим, как увеличение напряжения прямого смещения приводит к включению SCR.

В SCR или тиристоре с прямым смещением контакты J1 и J3 смещены в прямом направлении, а соединение J2 смещено в обратном направлении. Следовательно, увеличение этого напряжения смещения сузит ширину обедненной области перехода J2, и при определенном напряжении эта обедненная область исчезнет. На этом этапе говорят, что смещенный в обратном направлении переход J2 имеет лавинный пробой, и это напряжение называется прямым напряжением пробоя. Название прямое напряжение отключения дано, так как при этом напряжении вольт-амперная характеристика тринистора разрывается и смещается в положение ВКЛ. См. характеристики V-I SCR, показанные ниже.

Вы можете заметить, что при напряжении прямого отключения V _BO кривая V-I ломается в точке M и смещается в положение включения N с током прямого отключения I _BO . Это причина; это критическое напряжение называется прямым напряжением пробоя.

Как только происходит лавинный пробой на переходе J2, начинает течь ток от анода к катоду тринистора. Значение этого анодного тока ограничивается только нагрузкой. Таким образом, SCR теперь находится в режиме проводимости в прямом направлении, то есть от анода к катоду. Это метод прямого запуска для включения SCR.

Обычно этот метод не используется для включения SCR, так как это может повредить его. Как правило, прямое напряжение пробоя меньше, чем обратное напряжение пробоя, и, следовательно, обратное хлебное напряжение считается окончательным номинальным напряжением при проектировании SCR. Следует также отметить и иметь в виду, что при возникновении лавинного обвала на стыке J2 блокирующая способность J2 теряется. Следовательно, если анодное напряжение упадет ниже напряжения прямого пробоя, тиристор будет продолжать работать. Теперь тиристор можно отключить, уменьшив его анодный ток ниже определенного значения, называемого током удержания.

Запуск затвора

Запуск затвора — это метод, в котором положительный ток затвора протекает через SCR с прямым смещением, чтобы включить его. Срабатывание шлюза на самом деле является наиболее надежным, простым и эффективным способом включения SCR. В этом методе положительное напряжение затвора между выводами затвора и катода подается в SCR с прямым смещением, который устанавливает ток затвора от вывода затвора к катоду.

При подаче положительного тока затвора p-слой затвора заполняется электронами с катода (n-сторона). Это связано с тем, что n-слой катода сильно легирован по сравнению с p-слоем затвора. Поскольку переход J1 и J3 уже смещен в прямом направлении, инжектированные электроны в p-слое затвора могут достичь перехода J2 и, следовательно, уменьшить ширину обедненной области. В результате снижается прямое напряжение пробоя. На самом деле, чем больше электронов инжектировано в p-слой затвора, тем больше вероятность того, что электроны достигнут J2. Это означает, что чем больше значение тока затвора, тем больше будет снижение прямого напряжения пробоя. Таким образом, ток затвора и прямое напряжение пробоя обратно пропорциональны.

См. рисунок ниже. Это вольт-амперная характеристика DSCR для различных значений тока затвора I _g .

На приведенной выше кривой можно наблюдать и отметить следующие точки:

• Когда ток затвора I _g равен нулю, прямое напряжение отключения составляет V _BO .
• По мере увеличения тока затвора от нуля до I _g1 прямое напряжение пробоя уменьшается с V _BO до V ₁ . Точно так же его значение уменьшается от V ₁ до V ₃ по мере увеличения тока затвора от I _g1 до I _g3 .

Таким образом, тринистор можно включить, подав ток затвора. Следует отметить, что SCR включается за счет прямого напряжения пробоя, хотя это напряжение значительно снижается из-за положительного тока затвора.

Как только SCR начинает проводить ток в прямом направлении, соединение J2 с обратным смещением больше не существует. Следовательно, ток затвора не требуется, чтобы SCR или тиристор оставались во включенном состоянии. Следовательно, если ток затвора удален, проводимость тока от анода к катоду не изменяется. Однако, если ток затвора уменьшится до нуля до того, как анодный ток поднимется до определенного значения, называемого током фиксации, тринистор или тиристор снова отключится. Это означает, что мы не должны отключать ток затвора до тех пор, пока ток анода не пересечет ток фиксации.

Ток фиксации определяется как минимальное значение анодного тока, которое должно быть достигнуто в процессе включения тиристора, чтобы сохранить проводимость, даже если ток затвора отключен.

