Principiul de funcționare a podului tiristoare. Principiul de funcționare a tiristorului. Principii generale de management

tiristor este un tip de dispozitiv semiconductor conceput pentru conversia unidirecțională a curentului (adică, curentul este transmis într-o singură direcție).

Circuit tiristor

Acest convertor are două stări stabile: închis (stare de conductivitate scăzută) și deschis (stare de conductivitate ridicată). Scopul tiristorului este de a îndeplini funcția unui comutator electric, a cărui particularitate este imposibilitatea trecerii în mod independent la starea închisă. Dispozitivul îndeplinește funcțiile unui comutator cu circuit deschis și a unei diode de redresare în rețelele de curent continuu. Materialul principal în producția acestui dispozitiv semiconductor este siliciul. Carcasa este realizată din materiale polimerice sau metal - pentru modelele care funcționează cu curenți mari.

Design și aplicații tiristoare

Dispozitivul include 3 electrozi:

• anod;
• catod;
• electrod de control

Spre deosebire de o diodă cu două straturi, un tiristor este format din 4 straturi - p-n-p-n. Ambele dispozitive trec curentul într-o singură direcție. La majoritatea modelelor mai vechi, direcția sa este indicată printr-un triunghi. Tensiunea externă este aplicată cu semnul „-” electrodului catodic (regiune cu conductivitate electrică de tip n), „+” - electrodului anod (regiune cu conductivitate electrică de tip p).

Tiristoarele sunt folosite la sudarea invertoarelor, surselor de alimentare încărcător pentru o mașină, în generatoare, pentru un simplu dispozitiv de alarmă care răspunde la lumină.

Principiul de funcționare al tiristoarelor

În literatura de specialitate, un tiristor este numit „single-operational” și aparține grupului de componente radio controlate incomplet. Intră în starea activă atunci când primește un impuls cu o anumită polaritate de la obiectul de control. Viteza de activare și funcționarea ulterioară este influențată de:

• natura sarcinii – inductivă, reactivă;
• valoarea curentului de sarcină;
• viteza și amplitudinea creșterii pulsului de control;
• temperatura mediului dispozitivului;
• nivelul de tensiune.

Trecerea de la o stare la alta se realizează cu ajutorul semnalelor de control. Pentru oprire completă tiristorul trebuie efectuat acțiuni suplimentare. Oprirea se realizează în mai multe moduri:

• oprire naturală (comutare naturală);
• oprire forțată (comutare forțată), această opțiune poate fi efectuată în mai multe moduri.

În timpul funcționării, este posibilă trecerea neplanificată de la o poziție la alta, care este provocată de modificări ale caracteristicilor electricității și temperaturii.

Caracteristici de clasificare

Conform metodei de control, se disting următoarele tipuri de tiristoare:

Dioda (dinistoare)

Ele sunt activate de un impuls de înaltă tensiune aplicat anodului și catodului. Designul contine 2 electrozi, fara unul de control.

Triodă (sCR)

Ele sunt împărțite în două grupe. În primul, tensiunea de control este furnizată catodului și electrodului de control, în al doilea - anodului și electrodului de control.

triaci

Efectuați funcțiile a două tiristoare conectate în paralel.

Optotiristoare

Funcționarea lor se realizează sub influență flux luminos. Funcția electrodului de control este îndeplinită de o fotocelulă.

Conform conductivității inverse, tiristoarele sunt împărțite în:

• conductiv invers;
• neconductiv invers;
• cu valoare de tensiune inversă nestandardizată;
• curenți care trec în două direcții.

Principalele caracteristici ale tiristoarelor pe care ar trebui să le acordați atenție atunci când cumpărați

• Curent maxim admisibil. Această valoare caracterizează cea mai mare valoare curent tiristor deschis. Pentru dispozitivele puternice este de câteva sute de amperi.
• Curent invers maxim admis.
• Tensiune continua. Acest parametru tiristor este egal cu căderea de tensiune la curentul maxim posibil.
• Tensiune inversă. Caracterizează tensiunea maximă admisă pe un dispozitiv în stare închisă, în care nu își pierde capacitatea de a-și îndeplini funcțiile.
• Tensiunea de pornire. Aceasta este cea mai mică valoare la care poate funcționa tiristorul.
• Curentul minim al electrodului de control. Egal cu cantitatea de curent care este suficientă pentru a activa dispozitivul.
• Cea mai mare putere de disipare admisă.

Verificarea tiristorului pentru funcționalitate

Dispozitivul poate fi verificat în mai multe moduri, unul dintre ele utilizând un tester special de casă, asamblat conform diagramei prezentate mai jos.

