Gto тиристоры: Тиристор — Википедия – Тема 7. Тиристоры

Содержание

2.2. Тиристоры gto, gtc.

Создание полупроводниковых приборов для силовой электроники началось в 1953 г., когда стало возможным получение кремния высокой чистоты и формирование кремниевых дисков больших размеров. В 1955 г. был впервые создан полупроводниковый управляемый прибор, имеющий четырехслойную структуру и получивший название «тиристор».

Он включался подачей импульса на электрод управления при положительном напряжении между анодом и катодом. Выключение тиристора обеспечивается снижением протекающего через него прямого тока до нуля, для чего разработано множество схем индуктивно-емкостных контуров коммутации. Они не только увеличивают стоимость преобразователя, но и ухудшают его массогабаритные показатели, снижают надежность.

Поэтому одновременно с созданием тиристора начались исследования, направленные на обеспечение его выключения по управляющему электроду. Главная проблема состояла в обеспечении быстрого рассасывания носителей зарядов в базовых областях.

Первые подобные тиристоры появились в 1960 г. в США. Они получили название Gate Turn Off (GTO). В нашей стране они больше известны как запираемые или выключаемые тиристоры. Однако вентили, представляющие интерес для силовой электроники, появились только в 1973 г.

В середине 90-х годов был разработан запираемый тиристор с кольцевым выводом управляющего электрода. Он получил название Gate Commutated Thyristor (GCT) и стал дальнейшим развитием GTO-технологии. Сейчас одновременно с выпуском GTO началось производство первых серийных GCT.

Впервые транзисторные (трехслойные) структуры применили в качестве ключевых элементов силовых преобразователей в середине 60-х годов. До этого их использовали лишь в аналоговой усилительной технике. Массовое применение в силовой электронике транзисторы получили после разработки биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), являющихся синтезом полевого и биполярного транзисторов.

Таким образом, сейчас в качестве ключевых элементов силовых статических полупроводниковых преобразователей на подвижном составе используются как обычные тиристоры, так и GTO, GCT-тиристоры и IGBT-транзисторы.

Запираемые тиристоры

Устройство. Запираемый тиристор — полностью управляемый полупроводниковый прибор, в основе которого классическая четырехслойная структура. Включают и выключают его подачей положительного и отрицательного импульсов тока на электрод управления. На рис. 1 приведены условное обозначение (а), структурная схема (б) и схема замещения (в) выключаемого тиристора.

Рис. 1. Запираемый тиристор:

а — условное обозначение; б — структурная схема; в — схема замещения

Подобно обычному тиристору он имеет катод К, анод А, управляющий электрод G. Различия в структурах приборов заключаются в ином расположении горизонтальных и вертикальных слоев с n- и p-проводимостями.

Наибольшему изменению подверглось устройство катодного слоя n+. Он разбит на несколько сотен элементарных ячеек, равномерно распределенных по площади и соединенных параллельно. Такое исполнение вызвано стремлением обеспечить равномерное снижение тока по всей площади полупроводниковой структуры при выключении прибора.

Базовый слой p, несмотря на то, что выполнен как единое целое, имеет большое число контактов управляющего электрода (примерно равное числу катодных ячеек), также равномерно распределенных по площади и соединенных параллельно. Базовый слой n выполнен аналогично соответствующему слою обычного тиристора.

Анодный слой p+ имеет шунты (зоны n+), соединяющие n-базу с анодным контактом через небольшие распределенные сопротивления. Анодные шунты применяют в тиристорах, не обладающих обратной блокирующей способностью. Они предназначены для уменьшения времени выключения прибора за счет улучшения условий извлечения зарядов из базовой области п.

Устройство тиристора GTO показано на рис. 2. Основой прибора таблеточной конструкции является кремниевая четырехслойная пластина 1, общий вид которой показан на рис. 3. На ней различимы чередующиеся секторами катодный n+ и базовый p слои. Пластина 1 (см. рис. 2) через термокомпенсирующие молибденовые диски 2 зажата между двумя медными основаниями 4, обладающими повышенной тепло- и электропроводностью.