Как только SCR или тиристор начинает проводить, затвор теряет контроль. SCR или тиристор теперь могут быть выключены только в том случае, если анодный ток становится ниже заданного значения анодного тока. Это значение анодного тока, ниже которого SCR выключается, называется током удержания. Как видно из ВАХ тиристора, значение тока фиксации больше, чем ток удержания.

Ток удержания определяется как минимальное значение анодного тока, ниже которого он должен упасть для выключения тринистора или тиристора.

Запуск по dv/dt

Запуск по dv/dt — это метод, при котором SCR включается путем изменения напряжения прямого смещения во времени. Сам dv/dt означает скорость изменения напряжения по отношению ко времени.

Как мы обсуждали ранее в этом посте, соединение J2 смещено в обратном направлении в режиме прямой блокировки SCR. Переход с обратным смещением можно рассматривать как конденсатор из-за наличия объемных зарядов вблизи перехода с обратным смещением. Предположим, что его емкость равна «С» фарад. Заряд на конденсаторе, напряжение на конденсаторе и емкость связаны следующим образом:

Q = CV

Дифференцируя обе стороны по времени, получаем

dQ/dt = C(dV/dt)

Но ток I = dQ/dt

⇒ I = C(dV/dt) Таким образом,

2

ток через перевернутый смещенный переход J2 прямо пропорционален (dv/dt). Следовательно, если скорость нарастания прямого напряжения, т. е. (dv/dt), высока, зарядный ток I также будет высоким. Этот зарядный ток действует как ток затвора и включает тринистор или тиристор, даже если ток затвора равен нулю. Следует отметить, что именно скорость нарастания напряжения отвечает за включение SCR. Оно не зависит от величины напряжения. Напряжение может быть низким, но скорость его нарастания должна быть достаточно высокой, чтобы включить SCR.

Запуск по температуре

Запуск по температуре также называется запуском по температуре. Как известно, в переходе с обратным смещением протекает обратный ток насыщения, величина которого зависит от температуры перехода. Это означает, что в режиме прямой блокировки тринистора или тиристора через переход J2 будет протекать обратный ток насыщения. Этот ток повысит температуру перехода, что, в свою очередь, приведет к дальнейшему увеличению обратного тока утечки. Этот увеличенный ток утечки снова повысит температуру перехода и, следовательно, еще больше увеличит обратный ток утечки. Таким образом, этот процесс является кумулятивным и в конечном итоге приведет к исчезновению области обеднения обратно смещенного перехода J2 при некоторой температуре. При этой температуре SCR включится.

Световое срабатывание

При световом срабатывании импульс света подходящей длины волны направляется оптическими волокнами, чтобы включить SCR. Во внутреннем р-слое сделано углубление или ниша для светового триггера SCR, как показано на рисунке ниже.

При облучении этой ниши образуются свободные носители заряда, т.е. пары электронов и дырок. Если интенсивность излучаемого света превышает определенное значение, включается SCR с прямым смещением. Обратите внимание, что излучаемый свет создает свободные переносы заряда, как и в случае тока затвора. Там носители заряда перемещаются вблизи обратно смещенного перехода J2 и уменьшают прямое напряжение пробоя. По этой причине включается SCR. SCR, который включается с помощью света, называется Light Activated SCR или LASCR.

 

Включение тиристора

10 лет, 4 месяца назад

Изменено 6 лет, 2 месяца назад

Просмотрено 1к раз

\$\начало группы\$

Недавно я начал читать о тиристорах, и меня зацепило то, что мой инструктор сказал о процессе включения.

При прямом смещении тиристора переходы J2 смещены в обратном направлении, что, по сути, и отвечает за режим «запирания» в прямом направлении. Однако после напряжения пробоя J2 начинает волшебным образом проводить ток.

Как происходит это изменение? Это связано с поломкой или лавинообразным процессом? Если да, то как из него восстановить устройство и выключить? Я имею в виду, мы говорим, что диоды разрушаются, если обратное напряжение превышает напряжение пробоя, но почему тот же процесс не разрушает переход тиристора?

• тиристор

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Существуют тиристоры затворного типа с 4 квадрантами и максимальным номинальным напряжением, а также тиристоры с 3 квадрантами, которые лучше подходят для коммутации и предотвращения ложного срабатывания обратной ЭДС. В обоих случаях, однако, dv/dt может вызвать ложную фиксацию, и чтобы этого избежать, требуется пластиковый колпачок с низким R и среднего размера, называемый демпферной цепью или LPF для высокого напряжения.

