Как открыть тиристор: Управление тиристором, принцип действия. Способы управления.

Тиристоры для чайников / Хабр

ximet

8 янв 2013 в 19:23

Время на прочтение 3 мин

Количество просмотров

776K

Электроника для начинающих

Из песочницы

Добрый вечер хабр. Поговорим о таком приборе, как тиристор. Тиристор — это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или больше взаимодействующих выпрямляющих перехода. По функциональности их можно соотнести к электронным ключам. Но есть в тиристоре одна особенность, он не может перейти в закрытое состояние в отличие от обычного ключа. Поэтому обычно его можно найти под названием — не полностью управляемый ключ.

На рисунке представлен обычный вид тиристора. Состоит он из четырех чередующихся типов электро-проводимости областей полупроводника и имеет три вывода: анод, катод и управляющего электрод.

Анод — это контакт с внешним p-слоем, катод — с внешним n-слоем.
Освежить память о p-n переходе можно тут.

Классификация

В зависимости от количества выводов можно вывести классификацию тиристоров. По сути все очень просто: тиристор с двумя выводами называется динисторами (соответственно имеет только анод и катод). Тиристор с тремя и четырьмя выводами, называются триодными или тетродными. Также бывают тиристоры и с большим количеством чередующихся полупроводниковых областей. Одним из самых интересных является симметричный тиристор (симистор), который включается при любой полярности напряжения.

Принцип работы

Обычно тиристор представляют в виде двух транзисторов, связанных между собой, каждый из которых работает в активном режиме.

В связи с таким рисунком можно назвать крайние области — эмиттерными, а центральный переход — коллекторным.

Чтобы разобраться как работает тиристор стоит взглянуть на вольт-амперную характеристику.

К аноду тиристора подали небольшое положительное напряжение. Эмиттерные переходы включены в прямом направлении, а коллекторный в обратном. (по сути все напряжение будем на нем). Участок от нуля до единицы на вольт-амперной характеристике будет примерно аналогичен обратной ветви характеристики диода. Этот режим можно назвать — режимом закрытого состояния тиристора.
При увеличении анодного напряжения происходит происходит инжекция основных носителей в области баз, тем самым происходит накопление электронов и дырок, что равносильно разности потенциалов на коллекторном переходе. С увеличением тока через тиристор напряжение на коллекторном переходе начнет уменьшаться. И когда оно уменьшится до определенного значения, наш тиристор перейдет в состояние отрицательного дифференциального сопротивления (на рисунке участок 1-2).
После этого все три перехода сместятся в прямом направлении тем самым переведя тиристор в открытое состояние (на рисунке участок 2-3).
В открытом состоянии тиристор будет находится до тех пор, пока коллекторный переход будет смещен в прямом направлении. Если же ток тиристора уменьшить, то в результате рекомбинации уменьшится количество неравновесных носителей в базовых областях и коллекторный переход окажется смещен в обратном направлении и тиристор перейдет в закрытое состояние.
При обратном включении тиристора вольт-амперная характеристика будет аналогичной как и у двух последовательно включенных диодов. Обратное напряжение будет ограничиваться в этом случае напряжением пробоя.

Общие параметры тиристоров

1. Напряжение включения

— это минимальное анодное напряжение, при котором тиристор переходит во включенное состояние.
2. Прямое напряжение — это прямое падение напряжения при максимальном токе анода.
3. Обратное напряжение — это максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии.
4. Максимально допустимый прямой ток — это максимальный ток в открытом состоянии.
5. Обратный ток — ток при максимальной обратном напряжении.
6. Максимальный ток управления электрода
7. Время задержки включения/выключения
8. Максимально допустимая рассеиваемая мощность

Заключение

Таким образом, в тиристоре существует положительная обратная связь по току — увеличение тока через один эмиттерный переход приводит к увеличению тока через другой эмиттерный переход.

Тиристор — не полностью управляющий ключ. То есть перейдя в открытое состояние, он остается в нем даже если прекращать подавать сигнал на управляющий переход, если подается ток выше некоторой величины, то есть ток удержания.

