Тиристор то: Т106-10-4, Тиристор 10А 400В [TO-220], СЗТП

Содержание

Т106-10-4, Тиристор 10А 400В [TO-220], СЗТП

Максимальное обратное напряжение Uобр.,В 400
Макс. повторяющееся импульсное напр. в закрытом состоянии Uзс.повт.макс.,В 400
Макс. среднее за период значение тока в открытом состоянии Iос.ср.макс.,А 10
Макс. кратковременный импульсный ток в открытом состоянии Iкр.макс.,А 0.21
Макс. напр. в открытом состоянии Uос.макс.,В 1.65
Наименьший постоянный ток управления, необходимый для включения тиристора Iу.от.мин.,А 25
Отпирающее напряжение управления,соответствующее минимальному постоянному отпирающему току Uу.от.,В 2.5
Критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии dUзс./dt,В/мкс 320
Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии dI/dt,А/мкс
160
Время выключения tвыкл.,мкс 80
Рабочая температура,С -60…125
Тип тиристора триодный
Повторяющееся имп. обр. напряжение(Urrm) и повторяющееся имп. напряжение в закр. сост.(Udrm),В 400
Повторяющийся имп. обр. ток(Irrm) и повторяющийся имп. ток в закр. сост.(Idrm), мА 1
Макс. допустимый сред. ток в откр. сост.(Itav), А 10
при температуре корпуса, C 95
Макс. допустимый действ. ток в откр. сост., А 15.7
Ударный ток в откр. сост., кА 0.21
при синус. однополупериодном импульсе тока, мс 10
Имп. напряжение в откр. сост., В 1.65
Пороговое напряжение, В
1.25
Крит. скорость нарастания тока в откр. сост., А/мкс 160
Макс. крит. скорость нарастания напряжения в закр. сост., В/мкс 320
Отпирающее пост. напряжение упр., В 2.5
Отпирающий пост. ток упр., мА 25
Тепловое сопротивление переход-корпус, С/Вт 1.9
Температура перехода, С -60…125
Время выключения, мкс 80
Масса прибора, г 2.2
Конструктивное исполнение транзисторный
Вес, г 2.5

Наследие IR: тиристоры

24 сентября 2008

 

Тиристоры как коммутационные элементы в настоящее время испытывают жесткую конкуренцию среди прочих силовых полупроводников, в т.ч. транзисторы MOSFET и IGBT. Это связано не только с улучшенными техническими и функциональными возможностями схем на указанных транзисторах, но и с непрерывно ужесточающимися требованиями к электромагнитной совместимости. Тем не менее, еще существует ряд применений, где использование тиристоров как минимум более выгодно по экономическим соображениям, а порой и безальтернативно. Во многих из таких применений могут использоваться тиристоры из производственной линии International Rectifier, права на производство которых выкупила компания Vishay в 2007 году. Если следовать общепринятой классификации тиристоров, то в выпускаемый Vishay ассортимент входят только триодные тиристоры (тринисторы или SCR) и модули на их основе. Такие тиристоры имеют три вывода: анод, катод и управляющий электрод, и могут находиться в одном из двух устойчивых состояний: закрытое (исходное состояние) и открытое с протеканием тока в одном направлении. Весь ассортимент тиристоров удобно разделять по конструктивному исполнению и быстродействию (см. таблицу 1).

Таблица 1. Серии тиристоров Vishay из производственной линии IR

Для фазового управления (tq ³100 мкс) Быстродействующие (tq=10…30 мкс )
Корпус Серия IT(RMS)/IT(AV) [А] VDRM [В] Корпус Серия IT(RMS)/
IT(AV)
[А]
VDRM [В]
Для выводного монтажа на печатную плату  
TO-220   10TTS08   10/6,5   800  
TO-220   12TTS08   12/8   800  
TO-220/FP 16TTS08
16/10
800
TO-220/FP 25TTS08 25/16 800
TO-247AC 30TTS08 30/20 800
TO-247AC 40TTS08/16 55/35 800, 1600
Super-247 70TTS12 75/70 1200
Для поверхностного монтажа на печатную плату
D2PAK 10TTS08S 10/6,5 800
D2PAK 16TTS08S 16/10
800
D2PAK 25TTS08S 25/16 800
Металло-стеклянный под гайку
TO-208AA (TO-48) 16RIA 35/16 100, 200, 400, 600, 800,  1000, 1200 TO-209AC (TO-94) ST083S 135/85 1200
TO-208AA (TO-48) 22RIA 35/22 TO-209AC (TO-94) ST103S 165/105 800
TO-208AA (TO-48) 25RIA 40/25 TO-209AB (TO-93) ST183S 306/195 800
TO-209AC (TO-94) 80RIA 125/80 400
TO-209AB (TO-93)
ST280S 440/280 400,600
TO-209AC (TO-94) ST110S 175/110 400 TO-209AE (TO-118) ST303S 471/300 1200
TO-209AC (TO-94) 110RKI40 172/110 400 TO-209AB (TO-93) ST173S 610/330 1200
TO-209AB (TO-93) ST180S 314/200 400, 800, 1200, 1600, 2000
TO-209AB (TO-93) ST230S 360/230 400, 800, 1200, 1400, 1600
TO-209AE (TO-118) ST300S 470/300 1200, 2000
TO-209AE (TO-118) ST330S 520/330 400, 800, 1200, 1400, 1600
Таблетка
TO-200AB (A-PUK) ST180C-C 660/350 400, 800, 1200, 1600, 1800, 2000 TO-200AB (A-PUK) ST173C10CFK0 330 1000
TO-200AB (A-PUK) ST230C-C 780/410 400, 800, 1200, 1400, 1600 TO-200AB
(A-PUK)
ST183C-C 370 400, 800
TO-200AB (A-PUK) ST280C-C, ST280CH-C 960/500
1130/500
400, 600   TO-200AB
(A-PUK)
ST203C-C 370 1200
TO-200AC (B-PUK) ST300C-L 1115/560 400, 800 TO-200AC
(B-PUK)
ST303C-L 515 400, 800, 1000, 1200
TO-200AB (E-PUK) ST300C-C 1290/650 400, 800 TO-200AB
(E-PUK)
ST303C-C 620 400, 1000, 1200
TO-200AC (B-PUK) ST330C04L0 1230/650 400 TO-200AB (E-PUK) ST333C04CFL0 720 400
TO-200AB (E-PUK) ST330C-C 1420/720 400, 800, 1200, 1400, 1600
TO-200AC (B-PUK) ST700C-L 1857/910 1200, 1600, 1800, 2000
TO-200AC (B-PUK) ST733C-L 1900/940 800
TO-200AB (E-PUK) ST380C-C, ST380CH-C 1900/960
2220/960
400, 600
TO-200AC (B-PUK) ST730C-L 2000/990 800, 1200, 1400, 1600, 1800
TO-200AC (B-PUK) ST780C-L 2700/1350 400, 600
A-24 (K_PUK) ST1200C-K 3080/1650 1200, 1400, 1600, 1800        
A-24 (K_PUK) ST1230C-K 3200/1745 800, 1200, 1400

Все тиристоры Vishay характеризуются достаточно быстрым временем включения, которое составляет единицы микросекунд, поэтому, под быстродействующими тиристорами понимаются приборы с малым временем отключения tq (для тиристоров Vishay лежит в пределах 10…30 мкс). Такие тиристоры применяются в преобразовательной технике с принудительной коммутацией, в которой переключение тиристоров нужно осуществлять с частотой выше частоты питающей сети. Несмотря на то, что тиристорные преобразователи по ряду параметров уступают преобразователям на основе IGBT- и мощных MOSFET-транзисторов, тем не менее, при токах ориентировочно более 100 А и напряжении свыше 1 кВ применение тиристоров может оказаться выгодным в ценовом плане. Тиристоры с более высокими значениями tq предназначены для реализации тиристорных коммутаторов и фазовых регуляторов напряжения (ФРН). Помимо низкой стоимости, применение тиристоров в этих применениях обеспечивает высокую кратковременную перегрузочную способность по току, что упрощает требования к быстродействию схемы токовой защиты и повышает надежность при коммутации таких нагрузок, как асинхронные электродвигатели, которым свойственны большие пусковые токи (могут в 8 раз превышать номинальные токи). Схемы силовых каскадов наиболее распространенных фазовых регуляторов напряжения представлены на рисунке 1.

 

 

Рис. 1. Примеры типичных фазовых регуляторов напряжения на тиристорах

Схема фазового управления переменным напряжением (рис. 1а) широко используется для управления яркостью свечения осветительных устройств (диммеры), в устройствах плавного запуска асинхронных электродвигателей, для регулировки мощности нагревательных элементов и др. Кроме того, эта же схема используется для построения тиристорного коммутатора для цепей переменного тока. Если достаточно иметь диапазон регулировки от 50 до 100%, то один из тиристоров на схеме можно заменить диодом. Такие схемы обычно называют маловентильными. Для регулировки частоты вращения электродвигателей постоянного тока, тока заряда аккумуляторных батарей, сварочного тока и др. применяются ФРН с выходом постоянного напряжения. Они представляют собой управляемые двух- и однополупериодные мосты (рис. 1б и 1в соответственно).

Для реализации тиристорных коммутаторов напряжения и ФРН средней мощности (от единиц киловатт до нескольких десятков киловатт) идеально подходят тиристоры в корпусах для выводного (TO-220, ТО-247) и поверхностного монтажа (D2PAK), которые образуют семейство SafeIR. Решения на их основе будут отличать конкурентная стоимость и простота серийного производства. Среди данного семейства имеются два тиристора (из серий 16TTS и 25TTS), которые доступны в изолированных корпусах TO-220FP. Такие тиристоры выгодно использовать, когда на одном радиаторе необходимо охлаждать несколько полупроводниковых приборов. Однако недостатком корпуса TO-220FP является его повышенное тепловое сопротивление корпус-теплоотвод: 1,5 К/Вт у TO-220FP против 0,5 К/Вт у неизолированного TO-220АС. Это может повлиять на повышение температуры перехода или на необходимость увеличения габаритов теплоотвода. Если ни то, ни другое недопустимо, а охлаждать несколько приборов на одном радиаторе желательно, можно воспользоваться модулем из серии Т..RIA (см. таблицу 2), в который входит один тиристор, изолированный от контактирующей с радиатором металлической пластины.

Таблица 2. Тиристорные и диодно-тиристорные модули для фазовых регуляторов напряжения

Тепловое сопротивление корпус-теплоотвод у этого прибора составляет всего лишь 0,2 К/Вт. Семейство SafeIR замыкает 70-амперный тиристор 70TTS12. Обычно тиристоры для выводного монтажа на такие токи выпускаются в корпусе типоразмера TO-264 и более, поэтому, применение 70TTS12 позволит существенно уменьшить занимаемое пространство, т.к. используемый для его производства корпус SUPER-247, обладая размерами стандартного корпуса TO-247, позволяет рассеивать мощность, типичную для корпусов более крупных типоразмеров. Также важно обратить внимание, что у тиристора 70TTS средний ток IT(AV) и IT(RMS) практически одинаковы, хотя обычно действующий ток более чем в 1,5 раза превышает средний. Это связано с ограничением по нагреву выводов для корпуса SUPER-247, т.к. именно квадрат действующего тока определяет потери мощности на всех резистивных элементах тиристора, в т.ч. и на его выводах.

Тиристоры из семейства SafeIR, помимо рассмотренных применений, также могут использоваться в ответственных применениях для защиты нагрузок от действия повышенных напряжений. Пример такой схемы показан на рисунке 2.

