Pagrindinis tiristoriaus veikimo principas. Tiristoriai. Įrenginys, veikimo principas, srovės-įtampos charakteristikos. Bendrieji tiristorių parametrai

Keturių sluoksnių p-n-p-n puslaidininkinių elementų atsiradimas padarė tikrą proveržį galios elektronikoje. Tokie įtaisai vadinami "tiristoriais". Silicio valdomi vartai yra labiausiai paplitusi tiristorių šeima.

Šio tipo puslaidininkiniai įtaisai turi tokią struktūrą:

Kaip matome iš blokinės schemos, tiristorius turi tris gnybtus – katodą, valdymo elektrodą ir anodą. Anodas ir katodas turi būti prijungti prie maitinimo grandinių, o valdymo elektrodas prijungtas prie valdymo sistemos (silpnos srovės tinklai), kad būtų galima valdyti tiristorių.

Grandinės schemose tiristorius turi tokį pavadinimą:

Srovės ir įtampos charakteristika parodyta žemiau:

Pažvelkime į šią savybę atidžiau.

Atvirkštinė charakteristika šaka

Trečiame kvadrante diodų ir tiristorių charakteristikos yra vienodos. Jei anodui katodo atžvilgiu yra taikomas neigiamas potencialas, tai J 1 ir J 3 - atvirkštinė įtampa, o J 2 - tiesioginė įtampa, dėl kurios tekės atvirkštinė srovė (ji labai maža , paprastai keli miliamperai). Šiai įtampai padidėjus iki vadinamosios gedimo įtampos, srovės lavina padidės tarp J 1 ir J 3. Tokiu atveju, jei ši srovė nėra ribojama, sankryžos gedimas įvyks ir vėliau suges tiristorius. Esant atvirkštinei įtampai, kuri neviršija gedimo įtampos, tiristorius elgsis kaip didelės varžos rezistorius.

Žemo laidumo zona

Šioje zonoje yra atvirkščiai. Katodo potencialas bus neigiamas anodo potencialo atžvilgiu. Todėl J 1 ir J 3 bus taikoma tiesioginė įtampa, o J 2 – atvirkštinė. Rezultatas bus labai maža anodo srovė.

Didelio laidumo zona

Jei įtampa anodo-katodo sekcijoje pasieks vertę, vadinamąją perjungimo įtampą, tada J2 sandūroje įvyks lavina ir tiristorius bus perkeltas į didelio laidumo būseną. Tokiu atveju U a sumažės nuo kelių šimtų iki 1–2 voltų. Tai priklausys nuo tiristoriaus tipo. Didelio laidumo zonoje srovė, tekanti per anodą, priklausys nuo išorinio elemento apkrovos, todėl šioje zonoje jį galima laikyti uždaru jungikliu.

Jei praleidžiate srovę per valdymo elektrodą, tiristoriaus įjungimo įtampa sumažės. Tai tiesiogiai priklauso nuo valdymo elektrodo srovės ir, kai jos reikšmė yra pakankamai didelė, praktiškai lygi nuliui. Renkantis tiristorių darbui grandinėje, jis parenkamas taip, kad atvirkštinė ir tiesioginė įtampa neviršytų vardinių gedimo ir perjungimo įtampų verčių. Jei šias sąlygas sunku įvykdyti arba yra didelis elementų parametrų išsibarstymas (pavyzdžiui, reikalingas 6300 V tiristorius, o artimiausios jo reikšmės yra 1200 V), tada kartais elementų įjungimas yra naudotas.

Tinkamu metu, pritaikę impulsą valdymo elektrodui, galite perkelti tiristorių iš uždaros būsenos į didelio laidumo zoną. UE srovė, kaip taisyklė, turi būti didesnė už minimalią atidarymo srovę ir yra apie 20-200 mA.

Kai anodo srovė pasiekia tam tikrą vertę, kuriai esant neįmanoma išjungti tiristoriaus (perjungimo srovė), valdymo impulsas gali būti pašalintas. Dabar tiristorius gali grįžti į išjungtą būseną tik sumažindamas srovę žemiau palaikymo srovės arba įjungdamas atvirkštinio poliškumo įtampą.

Veikimo vaizdo įrašas ir pereinamųjų procesų grafikai

Atbulinės eigos užrakinimo režimas

Ryžiai. 3. Tiristoriaus atvirkštinio blokavimo režimas

Du pagrindiniai veiksniai riboja atvirkštinio ir išankstinio gedimo režimą:

1. Išsekusios vietos punkcija.

Atvirkštinio blokavimo režimu prietaiso anodui tiekiama įtampa, neigiama katodo atžvilgiu; sandūros J1 ir J3 yra atvirkštinės, o sandūros J2 – į priekį (žr. 3 pav.). Šiuo atveju dauguma naudojamos įtampos nukrenta vienoje iš J1 arba J3 jungčių (priklausomai nuo įvairių regionų dopingo laipsnio). Tegul tai yra perėjimas J1. Priklausomai nuo n1 sluoksnio storio W n1, skilimą sukelia lavinų dauginimasis (išsekimo srities storis gedimo metu yra mažesnis nei W n1) arba punkcija (išsekimo sluoksnis pasklinda po visą n1 sritį, o sandūros J1 ir J2 yra uždaryti).

Tiesioginio užrakinimo režimas

Esant tiesioginiam blokavimui, anodo įtampa katodo atžvilgiu yra teigiama ir tik J2 sandūra yra atvirkštinė. Jungtys J1 ir J3 yra nukreiptos į priekį. Didžioji dalis naudojamos įtampos krinta sankryžoje J2. Per sandūras J1 ir J3 į greta J2 esančias sritis įpurškiami mažumos nešikliai, kurie sumažina sankryžos J2 varžą, padidina srovę per ją ir sumažina įtampos kritimą joje. Didėjant tiesioginei įtampai, srovė per tiristorių iš pradžių didėja lėtai, o tai atitinka srovės įtampos charakteristikos 0-1 sekciją. Šiuo režimu tiristorius gali būti laikomas užrakintas, nes sankryžos J2 varža vis dar yra labai didelė. Didėjant tiristoriaus įtampai, J2 įtampos dalis mažėja, o įtampa J1 ir J3 didėja greičiau, todėl srovė per tiristorių toliau didėja ir mažumos nešėjų įpurškimas į J2 sritį didėja. Esant tam tikrai įtampos vertei (dešimčių ar šimtų voltų eilės), ji vadinama perjungimo įtampa V BF(1 taškas ant srovės-įtampos charakteristikos), procesas įgauna lavinos pobūdį, tiristorius pereina į didelio laidumo būseną (įsijungia), o jame susidaro srovė, kurią lemia šaltinio įtampa ir varža. išorinės grandinės.

Dviejų tranzistorių modelis

Norint paaiškinti įrenginio charakteristikas tiesioginio blokavimo režimu, naudojamas dviejų tranzistorių modelis. Tiristorius gali būti laikomas pnp tranzistoriaus prijungimu prie npn tranzistoriaus, kai kiekvieno kolektorius yra prijungtas prie kito pagrindo, kaip parodyta Fig. 4 triodiniam tiristoriui. Centrinė jungtis veikia kaip jungties J1 įšvirkštų skylių ir J3 jungties įpuršktų elektronų kolektorius. Ryšys tarp emiterio srovių T.Y, kolekcionierius Aš C ir bazės aš B ir statinės srovės stiprinimas α 1 p-n-p tranzistorius taip pat parodytas fig. 4, kur I Co yra kolektoriaus ir bazės jungties atvirkštinė soties srovė.