Conţinut:

Descoperirea proprietăților tranzițiilor semiconductoarelor poate fi numită pe bună dreptate una dintre cele mai importante din secolul al XX-lea. Ca urmare, au apărut primele dispozitive semiconductoare - diode și tranzistoare. La fel și schemele în care sunt utilizate. Un astfel de circuit este conectarea a două tranzistoare bipolare de tipuri opuse - p-n-p c n-p-n. Acest circuit este prezentat mai jos în imaginea (b). Acesta ilustrează ce este un tiristor și principiul funcționării acestuia. Conține feedback pozitiv. Ca rezultat, fiecare tranzistor crește proprietățile de amplificare ale celuilalt tranzistor.

Echivalent tranzistor

În acest caz, orice modificare a conductivității tranzistorilor în orice direcție crește ca o avalanșă și se termină într-una dintre stările limită. Sunt fie blocate, fie deblocate. Acest efect se numește declanșare. Și pe măsură ce microelectronica s-a dezvoltat, ambele tranzistoare au fost combinate în 1958 pe același substrat, generalizând tranzițiile cu același nume. Rezultatul a fost un nou dispozitiv semiconductor numit tiristor. Principiul de funcționare al unui tiristor se bazează pe interacțiunea a două tranzistoare. Ca rezultat al combinării tranzițiilor, are același număr de pini ca și tranzistorul (a).

În diagramă, electrodul de control este baza structurii tranzistorului n-p-n. Este curentul de bază al tranzistorului care modifică conductivitatea dintre colectorul său și emițător. Dar controlul poate fi efectuat și pe bază p-n-p tranzistor. Acesta este dispozitivul unui tiristor. Alegerea electrodului de control este determinată de caracteristicile acestuia, inclusiv de sarcinile efectuate. De exemplu, unele dintre ele nu folosesc deloc semnale de control. Prin urmare, de ce să folosiți electrozi de control...

Dinistor

Acestea sunt sarcini în care sunt utilizate varietăți de tiristoare cu doi electrozi - dinistori. Acestea conțin rezistențe conectate la emițătorul și baza fiecărui tranzistor. Mai departe pe diagramă, acestea sunt R1 și R3. Pentru fiecare dispozitiv electronic există restricții asupra mărimii tensiunii aplicate. Prin urmare, până la o anumită valoare, rezistențele menționate mențin fiecare dintre tranzistori în stare blocată. Dar odată cu o creștere suplimentară a tensiunii, curenții de scurgere apar prin joncțiunile colector-emițător.

Ele sunt preluate de feedback pozitiv, iar ambele tranzistoare, adică dinistorul, sunt deblocate. Pentru cei care doresc să experimenteze, o imagine cu o diagramă și valori ale componentelor este prezentată mai jos. Îl puteți asambla și verifica proprietățile sale de funcționare. Să acordăm atenție rezistenței R2, care diferă în selectarea valorii dorite. Acesta completează efectul de scurgere și, prin urmare, tensiunea de declanșare. În consecință, un dinistor este un tiristor, al cărui principiu de funcționare este determinat de mărimea tensiunii de alimentare. Dacă este relativ mare, se va porni. Desigur, este și interesant să știi cum să-l dezactivezi.

Dificultate la oprire

Oprirea tiristoarelor a fost, după cum se spune, dificilă. Din acest motiv este destul perioadă lungă de timp tipurile de tiristoare au fost limitate doar la cele două structuri menționate mai sus. Până la mijlocul anilor nouăzeci ai secolului al XX-lea au fost folosite doar aceste două tipuri de tiristoare. Faptul este că oprirea tiristorului se poate întâmpla numai atunci când unul dintre tranzistori este oprit. Și pe anumit timp. Este determinată de rata de dispariție a încărcăturilor corespunzătoare tranziției gated. Cel mai mod de încredere„cuie” aceste sarcini - opriți complet curentul care curge prin tiristor.

Majoritatea lucrează astfel. Nu pe DC, dar pe unul redresat, corespunzător tensiunii fără filtrare. Se schimbă de la zero la valoarea amplitudinii și apoi scade din nou la zero. Și așa mai departe, după frecvență Tensiune AC, care se îndreaptă. La un moment dat între valorile tensiunii zero, un semnal este trimis la electrodul de control și tiristorul este deblocat. Și când tensiunea trece prin zero, se blochează din nou.

