Тиристоры фото: принцип работы, проверка и характеристики

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

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

Тиристор принцип работы | Практическая электроника

Структура тиристора

Тиристор это четырёхслойный полупроводниковый прибор, слои расположены последовательно их типы проводимости чередуются: p‑n‑p‑n. p‑n‑переходы между слоями на рисунке обозначены как «П1», «П2» и «П3». Контакт присоединенный к внешнему p‑слою называется анодом, к внешнему n‑слою — катодом. В принципе тиристор может иметь до двух управляющих электродов, присоединённых к внутренним слоям. Но обычно изготавливаются тиристоры с одним управляющим электродом, либо вообще без управляющих электродов (такой прибор называется динистором).

Для включения тиристора достаточно кратковременно подать сигнал на управляющий электрод — тиристор откроется и будет оставаться в этом состоянии пока ток через тиристор не станет меньше тока удержания.

Итак, главный принцип работы тиристора и схем на его основе — открываем тиристор подачей сигнала на усправляющий электрод, закрываем снижая ток анод-катод.

Как и в биполярном транзистор главную роль в принципе действия играют неосновные носители заряда (ННЗ) и обратно-смещенный p-n- переход. Пока неосновных носителей мало переход закрыт, но стоит подкинуть ННЗ к переходу и он откроется.
В тиристоре есть два основных способа добавить ННЗ:
1) закачать ток в управляющий электрод;
2) поднять напряжение настолько чтобы возник лавинный пробой.

Динисторное включение тиристора

Для начала рассмотрим второй случай, то есть когда управляющий электрод тиристора отключен.

При подаче напряжения прямой полярности, крайние переходы смещаются в прямом направлении, а средний – в обратном. При значительном увеличении напряжения на силовых электродах, через крайние (П1 и П3), примыкающие к среднему, переходы начинают перемещаться неосновные носители, уменьшая его сопротивление. Процесс происходит медленно, а сопротивление остается большим, но лишь до определенного момента. При некотором значении напряжения (как правило, несколько сотен вольт) процесс становится лавинным(точка 1 на ВАХ), неосновные носители заряда заменяются основными, отпирая средний переход (П2) и уменьшая сопротивление анод-катод. Тиристор отпирается, а падение напряжения между силовыми электродами падает до единиц Вольт (точка 2 на ВАХ).

Дальнейший рост тока ведет только к небольшому росту падения напряжения на тиристоре участок ВАХ от точки 2 до точки 3, это рабочий режим открытого тиристора.

Чтобы закрыть тиристор нужно снизить протекающий ток ниже тока удержания. Причем падение напряжения соответствующее этому току многократно ниже отпирающего напряжения.

Но зачем тиристору управляющий электрод? Какие преимущества есть у тиристора перед динистором? Дело в том, что подавая напряжение через резистор на управляющий электрод можно увеличивать концентрацию неосновных носителей заряда, что в свою очередь будет снижать величину напряжения включения тиристора.

А при какой-то величине тока управляющего электрода больше не будет горба на ВАХ, т.е. ВАХ тиристора станет похожа на ВАХ диода, кстати этот ток называют током спрямления.

Режим обратного запирания тиристора

При обратном включении тиристора крайние переходы (П1 и П3) смещаются в обратном направлении, а средний в прямом (П2). Тиристор остается закрытым пока не наступит тепловой пробой.

Физические процессы

Если пары по физическим основам электроники на которых рассматривался транзистор я ещё как-то выдерживал, то энергетические зонные диаграммы объясняющие принцип работы тиристора уже были слишком сложны. Очень много ньюансов в концетрациях носителей заряда, толщинах слоев и уровне легирования.
Конечно, чтобы изготовить тиристор с хорошими характеристиками физические процессы протекающие в кристалле полупроводника нужно знать и понимать. Но для разработки электронных схем достаточно знать вольт-амперную характеристику тиристора и его транзисторную модель.

Одну четрехслойную полупроводниковую структуру можно представить как две трехслойные, если посмотреть на рисунок, то в трехслойных структурах можно увидеть два биполярных транзистора n-p-n и p-n-p структуры.

Пока оба транзистора закрыты, ток через них не протекает. Но стоит открытся хоть одному из них, то он тут же откроет второй. Ток коллектора первого транзистора поступит в базу второго и откроет его, а ток коллектора второго, будет являтся базовым для первого и будет поддерживать открытым первый транзистор. Получаетя что оба транзистора поддерживают друг друга в открытом состоянии. И чтобы они закрылись, нужно снизить ток через ниж ниже определенной величины, так называемого тока удержания.

Тиристор SCR (управляемый кремниевый выпрямитель)

Добавлено 8 октября 2018 в 20:57

Сохранить или поделиться

Динисторы (диоды Шокли) и тиристоры SCR (Silicon Controlled Rectifiers, управляемые кремниевые выпрямители)

Динисторы (диоды Шокли) – это довольно любопытные устройства, но довольно ограниченные в применении. Однако их полезность может быть расширена путем оснащения их другим средством отпирания. При этом каждый из них становится настоящим усилительным устройством (только если в режиме отпирания/запирания), и мы называем их кремниевыми управляемыми выпрямителями (silicon-controlled rectifier) или SCR тиристорами.

Тиристор SCR (silicon-controlled rectifier, кремниевый управляемый выпрямитель), или просто тринистор

Развитие от динистора до тринистора достигается с помощью одного небольшого дополнения, фактически не более чем третьего подключения к существующей структуре PNPN (рисунок ниже).

Тиристор SCR (управляемый выпрямитель, тринистор)

Проводимость управляемых выпрямителей SCR (тринисторов)

Если управляющий электрод тринистора остается висящим в воздухе (неподключенным), он ведет себя точно так же, как динистор (диод Шокли). Он может быть отперт напряжением переключения или превышением критической скорости нарастания напряжения между анодом и катодом, всё как у динистора. Запирание осуществляется за счет уменьшения тока до тех пор, пока один или оба внутренних транзистора не упадут в режим отсечки, всё как у динистора. Однако, поскольку управляющий вывод подключается непосредственно к базе нижнего транзистора, он может использоваться как альтернативное средство отпирания тиристора SCR. Прикладывая небольшое напряжение между управляющим электродом и катодом, нижний транзистор будет открываться результирующим тока базы, что приведет к тому, что верхний транзистор будет проводить ток, а затем запитывать базу нижнего транзистора, поэтому он больше не будет нуждаться в активации напряжением управляющего электрода. Разумеется, необходимый для отпирания ток управляющего вывода будет намного ниже, чем ток через SCR тиристор от катода до анода, поэтому, используя SCR тиристор, можно добиться усиления.

Переключение/запуск

Данный метод обеспечения проводимости тиристора SCR называется запуском или переключением, и на сегодняшний день наиболее распространенным способом является тот, которым SCR тиристор отпирается в реальной практике. Фактически, SCR тиристоры обычно выбираются так, чтобы их напряжения переключения находились далеко за пределами наибольшего напряжения, ожидаемого от источника питания, поэтому его можно включить (отпереть) только путем преднамеренного импульса напряжения, подаваемого на управляющий вывод.