Ryžiai. 4. Triodinio tiristoriaus dviejų tranzistorių modelis, tranzistorių sujungimas ir srovės santykis pnp tranzistoryje.

Panašius ryšius galima gauti n-p-n tranzistoriui, kai srovių kryptis yra atvirkštinė. Iš pav. 4 iš to matyti, kad n-p-n tranzistoriaus kolektoriaus srovė kartu yra ir p-n-p tranzistoriaus bazinė srovė. Panašiai p-n-p tranzistoriaus kolektoriaus srovė ir valdymo srovė Igįtekėti į n-p-n tranzistoriaus pagrindą. Dėl to, kai bendras stiprinimas uždaroje kilpoje viršija 1, tampa įmanomas regeneracinis procesas.

Pnp tranzistoriaus bazinė srovė yra Aš B1= (1 - α 1) Aš A - Aš Co1. Ši srovė taip pat teka per npn tranzistoriaus kolektorių. n-p-n tranzistoriaus, kurio stiprinimas α 2, kolektoriaus srovė lygi Aš C2= α 2 aš K + ICo2.

Prilyginimas Aš B1 Ir Aš C2, gauname (1 - α 1) Aš A - Aš Co1= α 2 aš K + ICo2. Nes aš K = Aš A + Ig, Tai

Ryžiai. 5. Energijos juostos diagrama tiesioginio poslinkio režimu: pusiausvyros būsena, tiesioginio blokavimo režimas ir tiesioginio laidumo režimas.

Ši lygtis apibūdina statines įrenginio charakteristikas įtampos diapazone iki gedimo. Po gedimo prietaisas veikia kaip p-i-n diodas. Atkreipkite dėmesį, kad visi dešiniosios lygties pusės skaitiklio nariai yra maži, todėl tuo tarpu terminas α 1 + α 2< 1, ток Aš A mažas (Patys koeficientai α1 ir α2 priklauso nuo Aš A ir paprastai auga didėjant srovei) Jei α1 + α2 = 1, tai trupmenos vardiklis eina į nulį ir įvyksta tiesioginis gedimas (arba įjungiamas tiristorius). Reikėtų pažymėti, kad jei įtampos tarp anodo ir katodo poliškumas yra atvirkštinis, jungtys J1 ir J3 bus nukreiptos priešinga kryptimi, o J2 - į priekį. Tokiomis sąlygomis gedimas neįvyksta, nes tik centrinė jungtis veikia kaip emiteris ir regeneracinis procesas tampa neįmanomas.

Išeikvojimo sluoksnių plotis ir energijos juostų diagramos esant pusiausvyrai, tiesioginio blokavimo ir tiesioginio laidumo režimuose parodytos Fig. 5. Esant pusiausvyrai, kiekvieno perėjimo išeikvojimo sritį ir kontaktinį potencialą lemia priemaišų pasiskirstymo profilis. Kai anodui taikoma teigiama įtampa, jungtis J2 linkusi būti atvirkštine, o jungtys J1 ir J3 – į priekį. Įtampos kritimas tarp anodo ir katodo yra lygus įtampos kritimų per perėjimus algebrinei sumai: V AK = V 1 + V 2 + V 3. Didėjant įtampai, srovė per įrenginį didėja, todėl padidėja α1 ir α2. Dėl šių procesų regeneracinio pobūdžio prietaisas ilgainiui pereis į atvirą būseną. Įjungus tiristorių, per jį tekanti srovė turi būti apribota išorinės apkrovos pasipriešinimo, kitaip tiristorius suges, jei įtampa bus pakankamai aukšta. Įjungtoje būsenoje sandūra J2 yra pakreipta į priekį (5 pav., c), o įtampos kritimas V AK = (V 1 - | V 2| + V 3) yra apytiksliai lygi įtampos per vieną į priekį nukreiptą sandūrą ir įtampos per prisotintą tranzistorių sumai.

Tiesioginio laidumo režimas

Kai tiristorius yra įjungtoje būsenoje, visos trys jungtys yra nukreiptos į priekį. Skylės įpurškiamos iš srities p1, o elektronai įpurškiami iš srities n2, o n1-p2-n2 struktūra elgiasi panašiai kaip prisotintas tranzistorius, kai diodo kontaktas pašalinamas į sritį n1. Todėl prietaisas kaip visuma yra panašus į p-i-n (p + -i-n +) diodą...

Tiristorių klasifikacija

• diodinis tiristorius (papildomas pavadinimas "dinistor") - tiristorius su dviem gnybtais
  • Diodinis tiristorius, nelaidus atvirkštiniu būdu
  • diodinis tiristorius, laidus priešinga kryptimi
  • Diodinis simetriškas tiristorius (papildomas pavadinimas "diac")
• triodinis tiristorius (papildomas pavadinimas "tiristorius") - tiristorius su trimis gnybtais
  • triodinis tiristorius, nelaidus priešinga kryptimi (papildomas pavadinimas "tiristorius")
  • triodinis tiristorius, laidus priešinga kryptimi (papildomas pavadinimas "tiristorius-diodas")
  • triodinis simetriškas tiristorius (papildomas pavadinimas "triac", neoficialus pavadinimas "triac")
  • triodinis tiristorius asimetrinis
  • perjungiamas tiristorius (papildomas pavadinimas "triodinis perjungiamas tiristorius")

Skirtumas tarp dinistoriaus ir trinistoriaus

Esminių skirtumų tarp dinistoriaus ir trinistoriaus nėra, tačiau jei dinistoriaus atsidarymas įvyksta pasiekus tam tikrą įtampą tarp anodo ir katodo gnybtų, priklausomai nuo konkretaus dinistoriaus tipo, tai trinistoriaus atidarymo įtampa. gali būti specialiai sumažintas, taikant tam tikros trukmės ir dydžio srovės impulsą jo valdymo elektrodui su teigiamu potencialų skirtumu tarp anodo ir katodo, o trinistoriaus konstrukcija skiriasi tik esant valdymo elektrodui. SCR yra labiausiai paplitę „tiristorių“ šeimos įrenginiai.

Skirtumas tarp triodo tiristoriaus ir išjungiamojo tiristoriaus

Įprastų tiristorių uždarymo būsenos perjungimas atliekamas sumažinant srovę per tiristorių iki vertės aš h, arba keičiant įtampos poliškumą tarp katodo ir anodo.

Perjungiami tiristoriai, skirtingai nei įprasti tiristoriai, veikiami valdymo elektrodo srovės, gali pereiti iš uždaros būsenos į atvirą būseną ir atvirkščiai. Norint uždaryti išjungiamą tiristorių, per valdymo elektrodą reikia praleisti priešingo poliškumo srovę nei poliškumas, dėl kurio jis atsidarė.

Triac

Triakas (simetrinis tiristorius) – puslaidininkinis įtaisas, savo struktūra analogiškas dviejų tiristorių sujungimui. Galintis praleisti elektros srovę abiem kryptimis.

Tiristorių charakteristikos

Šiuolaikiniai tiristoriai gaminami nuo 1 mA iki 10 kA srovėms; įtampai nuo kelių V iki kelių kV; tiesioginės srovės didėjimo greitis juose siekia 10 9 A/s, įtampa - 10 9 V/s, įjungimo laikas svyruoja nuo kelių dešimtųjų iki kelių dešimčių mikrosekundžių, išjungimo laikas svyruoja nuo kelių vienetų iki kelių šimtų mikrosekundžių; Efektyvumas siekia 99%.

