A tirisztor fő működési elve. Tirisztorok. Készülék, működési elv, áram-feszültség jellemzők. A tirisztorok általános paraméterei

A négyrétegű p-n-p-n félvezető elemek megjelenése igazi áttörést hozott a teljesítményelektronikában. Az ilyen eszközöket tirisztoroknak nevezik. A szilícium vezérlésű kapuk a tirisztorok leggyakoribb családja.

Az ilyen típusú félvezető eszközök a következő szerkezettel rendelkeznek:

Amint a blokkvázlatból láthatjuk, a tirisztornak három kivezetése van - egy katód, egy vezérlőelektróda és egy anód. Az anód és a katód a tápáramkörökhöz, a vezérlőelektróda pedig a vezérlőrendszerhez (gyengeáramú hálózatok) csatlakozik a tirisztor szabályozott nyitásához.

A kapcsolási rajzokon a tirisztor a következő jelöléssel rendelkezik:

Az áram-feszültség karakterisztika az alábbiakban látható:

Nézzük meg közelebbről ezt a jellemzőt.

Fordított jellemző ág

A harmadik kvadránsban a diódák és a tirisztorok jellemzői egyenlőek. Ha negatív potenciál van az anódon a katódhoz képest, akkor a J 1 és J 3 -ra fordított feszültség, a J 2 -re pedig egyenfeszültség kerül, ami ellenáram áramlását okozza (ez nagyon kicsi , általában több milliamper). Amikor ez a feszültség az úgynevezett áttörési feszültségre emelkedik, J 1 és J 3 között lavinaszerű növekedés következik be. Ebben az esetben, ha ez az áram nincs korlátozva, akkor a csomópont meghibásodik a tirisztor későbbi meghibásodásával. Olyan fordított feszültségeknél, amelyek nem haladják meg a letörési feszültséget, a tirisztor nagy ellenállású ellenállásként fog viselkedni.

Alacsony vezetőképességű zóna

Ebben a zónában ennek az ellenkezője igaz. A katódpotenciál negatív lesz az anódpotenciálhoz képest. Ezért a J 1 és J 3 egyenfeszültség, a J 2 pedig fordított feszültség kerül alkalmazásra. Az eredmény nagyon kicsi anódáram lesz.

Magas vezetőképességű zóna

Ha az anód-katód szakasz feszültsége elér egy értéket, az úgynevezett kapcsolási feszültséget, akkor a J2 átmenet lavinatörése következik be, és a tirisztor nagy vezetőképességű állapotba kerül. Ebben az esetben az U a több százról 1-2 voltra csökken. Ez a tirisztor típusától függ. A nagy vezetőképességű zónában az anódon átfolyó áram a külső elem terhelésétől függ, ami lehetővé teszi, hogy ebben a zónában zárt kapcsolónak tekintsük.

Ha áramot vezet át a vezérlőelektródán, a tirisztor bekapcsolási feszültsége csökken. Ez közvetlenül függ a vezérlőelektróda áramától, és ha értéke elég nagy, akkor gyakorlatilag nulla. Az áramkörben történő működéshez tirisztor kiválasztásakor úgy kell kiválasztani, hogy a hátra- és előremenő feszültségek ne haladják meg a megszakítási és kapcsolási feszültségek névleges értékét. Ha ezek a feltételek nehezen teljesíthetők, vagy az elemek paramétereiben nagy a szóródás (például 6300 V-os tirisztorra van szükség, és ennek legközelebbi értéke 1200 V), akkor néha az elemek bekapcsolása használt.

A megfelelő időben a vezérlőelektróda impulzusával átviheti a tirisztort a zárt állapotból a nagy vezetőképességű zónába. Az UE áramának általában nagyobbnak kell lennie, mint a minimális nyitási áram, és körülbelül 20-200 mA.

Amikor az anódáram elér egy bizonyos értéket, amelynél nem lehet kikapcsolni a tirisztort (kapcsolóáram), a vezérlő impulzus eltávolítható. Most a tirisztor csak úgy tud visszakapcsolni kikapcsolt állapotba, ha az áramot a tartóáram alá csökkenti, vagy fordított polaritású feszültséget kapcsol rá.

Működési videó és tranziens folyamatok grafikonjai

Fordított zárolási mód

Rizs. 3. Tirisztor fordított blokkolási mód

Két fő tényező korlátozza a fordított és az előre bontás rendszerét:

1. A kimerült terület szúrása.

A fordított blokkoló üzemmódban a készülék anódjára feszültséget kapcsolunk, amely negatív a katódhoz képest; a J1 és J3 csomópontok fordított előfeszítésűek, a J2 csomópont pedig előre előfeszített (lásd a 3. ábrát). Ebben az esetben az alkalmazott feszültség nagy része a J1 vagy J3 csomópontok egyikén esik le (a különböző régiók adalékolási fokától függően). Legyen ez J1 átmenet. Az n1 réteg W n1 vastagságától függően a letörést lavinaszaporodás (a kimerülési tartomány vastagsága a lebontás során kisebb, mint W n1) vagy lyukasztás (a kimerülési réteg a teljes n1 régióra kiterjed, és a J1 csomópontok) okozza. és a J2 zárva van).

Közvetlen zárolási mód

Közvetlen blokkolással az anód feszültsége pozitív a katódhoz képest, és csak a J2 csomópont van fordított előfeszítésű. A J1 és J3 csomópontok előre torzítottak. A legtöbb alkalmazott feszültség a J2 csomópontnál esik. A J1 és J3 csomópontokon keresztül kisebbségi hordozókat injektálnak a J2 csomóponttal szomszédos tartományokba, amelyek csökkentik a J2 csomópont ellenállását, növelik az áthaladó áramot és csökkentik a feszültségesést rajta. Az előremenő feszültség növekedésével a tirisztoron áthaladó áram kezdetben lassan növekszik, ami megfelel az áram-feszültség karakterisztika 0-1 szakaszának. Ebben az üzemmódban a tirisztor lezártnak tekinthető, mivel a J2 csomópont ellenállása még mindig nagyon magas. A tirisztoron áthaladó feszültség növekedésével a J2 feszültség aránya csökken, a J1 és J3 feszültsége pedig gyorsabban nő, aminek következtében a tirisztoron áthaladó áram tovább növekszik, és a kisebbségi hordozók befecskendezése a J2 tartományba. Egy bizonyos feszültségértéknél (tíz vagy száz volt nagyságrendű) ezt kapcsolási feszültségnek nevezzük. V BF(az áram-feszültség karakterisztika 1. pontja) a folyamat lavinaszerű jelleget kap, a tirisztor nagy vezetőképességű állapotba kerül (bekapcsol), és áram jön létre benne, amelyet a forrásfeszültség és az ellenállás határoz meg. a külső áramkörről.

Két tranzisztoros modell

Az eszköz jellemzőinek magyarázatára a közvetlen blokkoló módban két tranzisztoros modellt használnak. A tirisztort úgy tekinthetjük, mint egy pnp tranzisztor és egy npn tranzisztor csatlakozását, ahol mindegyik kollektora a másik aljához csatlakozik, amint az ábra mutatja. 4 trióda tirisztorhoz. A központi csomópont a J1 csomópont által beinjektált lyukak és a J3 csomópont által beinjektált elektronok gyűjtőjeként működik. Az emitteráramok közötti kapcsolat Én E, gyűjtő én Cés bázisok I Bábrán látható az α 1 p-n-p tranzisztor statikus áramerősítése is. 4, ahol I Co a kollektor-bázis átmenet fordított telítési árama.