 

 

Рис. 2. Пример тиристорной схемы защиты нагрузки от действия повышенных напряжений

Тиристор VS срабатывает, если напряжение Vвых станет выше напряжения стабилизации стабилитрона VD. В этом случае тиристор создает необратимое короткое замыкание на выходе вплоть до перегорания предохранителя FU. Резистор R выполняет роль подтягивающего резистора к запирающему уровню и необходим для повышения помехоустойчивости, а конденсатор С необходим для снижения быстродействия схемы (без него или при его недостаточной емкости схема может давать ложные срабатывания при подаче и снятии напряжения питания). Подобные схемы обычно применяются в выходных каскадах импульсных преобразователей напряжения дорогостоящего телекоммуникационного и серверного оборудования. Наиболее типичной причиной устойчивых перенапряжений в таких системах является повреждение цепи обратной связи по напряжению импульсного преобразователя напряжения или логики его управления. Данная защита обычно является резервной и, поскольку, носит необратимый характер, то вступает в силу только, если прочие средства не позволяют устранить выявленное перенапряжение. Кроме того, такая схема при условии трехкратного резервирования может выступать гарантом применения модулей DC/DC-преобразователей в искробезопасных источниках электропитания, т.к. она ограничивает область возможных значений выходного напряжения до искробезопасного уровня и блокирует работу источника питания при любых повреждениях DC/DC-преобразователя, связанных с увеличением выходного напряжения.

Тиристоры для применений средней мощности также доступны в металлостеклянных корпусах. Данные типы корпусов скорее можно назвать наследуемыми, чем современными. Ввиду своей повышенной механической прочности они рекомендованы для использования в аэрокосмических и военных применениях. Благодаря металлической конструкции данный корпус также обладает лучшими теплорассеивающими свойствами, чем пластиковые корпуса.

Для высокомощных применений в ассортименте Vishay имеются тиристоры опять-таки в металлостеклянных корпусах, а также в корпусах типа «таблетка» и в виде тиристорных и диодно-тиристорных модулей. Тиристоры в корпусах типа «таблетка» характеризуются наибольшей коммутационной способностью, но, при этом, характеризуются и наиболее сложным монтажом, который требует специальных деталей для крепления и подключения к силовым токоведущим шинам/проводникам.

Избавиться от этой специфики позволяют тиристорные и диодно-тиристорные модули, которые были разработаны для наиболее типичных применений и реализуют в себе часть силовой схемы или даже всю силовую схему, таким образом, не только сокращая количество элементов в схеме, но и упрощая электрическую разводку силовых проводников. Благодаря этому, существенно облегчается производство, наладка, техническое обслуживание и ремонт системы. Информация по выпускаемым Vishay модулям для применения в коммутаторах и ФРН представлена в таблице 2. Они охватывают наиболее типичные однофазные и трехфазные применения. Например, управляемые однофазные мосты P101, P401, по сути, являются завершенной силовой частью для управления мощными электродвигателями постоянного тока, а модуль 104MTKB может использоваться в качестве коммутатора трехфазной нагрузки или в устройствах плавного запуска асинхронных электродвигателей.

Для применений с быстродействующей коммутацией Vishay выпускает 200-амперный диодно-тиристорный модуль IRKHF200 в корпусе MAGN-A-pak. Время отключения входящего в его состав тиристора не превышает 25 мкс. Встроенные приборы соединены по схеме «Н», идентичной приведенной в таблице 2.

Общей чертой и преимуществом всех рассмотренных модулей является то, что подключаемое к теплоотводу их металлическое основание изолировано от электрической части (напряжение изоляции в общем случае лежит в пределах от 2,5 до 4 кВ действующего значения переменного напряжения). Это позволяет подключать несколько силовых приборов на общий радиатор, упрощает проектирование конструкции аппарата и выполнение требований электробезопасности. Внешний вид корпусов модулей показан на рисунке 3.

 

 

Рис. 3. Внешний вид корпусов модулей Vishay

Таким образом, компания Vishay выпускает широкий ассортимент тиристоров для однофазных и трехфазных применений средней и большой мощности, различающихся по быстродействию коммутации, конструктивному исполнению и электрическим характеристикам. К числу таких применений относятся регуляторы напряжения/мощности для управления осветительными устройствами, электроприводами, нагревательными элементами и др.; сварочные аппараты, зарядные устройства и многое другое. Тиристоры Vishay в пластиковых корпусах также прекрасно подходят для защиты цепей постоянного тока от перенапряжений. Более детальная информация о технических характеристиках рассмотренных тиристоров и документация на них доступны по ссылке [1].

 

Литература

1. Техническая информация и документация по тиристорам Vishay на сайте www.vishay.com/irf-products/.

 

Получение технической информации, заказ образцов, поставка —
e-mail: [email protected]

•••

Наши информационные каналы

Тиристоры

Тиристор (Тр) — это полупроводниковый прибор, со­стоящий из четырех областей, разделенных тремя р-п-переходами (рис. 1.23) и имеющий выводы от двух крайних областей, а иногда и от средней области (управляющий электрод — УЭ). Такой прибор иногда называют управляемым переключающим диодом, или кремниевым уп­равляемым вентилем (КУВ).

Рис. 1.23. Структура (а) и условное обозначение тиристора (б)

и динистора (в)

Основной особенностью тиристора являются наличие на ВАХ участ­ка с отрицательным дифференциальным сопротивлением и, как след­ствие, — работа в режиме переключения.

Перевод Тр из закрытого состояния в открытое осуществляется внешним воздействием на прибор: изменением напряжения между анодом и катодом, током управления или световым потоком.

Соответственно все приборы этого класса можно разделить (рис. 1.23) на диодные (динисторы), управляемые напряжением; триодные (собственно тиристоры или тринисторы), управляемые или напря­жением или током в цепи управляющего электрода; если при этом током управления можно не только включать, но и выключать тиристор, то последний называют двухоперационным, или полностью управляемым. Если включить прибор можно световым потоком, то его называют фототиристором (фотодинистором). Встречно-па­раллельное включение двух pnpnструктур с симметричной ВАХ называется симистором.

Анализ принципа действия тиристора (динистора) можно выпол­нить следующим образом.

Если на тиристор подать внешнее напряжение с полярностью, указанной на рис. 1.23, а, то крайние pn-переходы окажутся смещен­ными в прямом направлении и существенного сопротивления проте­канию тока через прибор не окажут. Средний pn-переход будет сме­щен в обратном направлении и его состояние определит полный ток через прибор. Ток I2 через этот переход является суммарным из трех составляющих. Первая составляющая — это обычный обратный ток Iобрр-п-перехода, вызванный существованием неосновных носителей в прилегающих областях (дырок в области n1 и электронов в области p2). Так как прибор выполняется, как правило, на базе кремния, то ток Iобр весьма невелик, и поэтому прямое сопротивление прибора в рассматриваемом состоянии достигает нескольких мегом.

Вторая составляющая тока через средний р-п-переход может быть выражена как коллекторный ток транзистора р-п-р-типа, входящего в состав тиристора, если четырехслойную структуру прибора предста­вить в виде двух транзисторов VT1 и VT2, связанных между собой, как показано на рис. 1.24. Этот коллекторный ток равен эмиттерному току Iэ1 (т. е. потоку дырок из области р1 в область n1, умноженному на коэффициент усиления транзистора . И, наконец, третья составляю­щая тока через средний р-п-переход представляет собой коллектор­ный ток транзистора npnтипа, т. е. этот ток равен эмиттерному току Iэ2 (потоку электронов из области п2 в область р2), умноженному на коэффициент усиления второго транзистора .

Рис. 1.24. Представление тиристора в виде двух условных тран­зисторов разного типа (а и б)

Итак,

.

Следует обратить внимание на то, что эмиттерный ток практи­чески равен полному токуI через тиристор, так как составляющей электронного тока из базы в эмиттер транзистора VT1 можно пре­небречь вследствие относительно небольшой концентрации доноров в базе по сравнению с акцепторной примесью в эмиттере. По той же причине в транзисторе VT2 можно пренебречь током дырок из базы в эмиттер. Поэтому . Тогдаи можно записать

.

Отсюда видно, что ток через тиристор существенно зависит от суммы 1 и.

При малых значениях приложенного внешнего напряжения через коллекторные переходы обоих транзисторов протекают небольшие коллекторные токи, и такой режим транзистора характеризуется ма­лыми значениями коэффициента усиления . Физически это объяс­няется тем, что при малых напряжениях на коллекторе бо’льшая часть носителей, попадающих из эмиттера в базу (например, дырок в тран­зисторе р-п-р-типа), успевает там рекомбинировать и не доходит до коллектора.

Пока сумма 1 и значительно меньше единицы, ток через при­бор мало отличается от Iобр (участок I ВАХ на рис. 1.25). По мере увели­чения приложенного напряжения растет сумма , токI через прибор возрастает, и при = 1 наступает момент переключения, при котором ток через прибор скачком (по условному участкуII ВАХ) увеличивается. Прибор переходит в открытое состояние (участок III), в котором ток должен ограничиваться сопротивлением нагрузки в его цепи. При этом прямое падение напряжения на приборе меньше, чем сумма падений напряжений на трех pnпереходах, в связи с тем что на среднем переходе за счет избыточной концентрации носителей в об­ластях n1 и р2 действует ускоряющее поле. В этом состоянии оба ус­ловных транзистора, входящих в состав тиристора, насыщены, и в пер­вом приближении можно считать, что базовый ток каждого транзис­тора равен его коллекторному току.

Рис. 1.25. ВАХ динистора при различных температурах

Таким образом, выше был рассмотрен процесс переключения че-тырехслойного полупроводникового прибора без управляющего электрода, т. е. динистора, и по­строена его ВАХ в области положительных значений приложенных напряжений. При приложении к прибору обратного напряжения ток через него определяется током через смещенные в обратном направле­нии первый и третий р-п-переходы. Обратная ветвь ВАХ динистора аналогична характеристике обычного диода, причем максимальное обратное напряжение, как правило, не меньше прямого, при котором происходит переключение прибора. Следует, однако, иметь в виду, что некоторые типы тиристоров и динисторов не допускают включения их на обратное напряжение.

Для переключения динистора в проводящее состояние к нему прикладывается дополнительное входное напряжение, обычно корот­кий импульс, так чтобы

.

Выключить динистор, т. е. перевести его вновь в непроводящее состояние, можно, уменьшив ток через него до значения, меньшего, чем Iвыкл. Для этого нужно или снизить напряжение, действующее в схеме, или увеличить сопротивление нагрузки, или на короткий промежуток времени зашунтировать динистор.

Если к одной из внутренних областей четырехслойного прибора (обычно к р-области) присоединить вывод и подавать на него напряже­ние, то этот прибор (тиристор) приобретает новые свойства по сравне­нию с динистором. При токе управления, равном нулю, характеристи­ки динистора и тиристора совпадают.

Если подать на управляющий электрод положительный потенциал относительно катода, то по р2-п2-переходу потечет ток управления, смещающий данный переход в прямом направлении. При этом создают­ся условия, облегчающие процесс переключения тиристора. Для этого случая нетрудно тем же способом получить следующее выражение:

.

При этом полный ток через прибор увеличивается при меньших значе­ниях приложенного напряжения как за счет тока управления, так и за счет того, что этот ток Iу приводит к более быстрому нарастанию коэф­фициента 2. Чем больше ток управления Iу, тем при меньшем напря­жении происходит переключение тиристора (рис. 1.28). При некотором значении тока управления участок отрицательного дифференциально­го сопротивления на ВАХ тиристора исчезает, и она становится сходной с прямой ветвью ВАХ обычного диода. Такой ток управления на­зывают током спрямления Iу.спр, и его значение для каждого типа ти­ристора указывается в справочниках.