Taikymas

• Valdomi lygintuvai
• Keitikliai (inverteriai)
• Galios reguliatoriai (dimmeriai)

taip pat žr

• CDI (kondensatoriaus iškrovimo uždegimas)

Pastabos

Literatūra

• GOST 15133-77.
• Kublanovskis. Ya. S. Tiristorių įrenginiai. - 2-asis leidimas, pataisytas. ir papildomas - M.: Radijas ir ryšiai, 1987. - 112 p.: iliustr. - (Masių radijo biblioteka. 1104 leidimas).

Nuorodos

• Tiristoriai: veikimo principas, konstrukcijos, tipai ir įtraukimo būdai
• Tiristorių ir triakų valdymas per mikrovaldiklį arba skaitmeninę grandinę
• Keitikliai maitinimo sistemose
• Rogačiovas K.D. Šiuolaikiniai komutuojami tiristoriai.
• Buitiniai importuotų tiristorių analogai
• Tiristorių ir analogų katalogai, Tiristorių keitimas, diodų keitimas Zener diodai

Pasyvi kietoji būsena	Rezistorius Kintamasis rezistorius Žoliapjovės rezistorius Varistorius Kondensatorius Kintamasis kondensatorius Žoliapjovės kondensatorius Induktorius Kvarcinis rezonatorius· Lydusis saugiklis · Savaime atsistatantis saugiklis Transformatorius
Aktyvi kietoji būsena	Diodas· LED · Fotodiodas · Puslaidininkinis lazeris · Schottky diodas· Zener diodas · Stabilizatorius · Varicap · Varicond Diodų tiltas · Lavinos diodas · Tunelinis diodas · Gunn diodas Tranzistorius · Bipolinis tranzistorius · Lauko tranzistorius · CMOS tranzistorius ·

Diagramose ir techninėje dokumentacijoje dažnai vartojami įvairūs terminai ir simboliai, tačiau ne visi pradedantieji elektrikai žino jų reikšmę. Siūlome aptarti, kokios galios yra suvirinimui skirti tiristoriai, jų veikimo principai, charakteristikos ir šių įrenginių žymėjimai.

Kas yra tiristorius ir jų tipai

Daugelis matė tiristorius „Bėgančios ugnies“ girliandoje; tai yra paprasčiausias aprašyto įrenginio ir jo veikimo pavyzdys. Silicio lygintuvas arba tiristorius yra labai panašus į tranzistorių. Tai daugiasluoksnis puslaidininkinis įtaisas, kurio pagrindinė medžiaga yra silicis, dažniausiai plastikiniame korpuse. Dėl to, kad jo veikimo principas labai panašus į lygintuvo diodą (kintamosios srovės lygintuvų įtaisai arba dinistoriai), schemose žymėjimas dažnai yra tas pats - tai laikoma lygintuvo analogu.

Nuotrauka – Bėgančios ugnies girliandos diagrama

Yra:

• ABB išjungiami tiristoriai (GTO),
• standartinis SEMIKRON,
• galinga TL-171 tipo lavina,
• optronai (tarkime, TO 142-12.5-600 arba MTOTO 80 modulis),
• simetriškas TS-106-10,
• žemo dažnio MTT,
• triac BTA 16-600B arba VT skalbimo mašinoms,
• dažnis TBC,
• užsienio TPS 08,
• TYN 208.

Bet tuo pačiu metu IGBT arba IGCT tipo tranzistoriai naudojami aukštos įtampos įrenginiams (krosnyms, staklėms ir kitai pramoninei automatikai).

Nuotrauka – tiristorius

Tačiau skirtingai nei diodas, kuris yra dviejų sluoksnių (PN) tranzistorius (PNP, NPN), tiristorius susideda iš keturių sluoksnių (PNPN), o šiame puslaidininkiniame įrenginyje yra trys p-n jungtys. Tokiu atveju diodų lygintuvai tampa mažiau efektyvūs. Tai puikiai parodo tiristoriaus valdymo grandinė, taip pat bet koks elektrikų žinynas (pavyzdžiui, bibliotekoje galite nemokamai perskaityti autoriaus Zamyatino knygą).

Tiristorius yra vienkryptis kintamosios srovės keitiklis, tai reiškia, kad jis teka srovę tik viena kryptimi, tačiau skirtingai nei diodas, prietaisas gali veikti kaip atviros grandinės jungiklis arba kaip nuolatinės srovės lyginimo diodas. Kitaip tariant, puslaidininkiniai tiristoriai gali veikti tik perjungimo režimu ir negali būti naudojami kaip stiprinimo įrenginiai. Tiristoriaus raktas negali savarankiškai judėti į uždarą padėtį.

Siliciu valdomas lygintuvas yra vienas iš kelių galios puslaidininkinių įrenginių, kartu su triakais, kintamosios srovės diodais ir sujungimo tranzistoriais, kurie gali labai greitai persijungti iš vieno režimo į kitą. Toks tiristorius vadinamas greitaeigiu. Žinoma, didelį vaidmenį čia vaidina įrenginio klasė.

Tiristoriaus taikymas

Tiristorių paskirtis gali būti labai skirtinga, pavyzdžiui, labai populiarus yra savadarbis suvirinimo keitiklis, naudojant tiristorius, įkroviklis automobiliui (tiristorius maitinimo šaltinyje) ir net generatorius. Dėl to, kad pats įrenginys gali išlaikyti tiek žemo dažnio, tiek aukšto dažnio apkrovas, jis gali būti naudojamas ir suvirinimo aparatų transformatoriui (jų tiltelyje naudojamos būtent šios dalys). Norint valdyti dalies veikimą šiuo atveju, reikalingas tiristoriaus įtampos reguliatorius.

Nuotrauka - naudojant tiristorių vietoj LATR

Nepamirškite apie motociklų uždegimo tiristorių.

Konstrukcijos ir veikimo principo aprašymas

Tiristorius susideda iš trijų dalių: „Anodas“, „Katodas“ ir „Įėjimas“, susidedantis iš trijų p-n jungčių, kurios gali labai dideliu greičiu persijungti iš „ON“ ir „OFF“ padėties. Tačiau tuo pačiu metu jį taip pat galima perjungti iš padėties „ON“ įvairiai trukmei, t. y. per kelis pusciklus, kad kroviniui būtų tiekiamas tam tikras energijos kiekis. Tiristoriaus veikimą galima geriau paaiškinti darant prielaidą, kad jį sudarys du vienas su kitu sujungti tranzistoriai, kaip pora papildomų regeneracinių jungiklių.

Paprasčiausios mikroschemos demonstruoja du tranzistorius, kurie sujungti taip, kad kolektoriaus srovė po komandos „Start“ patenka į NPN tranzistoriaus TR 2 kanalus tiesiai į PNP tranzistorių TR 1. Šiuo metu srovė iš TR. 1 įteka į kanalus į TR 2 pagrindus. Šie du tarpusavyje sujungti tranzistoriai yra išdėstyti taip, kad bazinis emiteris gautų srovę iš kito tranzistoriaus kolektoriaus-emiterio. Tam reikalingas lygiagretus išdėstymas.

Nuotrauka – tiristorius KU221IM

Nepaisant visų saugos priemonių, tiristorius gali netyčia pereiti iš vienos padėties į kitą. Taip nutinka dėl staigaus srovės šuolio, temperatūros pokyčių ir kitų įvairių veiksnių. Todėl prieš perkant tiristorių KU202N, T122 25, T 160, T 10 10 reikia ne tik patikrinti testeriu (žiedu), bet ir susipažinti su veikimo parametrais.