Вы можете попробовать два дискретных транзистора для создания SCR и изучить абсолютные максимальные номинальные значения, чтобы полностью понять, как работает эта защелка.

из Вики….

Спасибо, что позволили мне объяснить, чтобы помочь вам в процессе обучения..

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Из вашего вопроса:

Как происходит это изменение? Это из-за поломки или лавинообразный процесс? Если да, то как устройство может восстановиться после него и выключить? Я имею в виду, мы говорим, что диоды разрушаются, если обратное напряжение превышает напряжение пробоя, но почему этот же процесс не разрушить тиристорный переход?

Верно, что тиристор включится из-за стабилитрона или лавинного пробоя. Дело в том, что не сам пробой повреждает полупроводниковый кристалл, а повышенная температура в материале. Устройства, предназначенные для работы в лавинной области, специально разработаны, чтобы выдерживать высокие температуры, и фактически, в то время как у обычных диодов напряжение пробоя уменьшается с повышением температуры, стабилитроны имеют температурные коэффициенты, которые не зависят от номинального напряжения пробоя.

Конечно, устройство все равно будет повреждено, если будет протекать слишком большой ток, поскольку в этом случае слишком сильный нагрев повредит устройство.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Режим, о котором вы упомянули, запускает тиристор, но тиристор разрушается, когда вы используете его в режиме обратной проводимости.

Как вы упомянули, диод разрушается при обратном смещении, но не при прямом. Таким образом, тиристор будет работать нормально, но он будет работать нормально, когда обратное напряжение превышает его выдерживаемое напряжение.

Обычно это напряжение намного выше по сравнению с диодом.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Высокое напряжение между анодом и катодом приводит к лавинному пробою. Напряжение на затворе приводит к пробою при более низком напряжении. Теперь тиристор проводит. Если ток прекращается или напряжение между анодом и катодом равно нулю, тиристор отключается (и восстанавливается). Представление о лавинообразном перегреве и разрушении диодов неверно. Есть даже авалансные диоды, которые отлично работают.

\$\конечная группа\$

2

Твой ответ

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Запуск SCR или запуск тиристоров и его методы

Метод включения SCR, подобный запуску SCR или запуску тиристора, используется для перевода управляемого кремнием выпрямителя из режима прямой блокировки в режим проводимости. В режиме проводимости SCR можно охарактеризовать меньшим падением напряжения, полным сопротивлением на аноде, катоде и высоким анодным током. Значение анодного тока можно определить через нагрузку, и оно обеспечивает протекание тока.

Таким образом, управляемый кремнием выпрямитель в режиме прямой проводимости известен как его состояние ВКЛ, и его можно назвать замыкающим переключателем. SCR относится к семейству тиристоров, поэтому оба термина, такие как SCR и тиристор, используются как синонимы. В этой статье обсуждается обзор срабатывания SCR или срабатывания тиристоров.

SCR (кремниевый выпрямитель) представляет собой полупроводниковое устройство, относящееся к семейству тиристоров. Это устройство включает в себя 3 клеммы, 3 соединения и 4 слоя. Конструкция SCR может быть выполнена из 4 чередующихся слоев полупроводникового материала. Здесь внешняя p-область может быть подключена к клемме Anode, n-область подключена к клемме катода, а p-область подключена к клемме Gate.

Выпрямитель с кремниевым управлением или SCR

Выпрямитель с кремниевым управлением представляет собой переключатель, который может находиться в положении ВКЛ/ВЫКЛ. SCR включает два стабильных состояния, таких как блокировка в прямом направлении (состояние OFF) и проводимость в прямом направлении (состояние ON). Эти два состояния очень важны по сравнению с другими состояниями. Итак, давайте обсудим эти два состояния.

Переключение тиристора из состояния OFF – в состояние ON – это состояние называется методом включения тиристора или срабатывания тиристора. Запуск SCR в основном зависит от различных переменных, таких как температура, ток затвора, напряжение питания и т. д.

Методы включения SCR

Существуют различные методы запуска SCR. Некоторые методы включения SCR подробно обсуждаются.

• Срабатывание света Срабатывание ворот
• Запуск ворот
• Запуск прямого напряжения
• Запуск по температуре
• dv/dt Запуск

Запуск светом

Если на соединение SCR подается световой сигнал, то он производит достаточно энергии для расщепления пар электрон-дырка в полупроводнике, так что SCR активируется.

Как только интенсивность приложенного света превысит номинальное значение, SCR начнет проводить. Это не простой метод, поэтому он не используется регулярно. Этот тип запуска в основном используется в линиях электропередачи постоянного тока высокого напряжения.