Rizs. 4. Trióda tirisztor kéttranzisztoros modellje, tranzisztorok bekötése és áramviszony pnp tranzisztorban.

Hasonló összefüggések érhetők el n-p-n tranzisztor esetén, ha az áramok iránya megfordul. ábrából A 4. ábrából az következik, hogy az n-p-n tranzisztor kollektorárama egyben a p-n-p tranzisztor bázisárama is. Hasonlóképpen a p-n-p tranzisztor kollektorárama és a vezérlőáram Ig az n-p-n tranzisztor alapjába áramlik. Ennek eredményeként, ha a zárt hurokban a teljes nyereség meghaladja az 1-et, lehetségessé válik a regenerációs folyamat.

A pnp tranzisztor bázisárama az I B1= (1 - α 1) én A - Én Co1. Ez az áram az npn tranzisztor kollektorán is átfolyik. Egy n-p-n tranzisztor kollektorárama α 2 erősítéssel egyenlő I C2= α 2 én K + ICo2.

Egyenlítés I B1És I C2, azt kapjuk, hogy (1 - α 1) én A - Én Co1= α 2 én K + ICo2. Mert én K = én A + Ig, Azt

Rizs. 5. Energiasáv diagram forward bias módban: egyensúlyi állapot, előrefelé blokkoló mód és előre vezetési mód.

Ez az egyenlet az eszköz statikus jellemzőit írja le a feszültségtartományban egészen a meghibásodásig. Meghibásodás után a készülék p-i-n diódaként működik. Vegyük észre, hogy az egyenlet jobb oldalának számlálójában minden tag kicsi, ezért míg az α 1 + α 2 tag< 1, ток én A kicsi (Maga az α1 és α2 együttható attól függ én Aés általában növekvő áramerősséggel nőnek) Ha α1 + α2 = 1, akkor a tört nevezője nullára megy, és közvetlen meghibásodás következik be (vagy a tirisztor bekapcsol). Meg kell jegyezni, hogy ha az anód és a katód közötti feszültség polaritása megfordul, akkor a J1 és J3 csomópontok fordított előfeszítésűek, a J2 pedig előre előfeszítettek lesznek. Ilyen körülmények között nem történik meghibásodás, mivel csak a központi csomópont működik emitterként, és a regenerációs folyamat lehetetlenné válik.

A kimerülési rétegek szélessége és az energiasáv diagramok egyensúlyi állapotban, direkt blokkolási és direkt vezetési módban a 2. ábrán láthatók. 5. Egyensúlyban az egyes átmenetek kimerülési tartományát és az érintkezési potenciált a szennyeződés eloszlási profilja határozza meg. Ha pozitív feszültséget kapcsolunk az anódra, a J2 csomópont fordított, míg a J1 és J3 átmenetek hajlamosak előre előfeszítettre. Az anód és a katód közötti feszültségesés megegyezik az átmenetek közötti feszültségesések algebrai összegével: V AK = V 1 + V 2 + V 3. A feszültség növekedésével az eszközön áthaladó áram növekszik, és ennek következtében az α1 és α2 növekszik. E folyamatok regeneratív jellege miatt a készülék végül nyitott állapotba kerül. A tirisztor bekapcsolása után a rajta átfolyó áramot korlátozni kell a külső terhelési ellenállással, különben a tirisztor meghibásodik, ha a feszültség elég magas. Bekapcsolt állapotban a J2 csomópont előrefelé van előfeszítve (5. ábra, c), és a feszültségesés V AK = (V 1 - | V 2| + V 3) megközelítőleg egyenlő az egyik előrefeszített átmenet feszültségének és a telített tranzisztoron fellépő feszültség összegével.

Közvetlen vezetési mód

Amikor a tirisztor bekapcsolt állapotban van, mindhárom csomópont előre feszített. A p1 tartományból lyukakat fecskendeznek be, az n2 tartományból az elektronokat, és az n1-p2-n2 struktúra a telített tranzisztorhoz hasonlóan viselkedik, a diódaérintkezőt eltávolítva az n1 tartományba. Ezért az eszköz egészében hasonló egy p-i-n (p + -i-n +) diódához...

A tirisztorok osztályozása

• dióda tirisztor (további név "dinistor") - egy tirisztor két kivezetéssel
  • Dióda tirisztor, nem fordított vezető
  • dióda tirisztor, ellenkező irányba vezet
  • Dióda szimmetrikus tirisztor (további név "diac")
• trióda tirisztor (további név "tirisztor") - egy tirisztor három kivezetéssel
  • trióda tirisztor, nem vezet az ellenkező irányba (további név "tirisztor")
  • trióda tirisztor, ellenkező irányban vezet (további név "tirisztor-dióda")
  • trióda szimmetrikus tirisztor (további név "triac", informális név "triac")
  • trióda tirisztor aszimmetrikus
  • kapcsolható tirisztor (más néven "trióda kapcsolható tirisztor")

A különbség a dinisztor és a trinistor között

Nincs alapvető különbség a dinisztor és a trinisztor között, azonban ha egy dinisztor nyitása akkor következik be, amikor az anód és a katód kapcsai között egy bizonyos feszültséget elérünk, az adott dinisztor típusától függően, akkor a trinistorban a nyitási feszültség speciálisan csökkenthető, ha meghatározott időtartamú és nagyságú áramimpulzust adunk a vezérlőelektródára, pozitív potenciálkülönbséggel az anód és a katód között, és a trinisztor kialakítása csak vezérlőelektróda jelenlétében tér el. Az SCR-ek a „tirisztorok” családjának leggyakoribb eszközei.

A különbség a trióda tirisztor és a kikapcsolt tirisztor között

A hagyományos tirisztorok zárt állapotába való átkapcsolás úgy történik, hogy a tirisztoron átmenő áramot az értékre csökkentik. én h, vagy a katód és az anód közötti feszültség polaritás megváltoztatásával.

A kapcsolható tirisztorok a hagyományos tirisztoroktól eltérően a vezérlőelektróda áramának hatására zárt állapotból nyitott állapotba és fordítva válthatnak át. A lekapcsolt tirisztor zárásához ellentétes polaritású áramot kell átvezetni a vezérlőelektródán, mint a nyitást okozó polaritás.

Triac

A triac (szimmetrikus tirisztor) egy félvezető eszköz, felépítésében analóg két tirisztor egymás melletti összekapcsolásával. Mindkét irányban képes az elektromos áram átvezetésére.

A tirisztorok jellemzői

A modern tirisztorokat 1 mA és 10 kA közötti áramerősségre gyártják; több V-tól több kV-ig terjedő feszültségekhez; az előremenő áram növekedési sebessége bennük eléri a 10 9 A/s-ot, a feszültség - 10 9 V/s, a bekapcsolási idő néhány tizedtől több tíz mikroszekundumig, a kikapcsolási idő több egységtől több száz mikroszekundumig terjed; A hatásfok eléri a 99%-ot.

Alkalmazás

• Szabályozott egyenirányítók
• Átalakítók (inverterek)
• Teljesítményszabályozók (dimmerek)

Lásd még

• CDI (kondenzátorkisütéses gyújtás)

Megjegyzések

Irodalom

• GOST 15133-77.
• Kublanovszkij. Ya. S. Tirisztoros készülékek. - 2. kiadás, átdolgozva. és további - M.: Rádió és Hírközlés, 1987. - 112 p.: ill. - (Tömegrádió Könyvtár. 1104. szám).