Рис. 2. Устройство тиристора GTO:

1 — четырехслойная пластина; 2 — молибденовые диски; 3 — управляющий электрод; 4 — медные основания; 5 — корпус; 6 — вывод электрода

Рис. 3. Общий вид кремниевой пластины тиристора GTO

Верхнее основание является анодом прибора, нижнее — катодом. С кремниевой пластиной 1 контактирует управляющий электрод 3, имеющий вывод 6 в керамическом корпусе 5. Прибор зажимается контактными поверхностями между двумя половинами охладителей, изолированных друг от друга и имеющих конструкцию, определяемую типом системы охлаждения. В цикле работы тиристора GTO различают четыре фазы: включение, проводящее состояние, выключение и блокирующее состояние.

Защитные цепи. Использование тиристоров GTO, как и других силовых полупроводниковых приборов, требует применения специальных защитных цепей. Они увеличивают массогабаритные показатели, стоимость преобразователя, иногда требуют дополнительных охлаждающих устройств, однако являются необходимыми для нормального функционирования приборов.

Назначение любой защитной цепи — ограничение скорости нарастания одного из двух параметров электрической энергии при коммутации полупроводникового прибора. При этом конденсаторы защитной цепи Св (рис. 4) подключают параллельно защищаемому прибору Т. Они ограничивают скорость нарастания прямого напряжения dvt/dt при выключении тиристора.

Рис. 4. Схема защитной цепи

Дроссели LE устанавливают последовательно с прибором Т. Они ограничивают скорость нарастания прямого тока dit/dt при включении тиристора. Значения dvt/dt и dit/dt для каждого прибора нормированы, их указывают в справочниках и паспортных данных на приборы.

Кроме конденсаторов и дросселей, в защитных цепях используют дополнительные элементы, обеспечивающие заряд и разряд реактивных элементов. К ним относятся: диод DB, который шунтирует резистор RB при выключении тиристора Т и заряде конденсатора СВ, резистор RB, ограничивающий ток разряда конденсатора СВ при включении тиристора Т.

Ворота выключения тиристора — Gate turn-off thyristor

Ворот выключения тиристорные (GTO) представляет собой особый тип тиристора , который является высокой мощности полупроводникового устройства . Она была изобретена в General Electric . GTOs, в отличии от обычных тиристоров, полностью управляемые коммутаторы , которые могут быть включены и выключать их третьим свинцом, свинец затвора.

Описание устройства

Эквивалентная схема с GTO тиристора

Нормальные тиристоры ( кремниевые выпрямители ) не являются полностью управляемыми переключателями ( «полностью управляемый ключом» может быть включен и выключен по желанию). Тиристоры можно включить только с помощью затвора свинца, но не может быть выключен с помощью затвора свинца. Тиристоры включается посредством стробирующего сигнала , но даже после того, как сигнал затвора де-утверждал (удалены), тиристор остается в ON-состоянии , пока не произойдет выключение условие (которое может быть применение обратного напряжения к терминалов, или уменьшение прямого тока ниже определенного порогового значения , известного как «Удерживающий ток»). Таким образом, тиристор ведет себя как обычный полупроводниковый диод после того, как он включен или «выстрелил».

ГТО может быть включено посредством сигнала затвора, а также может быть выключено с помощью затвора сигнала отрицательной полярности.

Включите осуществляются с помощью «положительного» импульса тока между затвором и катодом терминалами. Так как затвор-катод ведет себя как PN — перехода , будет некоторое относительно небольшое напряжение между клеммами. Поворот на явлениях в GTO, однако, не столь надежен как SCR ( тиристор ) и малый положительный ток затвора должен быть сохранен даже после включения для повышения надежности.

Отключение осуществляется с помощью «отрицательного напряжения» импульса между затвором и катодом терминалов. Некоторые из прямого тока (около одной трети до одной пятой) является «украден», и используется, чтобы вызвать напряжение катода затвором, который в свою очередь, приводит к тому, прямой ток, чтобы упасть и ГТО выключится (переход к «блокирующие» государство.)

