Тиристор, способный не только открываться, но и закрываться под воздействием сигнала на управляющем электроде, называется запираемый тиристор. Условное графическое обозначение и схема замещения запираемого тиристора представлены на рис. 16.1.
а)
б)
Рис. 16.1. Запираемый тиристор:
а – условное графическое обозначение; б – схема замещения
Рассмотрим принцип работы запираемого тиристора, воспользовавшись схемой замещения. Согласно выражению (14.3) ток во внешней цепи зависит от коэффициентов передачи тока эмиттера транзисторов VT1 и VT2. Ток управления IУ, поступая на базу транзистора VT2, увеличивает для него ток базы и коэффициент передачи тока a2. Тиристор открывается, когда 1 – (a1+a2) = 0. Более конкретно это описывается выражением
. (16.1)
Если теперь ток управления уменьшить до нуля (
I У = 0), тиристор останется открытым, при условии, что ток анода будет больше тока удержания.
Для закрывания тиристора на управляющий электрод необходимо подать напряжение отрицательной полярности. Тогда ток коллектора VT1 будет протекать по цепи управляющего электрода, а ток базы транзистора VT2 уменьшится, что приведёт к снижению коэффициентов передачи тока a1 и a2 и прекращению регенеративного процесса. Транзистор VT2 можно вывести из насыщения при условии
, (16.2)
где IЗ – ток запирания тиристора по управляющему электроду.
Способность тиристора к запиранию по управляющему электроду характеризуется коэффициентом запирания
. (16.3)
Из выражения (16.3) следует, что коэффициент запирания зависит от коэффициентов передачи тока a1 и a2 и будет тем больше, чем больше a2. Это означает, что чем меньше степень насыщения перехода П2 тиристора, тем легче его закрыть по сигналу управляющего электрода. Степень насыщения перехода П2 зависит от тока через тиристор в открытом состоянии, поэтому коэффициент запирания также будет зависеть от тока анода тиристора (рис. 16.2)
Рис. 16.2. Зависимость коэффициента запирания от тока анода
Схема управления запираемым тиристором должна формировать импульсы положительной (для открывания) и отрицательной (для закрывания) полярности относительно катода. Наиболее просто это можно сделать, если в цепь управляющего электрода включить конденсатор (рис. 16.3).
Рис. 16.3. Простейшая схема управления запираемым тиристором
При разомкнутом ключе К конденсатор С заряжается через резистор R1, и на управляющий электрод тиристора поступает импульс положительной полярности. Когда процесс заряда конденсатора закончится, ток управляющего электрода станет равным нулю. Если теперь замкнуть ключ К, начнётся разряд конденсатора С через резистор R2, и на управляющий электрод тиристора поступит импульс отрицательной полярности. Чтобы произошло закрывание тиристора, необходимо выполнить условие
; , (16.4)
где UЗ – напряжение на управляющем электроде, необходимое для запирания тиристора;
IЗ – ток управляющего электрода, необходимый для запирания тиристора;
tЗ – длительность запирающего импульса.
Существуют более сложные схемы управления, в которых для запирания тиристора применяется отдельный источник питания, а также специальные драйверы управления, как, например, в мощных запираемых тиристорах, сведения о которых можно прочитать в литературе [6, 11, 17].
16.2. Симметричные тиристоры – симисторы
Симиcтop (симметричный триодный тиристор) или триак (от англ. TRIAC – triode for alternating current) – полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый в цепях переменного тока. Увеличив число полупроводниковых слоев тиристора с четырех до пяти получили прибор, способный пропускать электрический ток как в прямом, так и в обратном направлениях. Условное графическое обозначение и структура симистора представлены на рис. 16.4.
а)
б)
в)
Рис. 16.4. Симметричный тиристор – симистор
а – условное графическое обозначение; б – структура; в – вольтамперная характеристика
В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно. Однако по способу включения относительно управляющего электрода основные выводы симистора различаются, причём имеет место их аналогия с катодом и анодом тиристора. На приведённом рисунке верхний по схеме вывод симистора называется выводом 1 (В1) или условным катодом, нижний — выводом 2 (В2) или условным анодом, вывод слева вверху – управляющим электродом УЭ. В открытом состоянии симистора, когда на В2 плюс, а на В1 минус, ток проходит по слоям p
2-n3-p4-n5, при противоположной полярности – по слоям p4-n3-p2-n1. Поскольку управляющее напряжение подают на слой n, полярность импульсов должна быть отрицательной относительно вывода В1.