Источники:
ru.wikipedia.org
electricalschool.info

Теги:

• полупроводниковые приборы
• электроника для начинающих
• электроника
• тиристор

Хабы:

• Электроника для начинающих

Всего голосов 34: ↑22 и ↓12 +10

Комментарии 33

Dmitry @ximet

frontend developer

тиристор

Проведем некоторые эксперименты, позволяющие понять работу тринистора и особенности управления. Возмем тринистор КУ201, миниатюрную лампу накаливания на 24В, источник постоянного напряжения на 18…24В при токе нагрузке 0,15…0,17А и источником переменного напряжения 12…14В.

 

Как открыть тринистор

 

Как открыть тринистор

Движок переменного резистора установим в нижнее по схеме (максимальное сопротивление) положение и подключим каскад на тринисторе к источнику постоянного тока. Нажав на кнопку, будем плавно перемещать движок переменного резистора вверх по схеме (до минимального сопротивления) до тех пор пока не зажжется лампочка. Это укажет на то, что тринистор открылся. При этом кнопку можно будет отпустить, лампа будет продолжать светить.
Чтобы закрыть тринистор и привести его в закрытое состояние, достаточно на мгновение отключить источник питания. Лампа погаснет. Если нажать на кнопку вновь, тринистор снова откроется и лампа зажжется.

Погасить можно и другим способом – при отпущенной кнопке замкнуть куском проволоки или пинцетом выводы анода и катода.
Чтобы измерить открывающий ток тринистора, необходимо включить в разрыв цепи управляющего электрода (в точке А) миллиамперметр и, плавно перемещая движок переменного резистора из нижнего (максимального значения) положения в верхнее (минимальное значение), дождать момента загорания лампочки. Таким образом стрелка или табло миллиамперметра зафиксирует искомое значение тока открытия.
Подобным образом можно узнать и ток удержания тринистора. В этом случае необходимо включить миллиамперметр в разрыв цепи в точке Б, а последовательно с ним добавить переменный резистор номиналом 2,2…3,3кОм. При этом пере5д началом необходимо вывести сопротивление резистора до нуля. Плавно увеличивая сопротивление резистора, дождать пока значение милииамперметра не упадет скачком до нуля. Предшествующее этому моменту показание миллиамперметра и будет минимальным значением тока удержания тринистора.

 

Как тринистор управляется импульсом

 

Управление импульсом

Соберем схему, показанную на рисунке. Теперь на управляющий электрод постоянное напряжение не подается, но тиристор по-прежнему управляем. Подадим на каскад питание и нажмем кнопку. Мгновенно зарядится конденсатор, и его ток заряда в виде импульса пройдет через резистор и управляющий электрод. Времени зарядки будет достаточно, что тринистор успел открыться. Лампа останется гореть. А конденсатор разрядится через резисторы и будет готов к следующему пропуску импульса.
Теперь возьмем оксидный конденсатор не менее 100мкФ и на мгновение подключим его к выводам анода и катода. Через оксидный конденсатор пройдет импульс зарядного тока, тринистор в момент протекания зарядного тока окажется зашунтирован и закроется.

 

Тринистор как регулятор мощности

Способности тринистора открываться при разном анодном напряжении в зависимости от тока управляющего электрода широко используются в регуляторах мощности, изменяющих средний ток, протекающий через нагрузку.

Что такое тиристор и как он работает?

В общем, тиристоры также являются переключающими устройствами, подобными транзисторам. Как мы уже обсуждали, транзисторы – это крошечный электронный компонент, изменивший мир. Сегодня мы можем найти их в каждом электронном устройстве, таком как телевизоры, мобильные телефоны, ноутбуки, калькуляторы, наушники и т. д. Они адаптируются и универсальны, но это не значит, что их можно использовать в любом приложении, мы можем использовать их в качестве усилительных и переключающих устройств, но они не могут работать с более высоким током, а также для транзистора требуется непрерывный ток переключения. Итак, для решения всех этих проблем и решения этих проблем мы используем тиристоры.

 

 

Как правило, SCR и тиристор используются взаимозаменяемо, но SCR является разновидностью тиристора. Тиристор включает в себя множество типов переключателей, некоторые из них: SCR (выпрямитель с кремниевым управлением), GTO (выключение затвора) и IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) и т. д. Но SCR является наиболее широко используемым устройством, поэтому слово «тиристор» стало синоним SCR. Проще говоря, SCR – это разновидность Тиристора .