Pentru a o opri tensiune constantăși un curent la care nu există valoare zero, este nevoie de un șunt care să funcționeze un anumit timp. În forma sa cea mai simplă, este fie un buton conectat la anod și catod, fie conectat în serie. Dacă dispozitivul este deblocat, există tensiune reziduală pe el. Prin apăsarea butonului este resetat la zero și curentul prin acesta se oprește. Dar dacă butonul nu conține un dispozitiv special și contactele sale se deschid, tiristorul se va porni cu siguranță din nou.

Acest dispozitiv ar trebui să fie un condensator conectat în paralel cu tiristorul. Limitează rata de creștere a tensiunii pe dispozitiv. Acest parametru este cel mai regretabil atunci când se utilizează aceste dispozitive semiconductoare, deoarece frecvența de funcționare cu care tiristorul poate comuta sarcina este redusă și, în consecință, puterea comutată. Acest fenomen are loc datorită capacităților interne caracteristice fiecăruia dintre modelele acestor dispozitive semiconductoare.

Designul oricărui dispozitiv semiconductor formează inevitabil un grup de condensatori. Cu cât tensiunea crește mai repede, cu atât curenții care le încarcă sunt mai mari. Mai mult, ele apar în toți electrozii. Dacă un astfel de curent în electrodul de control depășește o anumită valoare de prag, tiristorul se va porni. Prin urmare, parametrul dU/dt este dat pentru toate modelele.

• Oprirea tiristorului, ca urmare a trecerii tensiunii de alimentare prin zero, se numește naturală. Opțiunile de oprire rămase se numesc forțat sau artificial.

Varietate de gama de modele

Aceste opțiuni de comutare adaugă complexitate comutatoarelor cu tiristoare și le reduc fiabilitatea. Dar dezvoltarea soiului tiristor s-a dovedit a fi foarte fructuoasă.

În zilele noastre a fost stăpânit productie industriala un numar mare tipuri de tiristoare. Domeniul lor de aplicare nu este doar circuitele de putere puternice (în care se pot bloca și diodă-tiristor, triac), dar și circuite de control (dinistor, optotiristor). Tiristorul din diagramă este reprezentat așa cum se arată mai jos.

Printre acestea există modele ale căror tensiuni și curenți de funcționare sunt cei mai mari dintre toate dispozitivele semiconductoare. Deoarece alimentarea industrială este de neconceput fără transformatoare, rolul tiristoarelor în dezvoltarea sa ulterioară este fundamental. Modelele de înaltă frecvență blocabile în invertoare asigură generarea de tensiune alternativă. Mai mult, valoarea sa poate ajunge la 10 kV cu o frecvență de 10 kiloherți la o putere de curent de 10 kA. Dimensiunile transformatoarelor sunt reduse de mai multe ori.

Pornirea și oprirea tiristorului comutabil are loc numai din influența electrodului de control semnale speciale. Polaritatea corespunde structurii specifice acestui dispozitiv electronic. Aceasta este una dintre cele mai simple soiuri, denumită GTO. În plus, sunt utilizate tiristoare de oprire mai complexe, cu structuri de control încorporate. Aceste modele se numesc GCT și, de asemenea, IGCT. Utilizați în aceste structuri tranzistoare cu efect de câmp clasifică tiristoarele de oprire drept dispozitive din familia MCT.

Am încercat să facem recenzia noastră informativă nu numai pentru vizitatorii bine citiți ai site-ului nostru, ci și pentru manechini. Acum că suntem familiarizați cu modul în care funcționează un tiristor, putem folosi aceste cunoștințe pentru a uz practic. De exemplu, în reparații simple aparate electrocasnice. Principalul lucru este că, în timp ce te lași purtat de muncă, nu uita de măsurile de siguranță!

Apariția celor patru straturi p-n-p-n semiconductor elemente a făcut o adevărată descoperire în electronica de putere. Astfel de dispozitive se numesc „tiristoare”. Porțile controlate de siliciu sunt cea mai comună familie de tiristoare.

Acest tip de dispozitive semiconductoare are următoarea structură:

După cum vedem din diagramă bloc Tiristorul are trei terminale - un catod, un electrod de control și un anod. Conectează la circuite de putere anodul și catodul sunt supuse, iar electrodul de control este conectat la sistemul de control (rețele de curent scăzut) pentru deschiderea controlată a tiristorului.

Pe scheme de circuite Tiristorul are următoarea denumire:

Caracteristica curent-tensiune este prezentată mai jos:

Să aruncăm o privire mai atentă la această caracteristică.