GTO тиристоры страдают от долго выключения раза, в результате чего после того, как ток падает вперед, существует давно хвоста , где остаточный ток продолжает течь до тех пор , все из оставшегося заряда устройства снимается. Это ограничивает максимальное переключение частоту примерно 1 кГц. Следует отметить , однако, что время выключения из GTO примерно в десять раз быстрее , чем у сопоставимого SCR.

Для оказания помощи запирающего процесса, GTO тиристоры, как правило, построены из большого числа (сотни или тысячи) мелких ячеек тиристорных, соединенных параллельно.

Характеристика Описание Тиристоры (1600 В, 350 А) GTO (1600 В, 350 А)
В Т О О государственном падении напряжения 1,5 В 3,4 В
т на , Ig на Включите время, ток затвора 8 мкс, 200 мА 2 мкс, 2 A
т от Выключите время 150 мкс 15 мкс

Сравнение с SCR и GTO того же номинала.

Распределяются буфер ворот выключения тиристорного (DB-ГТО) представляет собой тиристорный с дополнительными слоями PN в области дрейфа для изменения формы профиля поля и повышения напряжения заблокировано в выключенном состоянии. По сравнению с типичной PNPN структурой обычного тиристора, ДБ-GTO тиристор имеет структуру PNPN-PN.

Обратное смещение

GTO тиристоров доступны с или без блокирования возможности обратного. Обратное блокирование возможности добавляет прямое падение напряжения из-за необходимость иметь длинную, низкие легированный P1 области.

GTO тиристоры, способные блокировать обратное напряжение, известны как Симметричный GTO тиристоров, сокращенно S-GTO. Как правило, обратный рейтинг блокировки напряжения и вперед рейтинг блокировки напряжения являются одинаковыми. Типичное применение для симметричных GTO тиристоров в инверторе тока источника.

GTO тиристоры, не способные блокировать обратное напряжение, известны как асимметричные GTO тиристоров, сокращенно A-GTO, и, как правило, более распространены, чем Симметричные GTO тиристоров. Как правило, они имеют обратную оценку пробоя в десятки вольт. А-GTO используются тиристоры, где либо обратный диод проводит прикладывается параллельно (например, в исходных напряжения инверторов) или, где обратное напряжение никогда не будет иметь место (например, в импульсных источников питания или тяговых измельчители DC).

GTO тиристоры могут быть изготовлены с обратным проводящим диодом в том же пакете. Они известны как RCGTO, для обратного проведения GTO тиристоров.

Безопасная рабочая зона

В отличии от изолированного затвора биполярного транзистора (IGBT), ГТО тиристор требует внешних устройств ( « демпферные схемы») , чтобы сформировать включение и выключение тока повернуть , чтобы предотвратить разрушение устройства.

Во время поворота на устройство имеет максимальную DI / рейтинг DT ограничивающее рост тока. Это позволит всем основной части устройства , чтобы достигнуть включений до полного тока достигается. Если этот рейтинг превышен, площадь устройства ближайшего затворных контактов будет перегреваться и плавится от перегрузки по току. Скорость DI / дт обычно контролируется путем добавления насыщающегося реактора (поворот-на демпфером), хотя включения DI / DT является менее серьезным ограничением с GTO тиристоров , чем с обычными тиристорами, из-за способа ГТО является построено из множества маленьких ячеек тиристорных параллельно. Сброс насыщаемым реактора , как правило , ставит как минимум выключить требование времени на основе схем ГТО.

Во время выключают, прямое напряжение устройства не должно быть ограничено до текущих хвостов. Предел обычно составляет около 20% от номинального напряжения вперед блокировки. Если напряжение поднимается слишком быстро при выключении, не все устройств выключится и GTO потерпит неудачу, часто взрываясь, из — за высокое напряжение и ток сосредоточен на небольшую часть устройства. Существенные демпферные схемы добавляются вокруг устройства , чтобы ограничить повышение напряжения при выключении. Сброс демпфирующей цепи , как правило , ставит минимум на требования времени на основе схем ГТО.

Минимальное и выключаться время обрабатывается в цепях двигателя измельчителя постоянного тока с использованием переменной частоты коммутации по самой низкой и самой высокой скважностью. Это наблюдается в тех случаях, когда тяговой частота будет сползать, как двигатель запускается, то частота остается постоянной на протяжении большей части диапазона скорости, то частота падает вниз до нуля на полной скорости.