Запуск шлюза

Запуск шлюза Наиболее часто используемый метод запуска для SCR. Когда между двумя клеммами, такими как затвор (G) и катод (K), подается положительное напряжение, оно может включить тиристор в прямом смещении.
Как только на выводе затвора появится положительное напряжение, носители заряда будут введены в P-слой, что уменьшит ширину обедненного слоя.

Когда приложенное напряжение увеличивается, автоматически увеличивается инжекция носителей, поэтому напряжение, при котором происходит прямой пробой, уменьшается. Для запуска затвора в основном используются три типа сигналов, такие как затвор постоянного тока, затвор переменного тока и импульсный затвор.

Запуск затвора постоянным током

При срабатывании затвора постоянного тока достаточное постоянное напряжение обеспечивается между двумя выводами, такими как затвор и катод, и это может быть возможно, если вывод затвора положителен по сравнению с катодом. Ток в клемме затвора может перевести тиристор в режим проводимости. В этом методе на клемму затвора подается напряжение постоянного тока, вызывающее рассеивание внутренней мощности. И еще один недостаток заключается в том, что между двумя цепями, такими как цепи питания и управления, нет разделения.

Запуск по переменному току

Запуск по переменному току является наиболее часто используемым методом запуска SCR, особенно в приложениях переменного тока. При соответствующей изоляции между двумя цепями управления и питания через трансформаторы выпрямитель с кремниевым управлением может запускаться переменным напряжением со сдвигом фаз, получаемым от основных поставщиков. Управление углом возбуждения может быть выполнено путем изменения фазового угла стробирующего сигнала.

Но только одна часть цикла доступна для управления воротами для управления углом открывания и для оставшейся части цикла; между двумя клеммами, такими как затвор и катод, может быть обеспечено обратное напряжение. Это одно из ограничений запуска переменного тока, а другое требуется для отдельного понижающего или импульсного трансформатора для подачи напряжения на привод затвора с использованием основного источника питания.
Запуск по переменному току подразделяется на два типа, такие как запуск по сопротивлению и запуск по RC.

Запуск по сопротивлению

Принципиальная схема запуска по сопротивлению показана ниже. При срабатывании сопротивления переменное сопротивление в основном используется для управления током затвора. Основываясь на его значении, когда величина тока затвора достигает достаточного значения, SCR начнет работать.

Запуск по сопротивлению

Здесь диод «D» является блокирующим диодом и предотвращает пробой катодного перехода затвора в течение отрицательного полупериода. Таким образом, цепь затвора просто резистивная, а ток затвора находится в фазе через приложенное напряжение. Этот метод помогает добиться максимального угла обстрела.

Запуск RC

Ниже показана схема запуска сопротивления-емкости. Этот метод используется для достижения угла стрельбы более 90 °. В первом полупериоде конденсатор заряжается с помощью переменного сопротивления «R» до максимального значения приложенного напряжения.

Запуск RC

Этот резистор контролирует время зарядки конденсатора. Запуск начинается в зависимости от напряжения на конденсаторе и когда в цепи подается достаточное количество тока затвора. Конденсатор во втором полупериоде заряжается до отрицательного пикового значения с помощью двух диодов D1 &. Д2. В этом цикле эти диоды используются, чтобы избежать обратного пробоя затворно-катодного перехода.

Импульсный запуск стробирования

Импульсный запуск является наиболее часто используемым методом для запуска SCR. В этом методе на затвор подается один импульс, в противном случае на затвор подается несколько импульсов с высокой частотой. Основное преимущество этого метода заключается в том, что привод затвора не является непрерывным для включения SCR, и, таким образом, потери затвора уменьшаются в большей степени за счет подачи одиночных периодически появляющихся сигналов. Здесь импульсный трансформатор в основном используется для отделения привода затвора от основного источника питания.

Запуск прямого напряжения

В этом методе управляемый кремнием выпрямитель подключается в прямом смещении, поэтому вывод анода более положительный по сравнению с катодом, однако это напряжение может быть значительно увеличено. Как только напряжение увеличивается, ширина обедненного слоя перехода J2 будет увеличиваться, поэтому ускоряющее напряжение неосновных носителей на этом переходе будет увеличиваться.

