Метод за изключване на незаключващ се тиристор
Собственици на патент RU 2461913:
Изобретението се отнася до областта на електрониката. Същност на изобретението: в метода за изключване на незаключващ се тиристор, тиристорът се изключва чрез свързване на допълнителен източник на захранване, който осигурява потока на изходния постоянен ток, докато изключването се случва не поради промяна в тока на проводимост, а поради тока на отклонение, насочен срещу тока на проводимост, което възниква, когато напрежението на колекторния преход на тиристора намалява по амплитуда. ЕФЕКТ: намаляване на загубите на енергия при изключване на тиристора и намаляване на времето за изключване. 5 болен.
Настоящото изобретение се отнася до областта на електрониката и може да се използва по-специално в силнотокова инверторна технология, силово оборудване и мощни аналогови превключватели.
Известни методи за изключване на незаключващ се тиристор, като изключване на анодния ток или шунтиране на тиристора (Ръководство за проектиране на автоматизирани електрически задвижвания и системи за управление на процеси / Под редакцията на V.I. Krupovich, Yu.G. , - p.), както и превключване на анодния ток чрез промяна на полярността на захранващото напрежение (Voronin P.A. Силови полупроводникови превключватели: семейства, характеристики, приложения. М .: Издателство Додека-XXI, 2001. 384 с., - стр. 290).
Методите имат значителни недостатъци, свързани с големи загуби на енергия и голямо време за изключване на тиристора.
Също така е известен методът, най-близък до предложеното изобретение, за изключване на незаключващ се тиристор чрез превключване на анодния ток, като едновременно с това се прилага отрицателно управляващо напрежение (Gerlach V. Тиристори: Пер. от немски. M .:Енергоатомиздат, 1985. 328 с., ил., - с. 240).
Този метод също има значителни недостатъци, свързани с големи загуби на енергия и дълго време на изключване на тиристора.
Техническата задача на изобретението е значително намаляване на загубите на енергия и времето за изключване на тиристора.
Техническият резултат в предложеното изобретение се постига в метода за изключване на тиристора, който се състои в това, че тиристорът се изключва чрез свързване на допълнителен източник на захранване поради тока на отклонение, противоположно на посоката на тока на проводимост, с предно отклонение от напрежението на колекторния преход, намаляващо по амплитуда.
Същността на изобретението е следната.
В отворено състояние при високи токове на натоварване характеристиката на тиристора има приблизително същите свойства като p-i-n диод с дебелина на основата w, докато J1 е емитерният преход на EP1, J2 е колекторният преход на KP, J3 е емитерният преход на EP2, ne, pe са първият и вторият емитер, nb, pb са първата и втората база (фиг.1). Еквивалентната схема в този случай може да бъде представена като комбинация от два биполярни транзистора: единият е от типа p-n-p, другият е от тип n-p-n и капацитетът C2 на прехода J2 (фиг. 2). В този случай капацитетът C2 обикновено се състои от два компонента (фигура 3) - бариерният капацитет Cb, който проявява основните си свойства с обратното отклонение на прехода J2, и дифузионният капацитет Cdif, свързан с процесите на натрупване и разсейване на неравновесен заряд в областта на прехода J2 и характеризиращ инерцията на движението на неравновесните заряди:
Свойствата на дифузионния капацитет се проявяват при предното отклонение на прехода J2, при което неговата стойност може да достигне хиляди пикофаради поради зависимостта от предния ток. Капацитет C2 винагишунтиран от съпротивлението на колекторния преход R и съдържа контактни съпротивления, взети предвид в Radd.
В общия случай, с предно отклонение в областта на пространствения заряд на прехода J2, протичат не само конвекционни токове α1IA и α2IK (където IA е анодният ток, IK е катодният ток), образувани от противоположното движение на дупки и електрони, но също така и токът на изместване, причинен от влиянието на капацитета C2 (фиг.4):
където IV(t) - ток на отклонение;
UA - анодно напрежение на тиристора.