 

 

 

Тиристор представляет собой четырехслойное полупроводниковое коммутационное устройство с тремя переходами. Он имеет три контакта: анод, катод и затвор . Тиристор также является однонаправленным устройством, как и диод, что означает, что он пропускает ток только в одном направлении. Он состоит из трех последовательно соединенных PN-переходов, так как состоит из четырех слоев. Клемма затвора, используемая для запуска SCR, путем подачи небольшого напряжения на эту клемму, которую мы также назвали методом запуска затвора для включения SCR.

Двухтранзисторная аналогия тиристора

Здесь эквивалентная схема двух транзисторов показывает, что на базу PNP-транзистора T1 подается ток коллектора NPN-транзистора T2 и коллектор ток транзистора Т1 питает базу транзистора Т2. Следовательно, проводимость обоих транзисторов зависит друг от друга. Таким образом, пока на одну из баз любого транзистора не поступит базовый ток, он не будет проводить ток, даже если на аноде и катоде присутствует напряжение. Основные разница между транзистором и тиристором заключается в том, что транзистор выключается, когда ток базы снимается, в то время как тиристор остается включенным, просто запустив его один раз. Для приложений, таких как схема сигнализации, которая должна срабатывать один раз и оставаться включенной навсегда, нельзя использовать транзистор. Итак, для преодоления этих проблем мы используем тиристор.

Чем тиристор отличается от МОП-транзистора?

 

 

Тиристор и МОП-транзистор являются электрическими переключателями и используются чаще всего. Основное различие между ними заключается в том, что переключатели MOSFET являются устройствами, управляемыми напряжением, и могут переключать только постоянный ток, в то время как тиристорные переключатели являются устройствами, управляемыми током, и могут переключать как постоянный, так и переменный ток.

 

 

 

Есть еще несколько различий между тиристором и MOSFET , которые приведены ниже в таблице:

 

 

9 0002  

Собственность	Тиристор	МОП-транзистор
Термический убегающий	Да	№
Температурная чувствительность	меньше	высокая
Тип	Высоковольтное сильноточное устройство	Устройство высокого напряжения среднего тока
Выключение	Требуется отдельная схема переключения	Не требуется
Включение	Требуется одиночный импульс	Непрерывное питание не требуется, кроме как во время включения и выключения
Скорость переключения	низкий	высокий
Резистивное входное сопротивление	низкий	высокий
Контроль	Токоуправляемое устройство	Устройство, управляемое напряжением

 

Чем тиристор отличается от транзистора?

Тиристор и транзистор являются электрическими переключателями, но мощность тиристоров намного выше, чем у транзисторов. Из-за высокой мощности тиристора, выраженной в киловаттах, мощность транзистора измеряется в ваттах. Тиристор рассматривается как замкнутая пара транзисторов. Основное различие между транзистором и тиристором заключается в том, что транзистору требуется постоянное питание, чтобы оставаться включенным, но в случае тиристора нам нужно запустить его только один раз, и он останется включенным. Для приложений, таких как схема сигнализации, которая должна срабатывать один раз и оставаться включенной навсегда, нельзя использовать транзистор. Итак, чтобы преодолеть эти проблемы, мы используем тиристор.

Есть еще несколько различий между тиристором и транзистором , которые приведены ниже в таблице:

Собственность	Тиристор	Транзистор
Слой	Четыре слоя	Три слоя
Терминалы	Анод, катод и затвор	Излучатель, коллектор и база
Работа при превышении напряжения и тока	Высшее	Ниже тиристора
Включение	Для включения требуется только стробирующий импульс	Требуемая непрерывная подача управляющего тока
Внутренняя потеря питания	Ниже, чем у транзистора	выше

 

V-I Характеристики Тиристора или SCR

Базовая схема для получения V-I характеристик Тиристора приведена ниже, анод и катод Тиристора подключены к сети через нагрузку. Затвор и катод тиристора питаются от источника Es, используемого для обеспечения тока затвора от затвора к катоду.

 

Согласно характеристической диаграмме существует три основных режима SCR: режим обратной блокировки, режим прямой блокировки и режим прямой проводимости.