Рис. 1.28. ВАХ тиристора при различ­ных токах управления: Iу.спр > Iу2 > Iу1

Время включения и время выклю­чения тиристора зависят как от параметров самого прибора, так и от пара­метров нагрузки и управляющих сигна­лов. Чем больше мощность управляю­щего сигнала, тем время включения меньше, и чем больше ток через тиристор, тем время выключения больше. Обычно время выключения больше времени включения и лежит в пределах нескольких десятков микро­секунд.

Следует иметь в виду, что после включения тиристора ток управления больше не нужен. Поэтому обычно включение производят подачей на уп­равляющий электрод положительных импульсных сигналов достаточной величины.

Выключение тиристоров осуществляется также как и динисторов.

Тиристоры (и динисторы) применяются или в управляющих пере­ключательных цепях, где используются в основном их свойства оста­ваться во включенном состоянии после снятия входного сигнала, или в силовых регулируемых выпрямителях, инверторах, преобразовате­лях частоты и т. п.

Тиристоры с симметричной характеристикой. Если к четырехслойной структуре добавить еще один nслой, примы­кающий к внешнему р-слою, то получится пятислойная структура с четырьмя р-п-переходами. Такую структуру можно рассматривать как два одинаковых обычных тиристора, включенных навстречу друг другу (рис. 1.30).

Рис. 1.30. Структура (а), условное обозначение (б) и характеристика (в) симметричного тиристора

Если структура прибора симметрична, то и ВАХ его является сим­метричной (рис. 1.30, в), а сам прибор носит название симистора (сим­метричного тиристора). Он обычно имеет один управляющий электрод. Подавая на него в нужные моменты управляющие сигналы, можно обеспечить открытие (включение) си­мистора для прохождения тока в лю­бом направлении. Симисторы могут использоваться в цепях переменного тока в качестве выключателей, регуляторов тока и т. п.

Двухоперационные, или полностью управляемые тиристоры (ДОТ) (в иностранной литературе обозначаются GTO) включаются подачей положительного сигнала на управляющий электрод и остаются в проводящем состоянии после пре­кращения действия этого сигнала как обычные тиристоры, но в отли­чие от последних могут быть выключены (заперты) подачей отрица­тельного сигнала на тот же управляющий электрод. Такие приборы оказываются чрезвычайно удобными в тех схемах, где необходимо совместить свойства транзистора и тиристора.

Структура ДОТ показана на рис. 1.31 и не­сколько напоминает структуру симистора. С помощью анодной плас­тинки частично перекрыты области р1 и п1. Сопротивления для поло­жительного и отрицательного тока управления существенно разли­чаются (в 2-2,5 раза).

Рис. 1.31. Структура (а) и ус­ловное обозначение (б) двух­операционного тиристора

При подаче отрицательного импульса на управляющий электрод Необходимо условные транзисторы, входящие в состав тиристора, вы­вести из состояния насыщения; только тогда начнется лавинообразный процесс запирания тиристора. Для этого необходимо, чтобы ток управ­ления был достаточно большим.

Фототиристоры (ФТр) — четырехслойные полупроводниковые приборы, которые могут включаться не только обычным способом, но также путем освещения одного из pnпереходов (рис. 1.32).

Рис. 1.32. Структура (а) и условное обозначение (б) фототиристора

Под воздействием света в ФТр возникает (как у ФД) ток через осве­щаемый р-п-переход. Этот ток действует так же, как ток управления обычного тиристора. При достаточно большом освещении происходит включение прибора. Остальные свойства ФТр близки к свойствам обычных тиристоров.

Наиболее важным достоинством ФТр является возможность управ­ления без гальванической связи с источником сигнала и одновремен­ного управления по двум каналам от двух независимых источников сигнала — светом и током управления.

В России разработаны и так называемые оптронные тиристоры, представляю­щие собой комбинацию в одном корпусе кремниевого фототиристора и светоизлучающего диода. Тем самым осуществляется гальваничес­кая развязка между силовой частью (тиристор) и схемой управления светоизлучающим диодом (рис. 1.33). Для запуска схемы управления требуется сигнал с напряже­нием порядка 2,5 В и ток 80 … 150 мА. Оптронные тиристоры очень удобны для использования в мощных установках с большим уровнем помех.

Рис. 1.33. Услов­ное обозначе­ние оптотиристора

О тиристорах простым языком | ЭТМ для профессионалов

В современной электронике применяется множество полупроводниковых ключей для управления нагрузкой, а также в составе вторичных источников питания. Один из видов полупроводниковых ключей – это тиристоры. В сегодняшней статье мы расскажем о тиристорах простым языком.

Определение

Тиристоры – это полупроводниковые ключи с p-n-p-n-структурой с тремя или более p-n-переходами и двумя стабильными состояниями:

• «закрытое» состояние — состояние низкой проводимости. Это такое состояние, при котором ключ разомкнут и не проводит ток.

• «открытое» состояние — состояние высокой проводимости. Это такое состояние, при котором ключ замкнут и проводит ток.

Основное их применение — это управление мощной нагрузкой, с помощью слабых токов. Тиристор, как и полупроводниковый диод, проводит ток в одном направлении. Другое название тиристоров – не полностью управляемые или полууправляемые ключи. это связано с их главной особенностью – самый простой тиристор можно только открыть, подав сигнал на управляющий электрод, но закрыть его нельзя. Тиристор будет в открытом состоянии до тех пор, пока он под напряжением и через него будет протекать ток силой выше, чем ток удержания.

Ток удержания – минимальный ток, который должен протекать через тиристор, чтобы удерживать его в открытом состоянии.

Если с тиристора снять напряжение или прервать ток через него, или подать напряжение обратной полярности он перейдёт в закрытое состояние.

Существуют и такие тиристоры, которые можно закрыть с помощью управляющего электрода, они называются двухоперационными или запираемыми, чтобы закрыть такой тиристор нужно на управляющий электрод подать ток обратной полярностью. Соответственно простые тиристоры, которые нельзя закрыть таким образом называются однооперационными, они чаще встречаются и просты для понимания, поэтому рассматривать принцип работы мы будем на их примере.

Условное графическое обозначение тиристора на схемах похоже на обозначение диода, но отличается дополнительной чёрточкой — это управляющий электрод. Анод соединён с внешним p-слоем p-n-перехода, а катод с внешним n-слоем. В зависимости от реального расположения управляющего электрода в структуре кристалла управляющий электрод на УГО изображается со стороны анода (а) или со стороны катода (б).

Принцип работы

Тиристор состоит из 4 слоёв полупроводника с разной проводимостью (p-n-p-n), соединённых последовательно. Его можно представить в виде двух транзисторов с разной проводимостью: прямой (pnp) и обратной (npn), у которых соединены база с коллектором, а эммитеры представляют собой «крайние» выводы тиристора — анод и катод.

Принцип работы будем рассматривать на примере аналогии с двумя транзисторами. Для лучшего понимания на рисунке ниже вы видите обозначение транзистора на схеме и название его выводов.

При таком представлении крайние области структуры можно назвать эмиттерными, а центральный переход коллекторной. Чтобы понять принцип работы тиристора рассмотрим его вольт-амперную характеристику (ВАХ).

ВАХ тиристора. Справа вверху изображена ветвь при прямом включении, когда на анод подан + источника, а на катод — это называется прямая ветвь. Слева внизу изображена обратная ветвь ВАХ.

ВАХ тиристора. Справа вверху изображена ветвь при прямом включении, когда на анод подан + источника, а на катод — это называется прямая ветвь. Слева внизу изображена обратная ветвь ВАХ.

Вернёмся к тиристору. Если на анод подать какое-то положительное относительно катода напряжение, то «эмиттерные» переходы будут смещены в прямом направлении, а коллекторный в обратном, и всё приложенное напряжение упадёт на нём. Участок ВАХ от 0 до 1 – похож на обратную ветвь диода. Так ведёт себя тиристор в закрытом состоянии, то есть при увеличении напряжения сила тока практически не увеличивается и приближена к нулю.

При дальнейшем увеличении напряжения на аноде происходит инжекция основных носителей зарядов в области баз, тогда ток через тиристор начнёт расти. С увеличением напряжения и тока через тиристор, при достижении напряжения включения, напряжение на коллекторном переходе резко уменьшится — участок ВАХ 1-2. Этот участок называют «участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением». Отрицательным оно называется, потому что при уменьшении напряжения возрастает ток. Три p-n-перехода сместятся в прямом направлении, и тиристор откроется, на ВАХ это состояние отображает участок 2-3.

Тиристор будет открытым до тех пор, пока p-n-переходы смещены в прямом направлении. Если уменьшить ток тиристора, то в результате рекомбинации уменьшится количество неравновесных носителей заряда в базовых областях и коллекторный переход сместится в обратном направлении, а тиристор закроется. А также тиристор можно закрыть если подать на его анод отрицательное напряжение.

Если говорить простым языком, то можно представить водопроводную трубу, на которой установлен клапан, который открывается под большим давлением воды. Вода как бы «прорывает» клапан. А если перекрыть воду задвижкой, установленной где-то до него, то клапан без давления сразу же закроется.

Если к аноду приложить не положительное, а отрицательное напряжение, то есть включить тиристор в обратном направлении, то его вольтамперная характеристика в целом повторяет обратную ветвь ВАХ обычного выпрямительного диода. Напряжение, при котором он начнет пропускать ток в таком направлении называется напряжением пробоя. Это аварийный режим работы для тиристора.

Но почему на прямой ветви ВАХ изображено несколько графиков? Самый правый участок ветви ВАХ, обозначенный Iупр1=0, показывает поведение тиристора без подачи тока управления на управляющий электрод (УЭ), то есть он сам откроется при достижении определённого напряжения на аноде (Uак).

Чем больше ток управления, тем меньше напряжение нужно для включения тиристора, это видно по участкам ВАХ с подписью Iупр2 > 0 и Iупр3 > Iупр2. Напомню, что для открытия тиристора достаточно кратковременной подачи управляющего тока на УЭ, после его прекращения тиристор продолжит проводить ток.

Смысл использования тиристора состоит в том, что управляющий ток может быть во много раз меньше чем ток через анод тиристора, таким образом и происходит управление мощными нагрузками с помощью маломощных ключей, кнопок или контроллеров.

Если вернуться к структурной схеме тиристора, то при таком включении оба транзистора охвачены сильной положительной обратной связью. Положительная обратная связь – это когда изменение выходного сигнала элемента усиливает входной сигнал, то есть чем больше на выходе – тем больше на входе.

Ключ, собранный по такой схеме, отпирается кратковременной подачей тока на управляющий электрод. Так открывается транзистор VT2 и через него начинает протекать ток (Ik2) от источника (А) через переход эммитер-база транзистора VT1, открывая и его. После снятия тока с управляющего электрода ток коллектора VT1 (Iк1) втекает в базу VT2, поддерживая его в открытом состоянии.

И так по кругу — токи коллекторов обоих транзисторов протекают через их базы и поддерживают их в открытом состоянии. Это и есть работа положительной обратной связи.

Поэтому тиристоры не нуждаются в поддержании управляющего тока и отпираются коротким импульсом.