Tipinės tiristoriaus srovės-įtampos charakteristikos

Norėdami pradėti diskutuoti šia sudėtinga tema, pažiūrėkite į tiristoriaus srovės įtampos charakteristikų diagramą:

Nuotrauka - tiristoriaus srovės-įtampos charakteristikos

1. Segmentas tarp 0 ir (Vо,IL) visiškai atitinka tiesioginį įrenginio užrakinimą;
2. Vvo skyriuje tiristorius yra "ON" padėtyje;
3. Segmentas tarp zonų (Vvo, IL) ir (Vн,In) yra pereinamoji padėtis įjungus tiristorių. Būtent šioje srityje atsiranda vadinamasis dinistoriaus efektas;
4. Savo ruožtu taškai (Vн,In) rodo grafike tiesioginį įrenginio atidarymą;
5. Taškai 0 ir Vbr yra sekcija, kurioje tiristorius yra išjungtas;
6. Po to seka segmentas Vbr – jis rodo atvirkštinio suskirstymo režimą.

Natūralu, kad šiuolaikiniai aukšto dažnio radijo komponentai grandinėje gali nežymiai paveikti srovės įtampos charakteristikas (aušintuvai, rezistoriai, relės). Taip pat simetriški fototiristoriai, SMD zenerio diodai, optotiristoriai, triodai, optronai, optoelektroniniai ir kiti moduliai gali turėti skirtingas srovės įtampos charakteristikas.

Nuotrauka - tiristoriaus charakteristika srovė-įtampa

Be to, atkreipiame jūsų dėmesį į tai, kad šiuo atveju įrenginio apsauga atliekama apkrovos įėjime.

Tiristoriaus patikrinimas

Prieš pirkdami įrenginį, turite žinoti, kaip išbandyti tiristorių su multimetru. Matavimo prietaisą galima prijungti tik prie vadinamojo testerio. Žemiau pateikta schema, pagal kurią galima surinkti tokį įrenginį:

Nuotrauka – tiristorių testeris

Pagal aprašymą anodui reikia dėti teigiamą įtampą, katodui – neigiamą. Labai svarbu naudoti vertę, atitinkančią tiristoriaus skiriamąją gebą. Brėžinyje pavaizduoti rezistoriai, kurių vardinė įtampa yra nuo 9 iki 12 voltų, o tai reiškia, kad testerio įtampa yra šiek tiek didesnė nei tiristoriaus. Surinkę įrenginį, galite pradėti tikrinti lygintuvą. Norėdami jį įjungti, turite paspausti mygtuką, siunčiantį impulsų signalus.

Tiristorių išbandyti labai paprasta, mygtukas trumpam siunčia atidarymo signalą (teigiamą katodo atžvilgiu) į valdymo elektrodą. Po to, jei užsidega tiristoriaus važiavimo žibintai, įrenginys laikomas neveikiančiu, tačiau galingi įrenginiai ne visada sureaguoja iškart po apkrovos.

Nuotrauka - tiristorių testerio grandinė

Be prietaiso patikrinimo, taip pat rekomenduojama naudoti specialius valdiklius arba tiristorių ir triakų valdymo bloką OWEN BOOST ar kitų prekių ženklų, kurie veikia maždaug taip pat, kaip ir tiristoriaus galios reguliatorius. Pagrindinis skirtumas yra platesnis įtampų diapazonas.

Vaizdo įrašas: tiristoriaus veikimo principas

Specifikacijos

Panagrinėkime KU 202e serijos tiristoriaus techninius parametrus. Šioje serijoje pristatomi buitiniai mažos galios prietaisai, kurių pagrindinis panaudojimas apsiriboja buitine technika: naudojamas elektrinėms krosnims, šildytuvams valdyti ir kt.

Žemiau esančiame brėžinyje pavaizduotas tiristoriaus kaištis ir pagrindinės dalys.

Nuotrauka – ku 202

1. Nustatykite atvirkštinę įjungimo įtampą (maks.) 100 V
2. Uždaryta įtampa 100 V
3. Pulsas atviroje padėtyje – 30 A
4. Pakartotinis impulsas atviroje padėtyje 10 A
5. Vidutinė įtampa<=1,5 В
6. Neatrakinimo įtampa >=0,2 V
7. Nustatykite srovę atviroje padėtyje<=4 мА
8. Atbulinė srovė<=4 мА
9. Pastovaus tipo atrakinimo srovė<=200 мА
10. Nustatykite pastovią įtampą<=7 В
11. Laiku<=10 мкс
12. Išjungimo laikas<=100 мкс

Prietaisas įsijungia per mikrosekundes. Jei jums reikia pakeisti aprašytą įrenginį, kreipkitės į pardavėją elektros parduotuvėje - jis galės pasirinkti analogą pagal schemą.

Nuotrauka – tiristorius Ku202n

Tiristoriaus kaina priklauso nuo jo prekės ženklo ir savybių. Rekomenduojame pirkti buitinius prietaisus – jie yra patvaresni ir pigesni. Spontaniškose rinkose galite nusipirkti aukštos kokybės galingą keitiklį iki šimto rublių.

Galios elektronikos puslaidininkiniai įtaisai pradėti kurti 1953 m., kai atsirado galimybė gauti didelio grynumo silicį ir suformuoti didelio dydžio silicio diskus. 1955 m. pirmą kartą buvo sukurtas puslaidininkinis valdomas įtaisas, turintis keturių sluoksnių struktūrą ir vadinamas „tiristoriumi“.

Jis buvo įjungtas pritaikius impulsą valdymo elektrodui esant teigiamai įtampai tarp anodo ir katodo. Tiristoriaus išjungimas užtikrinamas per jį tekančią nuolatinę srovę sumažinus iki nulio, tam sukurta daug indukcinių-talpinių perjungimo grandinių. Jie ne tik padidina keitiklio savikainą, bet ir pablogina jo svorį bei matmenis, mažina patikimumą.

Todėl kartu su tiristoriaus sukūrimu buvo pradėti tyrimai, kuriais siekiama užtikrinti jo išjungimą per valdymo elektrodą. Pagrindinė problema buvo užtikrinti greitą krūvininkų rezorbciją bazinėse zonose.

Pirmieji tokie tiristoriai pasirodė 1960 metais JAV. Jie buvo vadinami vartų išjungimu (GTO). Pas mus jie labiau žinomi kaip rakinami arba perjungiami tiristoriai.

Dešimtojo dešimtmečio viduryje buvo sukurtas išjungiamas tiristorius su žiediniu gnybtu valdymo elektrodui. Jis buvo vadinamas vartų komutuojamu tiristoriumi (GCT) ir tapo tolesniu GTO technologijos vystymu.

Tiristoriai GTO

Įrenginys

Išjungiamas tiristorius yra visiškai valdomas puslaidininkinis įtaisas, pagrįstas klasikine keturių sluoksnių struktūra. Jis įjungiamas ir išjungiamas į valdymo elektrodą nukreipiant teigiamus ir neigiamus srovės impulsus. Fig. 1 pavaizduotas išjungto tiristoriaus simbolis (a) ir blokinė schema (b). Kaip ir įprastas tiristorius, jis turi katodą K, anodą A ir valdymo elektrodą G. Įrenginių struktūrų skirtumai slypi skirtingame horizontalių ir vertikalių sluoksnių, kurių laidumas n ir p, išdėstymas.

Katodo sluoksnio n konstrukcija patyrė didžiausių pokyčių. Jis padalintas į kelis šimtus elementarių langelių, tolygiai paskirstytų po plotą ir sujungtas lygiagrečiai. Šią konstrukciją sukelia noras užtikrinti vienodą srovės sumažėjimą visame puslaidininkio struktūros plote, kai įrenginys išjungtas.

