Переключения тиристоров

Механизм переключения тиристора и формирование его основной характеристики можно наглядно представить с помощью диодного аналога (см. 6.2,6) .Диод 2 в закрытом состоянии до своего пробоя определяет устойчивую работу всей системы на участке /характеристики; после его открывания сквозной ток на участке III практически мало зависит от диодов 1 и 3. Для участка II характерна неустойчивая работа, так как открытое состояние тиристора и малое дифференциальное сопротивление его структуры возможно только при определенной плотности носителей заряда, достаточной для поддержания лавинообразования. Соответствующий минимальный ток называют током удержания. Его величина для силовых тиристоров не превышает 1 % от анодного тока.

рода. Чтобы изменить напряжение переключения тиристора (и, конечно, момент его открытия), необходимо понизить потенциальный барьер обратносме-щенного перехода. С этой целью достаточно ввести в любой из прилегающих к переходу 2 слоев добавочные носители заряда (электроны — в слой п или дырки—в слой р) с тем, чтобы уменьшить объемный заряд и улучшить условия ионизации атомов кремния в кристаллической решетке для формирования лавины. Для этого случая на 6.2,а предусмотрена вспомогательная цепь управления с независимым источником U п =(0,3—10) В.Изменяя ток управления /vno, можно в широких пределах регулировать напряжение переключения. С увеличением /уш) , как видно из 6.3, выступающий участок характеристики сдвигается влево, приближаясь к естественной прямой ветви В АХ обычного диода. Ток у правления, обеспечивающий спрямление "горба" характеристики, называют отпирающим током спрямления /упо спо (обычно 1-300 мА). У У- У

Очевидно, что с ростом тока управления анодное напряжение, необходимое для переключения тиристора в открытое состояние, понижается.

Более сложные измерительные схемы применяются для исследования временных характеристик приборов. В качестве примера на 2.12 показана диаграмма процесса измерения времени выключения тиристора и функциональная блок-схема полуавтоматического измерителя. Время переключения тиристора — это минимальный промежуток времени с момента прекращения прямого тока через тиристор, начиная с которого последний держит прямое напряжение4 соответствующей крутизны и амплитуды. Погрешность такого полуавтомата не превышает 10%.

3. Как можно изменять величину напряжения переключения тиристора?

3. Как можно изменять величину напряжения переключения тиристора?

Маломощные тиристоры имеют следующие параметры (Увкл = = 60 -т- 100 В; /вкл = 0,5 ч- 3 мА; ?/ВЫкл = 2 -г 2,5 В; /ВЬ1КЛ = = 4 -г 25 мА; /0 = 1 мА. Время переключения тиристора составляет несколько сотен наносекунд. Достоинством тиристора является большой допустимый ток через прибор, который даже для маломощных тиристоров равен единицам ампер (2—5 А). Поэтому тиристоры, как правило, используют в таких импульсных генераторах, от которых требуется получение больших импульсных токов в нагрузке.

Условие переключения тиристора

В точке переключения тиристора дифференциальное сопротивление равно нулю. Выясним условие, при котором дифференциальное сопротивление тиристора может стать равным нулю. До переключения тиристора в открытое состояние практически все напряжение, приложенное к тиристору, падает на коллекторном переходе. Дифференцируя (5.1) по напряжению с учетом (5.2) и считая

При переключении диодного тиристора из закрытого состояния в открытое из-за роста проходящего тока суммарный дифференциальный коэффициент передачи тока увеличивается. Одновременно уменьшение напряжения на коллекторном переходе вызывает уменьшение того же коэффициента. Поэтому соотношение (5.5) можно считать не только условием переключения тиристора из закрытого состояния в открытое, но и уравнением ВАХ на переходном ее участке. В действительности сумма дифференциальных коэффициентов передачи тока транзисторных структур, составляющих тиристорную структуру, во время переключения несколько превышает единицу.

На 5.2, б показана полярность напряжений на всех трех p-n-переходах тиристора в открытом состоянии. Коллекторный переход смещен в прямом направлении из-за избыточных зарядов основных носителей в базовых областях, накопленных там в процессе переключения тиристора.

Через 1/2 периода после включения тиристора КЗ1, и выключения тиристора VSi под действием импульса управления и п2 ( 10.47, б) откроется тиристор У5г. Напряжение между анодом и катодом тиристора VS\ станет отрицательным (UyS1 - ut -иг < 0) ( 10.47, а) и он запирается. Далее процесс переключения тиристоров периодически повторяется, так что токи в них i\ и /j представляют собой последовательность прямоугольных импульсов* с амплитудой /о = U о1гн и длительностью Т/2 ( 10.47, в), ток нагрузки постоянный (/( = = /о = /I + /а) ( 10.47, г), а ток в первичной обмотке трансформа-