Linkek

• Tirisztorok: működési elv, kialakítás, típusok és beépítési módok
• Tirisztorok és triacok vezérlése mikrokontrolleren vagy digitális áramkörön keresztül
• Átalakító eszközök az áramellátó rendszerekben
• Rogacsev K.D. Modern tápkapcsolós tirisztorok.
• Importált tirisztorok hazai analógjai
• Tirisztorok és analógok jegyzékei, Tirisztorok cseréje, diódák cseréje Zener diódák

Passzív szilárd állapot	Ellenállás Változó ellenállás Trimmer ellenállás Varisztor Kondenzátor Változó kondenzátor Trimmer kondenzátor Induktor Kvarc rezonátor· Biztosíték · Önvisszaállító biztosíték Transzformátor
Aktív szilárdtest	Dióda· LED · Fotodióda · Félvezető lézer · Schottky dióda· Zener dióda · Stabilizátor · Varicap · Varicond · Dióda híd · Lavina dióda · Alagút dióda · Gunn dióda Tranzisztor · Bipoláris tranzisztor · Mezőhatású tranzisztor · CMOS tranzisztor ·

Az ábrákon és a műszaki dokumentációkban gyakran használnak különféle kifejezéseket és szimbólumokat, de nem minden kezdő villanyszerelő ismeri a jelentésüket. Javasoljuk, hogy megvitassuk, mik a hegesztési teljesítményű tirisztorok, működési elveik, ezen eszközök jellemzői és jelölései.

Mi a tirisztor és típusai

Sokan láttak már tirisztorokat a „Futótűz” füzérben, ez a legegyszerűbb példa a leírt eszközre és működésére. A szilícium egyenirányító vagy tirisztor nagyon hasonló a tranzisztorhoz. Ez egy többrétegű félvezető eszköz, amelynek fő anyaga szilícium, leggyakrabban műanyag házban. Tekintettel arra, hogy működési elve nagyon hasonlít egy egyenirányító diódához (AC egyenirányító eszközök vagy dinisztorok), a diagramokon szereplő jelölés gyakran ugyanaz - ez az egyenirányító analógjának tekinthető.

Fotó – Futótűz-füzér diagram

Vannak:

• ABB lekapcsoló tirisztorok (GTO),
• szabványos SEMIKRON,
• erős TL-171 típusú lavina,
• optocsatolók (mondjuk TO 142-12.5-600 vagy MTOTO 80 modul),
• szimmetrikus TS-106-10,
• alacsony frekvenciájú MTT-k,
• triac BTA 16-600B vagy VT mosógépekhez,
• frekvencia TBC,
• külföldi TPS 08,
• TYN 208.

Ugyanakkor az IGBT vagy IGCT típusú tranzisztorokat nagyfeszültségű eszközökhöz (kemencékhez, szerszámgépekhez és egyéb ipari automatizáláshoz) használják.

Fotó – Tirisztor

De ellentétben a diódával, amely egy kétrétegű (PN) tranzisztor (PNP, NPN), a tirisztor négy rétegből áll (PNPN), és ez a félvezető eszköz három p-n átmenetet tartalmaz. Ebben az esetben a dióda egyenirányítók kevésbé hatékonyak. Ezt jól mutatja a tirisztoros vezérlőáramkör, valamint bármely villanyszerelő kézikönyve (például a könyvtárban ingyenesen elolvashatja Zamyatin szerző könyvét).

A tirisztor egy egyirányú váltóáramú konverter, vagyis csak egy irányba vezeti az áramot, de a diódától eltérően a készülék nyitott áramkörű kapcsolóként vagy egyenáramú egyenirányító diódaként is működhet. Más szóval, a félvezető tirisztorok csak kapcsolási módban működhetnek, és nem használhatók erősítő eszközként. A tirisztoron lévő kulcs nem képes önmagában zárt helyzetbe mozdulni.

A szilícium vezérlésű egyenirányító egyike a számos teljesítmény félvezető eszköznek, a triacokkal, AC diódákkal és unijunkciós tranzisztorokkal együtt, amelyek nagyon gyorsan tudnak váltani egyik üzemmódból a másikba. Az ilyen tirisztort nagy sebességűnek nevezik. Természetesen itt nagy szerepe van a készülék osztályának.

Tirisztor alkalmazása

A tirisztorok célja nagyon eltérő lehet, például nagyon népszerűek a tirisztorokat használó házi hegesztő inverterek, egy autótöltő (tirisztor a tápegységben) és még egy generátor is. Tekintettel arra, hogy maga a készülék kis- és nagyfrekvenciás terhelést is képes átadni, hegesztőgépekhez való transzformátorhoz is használható (a hídjuk pontosan ezeket az alkatrészeket használja). Az alkatrész működésének vezérléséhez ebben az esetben a tirisztoron feszültségszabályozóra van szükség.

Fotó - a LATR helyett tirisztor használata

Ne feledkezzünk meg a motorkerékpárok gyújtási tirisztoráról sem.

A kialakítás és a működési elv leírása

A tirisztor három részből áll: „Anód”, „Katód” és „Bemenet”, amelyek három p-n csomópontból állnak, amelyek nagyon nagy sebességgel kapcsolhatnak „BE” és „KI” állások között. De ugyanakkor az „ON” állásból különböző időtartamokra, azaz több félciklusra is átkapcsolható, hogy bizonyos mennyiségű energiát juttathasson a rakományba. A tirisztor működése jobban megmagyarázható, ha feltételezzük, hogy két egymáshoz kapcsolódó tranzisztorból áll, mint egy pár kiegészítő regeneratív kapcsoló.

A legegyszerűbb mikroáramkörök két tranzisztort mutatnak be, amelyek oly módon vannak kombinálva, hogy a kollektoráram a „Start” parancs után az NPN tranzisztor TR 2 csatornáiba közvetlenül a TR 1 PNP tranzisztorba áramlik. Ekkor a TR-ből származó áram 1 áramlik a csatornákba a TR 2 alapjaiba. Ez a két összekapcsolt tranzisztor úgy van elrendezve, hogy az alap-emitter a másik tranzisztor kollektor-emitterétől kapja az áramot. Ehhez párhuzamos elhelyezésre van szükség.

Fotó – KU221IM tirisztor

Minden biztonsági intézkedés ellenére a tirisztor önkéntelenül egyik pozícióból a másikba mozdulhat. Ez az áramerősség, a hőmérséklet-változások és más különféle tényezők miatt következik be. Ezért, mielőtt megvásárolná a KU202N, T122 25, T 160, T 10 10 tirisztort, nem csak tesztelővel (gyűrűvel) kell ellenőriznie, hanem meg kell ismerkednie a működési paraméterekkel is.

Tipikus tirisztor áram-feszültség karakterisztika

Ennek az összetett témának a megvitatásához nézze meg a tirisztor áram-feszültség jellemzőinek diagramját:

Fotó - a tirisztor áram-feszültség jellemzői

1. A 0 és (Vо,IL) közötti szegmens teljes mértékben megfelel a készülék közvetlen zárásának;
2. A Vvo szakaszban a tirisztor „BE” állásban van;
3. A zónák (Vvo, IL) és (Vн,In) közötti szegmens a tirisztor bekapcsolt állapotában az átmeneti helyzet. Ezen a területen lép fel az úgynevezett dinisztor-effektus;
4. A pontok (Vн,In) viszont az eszköz közvetlen nyitását mutatják a grafikonon;
5. A 0 és Vbr pont az a szakasz, ahol a tirisztor ki van kapcsolva;
6. Ezt követi a Vbr szegmens - ez jelzi a fordított bontási módot.