Ramura caracteristică inversă

În al treilea cadran, caracteristicile diodelor și tiristoarelor sunt egale. Dacă anodului este aplicat un potențial negativ în raport cu catodul, atunci se aplică o tensiune inversă la J 1 și J 3 și o tensiune continuă este aplicată la J 2, ceea ce va determina curgerea unui curent invers (este foarte mic). , de obicei câțiva miliamperi). Când această tensiune crește până la așa-numita tensiune de ruptură, se va produce o creștere a avalanșă a curentului între J 1 și J 3. În acest caz, dacă acest curent nu este limitat, atunci defectarea joncțiunii va avea loc cu defecțiunea ulterioară a tiristorului. La tensiuni inverse care nu depășesc tensiunea de avarie, tiristorul se va comporta ca un rezistor cu rezistență mare.

Zona de conductivitate scăzută

În această zonă este adevărat opusul. Potențialul catodului va fi negativ în raport cu potențialul anodului. Prin urmare, la J 1 și J 3 se va aplica tensiune continuă, iar la J 2 se va aplica tensiune inversă. Rezultatul va fi un curent anodic foarte mic.

Zona de înaltă conductivitate

Dacă tensiunea din secțiunea anod-catod atinge o valoare, așa-numita tensiune de comutare, atunci va avea loc o defalcare a avalanșei joncțiunii J2 și tiristorul va fi transferat la o stare de conductivitate ridicată. În acest caz, U a va scădea de la câteva sute la 1 - 2 volți. Va depinde de tipul de tiristor. Într-o zonă foarte conductivă, curentul care trece prin anod va depinde de sarcină element exterior, ceea ce face posibilă o considerație în această zonă ca o cheie închisă.

Dacă treceți curent prin electrodul de control, tensiunea de pornire a tiristorului va scădea. Depinde direct de curentul electrodului de control și, atunci când valoarea acestuia este suficient de mare, este practic egală cu zero. Atunci când alegeți un tiristor pentru funcționarea într-un circuit, acesta este selectat astfel încât tensiunile inverse și directe să nu depășească valorile nominale ale tensiunilor de întrerupere și comutare. Dacă aceste condiții sunt dificil de îndeplinit sau există o împrăștiere mare în parametrii elementelor (de exemplu, este necesar un tiristor de 6300 V, iar cele mai apropiate valori ale acestuia sunt 1200 V), atunci, uneori, pornirea elementelor este folosit.

La momentul potrivit, aplicând un impuls electrodului de control, puteți transfera tiristorul din starea închisă în zona de conductivitate ridicată. Curentul UE, de regulă, trebuie să fie mai mare decât curentul minim de deschidere și este de aproximativ 20-200 mA.

Când curentul anodului atinge o anumită valoare la care este imposibilă oprirea tiristorului (curent de comutare), pulsul de control poate fi eliminat. Acum tiristorul poate reveni la starea oprit doar prin reducerea curentului sub curentul de menținere sau prin aplicarea unei tensiuni cu polaritate inversă.

Video de funcționare și grafice ale proceselor tranzitorii

Principiul de funcționare al unui tiristor

Un tiristor este un comutator electronic de putere care nu este controlat complet. Prin urmare, uneori în literatura tehnică se numește tiristor cu o singură operație, care poate fi comutat doar într-o stare de conducere printr-un semnal de control, adică pornit. Pentru a-l opri (când funcționează pe curent continuu), este necesar să se ia măsuri speciale pentru a se asigura că curentul direct scade la zero.

Un comutator cu tiristor poate conduce curentul doar într-o singură direcție, iar în stare închisă poate rezista atât la tensiune directă, cât și inversă.

Tiristorul are o structură p-n-p-n cu patru straturi cu trei terminale: anod (A), catod (C) și electrod de control (G), așa cum se arată în Fig. 1

Orez. 1. Tiristor convențional: a) – denumire grafică; b) – caracteristica curent-tensiune.

În fig. 1, b arată familia de caracteristici curent-tensiune statică de ieșire la sensuri diferite curent de control iG. Tensiunea directă maximă pe care o poate rezista tiristorul fără a-l porni are valori maxime la iG = 0. Pe măsură ce curentul iG crește, tensiunea directă pe care o poate rezista tiristorul scade. Starea de pornire a tiristorului corespunde ramurii II, starea oprită corespunde ramurii I, iar procesul de comutare corespunde ramurii III. Curentul de menținere sau curentul de menținere este minim valoare acceptabilă curent direct iA, la care tiristorul rămâne în stare conductivă. Această valoare corespunde și minimului sens posibil căderea de tensiune continuă la tiristorul pornit.

Ramura IV reprezintă dependența curentului de scurgere de tensiunea inversă. Când tensiunea inversă depășește valoarea UBO, începe o creștere bruscă curent invers, asociat cu defectarea tiristorului. Natura defecțiunii poate corespunde unui proces ireversibil sau unui proces de avalanșă caracteristic funcționării unei diode zener semiconductoare.