Режим блокировки реверса:

В этом режиме катод становится положительным по отношению к аноду при разомкнутом переключателе S. Соединения J1 и J3 смещены в обратном направлении, а соединение J2 смещено в прямом направлении. Когда на тиристор подается обратное напряжение (должно быть меньше V _BR ), устройство обеспечивает высокий импеданс в обратном направлении. Таким образом, тиристор рассматривается как открытый ключ в обратном режиме блокировки. В _{BR – обратное напряжение пробоя, при котором возникает лавина, если напряжение превышает V BR , может привести к повреждению тиристора.}

 

Режим прямой блокировки:

Когда анод становится положительным по отношению к катоду, затвор открыт. Говорят, что тиристор смещен в прямом направлении, переход J1 и J3 смещен в прямом направлении, а J2 смещен в обратном направлении, как вы можете видеть на рисунке. В этом режиме протекает небольшой ток, называемый прямым током утечки, так как прямой ток утечки мал и недостаточен для срабатывания тиристора. Следовательно, SCR рассматривается как разомкнутый переключатель даже в режиме прямой блокировки.

 

Режим прямой проводимости:

Когда прямое напряжение увеличивается, а цепь затвора остается разомкнутой, на переходе J2 возникает лавина, и SCR переходит в режим проводимости. Мы можем включить тринистор в любой момент, подав положительный импульс затвора между затвором и катодом или подав прямое напряжение пробоя между анодом и катодом тиристора.

 

Способы срабатывания SCR или тиристора

Существует множество способов срабатывания SCR, например:

• Запуск прямого напряжения
• Запуск ворот
• запуск dv/dt
• Запуск по температуре
• Включение света

 

Запуск прямого напряжения:

При подаче прямого напряжения между анодом и катодом при открытой цепи затвора соединение J2 смещается в обратном направлении. В результате по J2 происходит формирование слоя обеднения. По мере увеличения прямого напряжения наступает стадия, когда обедненный слой исчезает, и говорят, что J2 имеет Лавинный обвал . Следовательно, тиристор находится в состоянии проводимости. Напряжение, при котором возникает лавина, называется прямым напряжением пробоя V _BO .

 

Запуск затвора:

Это один из наиболее распространенных, надежных и эффективных способов включения тиристора или тринистора. При срабатывании затвора для включения тиристора между затвором и катодом прикладывается положительное напряжение, что приводит к увеличению тока затвора, и заряд инжектируется во внутренний P-слой, и происходит прямой пробой. Чем выше ток затвора, тем ниже напряжение прямого пробоя.

Как показано на рисунке, в SCR есть три соединения, теперь для включения SCR соединение J2 должно разрываться . При использовании метода запуска затвора при подаче импульса затвора соединение J2 разрывается, соединение J1 и J2 смещается в прямом направлении или SCR переходит в состояние проводимости. Следовательно, это позволяет току течь через анод к катоду.

В соответствии с двухтранзисторной моделью, когда анод имеет положительное значение по отношению к катоду. Ток не будет течь через анод к катоду, пока не сработает штифт затвора. Когда ток течет на контакт затвора, он включает нижний транзистор. Когда нижний транзистор ведет, он включает верхний транзистор. Это своеобразная внутренняя положительная обратная связь, поэтому однократная подача импульса на затвор заставляет тиристор оставаться во включенном состоянии. Когда оба транзистора включаются, ток начинает проходить через анод к катоду. Это состояние известно как прямое проведение, и именно так транзистор «защелкивается» или остается постоянно включенным. Для выключения SCR вы не можете отключить его, просто отключив ток затвора, в этом состоянии тиристор становится независимым от тока затвора. Таким образом, для выключения вы должны сделать схему выключения.

 

dv/dt Запуск:

При обратном смещении переход J2 приобретает характеристику конденсатора из-за наличия заряда на переходе, что означает, что переход J2 ведет себя как емкость. Если прямое напряжение прикладывается внезапно, зарядный ток через емкость перехода Cj приводит к включению тиристора.