Основные характеристики

Выбирают тиристоры по техническим характеристикам, в зависимости от напряжения в цепи и требуемого номинального тока. Перечислим основные технические характеристики, в скобках будет приведено буквенное обозначение в отечественной и зарубежной литературе:

  1. Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).
  2. Наибольшее постоянное прямое напряжение на аноде в закрытом состоянии (VD или Uзс), это величина напряжения, которая может быть приложена к аноду, не вызывающая переключение тиристора из закрытого состояния в открытое.
  3. Импульсное неповторяющееся напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс, нп), — наибольшее мгновенное значение неповторяющегося напряжения на аноде, не вызывающее его переключение из закрытого состояния в открытое.
  4. Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).
  5. Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток, который может выдержать тиристор, включённый в прямом смещении.
  6. Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток, который может протекать через открытый тиристор.
  7. Обратный ток (IR) — ток при определённом обратном напряжении.
  8. Постоянный ток в закрытом состоянии, указывается при определённом прямом напряжении (ID или Iзс).
  9. Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ) — напряжение, которое нужно подать на управляющий электрод для того, чтобы тиристор открылся.
  10. Ток управления (IGT) — ток, который нужно пропустить через управляющий электрод, для открытия тиристора.
  11. Максимальный ток управления электрода (IGM).
  12. Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу).

Разновидности тиристоров

Выше мы рассмотрели принцип работы самого распространённого типа полууправляемых полупроводниковых ключей – однооперационного тиристора. Давайте разберёмся какими вообще они бывают! По количеству выводов можно выделить две группы ключей: динисторы (двухвыводные) и тринисторы (трёхвыводные).

Динистор отличается от тиристора тем, что у него нет управляющего вывода, соответственно вы никак не можете управлять моментом его открытия. Динистор открывается при достижении на аноде определённого напряжения — напряжения включения (VBO­).

Напряжение включения зависит от модели динистора, например, у популярного DB3, который использовался в качестве порогового элемента во многих схемах автогенераторных импульсных источников питания оно находится в районе 30-40 вольт.

Следующий по популярности элемент – это симистор, он же симметричный тиристор, он же диак (DIAC). Он состоит из двух тиристоров, соединённых встречно-параллельно, благодаря чему проводит ток в двух направлениях, что позволяет их использовать в цепях переменного синусоидального тока. В таком применении один симистор заменяет два тиристора.

При использовании в цепи переменного тока одного тиристора – в нагрузку будет проходить одна полуволна.

Кроме перечисленных есть и другие виды тиристоров, среди которых: запираемые тиристоры, тиристоры с полевым управлением, фототиристоры (управляемые световым потоком). Подробно их рассматривать не будем, но ниже приведена сводная диаграмма, на которой вы видите перечень видов тиристоров с их англоязычными обозначениями.

6.6.2.      Способы выключения тиристоров | Электротехника

Выключение тиристора путем уменьшения тока в цепи основ­ных электродов до значения, меньшего удерживающего тока, или путем разрыва цепи основных электродов.

Тиристор будет выключен, т.е. переведен из открытого состояния в закрытое, только после рассасывания неравновесных носителей заряда в базовых областях. Если до окончания процесса выключения вновь подать напряжение между основными электродами тирис­тора, то он окажется во включенном состоянии. Таким образом, для выключения тиристора необходимо некоторое время.

При выключении тиристора путем разрыва цепи основных электродов рассасывание неравновесных носителей заряда про­исходит только в результате рекомбинации. Такой способ выклю­чения применяется, когда время выключения тиристора не влияет на работу той или иной схемы.

Выключение тиристора путем изменения полярности анодного напряжения

Для ускорения процесса рассасывания неравновес­ных носителей заряда, накопленных в базовых областях при прохождении прямого тока через открытый тиристор, необходимо понизить потенциальный барьер коллекторного перехода. Однако коллекторный переход при открытом состоянии тиристора уже был смещен в прямом направлении из-за накопленных неравно­весных носителей заряда в базовых областях и, следовательно, имел малое сопротивление.

Поэтому на долю коллекторного перехода при переключении тиристора на обратное напряжение приходится очень малая часть всего внешнего напряжения. Из-за малого сопротивления тиристора, находящегося еще в открытом состоянии, обратный ток на первом этапе процесса выключе­ния ограничен сопротивлением внешней цепи.

Существенное уменьшение времени выключения даже при не­больших обратных напряжениях удается получить для тиристо­ров, проводящих в обратном направлении. У этих тиристоров оба эмиттерные перехода зашунтированы объемными сопротивле­

ниями прилегающих базовых областей. Поэтому даже небольшое обратное напряжение способствует быстрому рассасыванию накопленных в базовых областях неравновесных носителей.

Выключение тиристора с помощью тока управляющего электрода

Для выключения тиристора необходимо отвести не­равновесные основные носители заряда из базы, у которой имеется управляющий электрод. В то же время основной ток, проходящий через еще открытый тиристор, непрерывно воспол­няет количество неравновесных носителей заряда в базовых об­ластях. Таким образом, значение тока управления, необходи­мого для выключения тиристора, зависит от основного тока через тиристор.

Некоторые тиристоры с большой площадью р-n-переходов невозможно выключить с помощью тока управляющего электрода при больших токах между основными электродами. Объясняется это тем, что при движении носителей заряда к управляющему электроду, например, дырок в тиристоре (рис. 6.14) база тиристора под эмиттерным переходом становится неэквипотенциальной и дальние от управляющего электрода части эмиттерного перехода остаются смещен­ными в прямом направлении. Инжекция электронов из этих частей эмиттерного перехода поддерживает соответствующую часть тиристорной структуры в открытом состоянии.

Таким образом, существуют тиристоры, запираемые и незапираемые по управляющему электроду.

Запираемый (двухоперационный) тиристор – это тиристор, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и, наоборот, при подаче на управляющий электрод сигналов соответствующей полярности.

Но и для за­пираемого тиристора существует максимально допустимый по­стоянный запираемый ток () – наибольшее значение основ­ного тока, до которого допускается запирание тиристора по управляющему электроду. При использовании в мощных устрой­ствах запираемые тиристоры обладают преимуществами перед транзисторами, поскольку тиристоры способны выдерживать значительно большие напряжения в закрытом состоянии.

Тиристор

Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / Силовая электроника

Описание

Тиристор является полупроводниковым устройством, которое может быть включено через сигнал логического элемента. Тиристорная модель симулирована как резистор Рон, индуктор Лон, и источник напряжения постоянного тока, представляющий прямой VF напряжения, соединился последовательно с переключателем. Переключателем управляет логический сигнал в зависимости от напряжения Vak, текущий Iak и сигнал g логического элемента.

Блок Thyristor также содержит схему демпфера серии Rs-Cs, которая может быть соединена параллельно с тиристорным устройством.

Помехи VI характеристик этой модели показывают ниже.

Тиристорное устройство включает, когда анодный катод, напряжение Vak больше Vf и положительного импульсного сигнала, применяется во входе логического элемента (g> 0). Импульсная высота должна быть больше 0 и продлиться долго достаточно, чтобы позволить тиристорному анодному току становиться больше, чем фиксирующийся текущий Il.

Тиристорное устройство выключает, когда текущее течение в устройстве становится 0 (Iak = 0), и отрицательное напряжение появляется через анод и катод, по крайней мере, в течение промежутка времени, равного времени выключения Tq. Если напряжение через устройство становится положительным в течение промежутка времени меньше, чем Tq, устройство включает автоматически, даже если сигнал логического элемента является низким (g = 0), и анодный ток меньше текущей фиксации. Кроме того, если во время поворота — на, амплитуда тока устройства остается ниже фиксирующегося текущего уровня, заданного в диалоговом окне, устройство выключает после того, как уровень сигнала логического элемента становится низким (g = 0).

Время выключения Tq представляет время восстановления несущей: это — временной интервал между моментом, который анодный ток уменьшил к 0 и момент, когда тиристор способен к противостоянию положительному напряжению Vak, не включая снова.

Допущения и ограничения

Блок Thyristor реализует макро-модель действительного тиристора. Это не учитывает или геометрию устройства или объединяет физические процессы, которые моделируют поведение устройства [1, 2]. Прямое напряжение переключения и критическое значение производной повторно примененного напряжения анодного катода не рассматриваются моделью.

В зависимости от значения индуктивности Лон блок Thyristor моделируется любой как текущий источник (Лон> 0) или как переменная схема топологии (Лон = 0). Блок Thyristor не может быть соединен последовательно с индуктором, текущим источником или разомкнутой цепью, если ее схема демпфера не используется.

Лон индуктивности обеспечен к 0, если вы принимаете решение дискретизировать свою схему.

Примеры

В power_thyristor пример, выпрямитель одно импульсного тиристора используется, чтобы питать загрузку RL. Импульсы логического элемента получены из импульсного генератора, синхронизируемого на исходном напряжении. Следующие параметры используются:

R

 

1 Ω

L

 

10 mH

Тиристорный блок:

Рон

0.001 Ω

 

Lon

0 H

 

VF

0.8 V

 

RS

20 Ω

 

Cs

4e-6 F

Угол включения варьируется импульсным генератором, синхронизируемым на источнике напряжения. Запустите симуляцию и наблюдайте текущую загрузку и загрузите напряжение, а также тиристорный ток и напряжение.

Общие сведения о спецификациях и параметрах тиристора SCR » Примечания по электронике

Изучите технические характеристики и параметры ключевых тиристоров или тиристоров, приведенные в технических описаниях, чтобы можно было выбрать или выбрать правильное устройство.


Симистор, диак, тиристор Учебное пособие Включает:
Основы работы с тиристорами Структура тиристорного устройства Тиристорный режим Затвор выключения тиристора, ГТО Технические характеристики тиристора Что такое симистор Технические характеристики симистора Обзор Диака


При выборе тиристора или тиристорного тиристора необходимо понимать несколько параметров таблицы данных, чтобы можно было выбрать правильное устройство.

Спецификации и параметры различных SCR/тиристоров сильно отличаются от более привычных спецификаций транзисторов и полевых транзисторов, но даже в этом случае они относительно просты.

Следует отметить, что многие спецификации тиристоров применимы также и для симисторов и дияков.

Общие характеристики тиристоров и параметры
  Спецификация Спецификация тиристора / Сведения о параметрах
dI/dt Максимальный рост тока в открытом состоянии Существует максимальная скорость нарастания тока в открытом состоянии во время включения.Если этот показатель превышен, то устройство может быть повреждено.
I ГМ Пиковый ток затвора Это максимальный уровень тока затвора, который не должен превышаться.
I ГТ Ток запуска ворот Это ток, необходимый в затворе, чтобы позволить устройству запускаться и фиксироваться во включенном состоянии, при условии, что ток анод-катод достаточен для поддержания протекания тока.
I 2 т Защита от перегрузки по току Параметр I 2 t указывает на предохранитель, необходимый для защиты. Это для продолжительности перегрузки по току 10 мс.
И Т(АВ) Средний ток в открытом состоянии Этот параметр отличается от среднеквадратичного значения тока, поскольку он определяет среднее значение тока, а не среднеквадратичное значение. Среднеквадратичное значение даст истинный эффект нагрева тока.
I Т(СКЗ) Среднеквадратичное значение тока в открытом состоянии Эта спецификация тиристора является максимально допустимым среднеквадратичным значением тока через устройство. Он указан для данной температуры. В различных спецификациях может быть указана температура окружающей среды, T a , температура корпуса, T c , или даже температура свинца, T l . Метод, используемый для определения температуры, обычно зависит от типа корпуса тиристора/тиристора.
I ТСМ Неповторяющийся выброс тока в открытом состоянии Как следует из названия, этот параметр таблицы данных для тиристоров определяет максимальный пиковый ток в устройстве в импульсных условиях. Нужно смотреть точные условия для рассматриваемого производителя, но часто определяется для полусинусоиды. Продолжительность указана для 50 Гц (длительность 10 мс) и 60 Гц (длительность 8,3 мс). Это необходимо, поскольку импульсный ток, превышающий максимальный, может привести к выходу устройства из строя.
Т Дж Температура перехода Это температура перехода, и часто в спецификациях указывается максимальная температура перехода. Рассчитывая термическое сопротивление, можно определить условия, при которых максимальная температура перехода не превышается.
Т стг Температура хранения Это минимальная температура, при которой можно хранить устройство.
В РРМ / В РРМ Повторяющееся пиковое напряжение в закрытом состоянии Этот параметр представляет собой максимально допустимое пиковое напряжение на устройстве. Этот параметр спецификации не должен превышаться, иначе устройство может выйти из строя. Также всегда хорошо оставлять достаточный запас для переходных процессов. Этот параметр указан для условий вплоть до максимальной температуры перехода. Кроме того, токи утечки (I DRM / I RRM ) также обычно определяются в соответствии с этой спецификацией.
В ГТ Напряжение срабатывания затвора Это напряжение, которое необходимо приложить между затвором и катодом, чтобы обеспечить достижение тока запуска затвора и срабатывание устройства.
В РГМ Пиковое обратное напряжение затвора Это максимальный уровень напряжения затвора, который может быть приложен к катодному переходу затвора без возможности его повреждения.Целесообразно работать значительно ниже этого напряжения.