Tiristoarele sunt cele mai puternice chei electronice, capabil să comute circuite cu tensiuni de până la 5 kV și curenți de până la 5 kA la o frecvență de cel mult 1 kHz.

Proiectarea tiristoarelor este prezentată în Fig. 2.

Orez. 2. Proiectarea carcaselor tiristoarelor: a) – tip tabletă; b) – pin

Tiristor într-un circuit DC

Un tiristor convențional este pornit prin furnizarea unui impuls de curent circuitului de control cu ​​polaritate pozitivă față de catod. Durata procesului tranzitoriu atunci când este pornit este influențată semnificativ de natura sarcinii (activă, inductivă etc.), amplitudinea și rata de creștere a impulsului curent de control iG, temperatura structurii semiconductoare a tiristorului, tensiunea aplicată și curentul de sarcină. Într-un circuit care conține un tiristor, nu ar trebui să apară valori inacceptabile ale ratei de creștere a tensiunii directe duAC/dt, la care pornire spontană tiristor în absența unui semnal de control iG și a ratei de creștere a curentului diA/dt. În același timp, panta semnalului de control trebuie să fie mare.

Printre metodele de oprire a tiristoarelor, se obișnuiește să se facă distincția între oprirea naturală (sau comutarea naturală) și comutarea forțată (sau comutarea artificială). Comutarea naturală are loc atunci când tiristoarele funcționează în circuite de curent alternativ în momentul în care curentul scade la zero.

Metodele de comutare forțată sunt foarte diverse. Cele mai tipice dintre ele sunt următoarele: conectarea unui condensator preîncărcat cu cheia S (Figura 3, a); conectarea unui circuit LC cu un condensator preîncărcat CK (Figura 3 b); utilizarea naturii oscilatorii a procesului tranzitoriu în circuitul de sarcină (Figura 3, c).

Orez. 3. Metode de comutare artificială a tiristoarelor: a) – printr-un condensator încărcat C; b) – printr-o descărcare oscilativă a circuitului LC; c) – datorită caracterului oscilator al sarcinii

La comutarea conform diagramei din Fig. 3 și conectarea unui condensator de comutare cu polaritate inversă, de exemplu, cu un alt tiristor auxiliar, va determina descărcarea acestuia în tiristorul principal conducător. Deoarece curentul de descărcare al condensatorului este direcționat opus curentului direct al tiristorului, acesta din urmă scade la zero și tiristorul se oprește.

În diagrama din fig. 3b, conexiunea circuitului LC determină o descărcare oscilativă a condensatorului de comutare Sk. În acest caz, la început, curentul de descărcare trece prin tiristor opus curentului său direct, când devin egale, tiristorul se oprește. Apoi, curentul circuitului LC trece de la tiristorul VS la dioda VD. Atâta timp cât curentul în buclă trece prin dioda VD, tiristorului VS va fi aplicată o tensiune inversă egală cu căderea de tensiune pe diodă.

În diagrama din fig. 3, pornirea tiristorului VS la o sarcină complexă RLC va provoca un proces tranzitoriu. Sub anumiți parametri de sarcină, acest proces poate avea un caracter oscilator cu o modificare a polarității curentului de sarcină în. În acest caz, după oprirea tiristorului VS, se pornește dioda VD, care începe să conducă curentul de polaritate opusă. Uneori, această metodă de comutare este numită cvasi-naturală, deoarece este asociată cu o schimbare a polarității curentului de sarcină.

Tiristor în circuitul de curent alternativ

Când un tiristor este conectat la un circuit de curent alternativ, pot fi efectuate următoarele operații:

Pornirea și oprirea unui circuit electric cu sarcină activă și activ-reactivă;

modificarea valorilor medii și efective ale curentului prin sarcină datorită faptului că este posibilă reglarea momentului de alimentare a semnalului de control.

Deoarece comutatorul tiristor este capabil să conducă electricitate numai într-o direcție, apoi pentru a folosi tiristoare pe curent alternativ, se folosește conexiunea lor spate-în spate (Fig. 4, a).

Orez. 4. Conexiune spate în spate a tiristoarelor (a) și forma curentului la sarcina activa(b)

Medie și variază datorită modificărilor momentului de furnizare a semnalelor de deschidere către tiristoarele VS1 și VS2, adică datorită modificării unghiului și (Fig. 4, b). Valorile acestui unghi pentru tiristoarele VS1 și VS2 în timpul reglării se modifică simultan folosind sistemul de control. Unghiul se numește unghi de control sau unghi de aprindere al tiristorului.