Приложения

Основные области применения в переменной скоростью вращения, высокой мощности инвертора и тяги . GTOs все чаще заменяются встроенными затворными-коммутируемые тиристорами , которые являются эволюционным развитием GTO, и с изолированным затвором биполярных транзисторами , которые являются членами транзистора семьи.

Рекомендации

  • Шах, PB Electronics Letters, Vol. 36, стр. 2108, (2000).
  • Шах, ПБ, Geil, BR, Ирвин, М. Е. и др. IEEE Trans. Мощность Elect., Т. 17, стр. 1073, (2002).

2.4. Полностью управляемые gto-тиристоры.

СтруктураGTO-тиристора в областях анода и катода состоит из большого числа технологических элементов, представляющих отдель­ные тиристоры, включенные параллельно, в результате чего он приоб­ретает способность выключаться по управляющему электроду. Строе­ние GTO-тиристора показано на рис. 2.11 а, его изображение на прин­ципиальной схеме на рис. 2.11 б.

Вольт-амперная характеристика GTO-тиристора показана на рис, 2.11 в. Она повторяет характеристику обычного тиристора. Во включенном состоянии GTO-тиристор характеризуется параметрами:

UТо — пороговое напряжение;

динамическим сопротивлением rТ.

Динамические процессы при переключении GTO-тиристора представлены на рис. 2.12.

Процесс включения состоит из задержки включения в течение времени tЗАД и времени нарастания tНАР, в течение которого напряжение тиристоре уменьшается до 0,1 от первоначального значения. Сумма этих времен составляет время включения tВКЛ, = tЗАД+tНАР. Для обеспечения малого времени включения и малых потерь при включении управляющего электрода вначале должен обладать значительной скоростью нарастания. Для GTO-тиристоров характерен до­вольно медленный процесс выключения, состоящий из двух стадий (рис. 2.12). На первой стадии ток тиристора спадает до 0,1+0,2 от своего первоначального значения. На второй стадии происходит дос­таточно медленное уменьшение тока. Время затягивания процесса выключения (время «хвоста») обычно больше времени спада и его необходимо учитывать.

Отрицательный ток управляющего электрода, выключающий тири­стор, должен иметь значительную скорость нарастания и значительную амплитуду. Для современныхGTO-тиристоров эта ам­плитуда доходит до 30% от амплитуды тока анода. Для снижения ди­намических потерь при переключении и обеспечения надежной рабо­ты в схемах с GTO-тиристорами используются снабберы, аналогичные рассмотренным выше.

  1. ОДНОПЕРЕХОДНЫЙ ТРАНЗИСТОР (ОПТ) (ДВУХБАЗОВЫЙ ДИОД)

СхемаУсловное обозначение

Принцип действия

  1. Под действием напряжения Uббпо слоюn протекает незначительный ток (смещения), создающий на

участке l1падение напряжения Uб1, пропорциональноеl1/(l1+l2 ), запирающее переход Э-Б1.

  1. При подаче на Э напряжения >Uб1в участкеl1начинает течь ток IЭ, насыщающий его электронами,сопротивление участка снижаетсяток еще увеличивается и т.д., пока не достигнет значения, обусловленного нагрузкой.

3. Запирающая способность восстанавливается, если ток снизится до IЭ выкл.

Основные параметры

1. ток эмиттера, мА 501000

2. коэффициент U­вкл/Uбб0,50,8

При изучении этой темы следует обратиться 1.к учебнику Промислова електроніка:Підручник/ В.С.Руденко, В.Я.Ромашко, В.В.Трифонюк. – К.: Либідь, 1993. –432 с. Тема изложена на стр. 3538.

2. Специальной литературе из «Библиотеки инженера»: Основы промышленной электроники. – «Техніка», 1976. – 544 с. Тема изложена на стр. 5474.

3. Периодическому изданию Флоренцев С.Н. Ковалев Ф.И.Современная элементная база силовой электроники//Электротехника, 1996,№4С.2– 8.

Ковалев Ф.И., Флоренцев С.Н. Силовая электроника вчера, сегодня, завтра//Электротехника,1997,№11.-С.2 – 6.