При определенном напряжении лавинный пробой будет происходить во внутреннем соединении J2, поэтому неосновные носители заряда будут сталкиваться через атомы и высвобождать еще больше неосновных носителей заряда. Таким образом, это называется прямым напряжением пробоя, где соединение J2 при этом напряжении превратится в смещенное в прямом направлении, а управляемый кремнием выпрямитель перейдет в состояние проводимости. Таким образом, через SCR будет поступать огромный ток при чрезвычайно меньшем падении напряжения.

Во время включения падение напряжения в прямом смещении тиристора колеблется от 1 до 1,5 В, и это напряжение может увеличиваться за счет тока нагрузки.

Практически этот метод не используется, так как он использует чрезвычайно высокое напряжение между анодом и катодом. Как только напряжение превысит VBO, кремниевый выпрямитель будет включен, и через него немедленно будет подаваться огромный ток, поэтому SCR может быть поврежден. Таким образом, в большинстве случаев такого рода срабатывания избегают.

Запуск по температуре

Запуск по температуре также называется запуском по температуре, поскольку SCR включается при его нагревании. Обратный ток утечки в основном зависит от нагрева. Когда температура повышена до фиксированного значения, количество пар отверстий также может быть увеличено, поэтому ток утечки может быть увеличен, а дальнейшие коэффициенты усиления по току тиристора будут увеличены

(α1 + α2) достигает единицы. В соединении J2 ширина обедненного слоя будет уменьшаться за счет повышения температуры. Таким образом, всякий раз, когда напряжение в прямом смещении близко к VBO, мы можем активировать тринистор, повышая температуру перехода J2.

При определенной температуре обратное смещение перехода нарушается, и устройство начинает проводить.
Такое срабатывание происходит в некоторых ситуациях, в основном при высокой температуре устройства. На практике этот тип срабатывания не используется, так как он вызывает тепловой разгон и, таким образом, SCR может выйти из строя.

dv/dt Запуск

Когда анод больше положителен, чем катод, то переходы J1 и J3 подключаются в прямом смещении, а переход J2 подключается в обратном смещении. В результате J2 работает как конденсатор, потому что пространство заряжается в области истощения.

Ток заряда конденсатора может быть представлен как

IC = dQ/dt = d (Cjv)/dt

На основании правила дифференцирования произведения мы можем получить

= Cjd/dt + v dCj/dt

Когда емкость перехода стабильна, мы можем пренебречь скоростью изменения емкости перехода (dCj/dt). В результате последний зарядный ток равен

IC = Cj dv/dt

Где зарядный ток равен «IC»

Емкость перехода равна «Cj»

Заряд Q

Приложенное напряжение на устройстве V

Скорость изменения емкости перехода dCj/dt

Скорость изменения приложенного напряжения dv/dt Согласно упомянутому уравнению, если величина приложенного напряжения высока, то ток будет увеличиваться, чтобы активировать тринистор без напряжения затвора. Увеличивая скорость изменения напряжения, мы можем запускать SCR на устройстве вместо того, чтобы создавать огромное прямое напряжение смещения.

Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о выпрямителях с кремниевым управлением. ему значительный вред.
Итак, это все, что касается обзора срабатывания SCR. Классификация SCR может быть выполнена на основе спецификаций, а также приложений. Наиболее популярными SCR являются 2P4M, BT151, TYN608 и т. д. Они доступны в различных типах корпусов, которые используются в различных приложениях. Различные упаковки SCR: дискретный пластик, пластиковый модуль, основание на шпильке, плоское основание и пресс-пакет. Вот несколько вопросов к вам, что такое цифровое срабатывание SCR? Что такое запирающий тиристор?

Тиристор (блок питания)

Тиристор (блок питания)

Блоки системы питания

Тиристор

Реализовать модель тиристора.

Библиотека

Элементы

Описание

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

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

Статическая характеристика VI этой модели показана на рисунке ниже.

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

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

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

Диалоговые окна и параметры

Модель тиристора и подробная модель тиристора

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

Сопротивление Рон

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

Индуктивность Lon

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

Прямое напряжение Vf

Прямое напряжение тиристора в вольтах (В).

Начальный ток Ic

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

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

Демпферное сопротивление, руб.

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

Снабберная емкость Cs

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

Ток фиксации Il

Ток фиксации детализированной модели тиристора в амперах (А).

Время выключения Tq

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

Входы и выходы

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

Допущения и ограничения

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

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

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

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

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

Пример

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

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

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

Ссылки


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

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

См. также
Диод, универсальный мост

Трехфазный трансформатор (три обмотки)

Универсальный мост

Методы запуска тиристоров - Примечания для инженеров

Методы запуска тиристоров: операции.

Что такое тиристор?