Обратное переключение

Следует отметить, что SCR тиристоры иногда могут быть выключены (заперты) путем прямого замыкания управляющего вывода и вывода катода или с помощью «обратного переключения» управляющего вывода отрицательным напряжением (относительно катода), чтобы принудительно перевести нижний транзистор в режим отсечки. Я говорю, что это «иногда» возможно потому, что это включает в себя шунтирование всего тока верхнего транзистора через базу нижнего транзистора. Этот ток может быть существенным, что в лучшем случае затрудняет запирание SCR тиристора. Вариация SCR тиристора под названием запираемый тиристор, или GTO (Gate-Turn-Off), облегчает эту задачу. Но даже с GTO тиристором ток управляющего электрода, необходимый для его отключения, может составлять до 20% от тока анода (нагрузки)! Условное обозначение GTO тиристора показано на рисунке ниже.

Условное обозначение GTO тиристора

SCR тиристоры против GTO тиристоров

Тиристоры SCR и GTO имеют одну и ту же эквивалентную схему (два транзистора, соединенные по принципу положительной обратной связи), единственными отличиями являются детали конструкции, предназначенные для предоставления NPN транзистору большего коэффициента β, чем у PNP транзистора. Это позволяет меньшему току управляющего электрода (прямому или обратному) осуществлять большую степень управления проводимостью от катода к аноду, причем открытое состояние PNP транзистора больше зависит от NPN транзистора, чем наоборот. Запираемый тиристор GTO также известен под названием тиристор GCS (Gate-Controlled Switch).

Проверка работоспособности SCR тиристора с помощью мультиметра

Элементарный тест работоспособности SCR тиристора или, по крайней мере, определение выводов, может выполняться измерителем сопротивления. Поскольку внутреннее соединение между управляющим электродом и катодом является PN переходом, мультиметр должен показывать целостность соединения между этими выводами с красным измерительным щупом на управляющем электроде и черным измерительным щупом на катоде следующим образом (рисунок ниже).

Элементарная проверка SCR тиристора

Все остальные измерения целостности соединений, выполненные на SCR тиристоре, будут показывать «разрыв» («OL» на дисплеях некоторых цифровых мультиметров). Следует понимать, что этот тест очень груб и не является полной оценкой SCR тиристора. SCR тиристор может давать хорошие показания омметра и по-прежнему оставаться неисправным. В конечном счете, единственный способ проверить SCR тиристор – подвергнуть его нагрузочному току.

Если вы используете мультиметр с функцией «проверки диода», показания напряжения перехода управляющий электрод — катод, которые вы получите, могут соответствовать, а могут и нет, тому, что ожидается от кремниевого PN перехода (примерно 0,7 вольта). В некоторых случаях вы будете получать показания намного более низкого напряжения перехода: сотые доли вольта. Это связано с внутренним резистором, подключенным между управляющим электродом и катодом и включенным в некоторые SCR тиристоры. Этот резистор добавляется, чтобы сделать SCR тиристор менее восприимчивым к ложным срабатываниям из-за ложных импульсов напряжения, из-за «шума» схемы или из-за статического электрического разряда. Другими словами, наличие резистора, подключенного к переходу управляющего электрода и затвора, требует большего переключающего сигнала (существенного тока) для отпирания SCR тиристора. Эта функция часто встречается в мощных SCR тиристорах, а не в маленьких. Не забывайте, что SCR тиристор с внутренним резистором, подключенным между управляющим электродом и катодом, будет показывать целостность соединения в обоих направлениях между этими двумя выводами (рисунок ниже).

У больших SCR тиристоров между управляющим электродом и катодом есть встроенный резистор

SCR тиристоры с чувствительным управляющим электродом

«Обычные» SCR тиристоры, лишенные внутреннего резистора, иногда называются SCR тиристорами с чувствительным управляющим электродом из-за их способности запускаться малейшим положительным сигналом на управляющем электроде.

Тестовая схема для SCR тиристора является практичной в качестве диагностического инструмента для проверки подозрительных SCR тиристоров, а также отличной помощью для понимания основ работы SCR тиристоров. Для питания схемы используется источник питания постоянного тока, а два кнопочных коммутатора используются для отпирания и запирания SCR тиристора (рисунок ниже).

Схема для проверки SCR тиристоров

Нажатие нормально разомкнутой кнопки «вкл» соединяет управляющий электрод с анодом, позволяя протекать току от отрицательного вывода батареи через PN переход катод — управляющий электрод, через кнопку, через резистор нагрузки, и обратно к батарее. Этот ток управляющего электрода должен заставить SCR тиристор отпереться, позволяя протекать току прямо от катода к аноду без дальнейшего отпирания через управляющий электрод. Когда кнопка «вкл» отпущена, нагрузка должна оставаться под напряжением.

Нажатие нормально замкнутой кнопки «выкл» разрывает цепь, заставляя ток через SCR тиристор остановиться, тем самым вынуждая его запереться (величина тока ниже тока удержания).

Ток удержания

Если SCR тиристор не отпирается, проблема может быть связана с нагрузкой, а не с тиристором. Чтобы удерживать SCR тиристор отпертым, требуется определенная величина тока нагрузки. Этот минимальный уровень тока называется током удержания. Нагрузка со слишком большим значением сопротивления может и не набирать достаточный ток, чтобы удерживать SCR тиристор отпертым, когда прекращается ток через управляющий электрод, что дает ложное впечатление о плохом (неотпираемом) SCR тиристоре в тестовой схеме. Значения тока удержания для разных SCR тиристоров доступны у производителей. Типовые значения тока удержания колеблются от 1 миллиампера до 50 миллиампер и более для больших тиристоров.

Чтобы проверка была исчерпывающей, необходимо протестировать более чем переключающее поведение. Прямое напряжение переключения SCR тиристора можно проверить, увеличивая напряжение источника постоянного тока (без нажатия кнопок) до тех пор, пока SCR тиристор не отопрется самостоятельно. Остерегайтесь того, что для теста переключения может потребоваться очень высокое напряжение: многие мощные SCR тиристоры имеют номинальное напряжение переключения 600 вольт и более! Кроме того, если имеется импульсный генератор напряжения, аналогичным способом может быть проверена критическая скорость повышения напряжения SCR тиристора: необходимо подвергнуть тиристор импульсному напряжению с разными скоростями напряжение/время без воздействия на кнопочные переключатели и пронаблюдать, когда тиристор отопрется.

В этом простом виде, схема для проверки SCR тиристоров может быть достаточной в качестве схемы управления запуском/остановкой для двигателя постоянного тока, лампы или другой практической нагрузки (рисунок ниже).

Схема управления запуском/остановкой двигателя постоянного тока

Схема «монтировки»

Другое практическое применение SCR тиристора в схемах постоянного тока – это устройство «монтировки» для защиты от перенапряжения. Схема «монтировки» состоит из SCR тиристора, установленного параллельно выходу источника постоянного напряжения, для установления короткого замыкания на выходе этого источника питания, чтобы предотвратить подачу слишком повышенного напряжения на нагрузку. Повреждение SCR тиристора и источника питания предотвращается путем установки перед SCR тиристором подходящего предохранителя или существенного последовательного сопротивления для ограничения тока короткого замыкания (рисунок ниже).

