1.4.5. Запираемые тиристоры

Запираемые тиристоры являются одними из последних разработок в процессе конструирования и производства силовых электронных ключей.

Запираемый тиристор (gate turn off thyristor— GТО) — тиристор, который может быть переключен из открытого состояния в закрытое и, наоборот, открыт путем подачи на управляющий электрод сигналов соответствующей полярности. Для выключения запираемых тиристоров (ЗТ) достаточно подать на его управляющий электрод импульс тока отрицательной полярности. Четырехслойные структуры типа р-п-р-п запираемого и обычного тиристоров подобны. Это четырехслойные полупроводниковые приборы с тремя силовыми выводами. Требования к их конструктивному исполнению различны. Более того, реализация процесса эффектив­ного запирания ЗТ потребовала более сложной технологии их производства. Поэ­тому долгое время они не применялись, так как коммутируемая ими мощность была существенно меньше по сравнению с мощностью, коммутируемой традици­онными тиристорами.

В настоящее время запираемые тиристоры являются одними из наиболее мощных электронных, полностью управляемых ключей. Наиболее существенным изменением в конструкции современных ЗТ по срав­нению с тиристорами стало изменение катодных эмиттеров, в основу которой было положено максимальное увеличение поверхности протекания электронно-дырочной плазмы от управляющего электрода к катоду при одновременном сокра­щении путей ее протекания. Это достигнуто созданием сильноразветвленного катода, выполненного из большого числа сегментов, расположенных в виде кон­центрических окружностей, имеющих общий контакт с управляющим электро­дом. Сегмент катода обычно имеет длину 2—3 мм, а ширину 100—300 мкм. При выключении ЗТ быстрое увеличение запирающего тока управляющего электрода приводит к быстрому уменьшению тока катода и выключению ЗТ.

В настоящее время существуют три группы модификаций GТО, блокирующие обратное напряжение: симметричные ЗТ, способные блокировать равные прямое и обратное напряжение; асимметричные ЗТ, не выдерживающие обратное напряжение; обратно проводящие ЗТ, проводящие ток в обратном направлении, так как в них входят быстродействующие диоды.

Для повышения отключающей способности и минимизации емкостей у цепей формирования траектории переключения вплоть до их полного исключения был создан прибор с использованием драйвера малой индуктивности, называемый

тиристор, коммутируемый по управлению (gate commutated thyristor — GСТ). Полный ключ, объединяющий GСТ и элементы драйвера очень низкой индуктив­ности, называется коммутируемым тиристором с интегрированным управлением (integrated date commutated thyristor — IGCT). Главное различие между GТО (ЗТ) и тиристорами GСТ и IGCT заключается в переводе полного анодного тока с катода на управляющий электрод за очень короткое время. Пре­имуществом такого принципа выключения GTO и IGCT является существенное повышение их быстродействия. Кроме того, становится возможным осуществить коммутацию без ЦФТП (в современной технической литературе используется термин «коммутация без снаббера» или «безснабберная коммутация»).

Максимальное значение отрицательного тока выключения рассчитыва­ется из наиболее тяжелых условий коммутации. Оно соизмеримо с выключаемым током и составляет примерно 30 % максимально допустимого значения запирае­мого тока. Например, для GТО SSGA30I 4502 фирмы АВВ при максимальном токе 3000 А ток составляет примерно 600—800 А в зависимости от параметров снаббера. Однако энергия выключения за один импульс

E_выкл незначительна и составляет 18—24 Дж за один импульс [6].

Оптотиристоры (LTT), запираемые тиристоры (GTO) и ком­мутируемые по затвору запираемые тиристоры (GCT, IGCT) являются производными тиристорных техноло­гий и находят применение в мегаваттном диапазоне мощностей. В настоя­щее время для LTT достигнуты пре­дельные параметры 8 кВ/4 кА, для GCT — 4,5 кВ. К 2014 году планирует­ся производство GCT на 11кВ. Будет развиваться и совершенствоваться технология IGCT — объединение на одной пла­стине GCT с обратным диодом в таб­леточных корпусах с плавающими прижимными контактами, конструк­тивно объединённых с платой управ­ления (драйвером). В будущем класс тиристоров все же будет частично за­менён и, возможно, полностью вытес­нен высоковольтными IGBT.

Тиристо­ры в комбинации с MOSFET-структурами, такие как MCT, MTO и EST, всё же не нашли широкого применения. В настоящее время они нашли частичное применение в схемах с мяг­кой коммутацией.