Cele mai utilizate în dispozitivele electronice de putere sunt faza (Fig. 4, a, b) și controlul lățimii impulsului al tiristoarelor(Fig. 4, c).

Orez. 5. Tipul tensiunii pe sarcină cu: a) – controlul de fază al tiristorului; b) – controlul de fază al unui tiristor cu comutație forțată; c) – controlul lățimii impulsului unui tiristor

Cu metoda fază de control a unui tiristor cu comutație forțată Reglarea curentului de sarcină este posibilă prin schimbarea unghiuluiα și unghiul θ . Comutarea artificială se realizează folosind unități speciale sau folosind tiristoare complet controlate (blocabile).

Cu control al lățimii impulsului ( modularea lățimii impulsului- PWM)În timpul Totkr, tiristoarelor este aplicat un semnal de control, acestea sunt deschise și tensiunea Un este aplicată sarcinii. În timpul Tclose nu există semnal de control și tiristoarele sunt într-o stare neconductivă. Valoare efectivă curent în sarcină

unde In.m. – curent de sarcină la T închis = 0.

Curba curentului în sarcină în timpul controlului de fază al tiristoarelor este nesinusoidală, ceea ce provoacă distorsiuni ale formei de undă a tensiunii de alimentare și perturbări în funcționarea consumatorilor sensibili la interferențe de înaltă frecvență - apare așa-numita incompatibilitate electromagnetică.

Tiristoare blocabile

Tiristoarele sunt cele mai puternice comutatoare electronice utilizate pentru comutarea circuitelor de înaltă tensiune și curent înalt (curent mare). Oricum au dezavantaj semnificativ– controlabilitate incompletă, care se manifestă prin faptul că pentru a le opri este necesar să se creeze condiții pentru reducerea curentului direct la zero. În multe cazuri, acest lucru limitează și complică utilizarea tiristoarelor.

Pentru a elimina acest dezavantaj, au fost dezvoltate tiristoare care sunt controlate de un semnal prin intermediul electrodului de control G. Astfel de tiristoare sunt numite gated (GTO - Gate turn-off thyristor) sau cu două operaționale.

Tiristoare blocabile(ZT) au patru straturi structura p-p-p-p, dar în același timp au o serie de semnificative caracteristici de proiectare, oferindu-le o proprietate de control complet care este fundamental diferită de tiristoarele tradiționale. Caracteristica curent-tensiune statică a tiristoarelor deconectate în direcția înainte este identică cu caracteristica curent-tensiune a tiristoarelor convenționale. Cu toate acestea, un tiristor de oprire nu este, de obicei, capabil să blocheze tensiunile inverse mari și este adesea conectat la o diodă back-to-back. În plus, tiristoarele de oprire sunt caracterizate de căderi semnificative de tensiune directă. Pentru a opri un tiristor comutabil, este necesar să aplicați un impuls de curent negativ puternic (aproximativ 1:5 față de valoarea curentului de oprire directă), dar de scurtă durată (10-100 μs), în electrodul de control circuit.

De asemenea, tiristoarele de oprire au limite mai mici de tensiune și curent (cu aproximativ 20-30%) în comparație cu tiristoarele convenționale.

Principalele tipuri de tiristoare

Pe lângă tiristoarele de oprire a fost dezvoltată o gamă largă de tiristoare tipuri variate, care diferă în ceea ce privește viteza, procesele de control, direcția curenților în starea conducătoare etc. Printre acestea, trebuie remarcate următoarele tipuri:

tiristor-diodă, care este echivalent cu un tiristor cu o diodă conectată anti-paralel (Fig. 6.12,a);

diodă tiristor (dinistor), transformându-se într-o stare conductivă când este depășit un anumit nivel de tensiune aplicat între A și C (Fig. 6,b);

oprire tiristor(Fig. 6.12,c);

tiristor simetric sau triac, care este echivalent cu două tiristoare spate în spate (Fig. 6.12,d);

tiristor invertor cu acțiune rapidă(timp de oprire 5-50 µs);

tiristor cu control de câmp prin electrod de control, de exemplu, pe baza unei combinaţii a unui tranzistor MOS cu un tiristor;

Optotiristor controlat de fluxul luminos.