Схема «монтировки», используемая в источнике питания постоянного тока

Некоторое устройство или схема, определяющие выходное напряжение, будут подключены к управляющему электроду SCR тиристора, поэтому при возникновении состояния перенапряжения между управляющим электродом и катодом будет приложено напряжение, отпирающее SCR тиристор и заставляющее сработать предохранитель. Эффект будет примерно таким же, как кидание стальной монтировки прямо на выходные клеммы источника питания, отсюда и название схемы.

Большинство применений SCR тиристоров предназначены для управления питанием переменным током, несмотря на то, что SCR тиристоры являются устройствами постоянного тока (однонаправленными). Если схеме требуется двунаправленный ток, можно использовать несколько SCR тиристоров, причем для обработки обоих полупериодов волны переменного тока в каждом направлении должны смотреть один или несколько тиристоров. Основная причина, по которой SCR тиристоры вообще используются в приложениях управления питанием переменным током, – это уникальная реакция тиристора на переменный ток. Как мы видели, тиратронная лампа (электронно-ламповая версия SCR тиристора) и симметричный динистор (DIAC), гистерезисное устройство, запускаемое во время части полупериода переменного тока, будут отпираться и оставаться включенными на протяжении всей оставшейся части полупериода до тех пор, пока переменный ток не уменьшится до нуля, так как должен начинать следующий полупериод. Только перед точкой пересечения нуля сигналом переменного тока тиристор отключится (запрется) из-за недостаточного тока (это поведение также называется естественной коммутацией) и должен будет снова отпереться в следующем периоде. Результатом является ток цепи, эквивалентный «обрезанной» синусоиде. Для примера, ниже приведен график отклика симметричного динистора (DIAC) на переменное напряжение, пиковое значение которого превышает напряжение переключения DIAC.

Двунаправленный отклик симметричного динистора (DIAC)

При использовании DIAC предельное напряжение переключения было фиксированной величиной. С SCR тиристором мы контролируем, когда точно устройство отпирается путем переключения управляющего вывода в любой момент времени периода сигнала. Подключив подходящую схему управления к управляющему электроду SCR тиристора, мы можем «обрезать» синусоиду в любой точке, чтобы обеспечить пропорционально времени управление питанием на нагрузке.

Возьмем в качестве примера схему на рисунке ниже. Здесь SCR тиристор помещается в схему для управления питанием нагрузки, потребляемым от источника переменного тока.

Управление питанием переменным током с помощью SCR тиристора

Будучи однонаправленным (односторонним) устройством, самое большее, что мы можем подать на нагрузку, это только одна полуволна во время полупериода переменного тока, когда полярность напряжения питания положительна сверху и отрицательна снизу. Однако для демонстрации базовой идеи управления пропорционально времени эта простая схема подходит лучше, чем схема, управляющая мощностью во время всей волны (для чего потребуется два SCR тиристора).

При отсутствии переключения на управляющем электроде и величине напряжения источника переменного тока значительно ниже номинального напряжения переключения SCR тиристора SCR тиристор никогда не откроется. Подключение управляющего электрода SCR тиристора к аноду через стандартный выпрямительный диод (для предотвращения обратного тока через управляющий вывод в случае, если SCR тиристор содержит встроенный резистор между управляющим выводом и катодом) позволит запускать SCR тиристор почти сразу в начале каждого положительного полупериода (рисунок ниже).

Управляющий электрод подключен напрямую к аноду через диод; через нагрузку протекает почти целая полуволна тока.

Задержка запуска SCR тиристора

Однако мы можем отложить запуск SCR тиристора, вставив некоторое сопротивление в цепь управляющего электрода, тем самым увеличивая величину падения напряжения, требуемого перед тем, как будет достигнут достаточный ток управляющего электрода SCR тиристора. Другими словами, если мы затрудняем движение электронов через управляющий электрод путем добавления сопротивления, переменное напряжение должно будет достигнуть более высокой точки в своем цикле, прежде чем будет достигнут достаточный ток управляющего вывода, чтобы включить SCR тиристор. Результат показан на рисунке ниже.

В цепь управляющего электрода вставлено сопротивление; через нагрузку протекает меньше полуволны тока.

Когда сигнал «полусинусоиды» будет в значительной степени обрезан за счет задержки запуска SCR тиристора, нагрузка получит меньшую среднюю мощность (питание подается на меньшее время в течение всего периода). Сделав последовательный резистор в цепи управляющего электрода переменным, мы можем подстроить мощность пропорционально времени (рисунок ниже).

Увеличение сопротивления повышает уровень порога, в результате чего до нагрузки доходит меньшая мощность.

Уменьшение сопротивления понижает уровень порога, в результате чего до нагрузки доходит большая мощность.

К сожалению, эта схема управления имеет значительные ограничения. При использовании сигнала источника переменного тока в качестве сигнала, переключающего наш SCR тиристор, мы ограничиваем управление первой половиной полупериода сигнала. Другими словами, мы не можем подождать, чтобы переключить SCR тиристор после пика сигнала. Это означает, что мы можем убавить мощность только до того момента, когда SCR тиристор включится на самом пике сигнала.

Схема при установке минимальной мощности

Повышение порога срабатывания переключения приведет к тому, что схема не будет запускаться вообще, так как даже пик переменного напряжения источника питания будет недостаточным для запуска SCR тиристора. В результате питание на нагрузку подаваться не будет.

Гениальное решение этой дилеммы управления обнаруживается при добавлении в схему фазосдвигающего конденсатора (рисунок ниже).

Добавление в схему фазосдвигающего конденсатора

Меньший сигнал, показанный на графике, представляет собой напряжение на конденсаторе. Для иллюстрации фазового сдвига я предполагаю условие максимального управляющего сопротивления, когда SCR не запускается вообще и не подает на нагрузку ток, за исключением того, какой небольшой ток проходит через управляющий резистор и конденсатор. Это напряжение конденсатора будет сдвинуто по фазе от 0° до 90°, отставая от сигнала переменного тока. Когда это сдвинутое по фазе напряжение достигает достаточно высокого уровня, SCR тиристор отпирается.

При напряжении на конденсаторе, достаточном для периодического запуска SCR тиристора, итоговый сигнал тока нагрузки будет выглядеть примерно так, как показано на рисунке ниже.

Сдвинутый по фазе сигнал переключает SCR тиристор в режим проводимости

Поскольку сигнал на конденсаторе всё еще растет после того, как основной сигнал от источника питания достиг своего пика, становится возможным запустить SCR тиристор на пороговом уровне за этим пиковым значением, тем самым обрезая сигнал тока нагрузки дальше, чем это было возможно с более простой схемой. В действительности сигнал напряжения конденсатора немного сложнее, чем показано здесь, его синусоидальная форма искажается каждый раз, когда открывается SCR тиристор. Однако то, что я пытаюсь проиллюстрировать здесь, – это отложенное срабатывание, связанное с фазосдвигающей RC цепью; таким образом, упрощенная, неискаженная форма сигнала хорошо служит этой цели.