Хотя существует много других спецификаций и параметров тиристоров, которые используются в их спецификациях, это одни из наиболее широко используемых, которые необходимы при проектировании цепей и выборе правильных компонентов.

Другие электронные компоненты:
Резисторы конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор полевой транзистор Типы памяти Тиристор Соединители ВЧ-разъемы Клапаны/трубки Батареи Переключатели Реле
    Вернуться в меню «Компоненты».. .

Основы тиристоров | Руководство для начинающих по тиристорам

В этом уроке мы узнаем об основах тиристора. Мы увидим краткое происхождение Тиристора (от Тиратрона и Транзистора), небольшой список применений Тиристора.

Введение

В настоящее время многие электромеханические или электрические устройства от бытовых приборов, такие как источники бесперебойного питания до промышленных силовых установок и оборудования для управления двигателями, состоят из силовых электронных схем, в которых тиристоры играют важную роль в качестве полупроводниковых переключающих устройств.

Традиционные методы управления мощностью включают использование регулируемых трансформаторов с переключением ответвлений, шунтирующих и последовательных регуляторов для ступенчатого создания переменного напряжения. Но они экономически выгодны и неэффективны. Позже были изобретены магнитные усилители для более надежного статического управления мощностью.

Однако из-за громоздкости контроллеров и меньшей эффективности они ограничены определенными приложениями.

Краткая история тиристора

Начато развитие регулирования мощности электронными методами с применением терморегулирующих и газоразрядных клапанов.К таким устройствам относятся ртутные дуговые преобразователи, тиратроны и игнитроны. Тиратроны представляют собой газонаполненные триоды, используемые, в частности, для коммутации больших токов.

В связи с быстрым развитием полупроводниковых технологий миниатюризация электронных схем заменяет эти термонные и газоразрядные клапаны, что приводит к использованию силовых диодов и силовых транзисторов во многих промышленных приложениях.

Новое направление в технологии изготовления разработало тиристоры, которые имеют характеристики, аналогичные газотрубным тиратронам.Название тиристора происходит от сочетания двух слов: тиратон и транзистор. Благодаря повышенной надежности, повышенным температурным характеристикам и более низким производственным затратам эти тиристоры широко используются во многих приложениях.

Первый прототип тиристора был представлен в 1957 году компанией General Electric. С тех пор, благодаря развитию производства и адаптации ко многим промышленным применениям, были представлены другие устройства с аналогичными характеристиками, которые относятся к семейству тиристоров.

Основным материалом устройства является кремний, поэтому они называются выпрямителями, управляемыми кремнием (SCR). Однако обычно считается, что SCR является самым старым членом семейства тиристоров.

Структура тиристора

Тиристор представляет собой четырехслойное (чередующиеся материалы типа P и N) трехконтактное устройство, обычно используемое в регулируемых цепях выпрямления. Эти терминалы являются анодом, катодом и затвором. Две клеммы, анод и катод, соединены последовательно с нагрузкой и управляют током через нее, контролируя ток через клемму затвора.

Тиристоры

предназначены для работы с высокими уровнями энергии (напряжения и тока), примерно превышающими 1 кВ и 100 А. Даже тиристоры с высоким номиналом могут переключаться или управляться источником низкого напряжения (около 10 Вт и 1 А). Следовательно, с помощью SCR или тиристоров возможны огромные возможности управления.

Вернуться к началу

Разница между Тиристором и Тиратроном

 

     Источник изображения: http://www.tuopeek.com/image2/thyratron.jpg

До изобретения тиристора или SCR тиратроны широко использовались для промышленного управления.Популярными формами этого устройства являются дуговые преобразователи, в которых используются тиратроны как для выпрямления, так и для инверсии. Тиратрон представляет собой газонаполненную трубку, состоящую из трех выводов, а именно анода, катода и сетки. При положительном напряжении между сеткой и катодом тиратрон включается. Некоторые различия тиристора или SCR и трубки тиратрона перечислены ниже.

  1.  Для SCR или тиристора требуется один основной источник питания и один источник питания или сигнал управления, тогда как для тиратрона требуется большое напряжение питания между клеммами анода и катода и один отдельный источник питания накала.А некоторым тиратронам требуется дополнительное питание для вспомогательных диодов.
  2. Тиристоры могут работать в широком диапазоне частот, тогда как тиратроны ограничены частотным диапазоном 1 кГц, поскольку время дуговой ионизации и деионизации в тиратроне относительно больше.
  3. Внутренние потери SCR намного меньше, чем у тиратронов, потому что падение напряжения дуги между анодом и катодом в тиратроне выше, что обратно пропорционально молекулярной массе используемого газа.
  4.  Время включения и выключения тиристора меньше по сравнению с тиратроном, который имеет большее время из-за газов, присутствующих в межэлектродной области.
  5. Во избежание любых нежелательных перекрытий и обратных дуг необходимо обеспечить достаточное расстояние между клеммами анода и катода тиратрона (из-за большого напряжения между анодом и катодом) по сравнению с тиристорами. Поэтому тиратроны крупнее тиристоров (которые имеют меньшие размеры и вес).
  6. Тиристор надежнее тиратрона.
  7.  Срок службы тиристора больше, а срок службы тиратрона короче.
  8.  Тиратрон – это устройство, управляемое напряжением, а тиристор – устройство, управляемое током.

Наверх

Разница между Тиристором и Транзистором

И тиристор, и транзистор представляют собой трехконцевые полупроводниковые коммутационные устройства, используемые для многих коммутационных приложений благодаря их преимуществам, таким как меньший размер, высокая эффективность и низкая стоимость.

Несмотря на то, что доступны транзисторы с высоким номинальным напряжением и током, называемые силовыми транзисторами, между этими двумя устройствами есть некоторые различия, которые перечислены ниже. Однако и силовые транзисторы, и тиристоры имеют свои собственные области применения, в которых они широко используются.

Для данного размера тиристор имеет гораздо более высокие номинальные значения тока и напряжения, чем транзисторы, если учитывать изготовление.

  1.  Тиристор представляет собой четырехслойное устройство, тогда как транзистор имеет три слоя.
  2.  После срабатывания затвора одним импульсом тиристор или тиристор остается включенным (также называемым регенеративным действием тиристора) до тех пор, пока он не будет выключен с помощью различных методов. Но транзистору нужен непрерывный базовый ток, чтобы оставаться в состоянии проводимости.
  3.  Тиристор используется только в качестве переключающего устройства (для включения или выключения), где, как и во многих приложениях, транзистор должен работать в активной области.
  4. Тиристоры рассчитаны на киловаттную мощность.С другой стороны, мощность транзисторов оценивается в диапазоне нескольких сотен ватт.
  5.  Внутренние потери мощности в силовых транзисторах выше, чем в тиристорах.

Наверх

Типы тиристоров

Устройства семейства тиристоров

подразделяются на различные типы, которые могут использоваться для различных приложений. При срабатывании сигнала на клемме затвора тиристор включается, а его выключение зависит от конфигурации силовой цепи.Таким образом, внешнее управление заключается только в включении тиристоров.

Однако некоторые тиристоры (от 12 до 19 в приведенном ниже списке) имеют внешне управляемую схему для включения и выключения тиристора через затвор или базовую клемму. Некоторые из типов тиристоров включают

1. Тиристоры с фазовым управлением

2. Асимметричные тиристоры (ASCR)

3. Тиристоры инверторного класса (тиристоры с высокой скоростью переключения)

4. Тиристоры с обратной проводимостью (RCT)

5.Двунаправленные диодные тиристоры (DIAC)

6. Тиристоры с автоматическим отключением (GATT)

7. Двунаправленные триодные тиристоры (TRIAC)

8. Кремниевый переключатель управления (SCS)

9. Кремниевый двусторонний переключатель (SBS)

10. Кремниевый односторонний переключатель (SUS)

11. Светоактивируемые кремниевые управляемые выпрямители (LASCR)

12. Тиристоры статической индукции (SITH)

13. Тиристоры выключения ворот (GTO)

14. Статические индукционные транзисторы (СИТ)

15.МОП-управляемые тиристоры (MCT)

16. Тиристоры, управляемые полем (FCT)

17. МОП-выключатели тиристоров (MTO)

18. Тиристоры отключения эмиттера (ETO)

19. Тиристоры с интегрированным затвором (IGCT)

Вернуться к началу

Применение тиристоров

Благодаря высокой скорости переключения и большой мощности тиристоры широко используются в устройствах управления переменным током, рассчитанных на более высокий уровень напряжения и тока.Соответствующим управляющим сигналом тиристора регулируется средняя выходная мощность тиристоров.

Кроме того, когда тиристор смещен в прямом направлении, задержанный стробирующий сигнал может обеспечивать управление фазой на выходе. Эта управляемость фазы может производить меньшее среднее напряжение, чем среднее напряжение, создаваемое неуправляемым выпрямителем.

Это наиболее важное применение тиристора. Ниже приведены области применения тиристоров, в которых они используются для управления мощностью.

  • Регуляторы скорости двигателей переменного и постоянного тока
  • Автоматические выключатели постоянного и переменного тока
  • Освещение (диммеры) и регуляторы температуры
  •  Регуляторы давления и уровня жидкости
  • Выпрямители переменного напряжения в постоянный
  • Преобразователи постоянного тока в переменный с переменной частотой
  • Преобразователи переменного тока в переменный с переменной частотой или циклопреобразователи
  •  Системы передачи HVDC, HVAC и статические VAR.
  • Системы резистивной сварки и индукционного нагрева и т. д.

Наверх

Правила беспереходного пересоединения конденсаторов с тиристорным управлением

Ключевые выводы

  • Конденсаторы с тиристорным управлением (TSC) используются для подключения и отключения конденсаторов для подачи в систему требуемой реактивной мощности.

  • Если остаточное напряжение на конденсаторе ниже пика приложенного переменного напряжения, то следует включить тиристор в тот момент, когда мгновенное переменное напряжение сравняется с остаточным напряжением на конденсаторе.

  • Если остаточное напряжение на конденсаторе равно или превышает пиковое значение приложенного переменного напряжения, то переключение TSC происходит на пике переменного напряжения, при котором напряжение на тиристорном вентиле минимально.

В электроэнергетической системе управление реактивной мощностью настолько важно, что именно для этой цели используются различные методы и компенсаторы

В технике мы часто используем аналогии для объяснения сложных понятий.Использование пинты пива для объяснения важности реактивной мощности — одна из таких популярных аналогий. В этой конкретной аналогии пивная кружка представляет собой полную мощность, пиво в кружке представляет собой активную мощность, а пивная пена представляет собой реактивную мощность. Какое же пиво без восхитительной пены сверху? Точно так же, как пиву нужна полная пена, активной мощности нужна реактивная мощность.