В приборах типов GСТ и IGCT отрицательный ток выключения очень быстро достигает значений анодного тока. Поэтому они относятся к приборам с коэффи­циентом усиления по выключению, равным единице, а также к категории запирае­мых тиристоров с «жестким» выключением.

В настоящее время созданы запираемые тиристоры с максимальными значени­ями напряжения до 6 кВ и тока до 6 кА. Различные модификации запираемых тиристоров GСТ могут успешно исполь­зоваться для последовательного соединения или без снабберной работы.

Тиристоры, в которых МОП- транзисторы участвуют в выключении, называются МОП- управляемыми тиристорами (МСТ). Эти тиристоры являются интегральными приборами, которые состоят из десятков тысяч ячеек, имеющих электрические связи. Соотношение числа тиристорных ячеек и подключенных к ним МОП- транзисторов зависит от модификации исполнения МСТ.

На рис. 1.31 представлена эквивалентная схема одной из модификаций МСТ.

Схема Р-МСТ состоит из биполярных транзисторов VT1 и VТ2, соединенных

по схеме, эквивалентной одно операционному тиристору, и двух полевых транзисто­ров (ПТ). Полевой транзистор p-канального типа работает на включение, ну а n-канального типа — на выключение. Согласно эквивалентной схеме полевые транзисторы обеспечивают регенеративные процессы переключения тирис­тора за счет обратных связей с биполярными структурами. Включение Р-МСТ осу­ществляется подачей отрицательного относительно анода импульса напряжения на управляющий электрод G при наличии прямого напряжения

и_АСF, приложен­ного к Р-МСТ. При этом происходит включение МОП- транзистора ПТ_вкл., который отпирает транзистор VT1, что вызывает включение транзистора VТ2 в режиме регенерации, как в одно операционном тиристоре. В результате Р-МСТ переходит в проводящее состояние, которое сохраняется после снятия импульса управления.

а б

Рис. 1.31. МОП- управляемый тиристор (Р-МСТ):

а — эквивалентная схема; б — обозначение

Выключение Р-МСТ осуществляется подачей положительного импульса на управляющий электрод относительно анода, что приводит к включению транзис­тора ПТ_вкл. и разрыву его обратной связи с транзистором VT1 (коллектор VT2 — база VТ1). В результате происходит выключение схемы Р-МСТ.

Вопросы для самоконтроля

1. Объясните принцип работы тиристора с помощью двухтранзисторной модели. В чем заключается положительная обратная связь?

2. Почему отсутствие тока управляющего электрода не приводит к выключению тиристора?

3. Какое прямое напряжение может выдержать тиристор при отсутствии импульса управления?

4. Какими кривыми входной ВАХ ограничен импульс управления тиристором?

5. Какие условия необходимо создать для отпирания тиристора?

Быстродействующие запираемые тиристоры TECHSEM — Ай Си Контракт

Параметры: Ток: 490 — 4890 А Напряжение: 800 – 5000 В Импульсный ток: 18-150 мксек Особенности: Усиленные выводы Быстрое включение Низкие потери при переключении Короткое время выключения Герметичные металлические корпуса с керамическими изоляторами Сферы применения: Системы индуктивного нагрева Блоки питания сварочных аппаратов Автономные инверторы Системы управления скоростью двигателей переменного тока Системы коммутации электрической энергии

 

Наименование быстродействующего запираемого тиристора TECHSEM	IFAV ITAV	VRRM	Близкие аналоги	PDF описание
	A/Tc	V	Westcode (IXYS)
Y30KKE-04-14	400 / 55℃	1400
Y30KKE-04-16	400 / 55℃	1600
Y30KKE-04-18	400 / 55℃	1800
Y38KKE-08-12	800 / 55℃	1200
Y38KKE-08-14	800 / 55℃	1400
Y38KKE-08-16	800 / 55℃	1600
Y38KKE-08-18	800 / 55℃	1800
Y50KKE-13-12	1300 / 55℃	1200	P1007LS12F
Y50KKE-13-14	1300 / 55℃	1400
Y50KKE-13-16	1300 / 55℃	1600
Y50KKE-13-18	1300 / 55℃	1800
Y65KKE-20-12	2000 / 55℃	1200
Y65KKE-20-14	2000 / 55℃	1400
Y65KKE-20-16	2000 / 55℃	1600
Y65KKE-20-18	2000 / 55℃	1800
Y76KKE-27-12	2700 / 55℃	1200
Y76KKE-27-14	2700 / 55℃	1400
Y76KKE-27-16	2700 / 55℃	1600
Y76KKE-27-18	2700 / 55℃	1800
Y70KKG-21-20	2100 / 55℃	2000
Y70KKG-21-25	2100 / 55℃	2500
Y70KKG-21-28	2100 / 55℃	2800
Y76KKG-27-20	2700 / 55℃	2000
Y76KKG-27-25	2700 / 55℃	2500
Y76KKG-27-28	2700 / 55℃	2800
Y89KKG-38-20	3800 / 55℃	2000
Y89KKG-38-25	3800 / 55℃	2500
Y89KKG-38-28	3800 / 55℃	2800
Y100KKG-48-20	4800 / 55℃	2000
Y100KKG-48-25	4800 / 55℃	2500
Y100KKG-48-28	4800 / 55℃	2800