Запуск SCR тиристоров сложными схемами

SCR тиристоры также могут быть запущены, или «отперты», более сложными схемами. Хотя ранее показанная схема достаточна для простого применения, такого как управление лампой, управление большими промышленными двигателями часто опирается на более сложные схемы запуска. Иногда для соединения схемы запуска с управляющим электродом и катодом SCR тиристора для обеспечения электрической изоляции между цепями запуска и силовыми цепями используются импульсные трансформаторы (рисунок ниже).

Трансформаторная связь сигнала переключения обеспечивает изоляцию

Когда для управления питанием используется несколько SCR тиристоров, их катоды часто не являются электрически общими, что затрудняет подключение единой схемы запуска ко всем SCR тиристорам одинаково. Примером этого является управляемый мостовой выпрямитель, показанный на рисунке ниже.

Управляемый мостовой выпрямитель

В любой схеме мостового выпрямителя выпрямительные диоды (в этом примере выпрямительные SCR тиристоры) должны проводить ток в противоположных парах. SCR₁ и SCR₃ должны быть запущены одновременно, и SCR₂ и SCR₄ должны быть запущены как пара. Однако, как вы заметили, эти пары SCR тиристоров не используют одни и те же соединения катодов, а это означает, что схема не будет работать, если просто запараллелить их управляющие электроды и подключить к ним единый источник напряжения, чтобы запустить оба тиристора (рисунок ниже).

Эта стратегия не будет работать для запуска SCR₂ и SCR₄ в качестве пары

Хотя показанный источник напряжения запуска запустит SCR₄, он не запустит должным образом SCR₂, потому что эти два тиристора не имеют общего соединения катодов для использования его в качестве опорной точки для напряжения запуска. Однако импульсные трансформаторы, подключающие два управляющих электрода тиристоров к источнику напряжения запуска, будут работать (рисунок ниже).

Трансформаторная связь управляющих электродов позволяет запускать SCR₂ и SCR₄

Имейте в виду, что эта схема показывает подключение управляющих электродов только двух из четырех SCR тиристоров. Импульсные трансформаторы и источники запуска для SCR₁ и SCR₃, а также детали самих импульсных источников были опущены для простоты.

Управляемые мостовые выпрямители не ограничиваются однофазными схемами. В большинстве промышленных систем питание переменным током доступно в трехфазной форме для получения максимальной эффективности, и из-за своих преимуществ в них используются твердотельные схемы управления. Схема трехфазного управляемого выпрямителя, построенная на SCR тиристорах, не показывающая импульсных трансформаторов и схем запуска, будет выглядеть как на рисунке ниже.

Трехфазное мостовое управление нагрузкой на SCR тиристорах

Резюме

• Кремниевый управляемый выпрямитель, или SCR тиристор, по сути, является динистором (диодом Шокли) с дополнительным выводом. Этот дополнительный вывод называется управляющим электродом, и он используется для переключения устройства в режим проводимости (отпирает его) с помощью прикладывания небольшого напряжения. Для запуска, или отпирания, SCR тиристора напряжение должно быть приложено между управляющим электродом и катодом, плюс на управляющий электрод, минус на катод.
• При тестировании SCR тиристора кратковременное соединение между управляющим электродом и анодом достаточно по полярности, интенсивности и продолжительности, чтобы отпереть тиристор. SCR тиристоры могут быть запущены с помощью преднамеренного запуска вывода управляющего электрода, повышенного напряжения (переключения) между анодом и катодом или повышенной скорости нарастания напряжения между анодом и катодом. SCR тиристоры могут быть выключены (заперты) падением анодного тока ниже значения тока удержания (выключение по низкому току) или «обратным переключением» управляющего электрода (прикладывание отрицательного напряжения к управляющему электроду). Обратное переключение эффективно только иногда и всегда включает в себя высокий ток через управляющий вывод.
• Вариант SCR тиристора, называемый запираемым тиристором (GTO (Gate-Turn-Off) тиристор), специально предназначен для отключения с помощью обратного переключения. Даже в этом случае обратное переключение требует довольно высокого тока: обычно 20% от тока анода. Выводы SCR тиристора могут быть идентифицированы с помощью мультиметра в режиме «прозвонки»: единственные два вывода, показывающие какие-либо показания при «прозвонке», должны быть управляющий электрод и катод. Выводы управляющего электрода и катода подключаются к PN переходу внутри SCR тиристора, поэтому мультиметр в режиме «прозвонки» должен выдавать диодо-подобные показания между двумя этими выводами с красным (+) щупом на управляющем электроде и черным (-) щупом на катоде. Однако имейте в виду, что некоторые мощные SCR тиристоры содержат внутренний резистор, подключенный между управляющим электродом и катодом, что повлияет на любые измерения целостности соединения, проводимые мультиметром.
• SCR тиристоры являются настоящими выпрямителями: они пропускают ток через себя только в одном направлении. Это означает, что они не могут использоваться в одиночку для двухполупериодного управления питанием переменным током. Если диоды в схеме выпрямителя заменить на SCR тиристоры, вы получите схему управляемого выпрямителя, где питание постоянным напряжением может подаваться на нагрузку пропорционально времени отпирания SCR тиристоров в разные моменты периода переменного напряжения питания.

Оригинал статьи:

Теги

SCR / тринистор (кремниевый управляемый выпрямитель)Защита цепейМультиметрОбучениеТиристорТок удержанияЭлектроника

Сохранить или поделиться

Тиристоры

Добавлено 12 ноября 2016 в 19:20

Сохранить или поделиться

Тиристоры – это широкий ряд биполярных полупроводниковых приборов, имеющих четыре (или более) перемежающихся N-P-N-P слоя. Тиристоры включают в себя: управляемые кремниевые выпрямители (SCR), симисторы (TRIAC), запираемые тиристоры (GTO), кремниевые управляемые коммутаторы (SCS), динисторы (диодные тиристоры, «диоды для переменного тока», DIAC), однопереходные транзисторы (UJT), программируемые однопереходные транзисторы (PUT). В данном разделе рассматривается только управляемые кремниевые выпрямители (SCR), хотя упоминаются и запираемые тиристоры (GTO).

Шокли предложил четырехслойный диодный тиристор в 1950 году. Но он был реализован спустя годы компанией General Electric. В настоящее время управляемые кремниевые выпрямители (SCR) способны работать с мощностями уровнями от ватт до мегаватт. Самые маленькие приборы в корпусах, как у маломощных транзисторов, коммутируют токи в сотни миллиампер при переменных напряжениях около 100 В. Самые большие приборы, в корпусах диаметром 172 мм, коммутируют токи 5600 ампер при переменном напряжении 10 000 вольт. Самые мощные управляемые кремневые выпрямители (SCR) могут состоять из полупроводниковой пластины диаметром в сотни миллиметров.

Управляемый кремниевый выпрямитель (SCR): (a) профиль легирования, (b) эквивалентная схема на биполярных транзисторах

Управляемый кремниевый выпрямитель – это четырехслойный диод с управляющим электродом (показан на рисунке (a) выше). Если он включен, то он проводит ток, как диод, только в одном направлении. Если он не запущен, то он не проводит ток совсем.