4.Флоренцев С.Н. Состояние и перспективы развития силовой электроники на рубеже столетий. //Электротехника, 1999,№2,С.2 – 10.

Bimal K. Bose.Power Electrnics//Proceedings of the IEEE/ 1992/ Vol/80? #8/ P/1303 – 1333.

Запираемые тиристоры GTO от ABB Semiconductors

Запираемый тиристор (GTO) — это ключ, который может быть выключен или включен посредством управляющего электрода. Для его работы требуется источник тока, а потребляемая им мощность выше, чем у ключей IGBT и IGCT.

Запираемый тиристор (GTO) – высокомощный полупроводниковый ключ, созданный для применения в промышленных целях, в цепях с высокими напряжениями и большими токами. GTO относится к транзисторной электронике, поэтому представляет собой четырехслойную структуру и с тремя переходами (n+pnp+). Они отличаются от обычных тиристоров тем, что приложении отрицательного напряжения к затвору они выключаются, что приводит к протеканию обратного току в цепи управления. Благодаря этому, нет необходимости реверсировать анодное напряжение для эффективного отключения и в результате отпадает необходимость в дорогостоящих коммутационных цепях, применяемых обычно в инверторах на тиристорах и время выключения значительно меньше.

С другой стороны, в проводящем состоянии, GTO работает как обычный тиристор, при этом эмиттера катода инжектирует электроны n+ а эмиттер анода инжектирует дырки p+ в базовую область. Получающаяся в результате платность плазмы очень высока и вследствие чего низкое падение напряжения на GTO по сравнению с диодом. Для улучшения отключающей способности p-n переход между управляющим электродом и катодом должен иметь решетчатую структуру.

Запираемые тиристоры разработаны для низких потерь в проводящем состоянии. Стандартная частота переключения — 200-500 Гц. Время переключения от одного состояния к другому и обратно колеблется от 10 до 30 мкс, поэтому они считаются сравнительно медленными. При выключении всем ключам GTO требуется защита от скорости увеличения прямого напряжения, а при включении — защитная цепь, которая ограничит скорость нарастания прямого тока.

Все запираемые тиристоры (GTO) производятся в таблеточных корпусах. Такая конструкция позволяет им надежно прижиматься к охладителям, которые обеспечивают электрический и тепловой контакт к выводам тиристора.

Standard

Обозначение VDRM VDC VRRM ITGQM at CS ITAVM ITSM VT VT0 rT TVJM RthJC RthCH Fm Корпус
Tc =85°C

8.3 мс TVJM

10 ms
TVJM

ITGQM
TVJM

TVJM

В

В

В

A

мкФ

A

кA кA

В

В

мОм °C K/кВт K/кВт кН
                 
5SGA 15F2502 2500 1400

17

1500 3 570 10.6

10

2.8 1.45 0.90 125

27

8

15

F

5SGA 20h3501 2500 1400

17

2000 4 830 17.0

16

2.8 1.66 0.57 125

17

5

20

H

5SGA 25h3501 2500 1400

17

2500 6 830 17.0

16

3.1 1.66 0.57 125

17

5

20

H

5SGA 30J2501 2500 1400

17

3000 5 1300 31.0

30

2.5 1.50 0.33 125

12

3

40

J

                 
5SGA 06D4502 4500 2800

17

600 1 195 3.1

3

4.0 1.90 3.50 125

50

8

10

D

5SGA 20h5502 4500 2800

17

2000 4 710 14.0

13

3.5 1.80 0.85 125

17

5

20

H

5SGA 30J4502 4500 2800

17

3000 6 930 25.0

24

4.0 2.20 0.60 125

12

3

40

J

5SGA 40L4501 4500 2800

17

4000 6 1000 26.0

25

4.4 2.10 0.58 125

11

3

40

L

Buffer Layer

-низкие потери при включении и коммутациях

Обозначение VDRM VDC VRRM ITGQM при CS ITAVM ITSM VT VT0 rT TVJM RthJC RthCH Fm Корпус
Tc =85°C