Процесс переключения тиристоров в инверторе аналогичен их переключению в выпрямителе на 10.47. Примем, что к моменту времени t = 0 ( 10.51, а) тиристор К52 был открыт, а тиристор VSt закрыт. Последующие переключения тиристоров задаются двумя последовательностями импульсов управления и п1 и и п2 с периодом повторения Т = 2тг/со, сдвинутыми относительно друг друга на половину периода Т/2 ( 10.51, б). Первый после момента времени / = 0 импульс управления и открывает тиристор VS t, и напряжение между его анодом и катодом станет равно нулю uysj = 0. Бели при этом угол управления

ется. Далее процесс переключения тиристоров периодически повторяется так, что токи в них представляют собой две последовательности прямоугольных импульсов длительностью Т/2 и амплитудой /0, сдвинутые относительно друг друга на 1/2 периода ( 10.51,в). При этом ток в цепи аккумулятора / = / + /2 = /0 постоянный ( 10.51,г), а в первичной обмотке трансформатора i = W2/wt(il -/г) состоит из последовательности импульсов разного знака ( 10.51, г). Напряжение на ветви с последовательным соединением аккумулятора и сглаживающего фильтра равно напряжению на вторичной обмотке трансформатора и = и\ в интервалах времени, когда тиристор VS\ открыт,

Далее процесс переключения тиристоров будет периодически повторяться с частотой следования импульсов управления ( 10.54, б). ' Токи тиристоров /i и /2 представляют собой две последовательности прямоугольных импульсов длительностью Г/2 и амплитудой /, сдвинутые относительно друг друга на 1/2 периода ( 10.54, в), а ток нагрузки /н =w\/w1(ii -it) - последовательность знакоперемен-

Одновременно происходит перезарядка конденсатора С так, как показано на 10.55 знаками плюс и минус в скобках. Это подготавливает узел коммутации к следующему этапу переключения тиристоров. В момент времени t3 прямой ток диода /„ - /н уменьшится, до нуля, диод закроется и начинается завершающий этап коммутации,

Через 1/2 периода после включения тиристора К5( и выключения тиристора У8г под действием импульса управления и п2 ( 10.47,6) откроется тиристор К52. Напряжение между анодом и катодом тиристора VS\ станет отрицательным (uvsl = и\ -и^ < 0) ( 10.47, а) и он запирается. Далее процесс переключения тиристоров периодически повторяется, так что токи в них Л и <°2 представляют собой последовательность прямоугольных импульсов с амплитудой /о = ?/о/гн и длительностью Г/2 ( 10.47, в), ток нагрузки постоянный (/„ = = /о = i + /j) ( 10.47, г), а ток в первичной обмотке трансформа-

Процесс переключения тиристоров в инверторе аналогичен их переключению в выпрямителе на 10.47. Примем, что к моменту времени t = 0 ( 10.51, а) тиристор У3г был открыт, а тиристор VSi закрыт. Последующие переключения тиристоров задаются двумя последовательностями импульсов управления u nl и и п2 с периодом повторения Т = 2тг/со, сдвинутыми относительно друг друга на половину периода Т/2 ( 10.51, б). Первый после момента времени t = 0 импульс управления и открывает тиристор VSit и напряжение между его анодом и катодом станет равно нулю и„«, = 0. Если при -этом угол управления

ется. Далее процесс переключения тиристоров периодически повторяется так, что токи в них представляют собой две последовательности прямоугольных импульсов длительностью Т/2 и амплитудой /0, сдвинутые относительно друг друга на 1/2 периода ( 10.51, в). При этом ток в цепи аккумулятора IH = /, + /2 = Л> постоянный ( 10.51, г), а в первичной обмотке трансформатора / = W2/wt(it -/2) состоит из последовательности импульсов разного знака ( 10.51, г). Напряжение на ветви с последовательным соединением аккумулятора и сглаживающего фильтра равно напряжению на вторичной обмотке трансформатора и = Ui в интервалах времени, когда тиристор VS, открыт,

Далее процесс переключения тиристоров будет периодически повторяться с частотой следования импульсов управления ( 10.54, б) .

Одновременно происходит перезарядка конденсатора CR так, как показано на 10.55 знаками плюс и минус в скобках. Это .подготавливает узел коммутации к следующему этапу переключения тиристоров. В момент времени (3 прямой ток диода /„ - /н уменьшится до нуля, диод закроется и начинается завершающий этап коммутации,

Через 1/2 периода после включения тиристора VSl и выключения тиристора VS2 под действием импульса управления и п2 ( 10.47,6) откроется тиристор VS2. Напряжение между анодом и катодом тиристора VSl станет отрицательным (uysl = и\ ~и2 < 0) ( 10.47, а) и он запирается. Далее процесс переключения тиристоров периодически повторяется, так что токи в них i\ и /г представляют собой последовательность прямоугольных импульсов" с амплитудой /0 = U0/r и длительностью Г/2 ( 10.47, в), ток нагрузки постоянный (/н = = /о = /1 + /2) ( 10.47, г), а ток в первичной обмотке трансформа-