Отпушване на диодни тиристори

Право напрежение (захранващо напрежение Up) на заключен динистор се избира от условието Upr ≤ Upr.max., където Upr.max. ≈ 0,5 U вкл. За да превключите динистора от заключено в отключено състояние, е необходимо да увеличите предното напрежение, така че да надвишава напрежението на включване.

Най-често динистори се използват в устройства, където превключването се извършва чрез импулси на напрежение с подходяща полярност. Ето защо в справочниците вместо Uon те често посочват импулсно превключващо напрежение Ustart, при което е гарантирано условието: Upr.max + Ustart ≥ Uon (Petrovich V.P., 2008).

(a - за стартов импулс с положителна полярност; b - за стартов импулс с отрицателна полярност; c - чрез импулсен трансформатор)

Продължителността на задействащите импулси обикновено е няколко микросекунди. VD2 увеличава входния импеданс на устройството. Ако амплитудата на стартовите импулси е малка, тогава се използва повишаващ импулсен трансформатор (фиг. 5.5, c).

SCR

Триоден тиристор (тринистор) се различава от динистора по наличието на изход от една от базите. Това заключение се нарича контролен електрод (фиг. 5.6).

Ако свържете външен източник на UVN, както е показано на фиг. 5.6, получаваме, че p-n преходитеJ1 иJ3 ще бъдат предубедени от външен източник в права посока, а средният p-n преходJ2 ще бъде предубеден в обратна посока и само изчезващо малък обратен ток на колекторния преходJ2 ще тече във външната верига. Нека свържем друг външен източник UU (контролен източник) между катода и контролния електрод (GE). Тогава управляващият ток, протичащ под действието на управляващия източник, при определена стойност, може да доведе до лавинообразно нарастване на тока вполупроводникова структура, докато не бъде ограничена от резистора R в UHV захранващата верига. Тиристорът ще се включи. За да разгледаме това явление, нека си представим тиристор под формата на два транзистора VT1 и VT2, комбинирани в една верига (фиг. 5.7, а), съответно от типа p-n-p и n-p-n. И двата транзистора са свързани съгласно общата емитерна верига (фиг. 5.7, b).

Ориз. 5.7. Структура (а) и схема на двутранзисторен тиристорен еквивалент (б)

При създаване на потенциална разлика между анода (A) и катода (K) в посока напред ("+" на анода, "-" на катода), и двата транзистора ще бъдат затворени, тъй като техните базови токове ще отсъстват. Когато управляващият източник UU е свързан, базовият ток ще протича във входната верига на транзистораVT2, който е управляващият ток на тиристорния IU. Под действието на този ток в колекторната верига на транзистораVT2ще протича ток IK2 =β2IУ, където β2 е коефициентът на токопреминаване на транзистораVT2. Но този ток IK2 протича през веригата емитер-база на транзистораVT1и е негов вход, базов ток Ib1 = IK2. Под въздействието на тока Ib1 колекторният ток ще тече в изходната колекторна верига на транзистораVT1:

т.е. колекторният ток IK1 е управляващият ток IU, усилен няколко пъти, и токът IK1 протича отново през базовата верига на транзистораVT2, където протича и токът IU. Тъй като IK1 се оказва много по-голям от текущия IU, процесът на взаимно усилване на токове от транзистори продължава, докато и двата транзистора влязат в режим на насищане, което съответства на включването на тиристор. Описаният процес е процес на вътрешна положителна обратна връзка, под въздействието на която възниква лавинообразно нарастване на тока в тиристорната верига.

След като тиристорът се включи, той самиятподдържа в отворено състояние, тъй като при условие IK2>gt; Вътрешната обратна връзка на IU остава положителна, в който случай контролният източник вече не е необходим. Като се има предвид (5.1), това условие може да се запише като:

Откъде идва условието за включване на тиристора:

За да се изключи тиристорът, е необходимо да се прекъсне протичащият в силовата му верига ток за кратък период от време, достатъчен за поглъщане на незначителни носители в полупроводниковите зони и възстановяване на управляващите свойства. За повторно включване на тиристора е необходимо отново да се подаде ток IU в управляващата му верига, за да се рестартира процеса на вътрешна положителна обратна връзка. По този начин тиристорът е безконтактен ключ, който може да бъде само в две стабилни състояния: изключен или включен.

Токовата характеристика на тиристора е показана на фиг. 5.8. Колкото по-висок е контролният ток, толкова по-ниско е напрежението на включване UON. Управляващият ток, при който тиристорът преминава към изправената част на характеристиката ток-напрежение (показана на фиг. 5.6 с пунктирана линия), се нарича управляващ ток на изправяне Iy ref.

Когато полярността на напрежението, приложено към тиристора, се промени, емитерните p-n преходиJ1 иJ3 ще бъдат обратно предубедени, тиристорът ще бъде затворен и характеристиката ток-напрежение ще бъде противоположният клон на характеристиката ток-напрежение на обикновен диод.

По този начин тиристорът е частично контролиран вентил, който може да бъде прехвърлен в проводящо състояние в присъствието на два фактора едновременно: положителния потенциал на анода спрямо катода; подаване на управляващ сигнал под формата на управляващ ток във веригата на управляващия електрод. Ако поне един от тези фактори липсва, тогаватиристорът ще остане затворен.

Частичната управляемост на тиристора се крие във факта, че след включване на тиристора управляващата верига става ненужна, тъй като се поддържа във включено състояние. Невъзможно е да изключите конвенционален тиристор в управляващата верига. Поради това той се нарича еднооперационен тиристор или в чуждата терминология SCR (Silicon Controlled Rectifier). За да изключите тиристора, е необходимо по някакъв начин да намалите анодния ток до нула и да го поддържате на нулево ниво по време на времето на разсейване на малцинствените носители, натрупани в базите на транзисториVT1иVT2.

На схемите на електрически вериги незаключващите се тиристори са обозначени с конвенционални графични символи, показани на фиг. 5.9.

Ориз. 5.9. Символи на незаключващи се тринистори с анодно управление (a), с катодно управление (b)

5.2.1. Методи за отключване на триодни тиристори (тринистори)

За надеждно отключване на тринистора от източник на постоянен ток Iу и Uу се избират от условията: Iу ≥ Iу ref; Uy ≥ Uy.sp; IуUу ≤ Pу.max ,

Където Pu.max е максималната мощност, разсейвана върху управляващия електрод.

Същото съотношение се използва и за импулсно управление, ако продължителността на стартовите импулси не е по-малка от 100 μs. При импулсен контролен сигнал по-малък от 100 μs, връзката се взема от:

Където Iу.imp - импулсен управляващ ток;

Iу.имп.max - максимален управляващ импулсен ток.

(a - от източник на постоянен ток; b, c - чрез импулсен сигнал)

а) Iу ≥ Iу ref, обикновено Iу = (1,1 - 1,2) Iу ref

b) C обикновено е 0,01 - 0,05uF

Диодът предотвратява появата на отрицателен импулс върху управляващия електрод при разрежданекондензатор.

в) импулсни трансформатори се използват за галванично разединяване на стартовите и силовите вериги. R служи за ограничаване на стартовия ток.

Където Uin.imp. - амплитудата на управляващия импулс, приложен към входа на устройството (Petrovich V.P., 2008).

---