8.3 мс
TVJM

10 ms
TVJM

ITGQM
TVJM

TVJM

В

В

В

A

мкФ

A

кA кA

В

В

мОм °C K/кВт K/кВт кН
                 
Fine Pattern Type               
5SGF 30J4502 4500 3000

17

3000 3 960 25 24 3.90 1.80 0.70 125

12

3

33

J

5SGF 40L4502 4500 2800

17

4000 6 1180 26 25 3.80 1.20 0.65 125

11

3

40

L

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 тринисторТиристор 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)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 тиристораУсловное 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 тиристораЭлементарная 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 резисторУ 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 тиристоровСхема 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 токаСхема 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 блокировки, используемая в источнике питания постоянного токаСхема «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)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 мощностью переменного тока с помощью SCR тиристораУправление 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.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.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.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 мощностиСхема 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 конденсатораДобавление 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 проводимостиСдвинутый 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 изоляциюТрансформаторная 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 выпрямительУправляемый 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 парыЭта 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 элетродов позволяет запускать SCR2 и SCR4Трансформаторная 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 тиристорахТрехфазное 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 с управляемым затвором (GTO-тиристоры) — Студопедия.Нет

Структура полностью управляемого GTO-тиристора в областях анода и катода состоит из большого числа технологичесих элементов, представляющих отдельные тиристоры, включенные параллельно, в результате чего он приобретает способность выключаться по управляющему электроду (рис. 3.40).

 

Динамические характеристики GTO-тиристоров

Динамические процессы при переключении GTO-тиристора представлены на рис. 3.41. Процесс включения состоит из задержки включения в течении времени tзад и времени нарастания tнар, в течении которого напряжение на тиристоре уменьшается до 0,1 от первоначального значения. Сумма этих времен составляет время включения tвкл. Для обеспечения малого времени включения и малых потерь при включении ток управляющего электрода должен обладать значительной скоростью нарастания .

Процесс выключения GTO-тиристора более длителен чем у простого тиристора. На первой стадии t1 ток тиристора спадает до 0,1-0,2 от своего превоначального значения. На второй стадии t2 происходит достаточно медленное уменьшение тока. Время затягивания процесса выключения (время «хвоста») обычно больше времени спада и его необходимо учитывать. Отрицательный ток управляющего электрода, выключающий тиристор, должен иметь значительную скорость нарастания .

Подобно выпрямительным ди­одам тиристоры являются хоро­шо отработанными приборами и будут продолжать непрерывно совершенствоваться и разви­ваться. Однако определяющее значение тиристоров, доминиро­вавших в 60-80-х годах прошлого столетия, будет медленно уменьшаться. Оптотиристоры (LTT), запираемые тиристоры (GТО) и коммутируемые по зат­вору запираемые тиристоры (GCT, IGCT) являются производ­ными тиристорных технологий и находят применение в мегаваттном диапазоне мощностей. В настоящее время для LTT дос­тигнуты предельные параметры 8 кВ / 4 кА, для GCT — 4,5 кВ. К 2006 г. планируется производ­ство GCT на 8 кВ, к 2011 г. — на 10 кВ. Будет развиваться и со­вершенствоваться технология IGCT — объединение на одной пластине GCT с обратным дио­дом в таблеточных корпусах с плавающими прижимными кон­тактами, конструктивно объеди­ненных с платой управления (драйвером). В будущем класс тиристоров все же будет частич­но заменен и возможно полно­стью вытеснен высоковольтны­ми IGBT. Тиристоры в комбина­ции с MOSFET структурами, та­кие как МСТ, МТО и EST, все же не нашли широкого применения. Их будущее зависит от разви­тия технологий, подобных тех­нологии прямого сращивания пластин (wafer bonding). В на­стоящее время они нашли час­тичное применение в схемах с мягкой коммутацией.

Вопросы для самопроверки:

1. Приведите ВАХ диода.

2. Перечислите основные различия в характеристиках кремниевого и германиевого диодов.

3. Какие виды транзисторов вы знаете.

4. Приведите внутреннюю структуру тиристора.

5. Приведите основные параметры тиристоров.

6. Что такое GTO-тиристоры.

Литература [1, 2, 7, 11].

 

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 транзисторахУправляемый 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)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

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о