Принцип его работы объясняется, исходя из эквивалента из соединенных транзисторов, показанного на рисунке выше (b). Положительный сигнал запуска прикладывается между управляющим выводом и катодом. Это приводит к тому, что эквивалентный NPN транзистор начинает проводить ток. Коллектор проводящего NPN транзистора подтягивается вниз, перемещая базу PNP транзистора к своему напряжению, что приводит к тому, что и PNP транзистор начинает проводить ток. Коллектор проводящего PNP транзистора подтягивается вверх, перемещая базу NPN транзистора в своем направлении. Эта положительная связь (регенерация) усиливает уже и без того проводящее состояние NPN транзистора. Более того, NPN транзистор будет теперь проводить ток даже при отсутствии сигнала на управляющем электроде. После того, как управляемый кремниевый выпрямитель (SCR) начал проводить ток, он продолжит это делать до тех пор, пока на аноде присутствует положительное напряжение. Для батареи постоянного тока, показанной на рисунке, это навсегда. Однако SCR тиристоры чаще всего используются с источниками переменного тока или импульсными источниками. Проводимость прекращается с окончанием положительной полуволны синусоиды на аноде. Кроме того, практические схемы на SCR тиристорах полагаются на этап периода переменного тока, идущий к нулю, к отсечке или переключению управляемого кремниевого выпрямителя (SCR).

Рисунок ниже (a) показывает профиль легирования управляемого кремниевого выпрямителя (SCR тиристора). Обратите внимание, что катод, который соответствует эмиттеру NPN транзистора на эквивалентной транзисторной схеме, сильно легирован, что показывает N⁺. Анод также сильно легирован (P⁺). Он соответствует эмиттеру PNP транзистора на эквивалентной транзисторной модели. Два средних слоя, соотвествующих областям базы и коллектора, легированы менее сильно: N^— и P. Профиль мощного SCR тиристора может быть разбросан по всей полупроводниковой пластине значительного диаметра.

Тиристоры: (a) поперечное сечение, условные обзначения (b) управляемого кремниевого выпрямителя (SCR) и запираемого тиристора (GTO)

Условные графические обозначения SCR и GTO тиристоров показаны на рисунке выше (b и c). Базовое обозначение диода показывает, что проводимость от катода к аноду является однонаправленной, как и у диода. Добавление управляющего электрода указывает на управление проводимостью диода. Запираемый тиристор (GTO) имеет двунаправленные стрелки на управляющем выводе, показывая, что проводимость может быть отключена отрицательным импульсом, а также включена положительным импульсом.

В дополнение к вездесущим кремниевым SCR тиристора были произведены экспериментальные устройства из карбида кремния. Карбид кремния (SiC) работает при более высоких температурах и проводит тепло лучше, чем любой метал. Это должно дать возможность создавать устройства с меньшими физическими размерами и способные работать с более высокими мощностями.

Подведем итоги

• Управляемые кремниевые выпрямители (SCR тиристоры) являются наиболее распространенным членом в тиристорном семействе четырехслойных диодов.
• Положительный импульс, приложенный к управляющему выводу SCR тиристора, приводит его к состоянию проводимости. Проводимость продолжается, даже если импульс на управляющем электроде пропадет. Проводимость прекращается, только когда напряжение между анодом и катодом падает до нуля.
• SCR тиристоры чаще всего используются с источниками переменного тока (или импульсными источниками) из-за своей непрерывной проводимости.
• Запираемый тиристор (GTO) пожет быть выключен подачей отрицательного импульса на управляющий электрод.
• SCR тиристоры могут коммутировать мегаватты мощности, до 5600 А и 10 000 В.

Оригинал статьи:

Теги

ОбучениеТиристорЭлектроника

Сохранить или поделиться

Тиристоры с полевым управлением

Добавлено 8 ноября 2018 в 23:22

Сохранить или поделиться

Две сравнительно недавние технологии, предназначенные для снижения требований к «управлению» (к отпирающему току управляющего электрода) классическими тиристорными устройствами, – это тиристор с МОП управляющим электродом (MOS-gated thyristor, MGT) и МОП-управляемый тиристор (MOS Controlled Thyristor, MCT).

Тиристор с МОП управляющим электродом использует MOSFET транзистор для инициирования проводимости тока через верхний (PNP) транзистор стандартной тиристорной структуры, тем самым отпирая устройство. Поскольку MOSFET транзистор для «запуска» (приводящего к его насыщению) требует незначительного тока, это делает тиристор в целом очень простым для запуска (рисунок ниже).

Эквивалентная схема тиристора с МОП управляющим электродом

Учитывая тот факт, что обычные SCR тиристоры довольно легко «запускать» как есть, то практическое преимущество использования еще более чувствительного устройства (MOSFET) для инициирования запуска является спорным решением. Кроме того, размещение MOSFET транзистора на входном управляющем электроде делает невозможным отключение (запирание) тиристора с помощью сигнала обратного переключения. Только сброс из-за малого тока сможет привести к тому, чтобы это устройство перестало проводить ток после того, как было отперто.

Возможно, более высокое значение имело бы устройство, которое было бы полностью управляемым тиристором, в результате чего малый сигнал управляющего электрода мог бы запускать тиристор и заставлять его запираться. Такое устройство действительно существует, и оно называется МОП-управляемым тиристором (MOS Controlled Thyristor, MCT). Он использует пару MOSFET транзисторов, подключенных к общему управляющему электроду, один для отпирания тиристора, а другой для запирания (рисунок ниже).

Эквивалентная схема МОП-управляемого тиристора (MCT тиристора)

Положительное напряжение на управляющем электроде (относительно катода) открывает верхний (N-канальный) MOSFET транзистор, пропускающему ток через базу верхнего (PNP) транзистора, который фиксирует транзисторную пару в «открытом» состоянии. Как только оба транзистора будут полностью открыты, падение напряжения между анодом и катодом будет маленьким, и тиристор останется отпертым до тех пор, пока управляемый ток превышает минимальное (удерживающее) значение тока. Однако если к управляющему электроду приложить отрицательное напряжение (относительно анода, на котором напряжение почти такое же, как на катоде в отпертом состоянии), нижний MOSFET транзистор откроется и «замкнет» выводы базы и эмиттера нижнего (NPN) транзистора, тем самым вынуждая его уйти в режим отсечки. Как только NPN транзистор закроется, PNP транзистор выйдет из режима проводимости, и весь тиристор запрется. Напряжение управляющего электрода имеет полный контроль над проводимостью MCT тиристора, чтобы включать его и выключать.

Однако это устройство всё еще является тиристором. Если между управляющим электродом и катодом подается нулевое напряжение, ни один MOSFET транзистор не откроется. Следовательно, пара биполярных транзисторов останется в том состоянии, в котором она была до этого (гистерезис). Таким образом, короткий положительный импульс на управляющем электроде отопрет MCT тиристор, короткий отрицательный импульс заставит его запереться, а отсутствие напряжения на управляющем электроде позволяет MCT тиристору оставаться в любом состоянии, в котором он уже находился. По сути, MCT тиристор является фиксируемой версией IGBT транзистора (Insulated Gate Bipolar Transistor).