Orez. 6. Desemnarea grafică a tiristoarelor: a) – tiristor-diodă; b) – tiristor diodă (dinistor); c) – tiristor de oprire; d) - triac

Protectie tiristoare

Tiristoarele sunt dispozitive critice pentru rata de creștere a curentului direct diA/dt și a tensiunii directe duAC/dt. Tiristoarele, ca și diodele, sunt caracterizate de fluxul de curent de recuperare inversă, o scădere bruscă a căruia la zero agravează posibilitatea supratensiunilor cu o valoare mare duAC/dt. Astfel de supratensiuni sunt o consecință a unei întreruperi bruște a curentului în elementele inductive ale circuitului, inclusiv instalarea. Prin urmare, pentru a proteja tiristoarele pe care le folosesc de obicei diverse scheme CFTP, care în modurile dinamice protejează împotriva valorilor inacceptabile ale diA/dt și duAC/dt.

În cele mai multe cazuri, intern reactanța inductivă Sursele de tensiune incluse în circuitul tiristorului pornit se dovedesc a fi suficiente pentru a nu introduce inductanță suplimentară LS. Prin urmare, în practică, este adesea nevoie de CFTP-uri care reduc nivelul și viteza supratensiunilor în timpul opririi (Fig. 7).

Orez. 7. Schema tipica protectie tiristoare

În acest scop, se folosesc de obicei circuite RC conectate în paralel cu tiristorul. Există diverse modificări ale circuitelor RC și metode de calculare a parametrilor acestora pentru diferite condiții de utilizare a tiristoarelor.

Pentru tiristoarele de oprire, se folosesc circuite de formare a traiectoriei de comutare, similare în proiectarea circuitelor cu tranzistoarele CFTP.

Un tiristor este un dispozitiv semiconductor conceput să funcționeze ca o cheie. Are trei electrozi și o structură p-n-p-n de patru straturi semiconductor. Electrozii sunt denumiți anod, catod și electrod de control. Structura p-n-p-n este similară din punct de vedere funcțional cu un rezistor neliniar, care este capabil să accepte două stări:

• cu rezistență foarte mare, oprit;
• cu rezistență foarte scăzută, pornit.

feluri

Tiristorul pornit menține o tensiune de aproximativ unul sau mai mulți volți, care crește ușor odată cu creșterea curentului care trece prin el. În funcție de tipul de curent și tensiune aplicat circuitului electric cu un tiristor, acesta folosește unul din trei soiurile moderne aceste dispozitive semiconductoare. Următoarele funcționează pe curent continuu:

• tiristoare comutabile;
• trei tipuri de tiristoare de oprire, denumite

Triacurile funcționează pe curent alternativ și continuu. Toate aceste tiristoare conțin un electrod de control și alți doi electrozi prin care circulă curentul de sarcină. Pentru SCR și tiristoare de oprire, acestea sunt anodul și catodul pentru triac, denumirea acestor electrozi este determinată de determinarea corectă a proprietăților semnalului de control furnizat electrodului de control.

Prezența în tiristor structuri p-n-p-n ne permite să-l împărțim condiționat în două zone, fiecare dintre acestea fiind tranzistor bipolar conductivitate adecvată. Astfel, acești tranzistori interconectați sunt echivalentul unui tiristor, așa cum se arată în diagrama din stânga. SCR-urile au fost primele care au apărut pe piață.

Proprietăți și caracteristici

În esență, acesta este un analog al unui releu cu autoblocare cu un contact normal deschis, al cărui rol este jucat de o structură semiconductoare situată între anod și catod. Diferența față de un releu este că acest dispozitiv semiconductor poate avea mai multe metode de comutare. Toate aceste metode sunt explicate prin echivalentul tranzistorului al SCR.

Două tranzistoare echivalente sunt acoperite de feedback pozitiv. Îmbunătățește foarte mult orice schimbare de curent în joncțiunile lor semiconductoare. Prin urmare, există mai multe tipuri de influență asupra electrozilor tiristorului pentru a-l porni și opri. Primele două metode vă permit să porniți anodul.

• Dacă tensiunea la anod este crescută, la o anumită valoare vor începe să afecteze efectele defalcării incipiente a structurilor semiconductoare ale tranzistorilor. Curentul inițial care apare va fi amplificat de feedback pozitiv și ambele tranzistoare se vor porni.
• Când suficient crestere rapida tensiunea la anod, capacitățile interelectrodului, care sunt prezente în orice componente electronice, sunt încărcate. În acest caz, în electrozi apar curenții de încărcare acești condensatori, care sunt preluați de feedback pozitiv și totul se termină cu pornirea SCR-ului.

Dacă modificările de tensiune de mai sus sunt absente, comutarea are loc de obicei cu curentul de bază echivalent n-p-n tranzistor. Puteți opri tiristorul într-unul din două moduri, care devin clare și datorită interacțiunii tranzistorilor echivalenti. Feedback-ul pozitiv din ele operează pornind de la anumite valori ale curenților care curg în structura p-n-p-n. Dacă valoarea curentă este mai mică decât aceste valori, feedback-ul pozitiv va face ca curenții să dispară rapid.

O altă metodă de oprire este utilizarea întreruperii pozitive părere un impuls de tensiune care schimbă polaritatea la anod și catod. Cu acest efect, direcția curenților dintre electrozi se schimbă în sens opus și tiristorul se oprește. Deoarece materialele semiconductoare sunt caracterizate de fenomenul efectului fotoelectric, există foto- și optotiristoare, în care pornirea poate fi cauzată de iluminarea fie a ferestrei de recepție, fie a LED-ului din corpul acestui dispozitiv semiconductor.

Există, de asemenea, așa-numitele dinistori (tiristoare necontrolate). Aceste dispozitive semiconductoare nu au un electrod de control prin proiectare. La bază, este un tiristor cu un terminal lipsă. Prin urmare, starea lor depinde doar de tensiunea anodului și catodului și nu pot fi pornite printr-un semnal de control. În caz contrar, procesele din ele sunt similare cu tiristoarele convenționale. Același lucru se aplică triac-urilor, care sunt în esență două tiristoare conectate în paralel. Prin urmare, ele sunt folosite pentru a controla curent alternativ fără diode suplimentare.

Tiristoare blocabile

Dacă fabricați zone ale structurii p-n-p-n în apropierea bazelor tranzistoarelor echivalente într-un anumit mod, puteți obține controlabilitatea completă a tiristorului de la electrodul de control. Acest design al structurii p-n-p-n este prezentat în imaginea din stânga. Un astfel de tiristor poate fi pornit și oprit folosind semnale adecvate în orice moment, alimentându-le la electrodul de control. Alte metode de comutare aplicate tiristoarelor sunt, de asemenea, potrivite pentru tiristoarele de oprire.

Cu toate acestea, aceste metode nu sunt aplicabile unor astfel de dispozitive semiconductoare. Dimpotrivă, ele sunt excluse de anumite soluții de circuit. Scopul este de a obține includere de încredere iar oprirea numai prin electrodul de control. Acest lucru este necesar pentru utilizarea unor astfel de tiristoare în invertoare puternice frecventa crescuta. GTO-urile funcționează la frecvențe de până la 300 Hertz, iar IGCT-urile sunt capabile de mult mai multe frecvente inalte, ajungând la 2 kHz. Curenții nominali pot fi de câteva mii de amperi, iar tensiunile pot fi de câțiva kilovolți.

O comparație a diferitelor tiristoare este dată în tabelul de mai jos.

Tip de tiristor	Avantaje	Defecte	Unde este folosit?
SCR	Tensiune minimă în starea de pornire la curenți și suprasarcini maxime. Cel mai de încredere dintre toate. Scalabilitate bună a schemelor de colaborare mai multe tiristoare conectate fie în paralel, fie în serie	Nu există nicio posibilitate de oprire controlată arbitrară folosind doar electrodul de control. Cele mai joase frecvențe de operare.	Acționări electrice, surse de putere mare; invertoare de sudare; controlul încălzitoarelor puternice; compensatoare statice; comutatoare în circuite de curent alternativ
GTO	Posibilitatea de oprire controlată arbitrară. Relativ capacitate mare la supracurent. Abilitatea de a lucra în mod fiabil conexiune serială. Frecventa de operare până la 300 Hz, tensiune până la 4000 V.	Tensiunea în starea de pornire este semnificativă la curenți și suprasarcini maxime și pierderile corespunzătoare, inclusiv în sistemele de control. Circuite complexe pentru construirea sistemului ca întreg. Pierderi dinamice mari.
IGCT	Posibilitatea de oprire controlată arbitrară. Capacitate relativ mare de suprasarcină a curentului. Tensiune relativ scăzută în starea de pornire la curenți și suprasarcini maxime. Frecvența de funcționare - până la 2000 Hz. Comenzi simple. Abilitatea de a opera fiabil într-o conexiune serială.	Cel mai scump dintre toate tiristoarele	Acționări electrice; compensatoare statice putere reactiva; surse de putere mare, încălzitoare cu inducție

Tiristoarele sunt fabricate pentru o gamă largă de curenți și tensiuni. Designul lor este determinat de dimensiunile structurii p-n-p-n și de necesitatea de a obține o îndepărtare fiabilă a căldurii din aceasta. Tiristoare moderne, precum și desemnările lor pe scheme electrice prezentate în imaginile de mai jos.