Вольтамперная характеристика симистора представлена на рис. 16.4, в.
Характеристика очень похожа на характеристику тиристора, но симметрична относительно начала координат. Для симисторов, как и для тиристоров, специально выбирают режим внешней цепи ЕА < U
вкл, чтобы симистор был надёжно закрыт, когда на него не поданы импульсы управления. Для перевода симистора в открытое состояние подают управляющий импульс, длительность которого выбирается больше длительности переходного процесса, а величина тока больше или равна току спрямления. После открывания симистора управляющий электрод теряет свои управляющие свойства, поэтому закрыть симистор сигналом управляющего электрода нельзя. Закрывается симистор лишь тогда, когда мгновенное значение переменного напряжения во внешней цепи становится равным нулю (переход синусоиды через ноль).
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Тиристор : Современные силовые запираемые тиристоры
К.Д. Рогачёв
Создание полупроводниковых приборов для силовой электроники завязалось в 1953 г. когда стало мыслимым получение кремния торжественной чистоты и формирование кремниевых дисков знатных размеров. В 1955 г. был впервой создан полупроводниковый управляемый прибор, владеющий четырёхслойную структуру и получивший звание «тиристор».
Он подсоединялся подачей импульса на электрод управления при позитивном усилии между анодом и катодом. Выключение тиристора обеспечивается снижением протекающего спустя него прямого тока до нуля, для чего разработано сила схем индуктивно-ёмкостных абрисов коммутации. Они не единственно увеличивают стоимость преобразоваеля, однако и ухудшают его массо-габаритные показатели,снижают надёжность.
почему одновр/еменно с созданием тиристора затеялись разыскания, сконцентрированные на обеспечение его выключения по распоряжающемуся электроду.
основная проблема заключалась в обеспечении резвого рассасывания носителей зарядов в базовых сферах.
Первые подобные тиристоры взялись в 1960 г. в США. Они получили звание Gate Turn Off (GTO). В нашей палестине они максимальнее имениты буквально закрываемые или отключаемые тиристоры.
В средине 90-х годов был разработан закрываемый тиристор с кольцевым выводом заворачивающего электрода. Он получил звание Gate Commutated Thyristor (GCT) и стал дальнейшем развитием GTO-технологии.
конструкция закрываемый тиристор — целиком управляемый полупроводниковый прибор, в основе коего классическая четырёхслойная структура. вливают и отсоединяют его подачей позитивного и негативного импульсов тока на электрод управления. На Рис. 1 вогнаны условное обозначение (а) и структурная схема (б) отключаемого тиристора.
Подобно обыкновенному тиристору он обладает катод K, анод А, заворачивающий электрод G. отличия в структурах приборов заключается в другом благоволении горизонтальных и отвесных слоёв с n- и р-проводимостями.
крупнейшему изменению подверглось конструкция катодного ряда n. Он разнесен на несколько сотен элементарных ячей, размеренно распределённых по площади и соединённых параллельно. таковское исполнение затребовано стремлением гарантировать ритмическое снижение тока по всей площади полупроводниковой структуры при выключении прибора.
Базовый слой p, несмотря на то, что выполнен буквально целостное полное, обладает здоровенное число контактов заворачивающего электрода (примерно равновеликое числу катодных ячеек), также размеренно распределённых по площади и соединённых параллельно. Базовый слой n выполнен аналогично отвечающему пласту обыкновенного тиристора.
Анодный слой p обладает шунты (зоны n), связывающие n-базу с анодным контактом спустя небольшие распределённые сопротивления. Анодные шунты применяют в тиристорах, не обладающих попятной блокирующей способностью. Они уготованы для уменьшения времени выключения прибора за счёт улучшения обстоятельств извлечения зарядов из базовой области n.