Резюме

• Тиристор с МОП управляющим электродом использует N-канальный MOП-транзистор для отпирания тиристора, что приводит к требованию чрезвычайно низкого тока управляющего электрода.
• МОП-управляемый тиристор использует два MOSFET транзистора для полного управления тиристором. Положительное напряжение управляющего электрода опирает устройство; отрицательное напряжение управляющего электрода заставляет его запереться. Нулевое напряжение на управляющем электроде позволяет тиристору оставаться в любом состоянии, в котором он был ранее (заперт или отперт).

Оригинал статьи:

Теги

MCT (МОП-управляемый тиристор)MGT (тиристор с МОП управляющим электродом)MOSFET / МОП транзисторОбучениеТиристорЭлектроника

Сохранить или поделиться

На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять
комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.com.

В случае комментирования в качестве гостя (без регистрации на disqus.com) для публикации
комментария требуется время на премодерацию.

Тиристор — Thyristor — qaz.wiki

Тип твердотельного переключателя

Тиристора ( ) представляет собой твердотельное полупроводниковое устройство с четырьмя слоями переменного P- и N-типа материалов. Он действует исключительно как бистабильный переключатель, проводящий, когда затвор получает триггер тока, и продолжает проводить до тех пор, пока напряжение на устройстве не изменится на обратное, или пока напряжение не будет снято (другими способами). Есть две конструкции, различающиеся тем, что запускает проводящее состояние. В трехвыводном тиристоре небольшой ток на его выводе затвора управляет большим током на пути от анода к катоду. В двухвыводном тиристоре проводимость начинается, когда разность потенциалов между анодом и катодом достаточно велика (напряжение пробоя).

Некоторые источники определяют кремниевый выпрямитель (SCR) и тиристор как синонимы. Другие источники определяют тиристоры как более изысканно сконструированные устройства, которые включают по крайней мере четыре слоя чередующейся подложки N-типа и P-типа.

Первые тиристорные устройства были коммерчески выпущены в 1956 году. Поскольку тиристоры могут управлять относительно большим количеством мощности и напряжения с помощью небольшого устройства, они находят широкое применение в управлении электрической мощностью, начиная от регуляторов света и скорости электродвигателя до высокого напряжения. передача электроэнергии постоянного тока . Тиристоры могут использоваться в схемах переключения мощности, схемах замены реле, схемах инвертора, схемах генераторов, схемах датчиков уровня, схемах прерывателей, схемах диммирования света, схемах недорогих таймеров, логических схемах, схемах управления скоростью, фазовых схемы управления и т. д. Первоначально для отключения тиристоров требовалось только реверсирование тока, что затрудняло их применение для постоянного тока; более новые типы устройств можно включать и выключать с помощью управляющего сигнала. Последний известен как тиристор выключения затвора , или тиристор GTO. Тиристор не является пропорциональным устройством, как транзистор . Другими словами, тиристор может быть только полностью включен или выключен, а транзистор может находиться между включенным и выключенным состояниями. Это делает тиристор не подходящим в качестве аналогового усилителя, но полезным в качестве переключателя.

Введение

Тиристор представляет собой четырехслойный трехконтактный полупроводниковый прибор, каждый слой которого состоит из материала попеременно N-типа или P-типа , например PNPN. Основные выводы, обозначенные как анод и катод, расположены на всех четырех слоях. Управляющий вывод, называемый затвором, прикреплен к материалу p-типа рядом с катодом. (Вариант, называемый SCS — кремниевый управляемый переключатель — выводит все четыре слоя на клеммы.) Работа тиристора может быть понята в терминах пары тесно связанных биполярных переходных транзисторов , расположенных так, чтобы вызывать самозакрывающееся действие:

Структура на физическом и электронном уровне и обозначение тиристора.

Тиристоры имеют три состояния:

1. Режим обратной блокировки — напряжение подается в направлении, которое может быть заблокировано диодом.
2. Режим прямой блокировки — напряжение подается в направлении, которое заставит диод проводить, но тиристор не запускается в проводимость.
3. Режим прямой проводимости — тиристор перешел в режим проводимости и будет оставаться проводящим до тех пор, пока прямой ток не упадет ниже порогового значения, известного как «ток удержания».

Функция терминала ворот

Тиристор имеет три pn перехода (поочередно называемые J ₁ , J ₂ , J ₃ от анода).

Слойная схема тиристора.

Когда анод находится под положительным потенциалом V _{AK по} отношению к катоду без приложения напряжения на затворе, переходы J ₁ и J ₃ смещены в прямом направлении, а переход J ₂ — в обратном. Поскольку J ₂ смещен в обратном направлении, проводимость отсутствует (состояние выключено). Теперь, если V _AK превышает напряжение пробоя V _BO тиристора, происходит лавинный пробой J ₂ и тиристор начинает проводить (состояние включено).

Если на вывод затвора относительно катода приложен положительный потенциал V _G , пробой перехода J ₂ происходит при более низком значении V _AK . Выбрав соответствующее значение V _G , тиристор можно быстро переключить во включенное состояние.

Как только произошел лавинный пробой, тиристор продолжает работать, независимо от напряжения затвора, до тех пор, пока: (a) потенциал V _{AK не} будет снят или (b) ток через устройство (анод-катод) не станет меньше заданного удерживающего тока. от производителя. Следовательно, V _G может быть импульсом напряжения, например, выходным напряжением релаксационного генератора UJT .

Импульсы затвора характеризуются напряжением запуска затвора ( V _GT ) и током запуска затвора ( I _GT ). Ток запуска затвора изменяется обратно пропорционально ширине импульса затвора, поэтому очевидно, что для запуска тиристора требуется минимальный заряд затвора.

Характеристики переключения

V — I характеристики.

В обычном тиристоре, после того как он был включен клеммой затвора, устройство остается заблокированным во включенном состоянии ( т. Е. Ему не требуется непрерывная подача тока затвора, чтобы оставаться во включенном состоянии), при условии, что анодный ток превысил ток фиксации ( I _L ). Пока анод остается смещенным положительно, его нельзя выключить, если ток не упадет ниже тока удержания ( I _H ). В нормальных рабочих условиях ток фиксации всегда больше тока удержания. На рисунке выше я _л должен прийти выше I _H на оси у , так как I _L > I _H .

Тиристор может быть отключен, если внешняя цепь вызывает отрицательное смещение анода (метод, известный как естественная, или линейная, коммутация). В некоторых приложениях это делается путем переключения второго тиристора для разряда конденсатора на аноде первого тиристора. Этот метод называется принудительной коммутацией.

После того, как ток в тиристоре погаснет, должна пройти конечная временная задержка, прежде чем анод снова сможет иметь положительное смещение и удерживать тиристор в выключенном состоянии. Эта минимальная задержка называется временем коммутируемого выключения схемы ( t _Q ). Попытка смещения анода в течение этого времени вызывает самозапуск тиристора оставшимися носителями заряда ( дырками и электронами ), которые еще не рекомбинировали .