Реактивная мощность играет важную роль в передаче и распределении электроэнергии. В электроэнергетической системе управление реактивной мощностью настолько важно, что именно для этой цели используются различные методы и компенсаторы.Статический компенсатор реактивной мощности (SVC) является одним из таких методов, используемых для подачи опережающих и запаздывающих реактивных реактивных сил. Статическая компенсация реактивной мощности представляет собой обмен емкостными и индуктивными токами в энергосистеме. Устройства, используемые в этом методе, представляют собой реакторы с тиристорным управлением (TSR) и конденсаторы с тиристорным управлением (TSC). TSR поглощает реактивную мощность, тогда как TSC поставляет реактивную мощность.

Рассмотрим конденсаторы с тиристорным управлением более внимательно.

Конденсаторы с тиристорным управлением (TSC)

Конденсаторы с тиристорным управлением (TSC) представляют собой тип SVC, в котором тиристорные переключатели используются для подключения и отключения конденсаторов для обеспечения требуемой реактивной мощности в системе.TSC обычно представляют собой устройства с шунтирующим соединением, и их эффективное реактивное сопротивление изменяется ступенчато, регулируя проводимость тиристоров. Для тиристоров, присутствующих в TSC, нет контроля угла открытия.

TSC могут использоваться как в однофазных, так и в трехфазных системах электроснабжения. Однофазный TSC обычно состоит из следующих трех частей:

  1. Конденсатор, подающий реактивную мощность в систему.

  2. Двунаправленный тиристорный вентиль для подключения и отключения конденсатора к системе в соответствии с требованиями.

  3. Реактор ограничения импульсного тока малой мощности; для ограничения импульсного тока в тиристорном вентиле при неисправных условиях эксплуатации и во избежание резонанса с импедансом энергосистемы на определенных частотах.

TSC в установившемся режиме

Рассмотрим установившийся режим, когда тиристорный вентиль включен или закрыт, а TSC подключен к переменному синусоидальному напряжению. TSC может быть отключен от энергосистемы при любом нуле тока.Это может быть достигнуто за счет линейного коммутирования тиристора в любой момент нулевого тока. При переходе тока через ноль напряжение на конденсаторе достигает максимальной амплитуды. В идеальных условиях отключения TSC конденсатор остается под заряженным напряжением, а напряжение на тиристорном вентиле колеблется между нулем и размахом приложенного переменного напряжения.

Переходные помехи при повторном включении TSC

Если при отключении остаточное напряжение на конденсаторе остается неизменным без разрядки, то TSC может быть снова включен без переходных процессов в любой момент, когда приложенное переменное напряжение равно напряжению на конденсаторе.

Однако в практических случаях разрядка конденсатора и повторное включение должны происходить при некотором произвольном напряжении конденсатора между нулем и Vn2/(n2 — 1). Переходные помехи в таких пересоединениях можно свести к минимуму, включив ТСК в тот момент, когда напряжение на конденсаторе сравняется с приложенным переменным напряжением. За эти переходные процессы отвечает ненулевое dv/dt во время переключения, и это может привести к мгновенному току, равному Cdv/dt в конденсаторе, если последовательный токоограничивающий реактор отсутствует.Взаимодействия между конденсатором, реактором и демпфирующими резисторами вызывают колебательные переходные процессы в напряжениях и токах, связанные с TSC.

Переключение TSC без переходных процессов

Существует два основных правила переключения TSC без переходных процессов:

  1. Правило 1 (Vc

Если остаточное напряжение на конденсаторе ниже пика приложенного переменного напряжения, то следует включить тиристор в момент, когда мгновенное переменное напряжение сравняется с остаточным напряжением на конденсаторе.

  1. Правило 2 (Vc≥V)

Если остаточное напряжение на конденсаторе равно или превышает пиковое значение приложенного переменного напряжения, то переключение TSC происходит на пике переменного напряжения, при котором напряжение на тиристорном вентиле минимально.

Конденсаторы и реакторы с тиристорным управлением неизменно используются в системах передачи и распределения электроэнергии для управления реактивной мощностью. Они также используются в электронных схемах для дискретной обработки сигналов.Программное обеспечение Cadence можно использовать для моделирования цепей с переключаемыми конденсаторами.

Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы быть в курсе последних обновлений. Если вы хотите узнать больше о том, как у Cadence есть решение для вас, поговорите с нами и нашей командой экспертов.

Добавление разделов SCR | FHWA

Добавьте необходимый контент из Библиотеки дополнительных спецификаций или из других источников, включая старые проекты.

Содержимое из библиотеки дополнительных спецификаций (LOS)

Вставьте содержимое из LOS одним из следующих способов:

Метод копирования и вставки

Перейдите в соответствующий раздел файла SCR и поместите курсор в то место, где находится раздел. появиться.

Подсказка: Это самый простой способ.

Откройте нужный файл раздела LOS в режиме «Только для чтения» (операция по умолчанию). Выделите весь текст в документе, используя (Ctrl+A) , затем скопируйте, используя (Ctrl+C) . Вставьте текст в соответствующее место в файле SCR с помощью (Ctrl+V) ИЛИ в контекстном меню выберите первый значок (Сохранить исходное форматирование).

Всегда вставляйте новый раздел сразу после поля направления разделения ИЛИ в конце предыдущего раздела.(Сначала разрыв страницы ставить не нужно.)

Копирование части с закладками

Некоторые разделы SCR библиотеки содержат несколько сценариев, каждый из которых имеет собственную закладку. В разделе шаблона перейдите к соответствующей закладке (Ctrl+G) , скопируйте текст и вставьте его в соответствующее место в SCR проекта.

Метод вставки файла

Убедитесь, что расположение файлов раздела известно. При работе в ProjectWise локальную папку можно найти на вкладке MS Word File , щелкните левой кнопкой мыши путь и выберите вариант.

На вкладке MS Word Вставка выберите стрелку вниз рядом с объектом и выберите Текст из файла…. Выберите нужный файл. Затем в разделе «Инструменты» выберите «Вставить». Это копирует текст из файла в активный документ.

Примечание:  Временно связать отдельный раздел может быть полезно, если вы хотите разрешить нескольким участникам SCR редактировать файлы. В этом случае выберите параметр «Вставить как ссылку».

Контент, специфичный для проекта

Добавьте спецификацию, специфичную для проекта, вокруг информации о библиотеке.Отформатируйте текст так, чтобы он выглядел так же, как спецификации библиотеки. Это потребует ручного размещения стилей. См. информацию о стиле SCR…

К содержимому из других источников могут не применяться соответствующие стили при вставке. Скопируйте информацию из старого файла в новый. В зависимости от содержимого может оказаться целесообразным вставлять содержимое без какого-либо форматирования. Это позволяет применять стили к «чистому листу».

В процессе разработки и рассмотрения спецификации выделите контент, который относится к одному из следующих элементов:

  • Относится к конкретному парку или партнеру (используйте синий стиль  Особый партнер )

Удалите цветной текст перед отправкой заполненных спецификаций.

Том. III — Полупроводники — Тиристоры

Глава 7: ТИРИСТОРЫ

Диоды Шокли — любопытные устройства, но довольно ограниченные в применении. Однако их полезность может быть расширена путем оснащения их другое средство фиксации. При этом каждый становится истинным усилением устройства (если только в режиме включения/выключения), и мы называем их кремниевыми выпрямителями или SCR s.

Переход от диода Шокли к SCR достигается с помощью одного небольшого кроме того, на самом деле не что иное, как подключение третьего провода к существующая структура PNPN: (рисунок ниже)

Кремниевый выпрямитель (SCR)

Если ворота SCR оставлены плавающими (отключены), они ведут себя точно как диод Шокли.Он может быть заблокирован напряжением пробоя или превышением критической скорости нарастания напряжения между анодом и катод, как и в диоде Шокли. Выпадение осуществляется путем уменьшение тока до тех пор, пока один или оба внутренних транзистора не упадут в отсечку режим, также как диод Шокли. Однако, поскольку терминал ворот подключается непосредственно к базе нижнего транзистора, его можно использовать как альтернативный способ защелкнуть SCR. При подаче небольшого напряжения между затвором и катодом нижний транзистор будет форсирован на результирующим базовым током, который заставит верхний транзистор проводимость, которая затем снабжает базу нижнего транзистора током, поэтому что его больше не нужно активировать напряжением затвора.То необходимый ток затвора для инициирования защелки, конечно, будет намного ниже, чем ток через тиристор от катода к аноду, поэтому тиристор действительно достигает меры усиления.

Этот метод обеспечения проводимости SCR называется запуском , и это, безусловно, самый распространенный способ фиксации SCR на самом деле. упражняться. На самом деле ОПЗ обычно выбирают так, чтобы их прорыв напряжение намного превышает максимальное ожидаемое напряжение от источника питания, так что он может включаться только преднамеренным импульсом напряжения, подаваемым на затвор.

Следует отметить, что SCR могут иногда отключаться непосредственное замыкание их выводов затвора и катода вместе, или путем «обратное срабатывание» затвора с отрицательным напряжением (по отношению к катод), так что нижний транзистор принудительно закрывается. Я говорю это «иногда» возможно, потому что это включает шунтирование всех ток коллектора верхнего транзистора через базу нижнего транзистора. Этот ток может быть значительным, что приводит к отключению тиристора. сложно в лучшем случае.Вариант SCR, называемый тиристором Gate-Turn-Off или GTO , облегчает эту задачу. Но даже с GTO требуемый ток затвора отключить его можно до 20% анодного (нагрузочного) тока! То схематическое обозначение GTO показано на следующем рисунке: (Рисунок ниже)

Запорный тиристор (GTO)

SCR и GTO имеют одинаковые эквивалентные схемы (два транзистора связаны положительной обратной связью), разница лишь в том, что детали конструкции, предназначенные для придания NPN-транзистору большего значения β чем ПНП.Это позволяет уменьшить ток затвора (в прямом или обратном направлении). для обеспечения большей степени контроля над проводимостью от катода к анод, при этом запертое состояние PNP-транзистора больше зависит от NPN, чем наоборот. Также известен тиристор Gate-Turn-Off. по имени Gate-Controlled Switch или GCS .

Элементарная проверка функции SCR или, по крайней мере, идентификация терминала, можно выполнить с помощью омметра. Потому что внутренняя связь между затвором и катодом одиночный PN-переход, счетчик должен показать непрерывность между этими клеммами с красным щупом на затвор и черный щуп на катоде вот так: (рисунок ниже)

Элементарный тест SCR

Все другие измерения непрерывности, выполненные на SCR, будут показывать «обрыв». («OL» на некоторых дисплеях цифровых мультиметров).Надо понимать, что этот тест очень грубый и составляет ли , а не исчерпывающий оценка СКР. SCR может дать хороший омметр индикации и по-прежнему быть дефектным. В конце концов, единственный способ проверить SCR должен подвергать его току нагрузки.

Если вы используете мультиметр с функцией проверки диодов, индикация напряжения перехода затвор-катод, которую вы можете получить, а может и нет соответствуют тому, что ожидается от кремниевого PN-перехода (примерно 0.7 вольт). В некоторых случаях вы увидите гораздо более низкое напряжение перехода: всего сотые доли вольта. Это из-за внутреннего резистора. подключен между затвором и катодом, встроенным в некоторые тиристоры. Этот резистор добавлен, чтобы сделать SCR менее восприимчивым к ложным срабатываниям. запуск ложными скачками напряжения, из-за «шумов» цепи или из-за статический электрический разряд. Другими словами, при подключении резистора через переход затвор-катод требует, чтобы сильный триггерный сигнал (значительный ток) применяется для фиксации SCR.Эта функция часто встречается в больших SCR, а не в маленьких SCR. Медведь в Имейте в виду, что SCR с внутренним резистором, подключенным между затвором и катод укажет непрерывность в обоих направлениях между этими двумя выводами: (рисунок ниже)

Большие тиристоры имеют резистор затвор-катод.