Основное исполнение тиристоров GTO таблеточное с четырёхслойной кремниевой пластиной, зажатой спустя термокомпенсирующие молибденовые диски между двумя медными основаниями, обладающими повышенной тепло- и электропроводностью. С кремниевой пластиной контактирует заворачивающий электрод, владеющий вывод в керамическом корпусе. Прибор зажимается контактными поверхностями между двумя половинами охладителей, изолированных кореш от кореша и располагающих конструкцию, определяемую молодчиком системы охлаждения.
Принцип деяния В цикле работы тиристора GTO различают четыре фазы: включение, коротающее состояние, выключение и блокирующее состояние.
На схематичном разрезе тиристорной структуры (рис. 1,б) нипочем вывод структуры анодный. Анод контактирует со рядом p.Затем снизу наверх следуют: базовый слой n, базовый слой p (имеющий вывод заворачивающего электрода), слой n, непосредственно контактирующий с катодным выводом. Четыре ряда образуют три p-n перехода: j1 между пластами p и n; j2 между пластами n и p;j3 между пластами p и n.
Фаза 1 — включение. Переход тиристорной структуры из блокирующего состояния в коротающее (включение) вероятен единственно при приложении прямого усилия между анодом и катодом. Переходы j1 и j3 смещаются в прямом течении и не препятствуют прохождению носителей зарядов. Всё надсада прикладывается к посредственному переходу j2, какой смещается в попятном течении. возле перехода j2 образуется пояс, обеднённая носителями зарядов, получившая название- круг объёмного заряда. чтоб включить тиристор GTO, к распоряжающемуся электроду и катоду по цепи управления прикладывается надсада позитивной полярности U
(вывод «+» к пласту p). В итоге по цепи протекает ток включения I
.
закрываемые тиристоры предъявляют жёсткие требования к крутизне фронта dIG/dt и амплитуде IGM тока управления. спустя переход j3, кроме тока утечки, начинает течь ток включения I
. формирующие этот ток электроны будут инжектироваться из ряда n в слой p. дальше доля из них будет перебрасываться электрическим полем базового перехода j2 в слой n.
одновр/еменно умножится встречная инжекция дырок из ряда p в слой n и дальше в слой p, т.е. произойдёт увеличение тока, созданного неосновными носителями зарядов.
Cуммарный ток, идущий спустя базовый переход j2, превышает ток включения, происходит открытие тиристора, после чего носители зарядов будут праздно переходить спустя все его четыре области.
Фаза 2 — коротающее состояние. В порядке протекания прямого тока нету надобности в токе управления I
, если ток в цепи анода превышает величину тока удержания. Однако на практике для того, чтоб все структуры отключаемого тиристора всегдашне были в провождущем состоянии, всё же необходимо поддержание тока, предусмотренного для настоящего температурного режима. таковым образом, всё минута включения и коротающего состояния система управления формирует импульс тока позитивной полярности.
В провождущем состоянии все области полупроводниковой структуры обеспечивают ритмическое движение носителей зарядов (электронов от катода к аноду, дырок — в попятном направлении). спустя переходы j1, j2 протекает анодный ток, спустя переход j3 — суммарный ток анода и заворачивающего электрода.
Фаза 3 — выключение. Для выключения тиристора GTO при неизменной полярности усилия U
(см. рис. 3) к распоряжающемуся электроду и катоду по цепи управления прикладывается надсада негативной полярности UGR. Оно порождает ток выключения, протекание коего ведёт к рассасыванию основных носителей заряда (дырок) в базовом пласте p. прочими словами, происходит рекомбинация дырок, зачислившихся в слой p из базового ряда n, и электронов, зачислившихся в этот же слой по распоряжающемуся электроду.
По мере освобождения от них базового перехода j2 тиристор начинает замыкаться. Этот процесс характеризуется визгливым уменьшением прямого тока I
(см. рис. 2). залпом после запирания базового перехода j2 начинает закрываться переход j3, однако за счёт энергии, запасённой в индуктивности цепей управления он ещё кое-какое минута будет в приоткрытом состоянии.
Рис. 2. Графики изменения тока анода (iT) и заворачивающего электрода (iG)
После того, буквально вся энергия, запасённая в индуктивности цепи управления, будет израсходована, переход j3 со сторонки катода целиком закрывается. С этого момента ток спустя тиристор равновелик току утечки, какой протекает от анода к катоду спустя цепь заворачивающего электрода.