Токът на отклонение отчита презареждането на капацитета C2 на блокиращия слой на прехода J2, докато капацитивният ток през блокиращите капацитети на преходите J1 и J3 е достатъчно малък и може да бъде пренебрегнат. Следователно токът на изместване, протичащ през връзките J1 и J3, е инжекционният ток. От това следва, че изразът за анодния ток на тиристора (при условие, че се пренебрегне феноменът на умножаване на носителите на заряд в блокиращия слой на прехода J2) има формата:
където ICO[U2(t)] е зависимостта на общия ток на колекторния преход с обратно отклонение от падането на напрежението в права посока през прехода J2;
IG(t) - ток на управляващия електрод;
α1, α2 - коефициенти на пренос на ток с нисък сигнал във веригата с обща база.
От анализа на израза (2), като се вземе предвид (1), следва, че с нарастващо анодно напрежение, влиянието на тока на отклонение IV (t) може да бъде толкова силно, че тиристорът може да се отвори дори при нулев контролен ток, а с намаляващо анодно напрежение е възможно надеждно да се изключи тиристорът чрез тока на отклонение IV (t). За това в общия случай трябва да е изпълнено следното условие:
където Isp е задържащият ток.
В този случай загубата на изключване намалява поради факта, че директното съпротивление на тиристора в отворено състояние е по-малко от обратното му съпротивление.
Една от схемите за прилагане на предложения методе показано на фиг.5 и се състои от незаключващ се тиристор 1, чиято катодна верига е свързана към товара 2, докато последователна верига е свързана паралелно на тиристора 1, съдържаща кондензатор 3, полупроводников диод 4 и нормално отворен ключ 5, след затваряне на който кондензаторът 3, зареден от външен източник на постоянно напрежение, е свързан паралелно на тиристора 1, докато положително заредената облицовка е свързана към анода на тиристора, а отрицателно заредената е свързана към катода, което постига предно отклонение на J2 прехода на тиристора 1, докато веригата, съдържаща кондензатора 3 и резистора 6, служи за зареждане на кондензатора 3.
В резултат на това в J3 прехода на тиристора 1 се появява намаляващо анодно напрежение, което води до появата на ток на отклонение, насочен срещу тока на проводимост поради влиянието на дифузионния компонент Cdiff на капацитета C2 на прехода J2. В този случай тиристорът се изключва, ако е изпълнено условие (3), а диод 4 служи за изключване на участието на капацитет 3 в преходния процес, който възниква при подаване на захранващо напрежение към веригата.
Времето на изключване на тиристора се определя от времето на разсейване на натрупания заряд в прехода J2. Превключването на анодния ток с едновременното действие на отрицателно управляващо напрежение осигурява най-краткото време за изключване сред известните методи. Това се постига чрез принудително изтегляне на дупките от кръстовището J2. В предложения метод не само дупките, но и електроните се изтласкват, т.е. времето за изключване се определя от времето за презареждане на капацитета C2 и е сравнимо с времето за включване на тиристора, което е по-малко от времето за изключване на тиристора при използване на някой от известните методи.
По време на експерименталната проверка на метода, чието изпълнение е показано на фигура 5, са използвани:тиристор 1 тип ТЧ40, товар 2 под формата на лампа с нажежаема жичка B220-230 500 W; кондензатор 3 тип MBM 0,25 uF; диод 5 тип KD202Zh; резистор 6 тип MLT1 39 kOhm. Захранващо напрежение Uпит=220 V.
Проведените експериментални изследвания напълно потвърдиха ефективността на предложения метод за изключване на незаключващ се тиристор.
Метод за изключване на незаключващ се тиристор, който се състои в изключване на тиристора чрез свързване на допълнителен източник на захранване, характеризиращ се с това, че тиристорът се изключва от ток на отклонение, противоположно на посоката на тока на проводимост, с изместване напред от напрежение на колекторния преход, намаляващо по амплитуда.