Когда (напряжение между анодом и катодом) V _AK > 0, то SCR можно включить. Здесь мы обсудим различные способы запуска тиристора.

Ниже приведены некоторые методы запуска тиристоров.

Содержание

Запуск по прямому напряжению:

Этот метод уже обсуждался в тиристоре. Запуск прямым напряжением является одним из методов запуска тиристора, где мы делаем V _AK > V _BO . Но это может привести к повреждению SCR. Поэтому мы обычно не используем этот метод.
Здесь важно отметить, что величина перенапряжения прямого пробоя (V _BO ) и обратного пробивного напряжения (V _BR ) почти одинаковы, но практически V _BR немного больше, чем V _BO .
При проектировании цепей SCR мы принимаем V _BO в качестве окончательного номинального напряжения устройства.

Силовая электроника

Запуск затвора:

Запуск затвора — один из способов запуска тиристора, который является наиболее простым, надежным и эффективным. Здесь мы применяем положительное напряжение затвора между затвором и катодом. Когда ток затвора устанавливается, в проигрыватель вводятся заряды, а напряжение, при котором происходит прямое переключение, уменьшается. Чем выше ток затвора, тем меньше прямое перенапряжение. Тиристор не требует тока затвора после включения устройства, чтобы тиристор продолжал работать в состоянии ВКЛ. Мы применяем ток затвора импульсами, а не постоянно. Поскольку применение тока затвора в импульсах уменьшит потери мощности в цепи затвора.
Если ток затвора становится равным нулю до того, как ток анода достигает значения, равного току фиксации, тиристор снова отключается.
Ток затвора составляет порядка 20–200 мА.

Запуск dv/dt:

Когда V _AK > 0, J-1 и J-3 смещены в прямом направлении, а J-2 смещены в обратном направлении. J-2 с обратным смещением действует как конденсатор из-за зарядов на переходе J-2. Если мы внезапно приложим прямое напряжение, зарядный ток через емкость перехода C _j может включить SCR.
Зарядный ток i _c определяется как:

Поскольку C _j является постоянной величиной, выражение зарядного тока сокращается до: ( I _L ), тогда зарядный ток будет увеличиваться, а i _c действовать как ток затвора для включения SCR.

Запуск по температуре или свету:

Запуск по температуре или свету является одним из методов запуска тиристоров, где если V _AK > 0, но меньше V _BO , тогда J-1 и J-3 смещены в прямом направлении, а J-2 действуют как смещенные в обратном направлении. Когда фотоны попадают на соединение J2, они генерируют электроны и дырки, которые нейтрализуют накопленные заряды на соединении. Таким образом, ширина обедненной области уменьшается, и, наконец, она начинает проводить ток.

Запуск по температуре:

Если V _AK > 0, но меньше V _BO , то J-1 и J-3 смещены в прямом направлении, а J-2 действуют как смещенные в обратном направлении. С повышением температуры увеличивается генерация электронов и дырок, тем самым нейтрализуя накопленные заряды на переходе J-2. Следовательно, ширина обедненной области уменьшается, и SCR включается.

Тиристорная защита

Что будет, если сделать затвор положительным относительно катода при обратном запирании тиристора?

Мы знаем, что переход со слабо легированными слоями (по крайней мере, с одной стороны перехода) требует большого напряжения пробоя, а переход с сильно легированными слоями с обеих сторон требует меньшего напряжения пробоя.
Когда на SCR подается обратное напряжение, J-1 и J-3 смещаются в обратном направлении, а J-2 смещается в прямом направлении. J-3 имеет низкое напряжение пробоя, так как имеет сильно легированные слои с обеих сторон. J-1 имеет большое напряжение пробоя, так как имеет слаболегированный (N-) слой с одной стороны. Таким образом, при обратном смещении большая часть обратного напряжения появится на J-1.
Теперь, если мы приложим положительное напряжение обратного смещения SCR, произойдет пробой J-3, и на J-1 появится все обратное напряжение. Это вызовет увеличение обратного тока утечки.
Протекание большого тока утечки вместе с высоким обратным напряжением через J-1 приводит к высоким потерям мощности через J-1. Эти потери нагревают переход, что может разрушить SCR.

Важные замечания по методам запуска тиристоров

1. Мы используем драйвер затвора с несущей частотой для включения тиристора, чтобы уменьшить размер импульсного трансформатора.
2. Основной причиной подключения импульсного трансформатора на выходном каскаде схемы запуска тиристоров является обеспечение гальванической развязки.