Для приложений с частотами выше, чем у бытовой сети переменного тока (например, 50 Гц или 60 Гц), требуются тиристоры с более низкими значениями t _Q. Такие быстрые тиристоры могут быть изготовлены путем диффузии ионов тяжелых металлов , таких как золото или платина, которые действуют как центры комбинации зарядов, в кремний. Сегодня быстрые тиристоры чаще всего изготавливают путем облучения кремния электронами или протонами или путем ионной имплантации . Облучение более универсально, чем легирование тяжелыми металлами, поскольку оно позволяет тонко регулировать дозировку даже на довольно поздней стадии обработки кремния.

История

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) или тиристор, предложенный Уильямом Шокли в 1950 году и отстаиваемый Моллом и другими в Bell Labs, был разработан в 1956 году инженерами-энергетиками General Electric (GE) во главе с Гордоном Холлом и коммерциализирован Фрэнком У. Билл Гуцвиллер. Институт инженеров электротехники и электроники признали изобретение путем размещения налета на месте изобретения в Клайд, штат Нью — Йорк и объявления его IEEE Historic Milestone.

Блок из шести тиристоров на 2000 А (белые диски, расположенные в ряд вверху, если смотреть с ребра)

Этимология

Более раннее устройство с газонаполненной трубкой, называемое тиратроном, обеспечивало аналогичную возможность электронного переключения, когда небольшое управляющее напряжение могло переключать большой ток. Термин «тиристор» происходит от сочетания слов «тиратрон» и « транзистор ».

Приложения

Осциллограммы в выпрямленной схеме с несколькими тиристорами, регулирующими переменный ток.
Красный график: напряжение нагрузки (выход)
Синий график: напряжение запуска.

Тиристоры в основном используются там, где используются высокие токи и напряжения, и часто используются для управления переменными токами , когда изменение полярности тока приводит к автоматическому отключению устройства, что называется операцией « перехода через ноль ». Можно сказать, что устройство работает синхронно ; состоит в том, что как только устройство запускается, оно проводит ток в фазе с напряжением, приложенным к его катоду к анодному переходу, без дополнительной модуляции затвора, т. е. устройство полностью смещено . Это не следует путать с асимметричным режимом работы, поскольку выходной сигнал является однонаправленным, протекает только от катода к аноду, и поэтому имеет асимметричный характер.

Тиристоры могут использоваться в качестве элементов управления для контроллеров, запускаемых по углу фазы, также известных как контроллеры с фазовым возбуждением .

Их также можно найти в источниках питания для цифровых схем , где они используются как своего рода «улучшенный автоматический выключатель », чтобы предотвратить повреждение компонентов нижестоящих компонентов из строя в источнике питания. Тиристор используется вместе со стабилитроном, прикрепленным к его затвору, и если выходное напряжение источника питания поднимается выше напряжения стабилитрона, тиристор будет проводить и закоротить выход источника питания на землю (в общем, также отключая восходящий ток прерыватель или предохранитель ). Этот вид схемы защиты известен как лом , и имеет преимущество перед стандартным автоматическим выключателем или предохранителем в том, что он создает путь с высокой проводимостью к земле для повреждающего напряжения питания и, возможно, для накопленной энергии в системе, на которую подается питание.

Первое крупномасштабное применение тиристоров с соответствующим запускающим диаком в потребительских товарах, связанных со стабилизированными источниками питания в цветных телевизионных приемниках, в начале 1970-х годов. Стабилизированное высоковольтное питание постоянного тока для приемника было получено перемещением точки переключения тиристорного устройства вверх и вниз по спадающей кривой положительной половины входа источника переменного тока (если использовался наклон нарастания, выходное напряжение всегда возрастало бы в сторону пиковое входное напряжение при срабатывании устройства и, следовательно, нарушение цели регулирования). Точная точка переключения определялась нагрузкой на выходе постоянного тока, а также колебаниями на входе переменного тока.

Тиристоры десятилетиями использовались в качестве регуляторов света на телевидении , в кино и театрах , где они заменили низшие технологии, такие как автотрансформаторы и реостаты . Они также использовались в фотографии в качестве важной части вспышек (стробоскопов).

Демпферные схемы

Тиристоры могут срабатывать при высокой скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии. Это предотвращается путем подключения резистора — конденсатор (RC) , демпфер цепи между анодом и катодом , с тем чтобы ограничить DV / DT (то есть, скорость изменения напряжения с течением времени). Демпферы — это энергопоглощающие цепи, используемые для подавления скачков напряжения, вызванных индуктивностью цепи при размыкании переключателя, электрического или механического. Наиболее распространенная демпферная цепь — это конденсатор и резистор, последовательно включенные через переключатель (транзистор).

Передача электроэнергии HVDC

Поскольку современные тиристоры могут переключать мощность в масштабе мегаватт , тиристорные клапаны стали сердцем преобразования постоянного высокого напряжения (HVDC) в переменный или из него. В области этого и других приложений с очень высокой мощностью, по-прежнему предпочтительны тиристоры с электрическим запуском (ETT) и световым запуском (LTT). Тиристоры объединены в схему диодного моста и для уменьшения гармоник включены последовательно в 12-пульсный преобразователь . Каждый тиристор охлаждается деионизированной водой , и вся конструкция становится одним из нескольких идентичных модулей, образующих слой в многослойном блоке клапанов, который называется четырехклапанным клапаном . Три таких дымовых трубы обычно устанавливаются на полу или подвешиваются к потолку вентильного зала объекта передачи на большие расстояния.

Сравнение с другими устройствами

Функциональный недостаток тиристора заключается в том, что он, как и диод, проводит только в одном направлении. Подобное пятиуровневое устройство с автоматической фиксацией, называемое TRIAC , может работать в обоих направлениях. Однако эта дополнительная возможность также может стать недостатком. Поскольку TRIAC может проводить в обоих направлениях, реактивные нагрузки могут привести к тому, что он не отключится в моменты нулевого напряжения цикла питания переменного тока. Из-за этого использование TRIAC с (например) сильно индуктивными нагрузками двигателя обычно требует использования « демпфирующей » цепи вокруг TRIAC, чтобы гарантировать, что он будет отключаться с каждым полупериодом сетевого питания. Обратно-параллельные тиристоры также могут использоваться вместо симистора; Поскольку к каждому SCR в паре приложен полный полупериод обратной полярности, SCR, в отличие от TRIAC, обязательно отключатся. Однако «цена», которую придется заплатить за такое устройство, — это добавленная сложность двух отдельных, но по существу идентичных схем стробирования.

Хотя тиристоры широко используются в мегаваттном выпрямлении переменного тока в постоянный, в приложениях малой и средней мощности (от нескольких десятков ватт до нескольких десятков киловатт) они фактически были заменены другими устройствами с превосходными характеристиками переключения, такими как силовые полевые МОП-транзисторы. или IGBT . Одна из основных проблем, связанных с SCR, заключается в том, что они не являются полностью управляемыми переключателями. GTO тиристорные и IGCT два устройства , связанные с тиристором , что решить эту проблему. В высокочастотных приложениях тиристоры — плохие кандидаты из-за длительного времени переключения из-за биполярной проводимости. С другой стороны, полевые МОП-транзисторы имеют гораздо более быструю коммутационную способность из-за их униполярной проводимости (только большинство носителей переносят ток).