 

Продукцию компании TECHSEM можно заказать, сделав заявку:

• по электронному почтовому адресу Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
• связавшись с нами по телефону (343) 372-92-30

Теги

Techsem

Что такое SCR? 6 вещей, которые нужно знать о SCR

Что такое SCR ? Структура, принцип действия, характеристики СЦР. Узнайте о двух типах цепей управления тиристором

Содержание

Что такое тиристор?

Тиристор или SCR (кремниевый управляемый выпрямитель) представляет собой полупроводниковое устройство, которое действует как регулирующий клапан. Тиристоры широко используются в электронных платах управления.

Тиристор будет иметь 3 вывода: анод, катод и управляющий контакт G. Он обеспечивает проводимость от анода к катоту только при подаче тока на управляющий контакт G.

Кремниевый управляемый выпрямитель

5 вещей, которые нужно знать о SCR (тиристоре)

1. Структура и символы PN

Структура Thyris состоит из 3 слоев. Теоретически имеет два типа структуры: PNPN и NPNP, но на практике люди разрабатывают и используют только тип PNPN.

Обозначение тиристора — полупроводниковый диод с дополнительным управляющим выводом G.

>>> Подробнее: Что такое диод – Подробная статья о диоде

Структура и условное обозначение тринистора

2. Принцип работы

Мы видим, что тиристор представляет собой два транзистора PNP и NPN, соединенные вместе через базу и коллектор

Принцип работы SCR

При подаче управляющего импульса на контакт G (или контакт B транзистора NPN) транзистор NPN будет проводить. Этот ток будет течь от контакта E через контакт B транзистора PNP, и он также будет проводящим. Транзистор будет продолжать работать, даже если управляющий импульс на выводе G отключится.

Ток через контакт C NPN-транзистора такой же, как ток через контакт B PNP-транзистора, и наоборот. Поэтому транзисторы будут самоподдерживать состояние проводимости.

См. видео ниже о принципе работы SCR

3. Характеристики

3.1 Тиристоры к катоду (UAK > 0). А когда он находится в обратном состоянии, анод выдерживает отрицательное напряжение по сравнению с катодом (UAK < 0)

– Процесс переключения тиристора из открытого состояния в состояние проводимости удовлетворяет двум условиям:

+ Когда тиристор находится в запертом состоянии (UAK > 0)

+ Когда импульс тока управления iG достаточно велик.

– Процесс SCR переходит из проводящего состояния в открытое состояние (инверсное состояние или заблокированное состояние). Этот процесс состоит из двух этапов:

+ Подавление прямого тока путем изменения сопротивления или напряжения между анодом и катодом.

Восстановить функцию блокировки тиристора. После подавления прямого тока требуется время прерывания для переключения тиристора в запертое состояние.

3,2 В-А характеристика

В-А характеристика показана ниже. Состоит из 3 ветвей:

ВАХ тиристора

– Прямая ветвь (1): тиристор находится в проводящем состоянии. Падение напряжения между А-К ничтожно мало.

+ В отличие от диода, прямые ветви тиристора начинаются не с нуля, а с iH (ток удержания в состоянии проводимости). Если значение тока падает ниже iH, тиристор возвращается в запертое состояние.

+ Сразу после закрытия тиристора; Прежде чем управляющий импульс отключится, необходимо, чтобы прямой ток достиг значения тока фиксации iL (Latching). Следовательно, iL > iH.

– Обратная ветвь (3): тиристор будет в обратном состоянии.

+ Аналогично диоду, обратный ток очень мал. Если обратное напряжение смещения достигает напряжения пробоя (НПН), ток через тиристор резко возрастает. Тогда тиристорный переход повреждается.

Когда тиристор находится в обратном состоянии, ввод управляющего импульса в тринистор безуспешно увеличивает обратный ток.

– Отвод блокировки (2): Тиристор в запертом состоянии.

+ При отсутствии управляющего импульса заблокированная ветвь аналогична обратной. Точно так же мы имеем замыкающее напряжение uBO вместо напряжения пробоя uBR. Когда напряжение достигает значения uBO, тиристор переходит из запертого состояния в проводящее.

+ При изменении значения тока на выводе G SCR (iG). В зависимости от его величины изменяется и величина напряжения блокировки (напряжение блокировки будет уменьшаться при увеличении iG).

4. Динамические свойства

Когда мы подаем запирающее напряжение на тиристор, полупроводниковый слой действует как конденсатор, его емкость зависит от величины приложенного напряжения.

4.1 Переключение замкнуто

Закрытие тиристора не происходит, как только на затвор подается управляющий импульс (iG). Заряд, проходящий через полупроводниковый слой, будет постепенно увеличиваться, а напряжение запирания на тиристоре будет уменьшаться. Обычно время закрытия тиристора составляет: 3 – 10 мкс.

Когда ток проводимости увеличивается слишком быстро, только одна часть поперечного сечения приводит к перегрузке. Это может привести к чрезмерному повышению температуры и повреждению компонента.

4.2 Открытое переключение

На первом этапе выключение тиристора аналогично выключению диода.

После восстановления обратного сопротивления Тиристору требуется больше времени для восстановления запирающей способности.

Минимальное время (tmin) выключения тиристора начинается с момента, когда прямой ток достигает нуля, до тех пор, пока напряжение блокировки снова не появится (и IG = 0), но оно не может заставить тиристор работать. Если запорное напряжение подается до времени tmin, тринистор может работать, даже если на вывод затвора не подавался управляющий импульс.

Время, необходимое для отключения SCR, зависит от таких условий, как температура полупроводника, ток, скорость спада и обратное напряжение. Тиристоры обычно имеют tmins в диапазоне от нескольких до сотен амкс.

5. Нагрузочная способность

Способность тиристора выдерживать напряжение, ток и перегрузку считается такой же, как у диода. Повторяющееся пиковое обратное напряжение В _RRM и Повторяющееся пиковое напряжение в закрытом состоянии В _DRM обычно равны, чтобы указать максимально допустимые значения напряжения, подаваемого на тиристор.

Допустимое напряжение тиристора обычно находится в диапазоне 5-7 кВ. Средний ток достигает около 5000А. Падение напряжения при проводке находится в пределах 1,5 – 3В. Большинство тиристоров имеют воздушное охлаждение.

В следующей таблице приведены типовые параметры тиристора ВС-30ТПС16-М3

Параметр	Значение	Пояснение
В РРМ	1600 В	Повторяющееся пиковое обратное напряжение
В ДРМ	1600 В	Повторяющееся пиковое напряжение в закрытом состоянии
В РСМ	1700В	Неповторяющееся пиковое обратное напряжение
дв/дт	500 В/нас	Максимальная скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии
I СКЗ	30А	RMS — ток в состоянии
I ТАВ	20А	Среднее значение тока в состоянии
ди/дт	150А/нас	Максимальная скорость нарастания тока включения
В Т	1,3 В	Напряжение прямого включения
В ГТ	2В	Напряжение срабатывания затвора
я ГТ	45 мА	Ток запуска стробирования
I Н	150 мА	Ток удержания
я л	200 мА	Ток фиксации

6. Цепь управления

В силовых преобразователях, использующих SCR, силовые цепи и цепи управления должны быть изолированы. Аналогично схеме драйвера для транзисторов, mosfet. Мы можем использовать импульсный трансформатор или изолирующую оптопару.

6.1 Схема управления с использованием импульсного трансформатора

Чтобы тиристор работал, ток, подаваемый на его вывод G, должен быть достаточно большим в начале. Поскольку инверсный слой не годится, на нем не допускается появление даже очень малого отрицательного напряжения (UGK < 0). В приведенной ниже схеме используются два диода D1 и D2 для предотвращения обратного тока и обеспечения напряжения UGK > 0.

Схема управления тиристором с использованием импульсного трансформатора

Когда на контакт B транзистора Q1 подается сигнал высокого уровня, Q1 открывается и действует как замкнутый переключатель. В это время на первичную обмотку импульсного трансформатора подается напряжение источника, поэтому во вторичной обмотке появляется наведенное напряжение. Это индуцированное напряжение подается на вывод G тиристора, поэтому тиристор проводит ток.

Когда входной сигнал слабый, транзистор Q1 не проводит, поэтому первичная обмотка трансформатора обесточена. Когда катушка отключена, она генерирует ток через диод Dm. Цель использования диода Дм быстро отключить ток намагничивания при прерывании импульса. Если диод Dm не используется, магнитный ток непрерывно увеличивается после подачи каждого импульса.

Если мы используем шок с длительным временем включения, это увеличит потери. Поэтому будем использовать управляющий сигнал в виде последовательности импульсов.

Цепь защиты тиристора: Используйте RC-цепь параллельно с SCR для защиты от перенапряжения. Схема может быть объединена с защитным реактором последовательно с SCR против быстрого увеличения тока через устройство.

6.2 Цепь управления с использованием оптопары

Опто, используемый в цепи управления, может быть транзисторным оптопарой или тиристором с оптоизоляцией.

Входной сигнал поступает на светодиод оптопары, светодиод светится и передает сигнал на тиристор оптопары. Тогда проводит тиристор оптопары и также проводит тиристор внешней цепи.

Цепь управления с использованием оптопары

Для оптосхемы требуется отдельный источник питания постоянного тока, что увеличивает стоимость и размер схемы управления.

Во многих приложениях простая схема драйвера использует DIAC, как показано ниже. Величина угла возбуждения зависит от времени заряда конденсатора (определяемого постоянной времени RC) и приложенного напряжения диака. Преимущество в том, что схема управления использует питание от силовой цепи. Диапазон регулирования угла возбуждения ограничен.

>>> Похожие статьи

8 принципиальных схем трехфазного выпрямителя

4 принципиальных схем пускателя звезда-треугольник

Что такое контактор? Лучшая статья о контакторе

STMicroelectronics TYN1225RG, Тиристор 1200В, 16А 40мА

Технический справочник

• docPdfDatasheet
• docPdfSchematic Symbol & PCB Footprint
• docPdfDatasheet

---

Законодательство и соответствие

Сертификат соответствия RoHS

Компоненты RS

Сертификат соответствия RoHS

Директивы ЕС 2011/65/EU и 2015/863 ограничивают использование 10 перечисленных ниже веществ при производстве определенных типов электрического оборудования.

Хотя это ограничение юридически не распространяется на компоненты, признано, что «соответствие требованиям» компонентов важно для многих клиентов.

Определение соответствия RoHS стандарту RS:

• Продукт не содержит запрещенных веществ в концентрациях и применениях, запрещенных Директивой,
• , а для компонентов продукт можно обрабатывать при более высоких температурах, необходимых для бессвинцовой пайки
.

Вещества с ограничениями и максимально допустимые концентрации в однородном материале, по весу:

Вещество	Концентрация
Свинец	0,1%
Ртуть	0,1%
ПБД (полибромированные дифенилы)	0,1%
ПБДЭ (полибромированные дифениловые эфиры)	0,1%
Шестивалентный хром	0,1%
Кадмий	0,01%
ДЭГФ (бис(2-этилгексил)фталат)	0,1%
BBP (Бензилбутилфталат)	0,1%
ДБФ (дибутилфталат)	0,1%
ДИБФ (диизобутилфталат)	0,1%

Поставщик перечисленного ниже товара сообщил RS Components, что продукт соответствует требованиям RoHS.

Компания RS Components предприняла все разумные шаги, чтобы подтвердить это заявление. Информация относится только к продуктам, проданным на дату или после даты настоящего сертификата.

Соответствует Подробная информация о продукте

Артикул RS	6871000
Описание продукта	STMicroelectronics TYN1225RG, тиристор 1200 В, 16 А 40 мА
Производитель/торговая марка	STMicroelectronics
Номер детали производителя	TYN1225RG

RS Components Ltd, Birchington Road, Corby, Northants, NN17 9РС, Великобритания

Заявление о соответствии

---

Подробная информация о продукте

Тиристоры — STMicroelectronics

STMicroelectronics производит широкий ассортимент тиристоров, также известных как тиристоры или кремниевые управляемые выпрямители, которые подходят для множества приложений переключения и управления питанием.