Процесс рекомбинации и, итак, выключения закрываемого тиристора во многом зависит от крутизны фронта dIGQ/dt и амплитуды I
заднего тока управления. чтоб гарантировать необходимые крутизну и амплитуду этого тока, на заворачивающий электрод требуется подать надсада UG, какое не следует превышать величины, позволительной для перехода j3.
Фаза 4 — блокирующее состояние.В порядке блокирующего состояния к распоряжающемуся электроду и катоду остаётся приложенным надсада негативной полярности U
от блока управления. По цепи управления протекает суммарный ток I
, заключающийся из тока утечки тиристора и заднего тока управления, идущего спустя переход j3. Переход j3 смещается в попятном течении. таковым образом, в тиристоре GTO, находящемся в прямом блокирующем состоянии, два перехода (j2 и j3) смещены в попятном течении и образованы две области пространственного заряда.
Всё минута выключения и блокирующего состояния система управления формирует импульс негативной полярности.
Защитные цепи Использование тиристоров GTO, спрашивает применения особых защитных цепей. Они увеличивают массо-габаритные показатели, стоимость преобразователя, часом спрашивают добавочных остуживающих устройств, однако являют необходимыми для нормального функционирования приборов.
направление любой защитной цепи — ограничение скорости нарастания одного из двух параметров электрической энергии при коммутации полупроводникового прибора. При этом конденсаторы защитной цепи СВ (рис. 3) подключают параллельно отстаиваемому прибору Т. Они ограничивают скорость нарастания прямого усилия dUT/dt при выключении тиристора.
Дроссели LE устанавливают последовательно с прибором Т. Они ограничивают скорость нарастания прямого тока dIT/dt при включении тиристора. Значения dUT/dt и dIТ/dt для всякого прибора нормированы, их указывают в справочниках и паспортных настоящих на приборы.
Рис. 3. Схема защитной цепи
Кроме конденсаторов и дросселей, в защитных цепях используют лишние элементы, обеспечивающие разряд и заряд реактивных элементов. К ним относятся: диод DВ, какой 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) кормит вытекающие функциональные блоки: вводящий линия, заключающийся из схемы формирования отпирающего импульса и ключа сигнала
для поддержания тиристора в разинутом состоянии; линия формирования закрывающего сигнала; линия поддержания тиристора в прихлопнутом состоянии.
Не для всех субъектов СУ нужны все перечисленные блоки, однако силуэты формирования отпирающих и закрывающих импульсов должна кормить всякая СУ. При этом необходимо гарантировать гальваническую развязку схемы управления и силовой цепи отключаемого тиристора.
Для управления работой отключаемого тиристора применяются две основные СУ, выделяющиеся способами подачи сигнала на заворачивающий электрод. В случае представленном на рис. 4, сигналы, формируемые логическим блоком St, подвергаются гальванической развязке (разделение потенциалов), после чего производится их подача спустя ключи SE и SA на заворачивающий электрод отключаемого тиристора Т. Во втором случае сигналы спервоначала воздействуют на ключи SE (включения) и SA (выключения), находящиеся под тем же потенциалом, что и СУ, затем спустя устройства гальванической развязки UE и UA подаются на заворачивающий электрод.
В подневольности от благоволения ключей SE и SA различают низкопотенциальные (НПСУ) и высокопотенциальные (ВПСУ, рис. 4) схемы управления.
Рис. 4. Вариант цепи управления
Система управления НПСУ конструктивно проще, чем ВПСУ, однако её возможности ограничены в взаимоотношении формирования заворачивающих сигналов здоровый длительности, работающих в порядке в порядке протекания спустя тиристор прямого тока, а также в обеспечении крутизны импульсов управления. Для формирования сигналов здоровый длительности тут приводится использовать более дорогие двухтактные схемы.
В ВПСУ писклявая крутизна и повышенная длительность заворачивающего сигнала достигается проще. Кроме того, тут сигнал управления используется целиком, в то минута буквально в НПСУ его размеры ограничивается устройством разделения потенциалов (например, импульсным трансформатором).
Информационный сигнал — команда на включение или выключение — всегдашне подаётся на схему спустя оптоэлектронный преобразователь.