«Обычные» SCR, в которых отсутствует этот внутренний резистор, иногда называют SCR с чувствительным затвором из-за их способности запускаться малейшим положительным сигналом затвора.

Тестовая схема SCR удобна как диагностический инструмент для проверка предполагаемых SCR, а также отличный помощник в понимании основных Операция СКР. Для питания схемы используется источник постоянного напряжения, и два кнопочных переключателя используются для блокировки и разблокировки SCR, соответственно: (Рисунок ниже)

Цепь проверки SCR

Нажатие нормально разомкнутой кнопки «вкл.» соединяет ворота с анод, пропускающий ток с отрицательной клеммы батареи, через переход катод-затвор PN, через переключатель, через нагрузочный резистор и обратно к аккумулятору.Этот ток затвора должен заставить тиристор защелкивается, позволяя току идти прямо от катода к анод без дальнейшего срабатывания через затвор. Когда «включено» кнопка отпущена, нагрузка должна оставаться под напряжением.

Нажатие нормально замкнутой кнопки «Выкл.» размыкает цепь, принудительное прекращение тока через SCR, тем самым заставляя его отключиться (слаботочный сброс).

Если SCR не защелкивается, проблема может быть в нагрузке, а не в СКР.Определенная минимальная величина тока нагрузки требуется для удержания SCR зафиксировался во включенном состоянии. Этот минимальный текущий уровень называется удерживающий ток . Нагрузка со слишком большим значением сопротивления может не потребляет достаточного тока, чтобы удерживать SCR в заблокированном состоянии, когда ток затвора прекращается, таким образом создавая ложное впечатление о плохом (неблокирующемся) SCR в тесте схема. Должны быть доступны текущие значения для различных SCR. от производителей. Типичные значения тока удержания находятся в диапазоне от 1 миллиампер до 50 миллиампер или более для более крупных устройств.

Чтобы тест был полностью комплексным, нужно больше, чем запускающее действие необходимо протестировать. Предельное напряжение прямого отключения тиристора можно проверить, увеличив подачу постоянного напряжения (без кнопок). срабатывает) до тех пор, пока SCR не защелкнется сам по себе. Остерегайтесь, что испытание на разрыв может потребовать очень высокого напряжения: многие силовые тиристоры имеют номинальное напряжение отключения 600 вольт и более! Также, если пульс наличие генератора напряжения, критическая скорость нарастания напряжения для SCR можно проверить таким же образом: подвергнуть его импульсному питанию напряжения с различными скоростями В/время при отсутствии нажатых кнопочных переключателей и посмотреть, когда он защелкнется.

В этой простой форме тестовая схема SCR может быть достаточной для пуска/останова. схема управления двигателем постоянного тока, лампой или другой практичной нагрузкой: (рисунок ниже)

Цепь управления пуском/остановом двигателя постоянного тока

Еще одно практическое применение тиристора в цепи постоянного тока — в качестве ломика . устройство защиты от перенапряжения. Цепь «лом» состоит из SCR, размещенный параллельно с выходом источника питания постоянного тока, для размещения прямое короткое замыкание на выходе этого источника для предотвращения чрезмерное напряжение от достижения нагрузки.Повреждение SCR и питания питание предотвращается разумным размещением плавкого предохранителя или существенным последовательное сопротивление перед SCR для ограничения тока короткого замыкания: (Рисунок ниже)

Цепь лома, используемая в источнике питания постоянного тока

Некоторое устройство или цепь, воспринимающие выходное напряжение, будут подключены к затвор SCR, чтобы при возникновении условия перенапряжения напряжение будет приложено между затвором и катодом, запуская SCR и заставить перегореть предохранитель.Эффект будет примерно то же самое, что бросить цельный стальной лом прямо через выход клеммы источника питания, отсюда и название схемы.

Большинство приложений SCR предназначены для управления питанием переменного тока, несмотря на то, что что SCR по своей сути являются устройствами постоянного тока (однонаправленными). Если двунаправленный требуется ток в цепи, можно использовать несколько тиристоров с одним или несколькими лицом в каждом направлении, чтобы выдерживать ток через оба полупериода волна переменного тока. Основная причина, по которой тиристоры вообще используются для управления мощностью переменного тока приложений — это уникальная реакция тиристора на переменное Текущий.Как мы видели, тиратронная лампа (вариант электронной лампы SCR) и DIAC, гистерезисное устройство, срабатывающее в течение части полупериода переменного тока зафиксируется и останется включенным в течение оставшейся части полупериода, пока переменный ток не уменьшится до нуля, так как он должен начать следующий полупериод. Непосредственно перед точкой пересечения нуля форма волны тока, тиристор отключится из-за недостаточного ток (такое поведение также известно как естественная коммутация ) и должен быть запущен снова во время следующего цикла.В результате получается цепь ток эквивалентен «нарезанной» синусоиде. Для обзора вот график реакции DIAC на переменное напряжение, пик которого превышает напряжение пробоя DIAC: (рисунок ниже)

Двунаправленный отклик DIAC

Для DIAC этот предел напряжения переключения был фиксированной величиной. С участием SCR, мы можем точно контролировать, когда устройство будет заблокировано запуск гейта в любой момент времени на волновой форме.От подключив подходящую схему управления к затвору SCR, мы можем «отрезать» синусоиду в любой точке, чтобы учесть мощность, пропорциональную времени контроль над нагрузкой.

В качестве примера возьмем схему на рисунке ниже. Здесь SCR расположен в цепи для управления питанием нагрузки от источника переменного тока.

SCR управления питанием переменного тока

Будучи однонаправленным (односторонним) устройством, в лучшем случае мы можем только доставить полупериодной мощности к нагрузке, в полупериоде переменного тока, где питание полярность напряжения положительная вверху и отрицательная внизу.Однако для демонстрации основной концепции пропорционального времени управление, эта простая схема лучше, чем одна управляющая двухполупериодная мощность (для чего потребуются два SCR).

Без срабатывания затвора и при напряжении источника переменного тока значительно ниже Номинальное напряжение отключения SCR, SCR никогда не включится. Подключение затвор тиристора к аноду через стандартный выпрямительный диод (к предотвратить обратный ток через затвор в случае срабатывания тринистора со встроенным резистором затвор-катод), позволит SCR быть срабатывает почти сразу в начале каждого положительного полупериод: (рисунок ниже)

Затвор подключается непосредственно к аноду через диод; почти полный полуволновой ток через нагрузку.

Однако мы можем отсрочить срабатывание SCR, вставив некоторые сопротивление в цепи затвора, тем самым увеличивая величину напряжения требуется падение, прежде чем достаточный ток затвора вызовет срабатывание SCR. В других словами, если мы усложним прохождение электронов через ворота, добавление сопротивления, напряжение переменного тока должно достичь более высокой точки в свой цикл до того, как будет достаточно тока затвора, чтобы включить SCR. Результат показан на рисунке ниже.

Сопротивление включено в цепь затвора; менее полуволны тока через нагрузку.

С полусинусоидой, нарезанной в большей степени задержкой срабатывания тринистора, нагрузка получает меньшую среднюю мощность (мощность доставляется за меньшее время в течение цикла). Делая ворота серии переменной резистора, мы можем вносить коррективы в пропорциональную по времени мощность: (рисунок ниже)

Увеличение сопротивления повышает пороговый уровень, вызывая меньше мощность, которую необходимо передать в нагрузку. Уменьшение сопротивления снижает пороговый уровень, в результате чего на нагрузку подается больше мощности.

К сожалению, эта схема управления имеет существенное ограничение. В используя форму сигнала источника переменного тока для нашего сигнала запуска SCR, мы ограничиваем управление первой половиной полупериода сигнала. Другими словами, мы не можем ждать до после пик волны запустить SCR. Это означает, что мы можем отключить питание только точка включения тиристора на самом пике волны: (рисунок ниже)

Цепь при минимальной мощности

Дальнейшее повышение порога срабатывания приведет к тому, что схема не сработает. срабатывание вообще, так как даже пик напряжения переменного тока не будет достаточно для срабатывания SCR.В результате на нагрузку не подается питание.

Оригинальное решение этой дилеммы управления заключается в добавлении в схему фазосдвигающего конденсатора: (рисунок ниже)

Добавление фазосдвигающего конденсатора в цепь

Меньшая форма волны, показанная на графике, представляет собой напряжение на конденсаторе. Ради иллюстрации фазового сдвига я предполагаю состояние максимального управляющего сопротивления, при котором SCR не срабатывает вообще без тока нагрузки, за исключением того небольшого тока, который проходит через управляющий резистор и конденсатор.Это напряжение на конденсаторе будет фазовый сдвиг от 0 o до 90 o отставание за формой сигнала переменного тока источника питания. Когда это сдвинутое по фазе напряжение достигает достаточно высокого уровня, срабатывает SCR.

При достаточном напряжении на конденсаторе для периодического срабатывания SCR, результирующая форма кривой тока нагрузки будет выглядеть примерно так, как показано на рисунке. ниже

Сигнал со сдвигом по фазе запускает SCR.

Потому что форма сигнала конденсатора по-прежнему нарастает после основного переменного тока. форма сигнала мощности достигла своего пика, становится возможным запустить SCR на пороговом уровне за пределами этого пика, таким образом отключая нагрузку волна тока дальше, чем это было возможно с более простой схемой.В В действительности форма сигнала напряжения на конденсаторе немного сложнее, чем то, что показан здесь, его синусоидальная форма искажается каждый раз, когда SCR защелкивается на. Однако то, что я пытаюсь проиллюстрировать здесь, это задержка инициирующее действие, полученное с помощью фазосдвигающей RC-цепи; таким образом, упрощенная, неискаженная форма сигнала хорошо служит этой цели.

SCR также могут запускаться или «запускаться» более сложными цепями. Пока схема, показанная ранее, достаточна для простого приложения как и управление лампой, управление большими промышленными двигателями часто зависит от более изощренные методы запуска.Иногда используются импульсные трансформаторы. используется для соединения цепи запуска с затвором и катодом SCR для обеспечить гальваническую развязку между пусковой и силовой цепями: (Рисунок ниже)

Трансформаторная связь триггерного сигнала обеспечивает изоляцию.

Когда для управления мощностью используется несколько тиристоров, их катоды часто бывают , а не . электрически общий, что затрудняет подключение одного триггера цепь ко всем тиристорам одинаково.Примером этого является управляемый мостовой выпрямитель , показанный на рисунке ниже.

Управляемый мостовой выпрямитель

В любой схеме мостового выпрямителя выпрямительные диоды (в данном примере выпрямляющие тиристоры) должны проводить противоположными парами. SCR 1 и SCR 3 должны срабатывать одновременно, а SCR 2 и SCR 4 должны стрелять вместе как пара. Однако, как вы заметите, эти пары тиристоров не имеют одних и тех же катодных соединений, а это означает, что не будет работать, чтобы просто запараллелить их соответствующие соединения затвора и подключите один источник напряжения для срабатывания обоих: (рисунок ниже)

Эта стратегия не работает для срабатывания SCR 2 и SCR 4 как пары.