Természetesen a modern nagyfrekvenciás rádióalkatrészek egy áramkörben elenyésző mértékben befolyásolhatják az áram-feszültség karakterisztikát (hűtők, ellenállások, relék). Ezenkívül a szimmetrikus fototirisztorok, az SMD zener-diódák, az optotirisztorok, a triódák, az optocsatolók, az optoelektronikai és egyéb modulok eltérő áram-feszültség jellemzőkkel rendelkezhetnek.

Fotó - a tirisztorra jellemző áram-feszültség

Továbbá felhívjuk a figyelmet arra, hogy ebben az esetben a terhelés bemenetén történik a készülékvédelem.

Tirisztor ellenőrzés

Mielőtt megvásárolna egy eszközt, tudnia kell, hogyan kell tesztelni a tirisztort multiméterrel. A mérőeszköz csak úgynevezett teszterhez köthető. Az alábbiakban bemutatjuk azt a diagramot, amellyel egy ilyen eszköz összeállítható:

Fotó – tirisztor teszter

A leírás szerint az anódra pozitív, a katódra negatív feszültséget kell kapcsolni. Nagyon fontos, hogy olyan értéket használjunk, amely megfelel a tirisztor felbontásának. A rajzon 9-12 V névleges feszültségű ellenállások láthatók, ami azt jelenti, hogy a teszter feszültsége valamivel magasabb, mint a tirisztoré. Az eszköz összeszerelése után megkezdheti az egyenirányító ellenőrzését. A bekapcsoláshoz meg kell nyomnia az impulzusjeleket küldő gombot.

A tirisztor tesztelése nagyon egyszerű: egy gomb rövid időre nyitási jelet küld (a katódhoz képest pozitív) a vezérlőelektródára. Ezt követően, ha a tirisztoron kigyulladnak a menetlámpák, a készülék üzemképtelennek minősül, de a nagy teljesítményű készülékek nem mindig reagálnak azonnal a terhelés megérkezése után.

Fotó - tesztelő áramkör tirisztorokhoz

A készülék ellenőrzése mellett javasolt a tirisztorokhoz és triacokhoz speciális vezérlők vagy OWEN BOOST vagy más márkájú vezérlőegységek használata is, ez megközelítőleg ugyanúgy működik, mint egy tirisztor teljesítményszabályzója. A fő különbség a feszültségek szélesebb tartománya.

Videó: a tirisztor működési elve

Műszaki adatok

Tekintsük a KU 202e sorozatú tirisztor műszaki paramétereit. Ez a sorozat olyan háztartási kis teljesítményű készülékeket mutat be, amelyek fő felhasználása a háztartási készülékekre korlátozódik: elektromos kemencék, fűtőtestek stb.

Az alábbi rajz a tirisztor kivezetését és fő részeit mutatja.

Fotó – ku 202

1. Állítsa be a fordított bekapcsolási feszültséget (max.) 100 V-ra
2. Zárt feszültség 100 V
3. Impulzus nyitott helyzetben – 30 A
4. Ismételt impulzus nyitott helyzetben 10 A
5. Közepes feszültség<=1,5 В
6. Kioldó feszültség >=0,2 V
7. Állítsa az áramot nyitott helyzetbe<=4 мА
8. Fordított áram<=4 мА
9. Állandó típusú nyitóáram<=200 мА
10. Állítsa be az állandó feszültséget<=7 В
11. Időben<=10 мкс
12. Leállási idő<=100 мкс

A készülék mikromásodperceken belül bekapcsol. Ha ki kell cserélnie a leírt eszközt, akkor forduljon egy elektromos üzletben eladó tanácsadóhoz - a diagram szerint kiválaszthatja az analógot.

Fotó – Ku202n tirisztor

A tirisztor ára a márkától és jellemzőitől függ. Javasoljuk, hogy vásároljon háztartási eszközöket - tartósabbak és megfizethetőbbek. A spontán piacokon kiváló minőségű, nagy teljesítményű konvertert vásárolhat akár száz rubelért.

A teljesítményelektronikai félvezető eszközök létrehozása 1953-ban kezdődött, amikor lehetővé vált a nagy tisztaságú szilícium előállítása és a nagy méretű szilíciumlemezek formálása. 1955-ben hoztak létre először egy félvezető vezérlésű eszközt, amelynek négyrétegű szerkezete volt, és „tirisztornak” nevezték.

Úgy kapcsolták be, hogy impulzust adtak a vezérlőelektródára pozitív feszültséggel az anód és a katód között. A tirisztor kikapcsolását a rajta átfolyó egyenáram nullára csökkentése biztosítja, amelyhez számos induktív-kapacitív kapcsolóáramkört fejlesztettek ki. Nemcsak az átalakító költségét növelik, hanem rontják súlyát és méreteit, valamint csökkentik a megbízhatóságot.

Ezért a tirisztor megalkotásával egyidejűleg megkezdődtek a kutatások, amelyek a vezérlőelektródán keresztül történő kikapcsolását célozták. A fő probléma a töltéshordozók gyors felszívódásának biztosítása volt a bázisterületeken.

Az első ilyen tirisztorok 1960-ban jelentek meg az USA-ban. Gate Turn Off-nak (GTO) hívták őket. Nálunk inkább zárható vagy kapcsolható tirisztorok néven ismertek.

A 90-es évek közepén egy lekapcsolható tirisztort fejlesztettek ki gyűrűs csatlakozóval a vezérlőelektródához. Kapu-kommutált tirisztornak (GCT) hívták, és a GTO technológia továbbfejlesztése lett.

Tirisztorok GTO

Eszköz

A lekapcsolható tirisztor egy klasszikus négyrétegű szerkezeten alapuló, teljesen vezérelhető félvezető eszköz. Be- és kikapcsolása pozitív és negatív áramimpulzusokkal történik a vezérlőelektródán. ábrán. Az 1. ábrán a kikapcsolt tirisztor szimbóluma (a) és blokkvázlata (b) látható. A hagyományos tirisztorokhoz hasonlóan K katódja, A anódja és G vezérlőelektródája van. Az eszközök szerkezeti különbségei az n- és p-vezetőképességű vízszintes és függőleges rétegek eltérő elrendezésében rejlenek.

A legnagyobb változáson az n katódréteg kialakítása ment keresztül. Több száz elemi cellára oszlik, egyenletesen elosztva a területen, és párhuzamosan kapcsolódnak. Ezt a kialakítást az a vágy okozza, hogy az eszköz kikapcsolásakor egyenletes áramcsökkentést biztosítsanak a félvezető szerkezet teljes területén.

A p alapréteg annak ellenére, hogy egyetlen egységként készült, nagy számú vezérlőelektróda érintkezővel rendelkezik (körülbelül a katódcellák számával megegyezően), amelyek szintén egyenletesen vannak elosztva a területen és párhuzamosan kapcsolódnak. Az n alapréteg a hagyományos tirisztorok megfelelő rétegéhez hasonlóan készül.

A p anódrétegnek vannak söntjei (n zónák), ​​amelyek az n-bázist az anódérintkezővel kapcsolják össze kis elosztott ellenállásokon keresztül. Az anód sönteket olyan tirisztorokban használják, amelyek nem rendelkeznek fordított blokkolási képességgel. Úgy tervezték, hogy csökkentsék a készülék leállási idejét azáltal, hogy javítják a töltések kivonásának feltételeit az n alaprégióból.

A GTO tirisztorok fő kialakítása tabletta típusú, négyrétegű szilícium lapkával, amely hőmérséklet-kiegyenlítő molibdén korongok között van elhelyezve két, megnövelt hő- és elektromos vezetőképességű réz alap között. A vezérlőelektróda, amelynek érintkezője kerámiaházban van, érintkezik a szilícium lapkával. A készüléket a hűtőrendszer két fele közötti érintkezési felületek rögzítik, amelyek egymástól el vannak szigetelve, és kialakításuk a hűtőrendszer típusától függ.

Működési elve

A GTO tirisztor ciklus négy fázisból áll: be, vezető, ki és blokkolás.

A tirisztor szerkezet vázlatos metszetében (1. ábra, b) a szerkezet alsó kivezetése anód. Az anód érintkezik a p réteggel, majd alulról felfelé van: n alapréteg, p alapréteg (ellenőrző elektróda kivezetéssel), n réteg, amely közvetlenül érintkezik a katód kivezetéssel. Négy réteg három p-n csomópontot alkot: j1 a p és n rétegek között; j2 az n és p rétegek között, j3 a p és n rétegek között.

1. fázis- befogadás. A tirisztor szerkezetének átmenete a blokkoló állapotból a vezető állapotba (bekapcsolás) csak akkor lehetséges, ha az anód és a katód között egyenfeszültség van kapcsolva. A j1 és j3 átmenetek előrefelé tolódnak el, és nem zavarják a töltéshordozók áthaladását. A teljes feszültség a j2 középső csomópontra kerül, amely fordított előfeszítésű. A j2 átmenet közelében egy töltéshordozóktól megfogyatkozott zóna jön létre, amit tértöltési régiónak nevezünk. A GTO tirisztor bekapcsolásához az U G pozitív polaritású feszültséget a vezérlő elektródára és a katódra kapcsolják a vezérlő áramkörön keresztül (a „+” kivezetés a p réteghez). Ennek eredményeként az I G kapcsolóáram átfolyik az áramkörön.

A lekapcsolható tirisztorok szigorú követelményeket támasztanak a dIG/dt él lejtésével és az IGM vezérlőáram amplitúdójával kapcsolatban. A j3 csomóponton a szivárgó áramon kívül az I G bekapcsolási áram is folyni kezd. Az áramot létrehozó elektronok az n rétegből a p rétegbe injektálódnak. Ezután ezek egy részét a j2 alapátmenet elektromos tere átviszi az n rétegbe.

Ezzel egyidejűleg megnő a lyukak ellenfecskendezése a p rétegből az n rétegbe, majd a p rétegbe, azaz. Növekszik a kisebbségi töltéshordozók által létrehozott áram.

A j2 alapcsomóponton áthaladó összáram meghaladja a bekapcsolási áramot, a tirisztor kinyílik, majd a töltéshordozók szabadon áthaladnak mind a négy tartományán.

2. fázis- vezető állapot. Egyenáramú áramlási módban nincs szükség I G vezérlőáramra, ha az anódáramkörben az áram meghaladja a tartóáramot. A gyakorlatban azonban ahhoz, hogy a kikapcsolt tirisztor összes szerkezete folyamatosan vezető állapotban legyen, továbbra is fenn kell tartani az adott hőmérsékleti rendszerhez biztosított áramerősséget. Így a teljes bekapcsolási és vezetési állapot alatt a vezérlőrendszer pozitív polaritású áramimpulzust generál.

Vezető állapotban a félvezető szerkezet minden területe biztosítja a töltéshordozók egyenletes mozgását (elektronok a katódról az anódra, ellentétes irányú lyukak). Az anódáram a j1, j2 átmeneten, az anód és a vezérlőelektróda teljes árama pedig a j3 átmeneten keresztül folyik.

3. fázis- Leállitás. Az állandó U T feszültségpolaritású GTO tirisztor kikapcsolásához (lásd a 3. ábrát) a vezérlőáramkörön keresztül negatív polaritású UGR feszültséget kapcsolunk a vezérlőelektródára és a katódra. Lekapcsoló áramot okoz, melynek áramlása a p alaprétegben a fő töltéshordozók (lyukak) felszívódásához vezet. Más szóval, az n alaprétegből a p rétegbe belépő lyukak és a vezérlőelektródán keresztül ugyanabba a rétegbe belépő elektronok rekombinációja létezik.

Ahogy a j2 alapcsomópont megszabadul tőlük, a tirisztor elkezd kikapcsolni. Ezt a folyamatot a tirisztor előremenő áramának I T erős csökkenése jellemzi rövid időn belül kis I TQT értékre (lásd 2. ábra). A j2 alapátmenet reteszelése után azonnal a j3 átmenet zárni kezd, azonban a vezérlőkörök induktivitájában tárolt energia miatt egy ideig kissé nyitott állapotban marad.

Rizs. 2. Az anódáram (iT) és a vezérlőelektróda (iG) változásának grafikonjai

Miután a vezérlőáramkör induktivitásában tárolt összes energia elhasználódott, a katódoldali j3 csomópont teljesen kikapcsol. Ettől kezdve a tirisztoron áthaladó áram egyenlő a szivárgási árammal, amely az anódról a katódra folyik a vezérlőelektróda áramkörén keresztül.

A rekombináció folyamata, és ezáltal a kikapcsolási tirisztor kikapcsolása nagymértékben függ az elülső dIGQ/dt meredekségétől és a fordított vezérlőáram I GQ amplitúdójától. Az áram szükséges meredekségének és amplitúdójának biztosításához a vezérlőelektródára UG feszültséget kell alkalmazni, amely nem haladhatja meg a j3 átmenetre megengedett értéket.

4. fázis- blokkoló állapot A blokkoló állapot üzemmódban a vezérlőegység U GR negatív polaritású feszültsége a vezérlőelektródára és a katódra kapcsolva marad. Az I GR összáram átfolyik a vezérlő áramkörön, amely a tirisztor szivárgási áramából és a j3 csomóponton áthaladó fordított vezérlőáramból áll. A j3 átmenet fordított torzítású. Így egy GTO tirisztorban előremenő blokkoló állapotban két csomópont (j2 és j3) fordított előfeszítés és két tértöltési tartomány jön létre.

A teljes leállási és blokkolási állapot alatt a vezérlőrendszer negatív polaritású impulzust generál.

Biztonsági áramkörök

A GTO tirisztorok használata speciális védőáramkörök használatát igényli. Megnövelik a tömeget és a méreteket, az átalakító költségét, és esetenként további hűtőberendezéseket igényelnek, de szükségesek az eszközök normál működéséhez.

Bármely védőáramkör célja, hogy korlátozza az elektromos energia két paramétere közül az egyik növekedési sebességét félvezető eszköz kapcsolásakor. Ebben az esetben a CB védőáramkör kondenzátorai (3. ábra) párhuzamosan vannak csatlakoztatva a T védett eszközzel. Ezek korlátozzák a dUT/dt előremenő feszültség növekedési sebességét a tirisztor kikapcsolásakor.

Az LE fojtótekercsek sorba vannak szerelve a T eszközzel. Korlátozzák a dIT/dt előremenő áram növekedési sebességét a tirisztor bekapcsolásakor. Az egyes eszközök dUT/dt és dIT/dt értékei szabványosak, a referenciakönyvekben és az eszközök útlevéladataiban szerepelnek.

Rizs. 3. Védőkapcsolási rajz

A kondenzátorokon és fojtótekercseken kívül további elemeket is használnak a védőáramkörökben a reaktív elemek kisütésének és töltésének biztosítására. Ezek a következők: DB dióda, amely megkerüli az RB ellenállást, amikor a T tirisztor ki van kapcsolva és a CB kondenzátor fel van töltve, RB ellenállás, amely korlátozza a CB kondenzátor kisülési áramát, amikor a T tirisztor be van kapcsolva.

Vezérlő rendszer

A vezérlőrendszer (CS) a következő funkcionális blokkokat tartalmazza: egy engedélyező áramkör, amely egy feloldó impulzust generáló áramkörből és egy jelforrásból áll, amely a tirisztort nyitott állapotban tartja; áramkör reteszelő jel generálására; áramkör a tirisztor zárt állapotban tartásához.

Nem minden típusú vezérlőrendszerhez szükséges az összes felsorolt ​​blokk, de minden vezérlőrendszernek tartalmaznia kell a feloldó és reteszelő impulzusok generálására szolgáló áramköröket. Ebben az esetben biztosítani kell a vezérlőáramkör és a kikapcsolt tirisztor tápáramkörének galvanikus leválasztását.

A kikapcsolt tirisztor működésének szabályozására két fő vezérlőrendszert alkalmaznak, amelyek a vezérlőelektróda jelellátásának módjában különböznek egymástól. ábrán bemutatott esetben. A 4. ábra szerint az St logikai blokk által generált jelek galvanikus leválasztásnak (potenciálleválasztásnak) vannak kitéve, majd az SE és SA gombokon keresztül a lekapcsolt T tirisztor vezérlőelektródájára jutnak. A második esetben a jelek először nyomja meg az SE (be) és SA (ki) gombokat, amelyek a vezérlőegységgel azonos potenciál alatt vannak, majd az UE és UA galvanikus leválasztó eszközökön keresztül a vezérlőelektródához jutnak.

Az SE és SA gombok elhelyezkedésétől függően alacsony potenciálú (NPSU) és magas potenciálú (VPSU, 4. ábra) vezérlési sémákat különböztetünk meg.

Rizs. 4. Vezérlőáramkör opció

Az NPSU vezérlőrendszer szerkezetileg egyszerűbb, mint a VPSU, de képességei korlátozottak a tirisztoron átfolyó egyenáram üzemmódban működő, hosszú távú vezérlőjelek generálására, valamint a vezérlőimpulzusok meredekségének biztosítására. A hosszú távú jelek generálásához drágább push-pull áramkörök használata szükséges.

A VPSU-ban könnyebben elérhető a nagy meredekség és a vezérlőjel hosszabb időtartama. Ezenkívül itt a vezérlőjel teljes mértékben felhasználásra kerül, míg az NPSU-ban annak értékét egy potenciálleválasztó eszköz (például egy impulzustranszformátor) korlátozza.

Az információs jelet - a be- vagy kikapcsolási parancsot - általában egy optoelektronikus átalakítón keresztül juttatják az áramkörbe.

Tirisztorok GCT

A 90-es évek közepén az ABB és a Mitsubishi kifejlesztett egy új típusú kapukommutált tirisztort (GCT). Valójában a GCT a GTO továbbfejlesztése, vagy annak modernizálása. A vezérlőelektróda alapvetően új kialakítása, valamint a készülék kikapcsolásakor fellépő, érezhetően eltérő folyamatok azonban érdemes megfontolni.

A GCT-t úgy tervezték, hogy mentes legyen a GTO hiányosságaitól, ezért először a GTO-val kapcsolatban felmerülő problémákkal kell foglalkoznunk.

A GTO fő hátránya a nagy energiaveszteség a készülék védőáramköreiben a kapcsolás során. A frekvencia növelése növeli a veszteségeket, ezért a gyakorlatban a GTO tirisztorokat legfeljebb 250-300 Hz frekvenciával kapcsolják. A fő veszteségek az RB ellenállásban jelentkeznek (lásd a 3. ábrát), amikor a T tirisztort kikapcsolják, és ennek következtében a CB kondenzátor lemerül.

A CB kondenzátort úgy tervezték, hogy korlátozza a du/dt előremenő feszültség növekedési sebességét, amikor a készülék ki van kapcsolva. A tirisztor du/dt effektusra érzéketlenné tételével sikerült elhagyni a snubber áramkört (a kapcsolási útképző áramkört), amelyet a GCT tervezésben megvalósítottak.

Vezérlési és tervezési jellemzők

A GCT tirisztorok fő jellemzője a GTO eszközökhöz képest a gyors leállítás, amelyet mind a vezérlési elv megváltoztatásával, mind a készülék kialakításának javításával érnek el. A gyors leállítás úgy valósul meg, hogy kikapcsolt állapotban a tirisztor szerkezetet tranzisztoros szerkezetté alakítják, ami érzéketlenné teszi a készüléket a du/dt effektusra.

A GCT vezérlése a bekapcsolási, vezetőképes és blokkoló fázisban ugyanúgy történik, mint a GTO. Kikapcsolt állapotban a GCT vezérlőnek két funkciója van:

• az Ig vezérlőáram egyenlő vagy meghaladja az Ia anódáramot (GTO tirisztoroknál az Ig 3-5-ször kisebb);
• a vezérlő elektróda alacsony induktivitással rendelkezik, ami lehetővé teszi 3000 A/µs vagy annál nagyobb dig/dt vezérlőáram növekedési sebesség elérését (GTO tirisztoroknál a dig/dt érték 30-40 A/µs).

Rizs. 5. Az áramok eloszlása ​​a GCT tirisztor szerkezetében kikapcsolt állapotban

ábrán. Az 5. ábra mutatja az áramok eloszlását a GCT tirisztor szerkezetében, amikor a készülék ki van kapcsolva. Mint említettük, a bekapcsolási folyamat hasonló a GTO tirisztorok bekapcsolásához. A leállítási folyamat más. Az anódáram (Ia) amplitúdójával megegyező amplitúdójú negatív vezérlő impulzus (-Ig) alkalmazása után a készüléken áthaladó összes egyenáram a vezérlőrendszerbe kerül, és eléri a katódot, megkerülve a j3 átmenetet (a p és tartományok között). n). A j3 csomópont fordított előfeszítésű, és az npn katódtranzisztor kikapcsol. A GCT további kikapcsolása hasonló bármely bipoláris tranzisztor kikapcsolásához, amely nem igényli a du/dt előremenő feszültség növekedési sebességének külső korlátozását, és ezért lehetővé teszi a csillapító lánc hiányát.

A GCT tervezésében bekövetkezett változás annak köszönhető, hogy a készülékben kikapcsolt állapotban fellépő dinamikus folyamatok egy-két nagyságrenddel gyorsabban mennek végbe, mint a GTO-ban. Tehát, ha a GTO minimális kikapcsolási és blokkolási ideje 100 μs, a GCT esetében ez az érték nem haladja meg a 10 μs-ot. A vezérlőáram növekedési sebessége a GCT kikapcsolásakor 3000 A/µs, GTO - nem haladja meg a 40 A/µs értéket.

A kapcsolási folyamatok magas dinamikájának biztosítása érdekében a vezérlőelektróda kimenetének kialakítását és a készüléknek a vezérlőrendszer impulzusformálójához való csatlakozását megváltoztattuk. A kimenet egy gyűrűben készül, körbe véve a készüléket. A gyűrű áthalad a tirisztor kerámia testén, és érintkezik: belül a vezérlőelektróda celláival; kívül - a vezérlőelektródát az impulzusképzővel összekötő lemezzel.

A GTO tirisztorokat jelenleg több nagy cég gyártja Japánban és Európában: Toshiba, Hitachi, Mitsubishi, ABB, Eupec. Eszközparaméterek UDRM feszültséghez: 2500 V, 4500 V, 6000 V; aktuális ITGQM (maximális ismétlődő reteszelőáram): 1000 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A, 4000 A, 6000 A.

A GCT tirisztorokat a Mitsubishi és az ABB gyártja. Az eszközöket 4500 V-ig UDRM-feszültségre és 4000 A-ig ITGQM-áramra tervezték.

Jelenleg a GCT és GTO tirisztorokat az orosz Elektrovypryamitel OJSC (Saransk) cég gyártja.TZ-243, TZ-253, TZ-273, ZTA-173, ZTA-193, ZTF-193 sorozatú tirisztorokat gyártanak (hasonlóan GCT ) stb., legfeljebb 125 mm-es szilícium lapka átmérőjű, UDRM 1200-6000 V feszültségtartománysal és 630-4000 A ITGQM áramerősséggel.

A lekapcsoló tirisztorokkal párhuzamosan és azokkal együtt történő használatra a JSC Elektrovypryamitel kifejlesztett és sorozatgyártásba helyezett gyors helyreállítású diódákat csillapító (snubber) áramkörökhöz és fordított áramú diódákhoz, valamint erős impulzustranzisztort a kimeneti fokozatokhoz. a vezérlő meghajtójának (vezérlőrendszernek).

Tirisztorok IGCT

Köszönhetően a szigorú ellenőrzés koncepciójának (ötvözőprofilok finomszabályozása, mesa technológia, proton- és elektronbesugárzás a szabályozott rekombinációs központok speciális eloszlásának kialakítása érdekében, az úgynevezett transzparens vagy vékony emitterek technológiája, pufferréteg alkalmazása a n-bázis régió, stb.) kikapcsolt állapotban jelentős javulást lehetett elérni a GTO jellemzőiben. A HD GTO technológia következő nagy előrelépése eszköz, vezérlés és alkalmazás szempontjából az új integrált kapu-kommutált tirisztoron (IGCT) alapuló vezérelt eszközök ötlete volt. A szoros vezérlési technológiának köszönhetően az egységes kapcsolás a lavinatörés által behatárolt határokig növeli az IGCT biztonságos működési területét, pl. a szilícium fizikai képességeihez. Nincs szükség védelmi áramkörre a du/dt túllépés ellen. A jobb teljesítményveszteséggel párosulva új alkalmazásokat találtak a kilohertz-tartományban. A vezérléshez szükséges teljesítmény 5-szörösére csökken a szabványos GTO-khoz képest, elsősorban az átlátszó anód kialakításnak köszönhetően. Az IGCT készülékek új családját, monolitikus integrált nagy teljesítményű diódákkal, a 0,5-6 MV*A tartományba eső alkalmazásokhoz fejlesztették ki. A soros és párhuzamos csatlakozás meglévő technikai lehetőségeivel az IGCT eszközök lehetővé teszik a teljesítményszint több száz megavolt - amper -ig történő emelését.

Beépített vezérlőegységgel a katódáram csökken, mielőtt az anódfeszültség növekedni kezd. Ez a vezérlőelektróda áramkörének nagyon alacsony induktivitásának köszönhető, amelyet a vezérlőelektróda koaxiális csatlakozása és egy többrétegű vezérlőkártya kombinációja révén valósítanak meg. Ennek eredményeként lehetővé vált a 4 kA/µs kikapcsolási áramsebesség elérése. UGK=20 V vezérlőfeszültségen, amikor a katódáram nullává válik, a maradék anódáram a vezérlőegységhez megy, amelynek jelenleg alacsony az ellenállása. Ennek köszönhetően a vezérlőegység energiafogyasztása minimálisra csökken.

A „kemény” vezérléssel dolgozó tirisztor bekapcsoláskor 1 μs alatt p-n-p-n állapotból p-n-p üzemmódba kapcsol. A kikapcsolás teljesen tranzisztoros üzemmódban történik, kiküszöbölve a trigger hatás lehetőségét.

Az eszköz vastagságának csökkentése az anódoldali pufferréteg használatával érhető el. A teljesítmény-félvezetők pufferrétege javítja a hagyományos elemek teljesítményét azáltal, hogy 30%-kal csökkenti vastagságukat ugyanazon előremenő áttörési feszültség mellett. A vékony elemek fő előnye a továbbfejlesztett technológiai jellemzők alacsony statikus és dinamikus veszteséggel. Egy ilyen pufferréteg egy négyrétegű eszközben megköveteli az anódzárlatok eltávolítását, de még mindig hatékonyan szabadít fel elektronokat a leállás során. Az új IGCT eszköz egy pufferréteget egy átlátszó anód emitterrel kombinál. Az átlátszó anód egy p-n átmenet, áramvezérelt emitter hatásfokkal.

A maximális zajvédelem és tömörség érdekében a vezérlőegység körülveszi az IGCT-t, egyetlen szerkezetet alkotva a hűtővel, és az áramkörnek csak azt a részét tartalmazza, amely magának az IGCT-nek a vezérléséhez szükséges. Ennek eredményeként csökken a vezérlőegység elemeinek száma, csökkennek a hőleadás, az elektromos és termikus túlterhelések paraméterei. Ezért a vezérlőegység költsége és a meghibásodási arány is jelentősen csökken. Az IGCT a beépített vezérlőegységgel könnyen rögzíthető a modulba, és optikai szálon keresztül pontosan csatlakozik a tápegységhez és a vezérlőjelforráshoz. A rugó egyszerű elengedésével pontosan kiszámított szorítóerő hat az IGCT-re, elektromos és termikus érintkezést hozva létre a gondosan megtervezett szorítóérintkező-rendszernek köszönhetően. Ez biztosítja a maximális könnyű összeszerelést és maximális megbízhatóságot. Az IGCT csillapító nélküli működtetésekor a szabadonfutó diódának is snubber nélkül kell működnie. Ezeket a követelményeket egy nagy teljesítményű, javított jellemzőkkel rendelkező szorítócsomagban lévő dióda teljesíti, amelyet besugárzási eljárással állítanak elő klasszikus eljárásokkal kombinálva. A di/dt biztosításának képességét a dióda működése határozza meg (lásd 6. ábra).

Rizs. 6. Háromfázisú inverter egyszerűsített diagramja IGCT-n

Az IGCT fő gyártója az ABB Tirisztor feszültség paraméterei U DRM: 4500 V, 6000 V; jelenlegi ITGQM: 3000 A, 4000 A.