Зарядный ток i _C определяется по формуле;

i  C  = dQ/dt = d(Cj*Va) / dt (где Va — прямое напряжение на переходе J2)
я  C  = (Cj * dVa /dt) + (Va* dCj / dt)
так как емкость перехода почти постоянна, dCj / dt равна нулю, то
i  C  = Cj dVa / dt 

Следовательно, если скорость нарастания прямого напряжения dVa /dt велика, зарядный ток i _C будет больше. Здесь зарядный ток играет роль тока затвора, чтобы включить SCR, даже если сигнал затвора равен нулю.

 

Запуск по температуре:

Когда тиристор находится в режиме прямой блокировки, большая часть приложенного напряжения собирается на переходе J2, это напряжение связано с некоторым током утечки. Что увеличивает температуру перехода J2. Так, с повышением температуры обедненный слой уменьшается, а при некоторой высокой температуре (в пределах безопасного предела) обедненный слой разрывается и ОПЗ переходит в состояние ВКЛ.

 

Световое срабатывание:

Для срабатывания SCR светом во внутреннем p-слое делается углубление (или полость), как показано на рисунке ниже. Луч света определенной длины волны направляется оптическими волокнами для облучения. Когда интенсивность света превышает определенное значение, SCR включается. Этот тип SCR называется Light Activated SCR (LASCR). Иногда эти SCR запускаются с использованием комбинации источника света и стробирующего сигнала. Для включения тиристора требуется высокий ток затвора и меньшая интенсивность света.

LASCR или SCR с срабатыванием светом используются в системе передачи HVDC (высоковольтный постоянный ток).

Методы включения SCR | Запуск SCR (напряжение, температура, строб)

В этом руководстве мы узнаем о методах включения SCR. Существует несколько методов включения SCR, зависящих от различных параметров, таких как напряжение, температура и т. д. Мы рассмотрим некоторые из наиболее часто используемых методов включения SCR.

Краткое описание

Введение

Прежде чем рассматривать различные способы включения тиристора, т. е. различные методы включения тиристора, давайте быстро вспомним некоторые важные основы выпрямителя, управляемого кремнием, или просто известного как тиристор. SCR, который является важным членом семейства тиристоров, представляет собой полупроводниковый прибор с четырьмя слоями, тремя переходами и тремя выводами. На следующем изображении показаны структура и символ типичного SCR.

SCR состоит из четырех чередующихся слоев полупроводникового материала p-типа и n-типа. Внешняя область «p» подключена к аноду (A), а внешняя область «n» подключена к катоду (K). Внутренняя область «p» связана с третьим терминалом, называемым Воротами (G).

SCR по существу является коммутатором. В отличие от транзистора, который может действовать как переключатель, но также и как усилитель, SCR — это только переключатель, который либо включен, либо выключен. SCR имеет два стабильных состояния, а именно: состояние прямой блокировки и состояние прямой проводимости. Есть и другие состояния, но эти два важны, и поэтому мы сосредоточимся только на них.

Переключение SCR из состояния прямой блокировки (состояние OFF) в состояние прямой проводимости (состояние ON) известно как процесс включения SCR. Это также называется триггером.

Критерий срабатывания тиристора зависит от нескольких переменных, таких как напряжение питания, ток затвора, температура и т. д. Существуют различные способы срабатывания тиристора, чтобы он перешел в состояние ВКЛ. Давайте кратко обсудим некоторые методы включения SCR.

Методы включения SCR (запуск SCR)

Возьмем приведенное выше изображение со структурой SCR в качестве эталона. Если анод (внешняя область «p») становится положительным по отношению к катоду (внешняя область «n»), контакты J ₁ и J ₃ становятся смещенными в прямом направлении, а соединение J ₂ становится смещенным в обратном направлении.

В результате через устройство не протекает ток, за исключением небольшой величины тока утечки. Таким образом, даже несмотря на то, что SCR смещен в прямом направлении, ток по-прежнему не течет, и, следовательно, это состояние известно как состояние прямой блокировки (состояние OFF).

ПРИМЕЧАНИЕ. Существует еще одно состояние, известное как состояние обратной блокировки, когда SCR смещен в обратном направлении. Характеристики в этом состоянии аналогичны характеристикам обычного диода. Давайте теперь сосредоточимся на переводе SCR из состояния прямой блокировки в состояние прямой проводимости путем «включения SCR».