В средине 90-х годов фирмами «ABB» и «Mitsubishi» был разработан новейший картина тиристоров Gate Commutated Thyristor (GCT). Собственно, GCT представляет дальнейшим усовершенствованием GTO, или е
Изготовлены первые полупроводниковые приборы ВК-2-200, ВКДУ-150
1968
4 Производство диодных приборов характеристики на токи 200А осваивается
1969
Начат серийный выпуск малогабаритных симисторов с двуполярным управлением и повышенными динамическими характеристиками
1971
Совершенствование конструкции и технологии производства диодов, тиристоров и симисторов слаботочных серий — на токи от 10 до 80 А.
1973
Тиристоры серии Т10 и Т11 на токи 10-80 А и напряжения до 2,2 кВ. Внедрены в производство симисторы на токи 10-80А и напряжение коммутации 1500В
1975
Тиристоры оптронные серии на токи от 10 до 320 А. освоены токи 10-80 А с напряжением коммутации до 1200 и 2000В;
1977
Серия диодов ВЛ10 и В10 с лавинными и нелавинными характеристиками на токи от 10 до 80 А. 100-2000В
1982
Освоено производство серии штыревых оптотиристоров на токи 25-80А и напряжение 200-1200В
1983
Освоено производство серии штыревых симметричных тиристоров на токи 25-80А и напряжение 10-80А 100-1200В
1984
Освоено производство серии тиристоров симметричных в герметичном пластиковом корпусе на токи 10-16А и напряжение 100-1000В
1986
Производство серии тиристоров в герметичном пластмассовом корпусе корпус на токи 10-12,5А и напряжение 100-1000В
1988
Освоено производство серии диодных и тиристорных модулей в корпусе 2-х модификаций на токи 25-80А и напряжение 400-1200В
1988
Освоено производство тиристоров замыкаемых и обратнопроводящих на токи 40-320А и напряжения 400-1400В
1989
Освоено производство серии штыревых оптронных симметричных тиристоров на токи 25-125А и напряжение 400-125А 200-1200В
1989
Освоено производство фототиристоров на токи 25А и напряжения 600-1000В
1991
Производство серии диодных и тиристорных модулей в корпусе 4-х модификаций на токи 25-100А 25-100А и напряжение 200-1600В освоено
1991
Асимметричный высокоскоростный тиристор для токов 16A и напряжения 600-1400 В
1992
Мастерия серия частот PIN-кода для токов 25-100A и напряжения 200-2400 В
1994
The 200-2400V
1994
The 200-2400 В
1994
The Nustage 200-2400V
1994
освоено производство частотных диодов в герметичном пластмассовом корпусе на токи 10-16А и напряжение 200-1200В
1997
Освоено производство серии тиристоров в таблетированных корпусах на токи 200-2500А и напряжение 200-1800В
1997
Освоено производство серии штыревых оптотиристоров на токи 10-100А и напряжение 100-1800В
1997
Производство серии оптопарных симметричных тиристоров в пластмассовом корпусе на токи 10-80А и напряжение 100-1200В
1998
Освоено производство серии оптронных тиристоров в пластмассовом корпусе на токи 10-80А и напряжение 100-1200В
1998
Освоено производство диодов для прессовки токи 20-32А и напряжение 100-400В
1998
Цех полупроводниковых приборов выделен в Еру предприятие «Элемент-перетворювач» освоено производство серии модулей с мостовой схемой на токи 10-32А и напряжение 100-1200В
2001
Производство серии диодов в корпусах планшетов на токи 1600-5000А и напряжение 1200-4400В освоено
2001
Разработан индикатор засорения воздушного фильтра двигателя внутреннего сгорания на токи
2001
Разработан пульт управления реверсом наклонной камеры зерноуборочных комбайнов на токи.