Pagrindinis sluoksnis p, nepaisant to, kad jis pagamintas kaip vienas vienetas, turi daug valdymo elektrodų kontaktų (maždaug lygus katodo elementų skaičiui), taip pat tolygiai paskirstytų plote ir sujungtų lygiagrečiai. Bazinis sluoksnis n pagamintas panašiai kaip ir atitinkamas įprasto tiristoriaus sluoksnis.

Anodo sluoksnis p turi šuntus (zonas n), jungiančius n-bazę su anodo kontaktu per mažas paskirstytas varžas. Anodo šuntai naudojami tiristoriuose, kurie neturi atvirkštinio blokavimo. Jie skirti sutrumpinti įrenginio išjungimo laiką, gerinant įkrovų ištraukimo iš bazinės srities n sąlygas.

Pagrindinė GTO tiristorių konstrukcija yra tabletės tipo su keturių sluoksnių silicio plokštele, įterpta per temperatūrą kompensuojančius molibdeno diskus tarp dviejų varinių pagrindų su padidintu šilumos ir elektros laidumu. Valdymo elektrodas, kurio gnybtas yra keraminiame korpuse, liečiasi su silicio plokštele. Prietaisas yra prispaustas kontaktiniais paviršiais tarp dviejų aušintuvų pusių, izoliuotų viena nuo kitos ir kurių konstrukcija nustatoma pagal aušinimo sistemos tipą.

Veikimo principas

GTO tiristoriaus ciklas turi keturias fazes: įjungimą, laidumą, išjungimą ir blokavimą.

Scheminėje tiristoriaus konstrukcijos pjūvyje (1 pav., b) apatinis konstrukcijos gnybtas yra anodas. Anodas liečiasi su sluoksniu p. Tada iš apačios į viršų yra: bazinis sluoksnis n, bazinis sluoksnis p (turintis valdymo elektrodo gnybtą), sluoksnis n, kuris tiesiogiai liečiasi su katodo gnybtu. Keturi sluoksniai sudaro tris p-n sandūras: j1 tarp sluoksnių p ir n; j2 tarp sluoksnių n ir p; j3 tarp sluoksnių p ir n.

Fazė 1- įtraukimas. Tiristoriaus struktūros perėjimas iš blokavimo į laidžiąją būseną (įjungimas) galimas tik tada, kai tarp anodo ir katodo yra įjungta tiesioginė įtampa. Perėjimai j1 ir j3 pasislenka į priekį ir netrukdo pratekėti krūvininkų. Visa įtampa tiekiama į vidurinę jungtį j2, kuri yra atvirkštinė. Netoli j2 perėjimo susidaro krūvininkų išsekusi zona, kuri vadinama erdvinio krūvio sritimi. Norint įjungti GTO tiristorių, valdymo elektrodui ir katodui per valdymo grandinę (p sluoksnio „+“ gnybtą) įjungiama teigiamo poliškumo U G įtampa. Dėl to per grandinę teka perjungimo srovė I G.

Išjungiamiems tiristoriams keliami griežti reikalavimai dIG/dt briaunos nuolydžiui ir IGM valdymo srovės amplitudei. Per sandūrą j3, be nuotėkio srovės, pradeda tekėti įjungimo srovė I G. Elektronai, sukuriantys šią srovę, bus įpurškiami iš n sluoksnio į sluoksnį p. Toliau kai kurie iš jų bazinio perėjimo j2 elektriniu lauku bus perkelti į sluoksnį n.

Tuo pačiu padidės priešpriešinis skylių įpurškimas iš p sluoksnio į sluoksnį n, o po to į sluoksnį p, t.y. Padidės mažumos krūvininkų sukurta srovė.

Bendra srovė, einanti per bazinę jungtį j2, viršija įjungimo srovę, atsidaro tiristorius, po kurio krūvininkai laisvai praeis per visas keturias jo sritis.

2 fazė- diriguojanti būsena. Esant nuolatinės srovės srauto režimui, valdymo srovės I G nereikia, jei srovė anodo grandinėje viršija laikymo srovę. Tačiau praktiškai, norint, kad visos išjungto tiristoriaus konstrukcijos nuolat būtų laidžioje būsenoje, vis tiek būtina palaikyti srovę, numatytą tam tikram temperatūros režimui. Taigi per visą įjungimo ir laidumo būseną valdymo sistema generuoja teigiamo poliškumo srovės impulsą.

Laidžioje būsenoje visos puslaidininkinės struktūros sritys užtikrina tolygų krūvininkų judėjimą (elektronai nuo katodo iki anodo, skylės priešinga kryptimi). Anodo srovė teka per perėjimus j1, j2, o visa anodo ir valdymo elektrodo srovė teka per perėjimą j3.

3 etapas- išjungti. Norint išjungti GTO tiristorių su pastovaus įtampos poliškumu U T (žr. 3 pav.), valdymo elektrodui ir katodui per valdymo grandinę įvedama neigiamo poliškumo UGR įtampa. Ji sukelia išjungimo srovę, kurios srautas veda prie pagrindinių krūvininkų (skylių) rezorbcijos pagrindiniame sluoksnyje p. Kitaip tariant, yra skylių, kurios pateko į sluoksnį p iš pagrindinio sluoksnio n, ir elektronų, kurie pateko į tą patį sluoksnį per valdymo elektrodą, rekombinacija.

Kai nuo jų atlaisvinama pagrindinė jungtis j2, tiristorius pradeda išsijungti. Šiam procesui būdingas staigus tiristoriaus tiesioginės srovės I T sumažėjimas per trumpą laiką iki mažos vertės I TQT (žr. 2 pav.). Iš karto po bazinio perėjimo j2 blokavimo pereina j3 pradeda užsidaryti, tačiau dėl energijos, sukauptos valdymo grandinių induktyvumui, kurį laiką lieka šiek tiek atviroje būsenoje.

Ryžiai. 2. Anodo srovės (iT) ir valdymo elektrodo (iG) pokyčių grafikai

Sunaudojus visą valdymo grandinės induktyvumo energiją, jungtis j3 katodo pusėje visiškai išjungiama. Nuo šio momento srovė per tiristorių yra lygi nuotėkio srovei, kuri teka iš anodo į katodą per valdymo elektrodo grandinę.

Rekombinacijos procesas, taigi ir išjungimo tiristoriaus išjungimas, labai priklauso nuo priekinio dIGQ/dt nuolydžio ir atvirkštinės valdymo srovės amplitudės I GQ. Norint užtikrinti reikiamą šios srovės nuolydį ir amplitudę, valdymo elektrodui turi būti prijungta įtampa UG, kuri neturi viršyti leistinos perėjimui j3 reikšmės.

4 etapas- blokavimo būsena Blokavimo būsenos režimu valdymo elektrodui ir katodui lieka neigiamo poliškumo įtampa U GR iš valdymo bloko. Suminė srovė I GR teka valdymo grandine, kurią sudaro tiristoriaus nuotėkio srovė ir atbulinės eigos valdymo srovė, einanti per sandūrą j3. Perėjimas j3 yra atvirkštinis. Taigi, GTO tiristoriuje priekinėje blokavimo būsenoje dvi sankryžos (j2 ir j3) yra atvirkštinės ir susidaro dvi erdvės krūvio sritys.

Per visą išjungimo ir blokavimo būseną valdymo sistema generuoja neigiamo poliškumo impulsą.

Saugos grandinės

Norint naudoti GTO tiristorius, reikia naudoti specialias apsaugines grandines. Jie padidina svorį ir matmenis, keitiklio kainą, kartais reikalauja papildomų aušinimo įrenginių, tačiau yra būtini normaliam prietaisų veikimui.