Хотя показанный источник напряжения запуска запускает SCR 4 , он не запускает SCR 2 правильно, потому что два тиристора не имеют общего катода подключение к эталонному напряжению срабатывания. Импульсные трансформаторы подключение двух тиристорных затворов к общему источнику напряжения запуска Однако будет работать с : (рисунок ниже)

Трансформаторная муфта затворов обеспечивает срабатывание тиристоров 2 и тиристоров 4 .

Имейте в виду, что эта схема показывает соединения затворов только для двух из четырех SCR. Трансформаторы импульсов и источники запуска для SCR 1 и SCR 3 , а также детали самих источников импульсов для простоты опущены.

Управляемые мостовые выпрямители не ограничиваются однофазными конструкциями. В большинстве промышленных систем управления питание переменного тока доступно в трехфазном режиме. формы для максимальной эффективности, а полупроводниковые схемы управления построены чтобы воспользоваться этим.Схема трехфазного управляемого выпрямителя построен с SCR, без импульсных трансформаторов или схем запуска показано, будет выглядеть как на рисунке ниже.

Трехфазный мост SCR управления нагрузкой

  • ОБЗОР:
  • Выпрямитель с кремниевым управлением или SCR , по сути, представляет собой диод Шокли с добавленной дополнительной клеммой. Эта дополнительная клемма называется затвором и используется для включения устройства в проводящее состояние (защелки) путем подачи небольшого напряжения.
  • Для срабатывания или срабатывания SCR необходимо подать напряжение между затвор и катод, плюс к затвору и минус к катоду. При испытании SCR мгновенное соединение между затвором и анодом достаточно по полярности, интенсивности и продолжительности, чтобы вызвать его.
  • SCR могут срабатывать при преднамеренном срабатывании шлюзового терминала, чрезмерное напряжение (пробой) между анодом и катодом или чрезмерное скорость нарастания напряжения между анодом и катодом. SCR могут быть отключены при падении анодного тока ниже значения тока удержания (слаботочный сброс) или путем «обратного включения» затвора (применив отрицательное напряжение на затворе).Обратный огонь только иногда эффективен и всегда связан с высоким током затвора.
  • Вариант SCR, называемый тиристором Gate-Turn-Off (GTO), является специально разработан для отключения с помощью обратного срабатывания. Даже в этом случае обратный запуск требует довольно большого тока: обычно 20% анодного тока.
  • Клеммы
  • SCR могут быть идентифицированы измерителем непрерывности: только два клеммы, демонстрирующие любую непрерывность между ними, должны быть воротами и катод. Клеммы затвора и катода подключаются к PN-переходу внутри SCR, поэтому измеритель непрерывности должен получать показания, подобные диоду между этими двумя клеммами с красным (+) проводом на воротах и черный (-) свинец на катоде.Остерегайтесь, однако, что некоторые большие SCR иметь внутренний резистор, подключенный между затвором и катодом, который будет влиять на любые показания непрерывности, снятые счетчиком.
  • SCR являются настоящими выпрямителями : они пропускают через себя ток только в одном направлении. Это означает, что их нельзя использовать отдельно для управления мощностью двухполупериодного переменного тока.
  • Если диоды в цепи выпрямителя заменены тринисторами, у вас есть задатки , управляемого . схема выпрямителя, в которой мощность постоянного тока на нагрузку может быть пропорциональна времени путем срабатывания тиристоров в разных точках кривой мощности переменного тока.

[Решено] Когда тиристор находится в состоянии ON, его привод затвора должен быть

Запуск затвора :

  • Запуск затвора — это метод, при котором положительный ток затвора протекает через SCR с прямым смещением, чтобы включить его.
  • Срабатывание
  • Gate — это, по сути, самый надежный, простой и эффективный способ включения SCR.
  • В этом методе положительное напряжение затвора между выводами затвора и катода подается в SCR с прямым смещением, который устанавливает ток затвора от вывода затвора к катоду.

 

Для срабатывания затвора подается сигнал между затвором и катодом устройства. Для этой цели можно использовать три типа сигналов. Они либо d.c. сигналы, импульсные сигналы или переменный ток. сигналы.

Запуск затвора постоянного тока: при этом типе запуска затвор постоянного тока. между затвором и катодом устройства прикладывают напряжение соответствующей величины и полярности таким образом, чтобы затвор стал положительным по отношению к катоду. Когда приложенного напряжения достаточно для создания требуемого тока затвора, устройство начинает проводить.

Запуск затвора переменного тока: источник переменного тока чаще всего используется для сигнала затвора во всех приложениях тиристорного управления, принятых для переменного тока. Приложения. Эта схема обеспечивает надлежащую изоляцию между силовыми цепями и цепями управления. Управление углом зажигания осуществляется очень удобно за счет изменения фазового угла управляющего сигнала.

Pulse Gate Triggering: это самый популярный метод запуска устройства. В этом методе привод затвора состоит из одиночного импульса, появляющегося периодически, или последовательности высокочастотных импульсов.Это известно как стробирование несущей частоты. Для изоляции используется импульсный трансформатор.

Ток фиксации (IL):

  • Ток фиксации тиристора с прямым смещением — это минимальный ток, которого должен достичь анодный ток, чтобы продолжать оставаться в режиме прямой проводимости, даже если ток затвора отключен.
  • Если значение анодного тока меньше, чем ток фиксации, то тиристор не будет продолжать проводить в прямом направлении, если стробирующий сигнал будет удален.
  • Когда ток анода становится больше, чем ток фиксации, затвор теряет управление, и сигнал затвора может быть удален, а тиристорный тиристор продолжает работать.
  • Ток фиксации (IL) связан с процессом включения SCR

 

Ток удержания (IH):

  • Ток удержания тиристора представляет собой минимальное значение тока, ниже которого должен упасть анодный ток, чтобы он перешел в состояние ВЫКЛ.
  • Ток удержания (IH ) относится к процессу выключения SCR.

 

Значение тока фиксации больше, чем значение тока удержания для SCR.

ИЛ > ИН

Объяснение:

Для включения тиристора анодный ток должен быть больше тока запирания.

Для отключения тиристора ток анода должен быть меньше тока удержания.

Когда тиристор находится во включенном состоянии, его цепь затвора должна быть отключена во избежание увеличения потерь (I g 2 R) и повышения температуры перехода , где Ig — ток затвора.

Тиристорный пререгулятор — Подвал схемы

Было время, когда производители контрольно-измерительного оборудования публиковали руководства по обслуживанию, содержащие схемы и подробные описания принципов работы приборов. Просмотр их по-прежнему является отличным способом получить мастер-класс по точному проектированию или почерпнуть несколько действительно интересных схемных идей. Ведь подражание — самая искренняя форма лести.

Вот один из последних из классической серии настольных блоков питания Agilent (ранее HP, теперь Keysight) E361xA мощностью 60 Вт.В настоящее время они устарели, но имели впечатляющие характеристики: E3616A (35 В при 1,7 А) с шумом выше 200 мкВ (среднеквадратичное значение) в диапазоне частот от 20 Гц до 20 МГц и 0,01% регулировкой напряжения и нагрузки. Он также имеет пассивное охлаждение, что означает отсутствие слышимого шума.

Способ минимизации рассеиваемой мощности в последовательном стабилизаторе заключается в использовании какого-либо предварительного регулятора для ограничения падения напряжения на последовательном элементе. Это часто делается с помощью импульсного предварительного регулятора, но это вносит электрические помехи.Разработчики блоков питания E361xA использовали совершенно другой подход для достижения впечатляющих показателей шума этого блока.

Блок-схема в На рис. 1 показан блок «Пререгулятор фильтра выпрямителя», подключенный к силовому трансформатору в левом верхнем углу. Это ловко переключает несколько ответвлений на основной вторичной обмотке трансформатора, чтобы обеспечить четыре различных напряжения постоянного тока, которые затем подаются на последовательный регулятор. Это переключение осуществляется с помощью тиристоров (называемых в руководстве SCR).

РИСУНОК 1. Это блок-схема, взятая из Руководства по обслуживанию. Блок «Пререгулятор фильтра выпрямителя» подключен к трансформатору вверху слева. Это изобретательно обеспечивает четыре различных уровня напряжения для последовательного регулятора, чтобы минимизировать рассеивание мощности в проходном элементе.
(Нажмите, чтобы увеличить)

Напоминаем, что тиристор — это четырехслойный полупроводниковый прибор (ЧПНП). Вы можете думать о тиристоре как о диоде, который вы можете включить с клеммой затвора, подведенной положительно по отношению к катоду.После включения тиристор будет оставаться в проводимости (даже при отсутствии сигнала затвора) до тех пор, пока прямой ток не упадет до нуля. Он всегда блокирует ток при обратном смещении.

Рисунок 2 представляет собой упрощенную версию схемы. Трансформатор имеет три вторичные обмотки, обозначенные W1, W2 и W3. Если все тиристоры закрыты, D1-D4 образуют стандартный мостовой выпрямитель, и выпрямленное напряжение будет определяться исключительно W. Если тиристоры Th2 и Th3 включены, D1 и D2 никогда не будут смещены в прямом направлении, а выходное напряжение будет пропорциональным до П1 + П2.

РИСУНОК 2. Упрощенная версия предварительного регулятора. Без активных тиристоров выпрямляется W1, с Th2 и Th3 выпрямляются W1 + W2. При активных Th4 и Th5, W1 + W3 исправляются. При всех четырех активных тиристорах W1 + W2 + W3 выпрямляются.

Аналогично, если Th4 и Th5 подключены к D3, а D4 будет отсутствовать, а выходное напряжение будет пропорционально W1 + W3. Вы можете видеть, куда это движется. Если все четыре тиристора включены, ни один из диодов не будет проводить ток, и выходное напряжение будет пропорционально W1 + W2 + W3.Выбирая напряжения W1 и W2 равными, а W3 вдвое больше, мы получаем равномерно распределенные напряжения постоянного тока. Хороший.

РИСУНОК 3. Тиристоры запускаются симистором с оптической связью, изолирующим цепь управления от плавающих затворов тиристора. Как и тиристор, симистор будет проводить ток при срабатывании, а затем отключится в конце полупериода сети.

Тиристоры приводятся в действие симисторами с оптронной связью (по крайней мере, в более поздних моделях), как показано на рис. 3 . Симисторы похожи на тиристоры, но проводят ток в обоих направлениях (функция, не используемая в этой схеме, учитывая последовательный диод).Они срабатывают оптически для изоляции и перестают проводить ток одновременно с тиристором, когда ток падает до нуля в конце полупериода сети.

Схема управления отслеживает нестабилизированное напряжение и выходное напряжение и переключает ответвления, чтобы убедиться, что имеется достаточный запас для последовательного стабилизатора, но нестабилизированное напряжение не выше необходимого, что сводит к минимуму рассеивание мощности в последовательно-проходных МОП-транзисторах. Это малошумное решение, так как переключение происходит только при фактическом изменении крана.Рассеяние на самих тиристорах немного выше, чем у эквивалентного диода, но, очевидно, в этом приложении

оно управляемо.

С реле можно было бы добиться того же, но пришлось бы мириться с щелканьем реле при изменении напряжения. Я думаю, что это изящное решение, в котором используется устройство, редко используемое в наши дни, за исключением очень мощных приложений.

Каталожные номера

Agilent Technologies. Руководство по эксплуатации и обслуживанию настольных источников питания постоянного тока Agilent E361xA мощностью 60 Вт.Технологии Agilent, апрель 2000 г. https://www.manualslib.com/manual/2875/Agilent-Technologies-E3614a.html.

Кейсайт. «Настольный источник питания Agilent E3616 60 Вт». Keysight. По состоянию на 15 марта 2021 г. https://www.keysight.com/au/en/product/E3616A/60w-power-supply-35v-17a.html. Технологии Эйджилент.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *