Отпирание диодных тиристоров

⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 24Следующая ⇒

Прямое напряжение (напряжение источника питания U_п) на запертом динисторе выбирается из условия U_пр ≤ U_{пр.макс}., где U_{пр.макс.} ≈ 0, 5 U_вкл. Для переключения динистора из запертого в отпертое состояние необходимо увеличить прямое напряжение так, чтобы оно превысило напряжение включения.

U_пр. ≥ U_вкл.

Наиболее часто динисторы используются в устройствах, где переключение производится импульсами напряжения соответствующей полярности. Поэтому в справочниках вместо U_вкл часто указывают импульсное переключающее пусковое напряжение U_пуск., при котором гарантировано условие: U_{пр.макс.}+ U_пуск ≥ _Uвкл(Петрович В. П., 2008)_.

Рис.5.5. Способы отпирания динисторов (рисунок выполнен авторами)

(а - для пускового импульса положительной полярности; б - для пускового импульса отрицательной полярности; в - через импульсный трансформатор)

Длительность пусковых импульсов обычно составляет несколько микросекунд. VD2 увеличивает входное сопротивление устройства. Если амплитуда пусковых импульсов мала, то используют повышающий импульсный трансформатор (рис.5.5, в).

Тринисторы

Триодный тиристор (тринистор) отличается от динистора наличием вывода от одной из баз. Это вывод называется управляющим электродом (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Структура тиристора (рисунок выполнен авторами)

Если подключить внешний источник U_ВН так, как показано на рис. 5.6, то получим, что p-n-переходы J₁ и J₃ будут смещены внешним источником в прямом направлении, а средний p-n-переход J₂ будет смещен в обратном направлении, и во внешней цепи будет протекать только исчезающе маленький обратный ток коллекторного перехода J₂. Подключим другой внешний источник U_У (источник управления) между катодом и управляющим электродом (УЭ). Тогда ток управления, протекающий под действием источника управления, при определенной своей величине может привести к лавинообразному нарастанию тока в полупроводниковой структуре до тех пор, пока он не будет ограничен резистором R в цепи источника питания U_ВН. Произойдет процесс включения тиристора. Для рассмотрения этого явления представим тиристор в виде двух, объединенных в одну схему транзисторов VT1 и VT2 (рис. 5.7, а), типа p-n-p и n-p-n, соответственно. Оба транзистора включены по схеме с общим эмиттером (рис. 5.7, б).

Рис. 5.7. Структура (а) и схема двухтранзисторного эквивалента тиристора (б)

(рисунок выполнен авторами)

При создании разности потенциалов между анодом (А) и катодом (К) в прямом направлении («+» на аноде, «-» на катоде) оба транзистора будут закрыты, так как базовые токи их будут отсутствовать. При подключении источника управления U_У во входной цепи транзистора VT2 потечет базовый ток, являющийся током управления тиристора I_У. Под действием этого тока в коллекторной цепи транзистора VT2 потечет ток I_К2 =β ₂I_У, где β ₂ - коэффициент передачи по току транзистора VT2. Но этот ток I_К2 протекает по цепи «эмиттер - база» транзистора VT1 и является его входным, базовым током I_б1 = I_К2. Под воздействием тока I_б1 в выходной коллекторной цепи транзистора VT1 потечет коллекторный ток:

I_К1 = β ₁ I_б1 = β ₁ I_К2 = β ₁ β ₂ I_У, (5.1)

т. е. коллекторный ток I_К1 является усиленным в раз током управления I_У, и протекает ток I_К1 опять по базовой цепи транзистора VT2, там, где протекает и ток I_У. Поскольку I_К1 оказывается значительно больше тока I_У, процесс взаимного усиления транзисторами токов продолжается до тех пор, пока оба транзистора не войдут в режим насыщения, что соответствует включению тиристора. Описанный процесс является процессом внутренней положительной обратной связи, под действием которой и происходит лавинообразное нарастание тока в цепи тиристора.