Bet kurios apsauginės grandinės tikslas yra apriboti vieno iš dviejų elektros energijos parametrų didėjimo greitį perjungiant puslaidininkinį įtaisą. Šiuo atveju apsauginės grandinės CB kondensatoriai (3 pav.) yra prijungti lygiagrečiai su apsaugotu įrenginiu T. Jie riboja tiesioginės įtampos didėjimo greitį dUT/dt, kai tiristorius yra išjungtas.

LE droseliai montuojami nuosekliai su įrenginiu T. Jie riboja tiesioginės srovės dIT/dt kilimo greitį, kai įjungiamas tiristorius. Kiekvieno įrenginio dUT/dt ir dIT/dt reikšmės yra standartizuotos, jos nurodytos žinynuose ir prietaisų paso duomenyse.

Ryžiai. 3. Apsauginės grandinės schema

Be kondensatorių ir droselių, apsauginėse grandinėse naudojami papildomi elementai, užtikrinantys reaktyviųjų elementų iškrovimą ir įkrovimą. Tai apima: diodą DB, kuris apeina rezistorių RB, kai tiristorius T yra išjungtas ir kondensatorius CB įkraunamas, rezistorius RB, kuris riboja kondensatoriaus CB iškrovimo srovę, kai įjungiamas tiristorius T.

Valdymo sistema

Valdymo sistemą (CS) sudaro šie funkciniai blokai: įjungimo grandinė, susidedanti iš grandinės atrakinimo impulsui generuoti ir signalo šaltinio, palaikančio tiristorių atviroje būsenoje; grandinė užrakinimo signalui generuoti; grandinė, skirta palaikyti tiristorių uždaroje būsenoje.

Ne visų tipų valdymo sistemoms reikia visų išvardytų blokų, tačiau kiekvienoje valdymo sistemoje turi būti grandinės atrakinimo ir užrakinimo impulsams generuoti. Tokiu atveju būtina užtikrinti išjungto tiristoriaus valdymo grandinės ir maitinimo grandinės galvaninę izoliaciją.

Išjungto tiristoriaus darbui valdyti naudojamos dvi pagrindinės valdymo sistemos, kurios skiriasi tuo, kaip tiekia signalą į valdymo elektrodą. Fig. pateiktu atveju. 4, loginio bloko St generuojamiems signalams taikoma galvaninė izoliacija (potencialų atskyrimas), po to jie per raktus SE ir SA tiekiami į išjungto tiristoriaus T valdymo elektrodą. Antruoju atveju signalai Pirmiausia paspauskite mygtukus SE (įjungta) ir SA (išjungta), kurių potencialas yra toks pat kaip ir valdymo blokas, tada į valdymo elektrodą tiekiami galvaninės izoliacijos įtaisai UE ir UA.

Priklausomai nuo SE ir SA raktų vietos, išskiriamos žemo potencialo (NPSU) ir didelio potencialo (VPSU, 4 pav.) valdymo schemos.

Ryžiai. 4. Valdymo grandinės parinktis

NPSU valdymo sistema yra struktūriškai paprastesnė nei VPSU, tačiau jos galimybės yra ribotos generuojant ilgalaikius valdymo signalus, veikiančius nuolatinės srovės, tekančios per tiristorių, režimu, taip pat užtikrinant valdymo impulsų statumą. Norint generuoti ilgalaikius signalus, būtina naudoti brangesnes stūmimo grandines.

VPSU aukštas nuolydis ir ilgesnė valdymo signalo trukmė pasiekiama lengviau. Be to, čia valdymo signalas naudojamas visiškai, o NPSU jo vertę riboja potencialo atskyrimo įtaisas (pavyzdžiui, impulsų transformatorius).

Informacinis signalas – komanda įjungti arba išjungti – paprastai į grandinę tiekiamas per optoelektroninį keitiklį.

Tiristorius GCT

Dešimtojo dešimtmečio viduryje ABB ir Mitsubishi sukūrė naujo tipo vartų komutuojamą tiristorių (GCT). Tiesą sakant, GCT yra tolesnis GTO patobulinimas arba jo modernizavimas. Tačiau dėl iš esmės naujos valdymo elektrodo konstrukcijos, taip pat pastebimai skirtingi procesai, vykstantys išjungus įrenginį, verčia tai apsvarstyti.

GCT buvo sukurtas taip, kad jame nebūtų GTO trūkumų, todėl pirmiausia turime išspręsti problemas, kylančias dėl GTO.

Pagrindinis GTO trūkumas yra dideli energijos nuostoliai apsauginėse įrenginio grandinėse jo perjungimo metu. Didinant dažnį, didėja nuostoliai, todėl praktiškai GTO tiristoriai perjungiami ne didesniu kaip 250-300 Hz dažniu. Pagrindiniai nuostoliai atsiranda rezistoriuje RB (žr. 3 pav.), kai išjungiamas tiristorius T ir dėl to išsikrauna kondensatorius CB.

Kondensatorius CB skirtas apriboti tiesioginės įtampos du/dt padidėjimą, kai įrenginys išjungtas. Padarius tiristorių nejautrų du/dt efektui, buvo galima atsisakyti snubber grandinės (perjungimo kelio formavimo grandinės), kuri buvo įgyvendinta GCT projekte.

Valdymo ir dizaino ypatybės

Pagrindinė GCT tiristorių savybė, lyginant su GTO įrenginiais, yra greitas išsijungimas, kuris pasiekiamas tiek pakeitus valdymo principą, tiek tobulinant įrenginio konstrukciją. Greitas išjungimas realizuojamas paverčiant tiristoriaus struktūrą į tranzistorių, kai įrenginys išjungtas, todėl įrenginys tampa nejautrus du/dt efektui.

GCT įjungimo, laidumo ir blokavimo fazėse valdomas taip pat, kaip ir GTO. Išjungtas GCT valdiklis turi dvi funkcijas:

• valdymo srovė Ig lygi arba viršija anodo srovę Ia (GTO tiristoriams Ig yra 3 - 5 kartus mažesnė);
• valdymo elektrodas turi mažą induktyvumą, kuris leidžia pasiekti valdymo srovės didėjimo greitį dig/dt 3000 A/µs ar daugiau (GTO tiristoriams dig/dt reikšmė yra 30-40 A/µs).

Ryžiai. 5. Srovių pasiskirstymas GCT tiristoriaus struktūroje išjungus

Fig. 5 paveiksle parodytas srovių pasiskirstymas GCT tiristoriaus struktūroje, kai įrenginys išjungtas. Kaip minėta, įjungimo procesas yra panašus į GTO tiristorių įjungimą. Išjungimo procesas skiriasi. Pritaikius neigiamą valdymo impulsą (-Ig), kurio amplitudė lygi anodo srovės (Ia) reikšmei, visa per prietaisą einanti nuolatinė srovė nukreipiama į valdymo sistemą ir pasiekia katodą, apeinant perėjimą j3 (tarp sričių p ir n). Jungtis j3 yra atvirkštinė ir katodinis tranzistorius npn išsijungia. Tolesnis GCT išjungimas yra panašus į bet kurio bipolinio tranzistoriaus išjungimą, kuriam nereikia išorinio tiesioginės įtampos du/dt didėjimo greičio apribojimo ir todėl leidžia nebūti slopinančios grandinės.