2002
Освоено производство серии частотных диодов в пластиковом корпусе на токи 5-80А и напряжение 200-1200В
2002
Освоено производство серии диодных и тиристорных модулей в корпусах 6, 6.1, 8 модификаций на токи 100-250А и напряжение 200-1800В
2002
Освоено производство серии диодов в пластиковом корпусе на токи 10-100А и напряжение 400-1600В
2002
Производство серии тиристоров в пластиковом корпусе на токи 6,3-125А и напряжением 200-1200В
2002
Освоено производство серии тиристоров в таблеточных корпусах на токи 200-4000А и напряжение 200-4400В
2002
Производство освоена серия тиристоров в таблеточных корпусах на токи 6,3-100А и напряжение 200-1600В
2003
Освоено производство потенциальных и беспотенциальных симисторных модулей в корпусе 4 модификаций на токи 50-160А и напряжение 200-1200В
2003
Производство модулей с встречно-параллельной схемой на токи 80-125А и напряжением 400-1200В
2003
Освоено производство симисторных модулей в корпусах 4, 7, 8 модификаций на токи 10-160А и напряжение 200-1200В
2003
Освоено производство гибридных симисторных модулей в корпусах 4, 7, 8, 11, 15 модификации на токи 10-250А и напряжение 400-1200В
2004
Разработана серия охладителей полупроводниковых приборов различной конфигурации
2004
Освоено производство серии диодов и лавинных диодов в корпусах планшетов на токи 320-4000А и напряжение 400-4400В
2004
Освоено производство серии штыревых быстровосстанавливающихся диодов на токи 5-100А и напряжение 200-2400В
2005
Освоено производство серии симметричных штыревых тиристоров на токи 100-1000А и напряжение 200-1800В
2006
Освоено производство серии диодных и тиристорных модулей в корпусе модификации 5 для токи 25-80А и напряжение 200-1600В
2006
Освоено производство серии диодных и тиристорных модулей в корпусах 9, 10 на токи 200-320А и напряжение 400-2800В
2006
Освоено производство серии pin-диодов на токи 80-500А и напряжение 400-2800В
2006
Освоено производство серии pin-тиристоров на токи 125-320А и напряжение 600-2000В
20
Освоено производство серии диодных и тиристорных модулей в корпусах 12, 13, 14 модификации на токи 500-1250А и напряжение 400-3200В
2007
Освоено производство серии диодных и тиристорных модулей в 7 корпус модификации на токи 10-25А и напряжение 200-1200В
2007
Освоено производство серии оптопарных симметричных тиристоров в пластиковом корпусе на токи 5-80А и напряжение 100-1200В
2007
Производство серии быстродействующих тиристоров в таблетках корпусов на токи 125-1000А и напряжение 400-1600В.
2012
Освоено производство серии быстровосстанавливающихся диодов в корпусах планшетов на токи 250-400А и напряжение 400-3600В
Экоблок Infineon® | Блок Prime
Обзор
Откройте для себя нашу линейку соединений для пайки
С нашими биполярными модулями 20 мм, 34 мм и 50 мм, изготовленными по технологии паяного соединения, мы разработали экономичную альтернативу нашей технологии модулей с прижимным контактом даже в требовательных приложениях. Модули соединения под пайку идеально подходят для приложений, где высочайшая надежность технологии контакта под давлением не является обязательной. Типичными областями применения являются приводы, источники питания и программные устройства.
Модули Prime Block диаметром 50 мм теперь покрывают номинальный ток 390 А и становятся лучшими в своем классе. Мы также предлагаем 50-мм модули TT/TD320N16SOF с предварительно нанесенным бессиликоновым термоинтерфейсом (TIM). Оптимизированный рисунок этого материала с обратимым фазовым переходом обеспечивает стабильные тепловые характеристики в течение всего срока службы, что повышает надежность и срок службы вашей системы.
Воспользуйтесь улучшенной конструкцией выводов для симметричного разделения тока и 100% рентгеновского контроля процесса пайки, что обеспечивает предсказуемо высокую производительность и срок службы. С нашим вторым поколением для 34 мм вы получите повышенные номинальные токи (до 240 А).
Продукты
Основные моменты
Будьте ЛУЧШИМИ В КЛАССЕ с нашей технологией паяных соединений Ecoline
Модули предлагаются в виде двойных модулей в топологиях тиристор/тиристор, тиристор/диод и диод/диод с блокирующим напряжением 1600 В и диапазоном тока от 60 A до 130 A для 20 мм от 160 A до 240 A для 34 мм и от 280 A до 3 и от 280 A до 3 и 280 A до 3 и .