После того, как тиристор включился, он сам себя поддерживает в открытом состоянии, так как при условии I_К2 > I_У внутренняя обратная связь остается положительной, и в этом случае источник управления уже оказывается ненужным. С учетом (5.1) это условие записывается в виде:

β ₁ β ₂ I_У > I_У. (5.2)

Откуда условие включения тиристора:

β ₁ β ₂ > 1. (5.3)

Для того чтобы выключить тиристор, необходимо прервать ток, протекающий в его силовой цепи, на короткий промежуток времени, достаточный для рассасывания неосновных носителей в зонах полупроводника и восстановления управляющих свойств. Чтобы снова включить тиристор, необходимо снова пропустить в его цепи управления ток I_У, чтобы снова запустить процесс внутренней положительной обратной связи. Таким образом, тиристор представляет собой бесконтактный ключ, который может быть только в двух устойчивых состояниях: либо в выключенном, либо во включенном.

Вольт-амперная характеристика тиристора представлена на рис. 5.8. Чем больше ток управления, тем меньше напряжение включения U_ВКЛ. Ток управления, при котором тиристор переходит на спрямленный участок вольт-амперной характеристики (показано на рис. 5.6 пунктиром) называют током управления спрямления Iу спр.

При изменении полярности приложенного к тиристору напряжения, эмиттерные p-n-переходы J₁ и J₃ будут смещены в обратном направлении, тиристор будет закрыт, а вольт-амперная характеристика будет представлять собой обратную ветвь вольт-амперной характеристики обыкновенного диода.

Рис.5.8. Вольт-амперная характеристика тринистора (рисунок выполнен авторами)

Таким образом, тиристор представляет собой частично управляемый вентиль, который можно перевести в проводящее состояние при наличии одновременно двух факторов: положительный потенциал анода относительно катода; подача управляющего сигнала в виде тока управления в цепи управляющего электрода. Если хотя бы один из этих факторов отсутствует, то тиристор будет оставаться в закрытом состоянии.

Частичная управляемость тиристора заключается в том, что после включения тиристора, цепь управления становится ненужной, так как он сам себя поддерживает во включенном состоянии. Выключить обычный тиристор по цепи управления невозможно. Поэтому он называется однооперационным тиристором или в зарубежной терминологии SCR (Silicon Controlled Rectifier). Для запирания тиристора необходимо каким-либо способом снизить анодный ток до нуля и удерживать его на нулевом уровне в течение времени рассасывания неосновных носителей, накопившихся в базах транзисторов VT1 и VT2.

На электрических принципиальных схемах незапираемые тиристоры обозначаются условными графическими обозначениями, представленными на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Условные обозначения незапираемых тринисторов с управлением по аноду (а), с управлением по катоду (б)

(рисунок выполнен авторами)

5.2.1. Способы отпирания триодных тиристоров (тринисторов)

Для надёжного отпирания тринистора от источника постоянного тока I_у и U_у выбирают из условий: I_у ≥ I_{у спр}; U_у ≥ U_у.спр; I_уU_у ≤ P_у.макс,

Где P_у.макс - максимальная мощность, рассеиваемая на управляющем электроде.

Этим же соотношением руководствуются при импульсном управлении, если длительность пусковых импульсов не короче 100мксек. При импульсном управляющем сигнале меньше 100мксек исходят из соотношения:

(2 ÷ 3)I_у.спр ≤ I_у.имп ≤ I_{у.имп.макс},

Где I_у.имп - импулсный ток управления;

I_{у.имп.макс} - импульсный ток управления максимальный.

Рис.5.10. Способы отпирания тринисторов (рисунок выполнен авторами)

(а - от источника постоянного тока; б, в - импульсным сигналом)

а) Iу ≥ I_{у спр}, обычно I_у = (1, 1 - 1, 2) I_{у спр}

R1 = Uп/(1, 1 ÷ 1, 2)I_у.спр

б) C обычно равен 0, 01 - 0, 05мкФ

Диод предотвращает появление отрицательного импульса на управляющем электроде при разрядке конденсатора.

в) импульсные трансформаторы используются для того, чтобы развязать гальванически пусковую и силовую цепи. R служит для ограничения пускового тока.

R ≥ U_вх.имп/I _{у.имп.макс.}

Где U_вх.имп. - амплитуда управляющего импульса, подаваемая на вход устройства (Петрович В. П., 2008).

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 111213 14 15 16 Следующая ⇒