GCT dizaino pakeitimas atsirado dėl to, kad dinaminiai procesai, vykstantys įrenginyje išjungus, vyksta viena ar dviem eilėmis greičiau nei GTO. Taigi, jei minimalus GTO išjungimo ir blokavimo laikas yra 100 μs, GCT ši vertė neviršija 10 μs. Valdymo srovės kilimo greitis išjungiant GCT yra 3000 A/µs, GTO – neviršija 40 A/µs.

Siekiant užtikrinti aukštą perjungimo procesų dinamiką, buvo pakeista valdymo elektrodo išėjimo konstrukcija ir įrenginio prijungimas prie valdymo sistemos impulsų formuotojo. Išvestis daroma žiedu, apjuosiant įrenginį ratu. Žiedas praeina per keraminį tiristoriaus korpusą ir liečiasi: viduje su valdymo elektrodo ląstelėmis; išorėje - su plokšte, jungiančia valdymo elektrodą su impulsų formuotoju.

Dabar GTO tiristorius gamina kelios didelės įmonės Japonijoje ir Europoje: Toshiba, Hitachi, Mitsubishi, ABB, Eupec. Įrenginio parametrai įtampai UDRM: 2500 V, 4500 V, 6000 V; pagal dabartinę ITGQM (didžiausia pasikartojanti fiksavimo srovė): 1000 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A, 4000 A, 6000 A.

GCT tiristorius gamina Mitsubishi ir ABB. Prietaisai skirti UDRM įtampai iki 4500 V ir ITGQM srovei iki 4000 A.

Šiuo metu GCT ir GTO tiristoriai gaminami Rusijos įmonėje Elektrovypryamitel OJSC (Saranskas), gaminami TZ-243, TZ-253, TZ-273, ZTA-173, ZTA-193, ZTF-193 serijų tiristoriai (panašūs į GCT) ir kt., kurių silicio plokštelės skersmuo iki 125 mm ir įtampos diapazonas UDRM 1200–6000 V, o srovė ITGQM 630–4000 A.

Lygiagrečiai su išjungiamaisiais tiristoriais ir naudojimui kartu su jais UAB „Elektrovypryamitel“ sukūrė ir serijinėje gamyboje pristatė greito atkūrimo diodus slopinimo (snubber) grandinėms ir atvirkštinės srovės diodus, taip pat galingą impulsinį tranzistorių išėjimo pakopoms. valdymo vairuotojo (valdymo sistemos).

Tiristoriai IGCT

Dėl griežtos kontrolės koncepcijos (smulkus legiravimo profilių valdymas, mesa technologija, protonų ir elektronų apšvitinimas, siekiant sukurti specialų valdomų rekombinacijos centrų pasiskirstymą, vadinamųjų skaidrių arba plonų emiterių technologija, buferinio sluoksnio naudojimas n-bazinis regionas ir kt.) buvo galima pasiekti reikšmingą GTO charakteristikų pagerėjimą išjungus. Kitas didelis HD GTO technologijos pasiekimas įrenginio, valdymo ir taikymo požiūriu buvo valdomų įrenginių, pagrįstų nauju integruotu vartų komutuojamu tiristoriumi (IGCT), idėja. Dėl griežtos valdymo technologijos vienodas perjungimas padidina saugią IGCT veikimo zoną iki ribų, kurias riboja griūtis, t.y. į fizines silicio galimybes. Nereikia jokių apsaugos grandinių nuo du/dt viršijimo. Kartu su geresniu galios praradimo našumu kilohercų diapazone buvo rasta naujų pritaikymų. Valdymui reikalinga galia yra sumažinta 5 kartus, palyginti su standartiniais GTO, daugiausia dėl skaidraus anodo konstrukcijos. Naujoji IGCT įrenginių šeima su monolitiniais integruotais didelės galios diodais buvo sukurta 0,5–6 MV*A diapazone. Esant techninėms nuoseklaus ir lygiagrečio ryšio galimybėms, IGCT įrenginiai leidžia padidinti galios lygį iki kelių šimtų megavoltų – amperų.

Naudojant integruotą valdymo bloką, katodo srovė sumažėja prieš pradedant didėti anodo įtampai. Tai pasiekiama dėl labai mažo valdymo elektrodo grandinės induktyvumo, kuris realizuojamas per koaksialinį valdymo elektrodo jungtį kartu su daugiasluoksne valdymo plokšte. Dėl to tapo įmanoma pasiekti 4 kA/µs išjungimo srovės greitį. Esant valdymo įtampai UGK=20 V. kai katodo srovė tampa lygi nuliui, likusi anodo srovė patenka į valdymo bloką, kuris šiuo metu turi mažą varžą. Dėl šios priežasties valdymo bloko energijos sąnaudos yra sumažintos.

Dirbdamas su „kietu“ valdymu, tiristorius, kai įjungtas, per 1 μs persijungia iš p-n-p-n būsenos į p-n-p režimą. Visiškai išjungiamas tranzistoriaus režimu, pašalinant bet kokią trigerio efekto galimybę.

Įrenginio storis sumažinamas naudojant buferinį sluoksnį anodo pusėje. Galios puslaidininkių buferinis sluoksnis pagerina tradicinių elementų veikimą, sumažindamas jų storį 30%, esant tokiai pačiai priekinio pertraukimo įtampai. Pagrindinis plonų elementų privalumas – patobulintos technologinės charakteristikos su mažais statiniais ir dinaminiais nuostoliais. Toks buferinis sluoksnis keturių sluoksnių įrenginyje reikalauja pašalinti anodo trumpiklius, tačiau vis tiek efektyviai atpalaiduoja elektronus išjungimo metu. Naujasis IGCT įrenginys sujungia buferinį sluoksnį su skaidriu anodo emiteriu. Skaidrus anodas yra p-n jungtis su srovės valdomu emiterio efektyvumu.

Siekiant maksimalaus atsparumo triukšmui ir kompaktiškumo, valdymo blokas supa IGCT, sudarydamas vieną struktūrą su aušintuvu, ir jame yra tik ta grandinės dalis, kuri reikalinga pačiam IGCT valdyti. Dėl to sumažėja valdymo bloko elementų skaičius, sumažėja šilumos sklaidos parametrai, elektrinės ir šiluminės perkrovos. Todėl žymiai sumažėja valdymo bloko kaina ir gedimų dažnis. IGCT su integruotu valdymo bloku lengvai pritvirtinamas prie modulio ir yra tiksliai prijungtas prie maitinimo šaltinio ir valdymo signalo šaltinio per optinį skaidulą. Paprasčiausiai atleidus spyruoklę, IGCT taikoma tiksliai apskaičiuota suspaudimo jėga, sukurianti elektrinį ir šiluminį kontaktą dėl kruopščiai suprojektuotos suspaudimo kontaktų sistemos. Tai užtikrina maksimalų montavimo lengvumą ir maksimalų patikimumą. Kai IGCT veikia be slopintuvo, laisvosios eigos diodas taip pat turi veikti be slopintuvo. Šiuos reikalavimus atitinka didelės galios diodas suspaudimo pakete su patobulintomis charakteristikomis, gaminamas naudojant švitinimo procesą kartu su klasikiniais procesais. Galimybę teikti di/dt lemia diodo veikimas (žr. 6 pav.).

Ryžiai. 6. Supaprastinta trifazio keitiklio schema ant IGCT

Pagrindinis IGCT gamintojas yra ABB.Tiristoriaus įtampos parametrai U DRM: 4500 V, 6000 V; dabartinė ITGQM: 3000 A, 4000 A.

Išvada

Spartus galios tranzistorių technologijos vystymasis 90-ųjų pradžioje lėmė naujos įrenginių klasės – izoliuotų vartų bipolinių tranzistorių (IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistors) atsiradimą. Pagrindiniai IGBT privalumai – aukštas veikimo dažnis, efektyvumas, valdymo grandinių paprastumas ir kompaktiškumas (dėl mažos valdymo srovės).