Режимы отказа

Производители тиристоров обычно указывают зону безопасного зажигания, определяющую допустимые уровни напряжения и тока для данной рабочей температуры . Граница этой области частично определяется требованием о том , чтобы не превышалась максимально допустимая мощность затвора (P _G ), указанная для данной длительности импульса запуска.

Помимо обычных режимов отказа из-за превышения номинальных значений напряжения, тока или мощности, тиристоры имеют свои собственные особые режимы отказа, включая:

• Включите di / dt — при котором скорость нарастания тока в открытом состоянии после запуска выше, чем может поддерживаться скоростью распространения активной области проводимости (тиристоры и симисторы).
• Принудительная коммутация — при которой переходный пиковый ток обратного восстановления вызывает такое высокое падение напряжения в подкатодной области, что оно превышает напряжение обратного пробоя затворно-катодного диодного перехода (только для тиристоров).
• Включите dv / dt — тиристор может ложно включиться без срабатывания затвора, если скорость нарастания напряжения между анодом и катодом слишком велика.

Тиристоры из карбида кремния

В последние годы некоторые производители разработали тиристоры, в которых в качестве полупроводникового материала используется карбид кремния (SiC). Они применяются в условиях высоких температур и могут работать при температурах до 350 ° C.

Типы

• ACS
• ACST
• AGT — Anode Gate Thyristor — Тиристор с затвором на слое n-типа рядом с анодом
• ASCR — Асимметричный SCR
• BCT — двунаправленный тиристор управления — двунаправленное переключающее устройство, содержащее две тиристорные структуры с отдельными контактами затвора.
• BOD — Breakover Diode — тиристор без затвора, срабатывающий от лавинного тока
  • DIAC — Двунаправленное триггерное устройство
  • Динистор — Устройство однонаправленной коммутации
  • Диод Шокли — однонаправленное устройство запуска и переключения
  • SIDAC — Устройство двунаправленной коммутации
  • Trisil , SIDACtor — устройства двунаправленной защиты
• BRT — тиристор с регулируемым сопротивлением
• ETO — Тиристор выключения эмиттера
• GTO — Запорный тиристор
  • DB-GTO — Тиристор отключения распределенного буферного затвора
  • MA-GTO — Модифицированный тиристор выключения анодного затвора
• IGCT — Интегрированный тиристор с коммутацией затвора
• Ignitor — Генераторы искры для зажигалок ckts
• LASCR — световой тиристор, или LTT — световой тиристор
• LASS — световой полупроводниковый переключатель
• MCT — MOSFET Controlled Thyristor — содержит две дополнительные структуры полевых транзисторов для управления включением / выключением.
• CSMT или MCS — композитный статический индукционный тиристор MOS
• PUT или PUJT — Программируемый однопереходный транзистор — тиристор с затвором на слое n-типа рядом с анодом, используемый в качестве функциональной замены однопереходного транзистора.
• RCT — Тиристор с обратной проводимостью
• SCS — кремниевый управляемый переключатель или тиристорный тетрод — тиристор с катодными и анодными затворами.
• SCR — выпрямитель с кремниевым управлением
• SITh — Тиристор со статической индукцией или FCTh — Тиристор с полевым управлением — содержащий структуру затвора, которая может отключать течение анодного тока.
• TRIAC — Триод для переменного тока — двунаправленное переключающее устройство, содержащее две тиристорные структуры с общим контактом затвора.
• Quadrac — особый тип тиристора , который сочетает в себе DIAC и TRIAC в одном пакете.

Тиристор обратной проводимости

Тиристор с обратной проводимостью (RCT) имеет встроенный обратный диод , поэтому он не способен к обратной блокировке. Эти устройства полезны там, где необходимо использовать обратный диод или диод свободного хода. Поскольку SCR и диод никогда не проводят одновременно, они не выделяют тепло одновременно и могут быть легко объединены и охлаждаются вместе. Тиристоры с обратной проводимостью часто используются в преобразователях частоты и инверторах .

Фотиристоры

Фотиристоры активируются светом. Преимущество фототиристоров заключается в их нечувствительности к электрическим сигналам, что может вызвать сбои в работе в электрически зашумленной среде. Управляемый светом тиристор (LTT) имеет на затворе оптически чувствительную область, в которую с помощью оптического волокна вводится электромагнитное излучение (обычно инфракрасное ) . Поскольку не требуется наличие электронных плат на потенциале тиристора для его срабатывания, тиристоры со световым запуском могут быть преимуществом в высоковольтных приложениях, таких как HVDC . Доступны световые тиристоры со встроенной защитой от перенапряжения (VBO), которая запускает тиристор, когда прямое напряжение на нем становится слишком высоким; они также были сделаны со встроенной защитой прямого восстановления , но не на коммерческой основе. Несмотря на упрощение, которое они могут внести в электронику клапана HVDC, для тиристоров с управляемым светом все еще может потребоваться простая контрольная электроника, и они доступны только у нескольких производителей.

Два распространенных фототиристора включают активируемый светом SCR (LASCR) и активируемый светом TRIAC . LASCR действует как переключатель, который включается при воздействии света. После воздействия света, когда свет отсутствует, если питание не отключено и полярности катода и анода еще не поменялись местами, LASCR все еще находится во включенном состоянии. Активируемый светом TRIAC похож на LASCR, за исключением того, что он предназначен для переменных токов.

Смотрите также

Ссылки

Источники

• Винтрих, Арендт; Николай, Ульрих; Турский, Вернер; Рейманн, Тобиас (2011). Руководство по применению Power Semiconductors 2011 (PDF) (2-е изд.). Нюрнберг: Семикрон. ISBN 978-3-938843-66-6. Архивировано из оригинального (PDF) 16 сентября 2013 года.
• Теория тиристоров и соображения по конструкции ; ON Semiconductor; 240 страниц; 2006; HBD855 / D. (Бесплатная загрузка PDF)
• Ульрих Николай, Тобиас Рейманн, Юрген Петцольдт, Йозеф Лутц: Руководство по применению силовых модулей IGBT и MOSFET , 1. издание, ISLE Verlag, 1998,
  ISBN  3-932633-24-5 . (Бесплатная загрузка PDF)
• Руководство по SCR ; 6-е издание; General Electric Corporation; Прентис-Холл; 1979 г.

внешние ссылки

Тиристоры | PSpice

SCR | PSpice

Таможенные возможности | Резисторы фиксированные

Тиристоры scr по выгодной цене — Выгодные предложения на тиристоры scr от глобальных продавцов тиристоров scr

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для тиристоров scr. К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях.Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене.Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, так как этот топовый тиристор scr в кратчайшие сроки станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели тиристоры scr на AliExpress. Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в тиристорах scr и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов.Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококлассную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь. И, если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе.Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца. Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет. Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести thyristors scr по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы. На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

.