Következtetés

A teljesítménytranzisztor-technológia gyors fejlődése a 90-es évek elején az eszközök új osztályának - a szigetelt kapu bipoláris tranzisztorok (IGBT - Insulated Gate Bipoláris tranzisztorok) - megjelenéséhez vezetett. Az IGBT fő előnyei a magas működési frekvencia, a hatékonyság, a vezérlőáramkörök egyszerűsége és kompaktsága (az alacsony vezérlőáram miatt).

Az utóbbi években a 4500 V-ig terjedő üzemi feszültséggel és 1800 A-ig terjedő áramkapcsolásra képes IGBT-k megjelenése a kapuzott lekapcsoló tirisztorok (GTO) elmozdulásához vezetett az 1 MW-ig terjedő teljesítményű és legfeljebb 1 MW feszültségű eszközökben. 3,5 kV.

Az 500 Hz-től 2 kHz-ig terjedő kapcsolási frekvencián működő, az IGBT-nél nagyobb teljesítményt nyújtó új IGCT-eszközök azonban a bevált tirisztortechnológia optimális kombinációját ötvözik a benne rejlő alacsony veszteségekkel, valamint a zökkenőmentes, rendkívül hatékony kikapcsolási technológiával. vezérlő elektróda Az IGCT ma az ideális megoldás közép- és nagyfeszültségű teljesítményelektronikai alkalmazásokhoz.

A kétoldalas hűtőbordával rendelkező, modern teljesítménykapcsolók jellemzőit a táblázat tartalmazza. 1.

1. táblázat A modern, nagy teljesítményű, kétoldalas hűtőbordával rendelkező tápkapcsolók jellemzői

Eszköztípus	Előnyök	Hibák	Felhasználási területek
Hagyományos tirisztor (SCR)	A legalacsonyabb veszteségek bekapcsolt állapotban. A legnagyobb túlterhelési kapacitás. Magas megbízhatóság. Könnyen csatlakoztatható párhuzamosan és sorosan.	Nem lehet kényszerreteszelni a vezérlőelektródán keresztül. Alacsony működési frekvencia.	DC meghajtó; nagy teljesítményű tápegységek; hegesztés; olvasztás és melegítés; statikus kompenzátorok; AC gombok
GTO	Ellenőrzött zárási képesség. Viszonylag nagy túlterhelési képesség. Soros csatlakozási lehetőség. Üzemi frekvenciák 250 Hz-ig 4 kV feszültségig.	Magas veszteségek bekapcsolt állapotban. Nagyon nagy veszteségek a vezérlőrendszerben. Komplex rendszerek a potenciál szabályozására és energiaellátására. Nagy kapcsolási veszteségek.	Elektromos hajtás; statikus kompenzátorok, meddő teljesítmény; szünetmentes áramellátó rendszerek, indukciós fűtés
IGCT	Ellenőrzött zárási képesség. A túlterhelési kapacitás megegyezik a GTO-val. Alacsony bekapcsolt állapotú kapcsolási veszteségek. Működési frekvencia - mértékegységig, kHz. Beépített vezérlőegység (meghajtó). Soros csatlakozási lehetőség.	Üzemeltetési tapasztalat hiánya miatt nem azonosították	Erőteljes tápegységek (egyenáramú távvezetékek inverter és egyenirányító alállomásai); elektromos hajtás (feszültségváltók frekvenciaváltókhoz és elektromos hajtások különféle célokra)
IGBT	Ellenőrzött zárási képesség. Legmagasabb működési frekvencia (10 kHz-ig). Egyszerű, alacsony fogyasztású vezérlőrendszer. Beépített driver.	Nagyon magas veszteségek bekapcsolt állapotban.	Elektromos hajtás (chopperek); szünetmentes áramellátó rendszerek; statikus kompenzátorok és aktív szűrők; kulcsfontosságú tápegységek

A munka világos elképzeléséhez képet kell adni a tirisztor működésének lényegéről.

Négy P-N-P-N félvezető átmenetből álló vezérelt vezető. Működési elve hasonló a diódáéhoz, és akkor működik, amikor a vezérlőelektródát elektromos árammal látják el.

Az áram áthaladása a tirisztoron csak akkor lehetséges, ha az anódpotenciál nagyobb, mint a katódpotenciál. A tirisztoron áthaladó áram megszűnik, ha az áramérték a záró küszöbértékre esik. A vezérlőelektródára áramló áram nem befolyásolja a tirisztor fő részének áramértékét, ráadásul a tirisztor főállapotában nincs szüksége állandó támogatásra, csak a tirisztor kinyitásához szükséges.

A tirisztoroknak számos meghatározó jellemzője van

Nyitott állapotban, amely kedvező az áramvezető funkció számára, a tirisztort a következő mutatók jellemzik:

• Feszültségesés, a belső ellenállás segítségével küszöbfeszültségként kerül meghatározásra.
• A maximálisan megengedett áramérték 5000 A-ig, a legerősebb komponensekre jellemző effektív érték.

A tirisztor zárt állapotában ez:

• Közvetlen maximális megengedett feszültség (nagyobb, mint 5000A).
• Általában az előremenő és a visszirányú feszültségértékek megegyeznek.
• A kikapcsolási idő vagy az az idő minimális értékkel, amely alatt a tirisztort nem befolyásolja a katódhoz viszonyított anódfeszültség pozitív értéke, különben a tirisztor spontán kiold.
• A tirisztor nyitott fő részének vezérlőárama.

Vannak tirisztorok, amelyeket alacsony frekvenciájú áramkörökben és magas frekvenciájú áramkörökben való működésre terveztek. Ezek úgynevezett nagysebességű tirisztorok, alkalmazási körüket több kilohertzre tervezték. A nagy sebességű tirisztorokat az egyenlőtlen előre és hátrafelé irányuló feszültségek alkalmazása jellemzi.

Az állandó feszültségérték növelésére

Rizs. 1. sz. A tirisztor teljes csatlakozási méretei és rajza. m 1, m 2 – vezérlőpontok, ahol az impulzusfeszültséget nyitott állapotban mérik. L 1 min – a legkisebb légrés (távolság) a levegőben az anód és a vezérlőelektróda kivezetései között; L 2 min – minimális távolsági áram áthaladási hossza szivárog terminálok között.

A tirisztorok típusai

• – dióda tirisztor, két anód és katód csatlakozóval rendelkezik.
• SCR – egy trióda tirisztor egy további vezérlőelektródával van felszerelve.
• A triac egy szimmetrikus tirisztor; ez a tirisztorok anti-soros csatlakozása, és képes az áramot előre és hátrafelé továbbítani.

Rizs. 2. sz. A tirisztor felépítése (a) és áram-feszültség karakterisztikája (volt-amper jelleggörbe).

A tirisztorokat különböző frekvenciahatárú áramkörökben való működésre tervezték, normál alkalmazásokban a tirisztorok diódákhoz köthetők, amelyek egymás mellett vannak összekötve, ez a tulajdonság az egyenfeszültség növelésére szolgál, amelyet az alkatrész elviselhet a készülékben. kikapcsolt állapot. Speciális áramkörök esetén használják tirisztorGTO (Kapu Fordulat Oee – zárható tirisztor), teljesen kezelhető. Reteszelése a vezérlőelektródán keresztül történik. Az ilyen típusú tirisztorok alkalmazását nagyon erős konverterekben találták meg, mivel nagy áramot képesek átadni.

Írj megjegyzéseket, kiegészítéseket a cikkhez, lehet, hogy kihagytam valamit. Nézz szét, örülök, ha találsz még valami hasznosat az enyémen.