Pastaraisiais metais atsiradę IGBT, kurių darbinė įtampa iki 4500 V ir galimybė perjungti srovę iki 1800 A, lėmė, kad įrenginiuose, kurių galia iki 1 MW, o įtampa iki 1800 A, išjungiami tiristoriai (GTO). 3,5 kV.

Tačiau naujieji IGCT įrenginiai, galintys veikti perjungimo dažniais nuo 500 Hz iki 2 kHz ir pasižymintys didesniu našumu nei IGBT, derina optimalų patikrintos tiristorių technologijos derinį su jai būdingais mažais nuostoliais ir be trikdžių, labai efektyvią išjungimo technologiją. valdymo elektrodas IGCT šiandien yra idealus sprendimas vidutinės ir aukštos įtampos galios elektronikos programoms.

Šiuolaikinių galingų maitinimo jungiklių su dvipusiu radiatoriumi charakteristikos pateiktos lentelėje. 1.

1 lentelė. Šiuolaikinių galingų maitinimo jungiklių su dvipusiu radiatoriumi charakteristikos

Prietaiso tipas	Privalumai	Trūkumai	Naudojimo sritys
Tradicinis tiristorius (SCR)	Mažiausi nuostoliai įjungtoje būsenoje. Didžiausias perkrovos pajėgumas. Didelis patikimumas. Lengvai jungiamas lygiagrečiai ir nuosekliai.	Neįmanoma priverstinai užrakinti valdymo elektrodu. Žemas veikimo dažnis.	DC pavara; galingi maitinimo šaltiniai; suvirinimas; lydymas ir kaitinimas; statiniai kompensatoriai; AC klavišai
GTO	Kontroliuojama užrakinimo galimybė. Santykinai didelė perkrovos galia. Galimybė jungti nuoseklųjį ryšį. Darbiniai dažniai iki 250 Hz, esant įtampai iki 4 kV.	Dideli nuostoliai įjungtoje būsenoje. Labai dideli nuostoliai valdymo sistemoje. Sudėtingos energijos valdymo ir tiekimo potencialui sistemos. Dideli perjungimo nuostoliai.	Elektrinė pavara; statiniai kompensatoriai;reaktyvioji galia; nepertraukiamo maitinimo sistemos, indukcinis šildymas
IGCT	Kontroliuojama užrakinimo galimybė. Perkrovos galia yra tokia pati kaip GTO. Maži įjungimo būsenos perjungimo nuostoliai. Darbinis dažnis – iki vienetų, kHz. Integruotas valdymo blokas (tvarkyklė). Galimybė jungti nuoseklųjį ryšį.	Nenustatytas dėl eksploatavimo patirties stokos	Galingi maitinimo šaltiniai (nuolatinės srovės perdavimo linijų keitiklių ir lygintuvų pastotės); elektrinė pavara (įtampos keitikliai dažnio keitikliams ir įvairios paskirties elektros pavaros)
IGBT	Kontroliuojama užrakinimo galimybė. Didžiausias veikimo dažnis (iki 10 kHz). Paprasta, mažos galios valdymo sistema. Integruotas vairuotojas.	Labai dideli nuostoliai įjungtoje būsenoje.	Elektrinė pavara (smulkintuvai); Nepertraukiamo maitinimo sistemos; statiniai kompensatoriai ir aktyvieji filtrai; pagrindiniai maitinimo šaltiniai

Norint aiškiai įsivaizduoti kūrinį, reikia susidaryti idėją apie tiristoriaus darbo esmę.

Valdomas laidininkas, susidedantis iš keturių puslaidininkių jungčių P-N-P-N. Jo veikimo principas panašus į diodo veikimo principą ir vykdomas, kai į valdymo elektrodą tiekiama elektros srovė.

Srovės pratekėjimas per tiristorių įmanomas tik tuo atveju, jei anodo potencialas yra didesnis už katodo potencialą. Srovė per tiristorių nustoja praeiti, kai srovės vertė nukrenta iki uždarymo slenksčio. Srovė, kuri teka į valdymo elektrodą, neturi įtakos srovės vertei pagrindinėje tiristoriaus dalyje, be to, jai nereikia nuolatinio palaikymo pagrindinėje tiristoriaus būsenoje, ji reikalinga tik tiristoriaus atidarymui.

Yra keletas lemiamų tiristoriaus charakteristikų

Atviroje būsenoje, palankioje srovės laidumo funkcijai, tiristorius pasižymi šiais rodikliais:

• Įtampos kritimas, jis nustatomas kaip slenkstinė įtampa naudojant vidinę varžą.
• Didžiausia leistina srovės vertė yra iki 5000 A, vidutinė kvadratinė vertė būdinga galingiausiems komponentams.

Užrakintoje tiristoriaus būsenoje yra:

• Tiesioginė maksimali leistina įtampa (aukštesnė nei 5000A).
• Apskritai tiesioginės ir atvirkštinės įtampos vertės yra vienodos.
• Išsijungimo laikas arba laikas su mažiausia verte, per kurį tiristoriaus neveikia teigiama anodo įtampos vertė katodo atžvilgiu, kitaip tiristorius spontaniškai atsirakins.
• Atviros pagrindinės tiristoriaus dalies valdymo srovės charakteristika.

Yra tiristoriai, skirti veikti grandinėse, skirtose žemiems dažniams ir grandinėms su aukštais dažniais. Tai yra vadinamieji greitaeigiai tiristoriai, jų taikymo sritis yra skirta keliems kilohercams. Didelės spartos tiristoriams būdingas nevienodos tiesioginės ir atbulinės eigos įtampos naudojimas.

Norėdami padidinti nuolatinės įtampos vertę

Ryžiai. Nr. 1. Bendri tiristoriaus prijungimo matmenys ir brėžinys. m 1, m 2 – valdymo taškai, kuriuose matuojama impulsinė įtampa atviros būsenos metu. L 1 min – mažiausias oro tarpas (atstumas) ore tarp anodo ir valdymo elektrodo gnybtų; L 2 min – minimalus atstumo srovės praėjimo ilgis nutekėjimai tarp terminalų.

Tiristorių tipai

• – diodinis tiristorius, turi du gnybtus anodą ir katodą.
• SCR – triodinis tiristorius turi papildomą valdymo elektrodą.
• Triac yra simetriškas tiristorius; tai anti-serijinis tiristorių jungtis ir turi galimybę perduoti srovę į priekį ir atgal.

Ryžiai. Nr. 2. Tiristoriaus sandara (a) ir srovės-tampos charakteristika (voltų-amperų charakteristika).

Tiristoriai yra skirti veikti grandinėse su skirtingomis dažnio ribomis, įprastomis sąlygomis tiristorius galima prijungti prie diodų, kurie yra sujungti atgal, ši savybė naudojama norint padidinti nuolatinę įtampą, kurią komponentas gali atlaikyti išjungta būsena. Jis naudojamas pažangioms grandinėms tiristoriusGTO (Vartai Pasukite Oee - rakinamas tiristorius), tai visiškai valdoma. Jo užrakinimas vyksta per valdymo elektrodą. Tokio tipo tiristorių naudojimas buvo pritaikytas labai galinguose keitikliuose, nes jie gali praleisti dideles sroves.

Rašykite komentarus, papildymus prie straipsnio, gal ką praleidau. Pažvelkite, aš džiaugsiuosi, jei rasite ką nors naudingo mano.