SCR можно перевести в проводящее состояние или переключить из состояния блокировки (непроводящего или ВЫКЛ.) в состояние проводимости (ВКЛ.) любым из следующих способов.

1. Запуск прямого напряжения
2. Запуск по температуре
3. dv/dt Запуск
4. Включение света
5. Запуск ворот

Запуск по прямому напряжению

В методе запуска по прямому напряжению SCR смещен в прямом направлении, т. е. анод более положителен, чем катод, но это напряжение значительно увеличивается. Терминал ворот остается открытым.

По мере увеличения напряжения ширина слоя обеднения перехода J ₂ увеличивается, что, в свою очередь, увеличивает ускоряющее напряжение неосновных носителей на этом переходе. При определенном напряжении произойдет лавинный пробой на внутреннем переходе J ₂ в результате столкновения неосновных носителей заряда с атомами и высвобождения еще большего количества неосновных носителей заряда.

Это напряжение известно как прямое напряжение отключения В _BO . При этом напряжении переход J ₂ становится смещенным в прямом направлении, и тринистор переходит в состояние проводимости. Через тринистор протекает большой ток (от анода к катоду, который ограничен сопротивлением нагрузки) при очень низком падении напряжения на нем.

Во время включения прямое падение напряжения на SCR находится в диапазоне от 1 до 1,5 В, и оно может увеличиваться с увеличением тока нагрузки.

На практике этот метод не используется, поскольку требует очень большого напряжения между анодом и катодом. А также как только напряжение становится больше, чем V _BO , тиристор включается и через него мгновенно протекает очень большой ток, что может привести к повреждению тиристора. Поэтому в большинстве случаев этого типа запуска избегают.

Запуск по температуре

Этот тип запуска также известен как запуск по теплу, так как SCR включается при нагревании. Обратный ток утечки зависит от температуры. При повышении температуры до определенного значения количество пар дырок также увеличивается. Это вызывает увеличение тока утечки и дополнительно увеличивает коэффициент усиления по току тринистора. Это запускает регенеративное действие внутри ОПЗ, поскольку значение (α1 + α2) приближается к единице (при увеличении коэффициента усиления по току).

При повышении температуры на стыке J ₂ ширина обедненного слоя уменьшается. Таким образом, когда напряжение прямого смещения близко к V _BO , мы можем включить SCR, увеличив температуру перехода (J ₂ ). При определенной температуре обратное смещение перехода нарушается, и устройство начинает проводить.

Это срабатывание происходит в некоторых случаях, особенно когда температура устройства выше (также называемое ложным срабатыванием). Этот тип срабатывания практически не используется, так как он вызывает тепловой разгон и, следовательно, устройство или тринистор могут быть повреждены.

dv/dt Запуск

В состоянии прямой блокировки, т. е. анод более положителен, чем катод, переходы J ₁ и J ₃ смещены в прямом направлении, а переход J ₂ смещен в обратном направлении. Так, переход J ₂ ведет себя как конденсатор (J ₁ и J ₃ как проводящие пластины с диэлектриком J ₂ ) за счет объемных зарядов в области обеднения.

Зарядный ток конденсатора определяется как:

 I _C = dQ / dt

 = d(C _j v) / dt

Используя правило дифференциации произведения, мы получаем

 = C _j dv / dt + v dC _j  / dt

Поскольку емкость перехода всегда почти постоянна, мы можем пренебречь скоростью изменения емкости перехода dC _j / dt. Таким образом, окончательный зарядный ток равен:

 I _C = C _j dv/dt

где, I _C — зарядный ток

C _j  — емкость перехода

Q — заряд

v — напряжение, приложенное к устройству

dC _j / dt — скорость изменения емкости перехода

дв/дт это скорость изменения приложенного напряжения

Из приведенного выше уравнения, если скорость изменения приложенного напряжения велика (т. е. оно приложено внезапно), то поток зарядного тока увеличится, что приведет к включению тринистора без каких-либо напряжение затвора.

Понятно, что мы можем включить SCR, просто увеличив скорость изменения напряжения на устройстве, а не прикладывая большое прямое напряжение смещения (как мы сделали в предыдущем случае). Тем не менее, этот метод также практически избегается, потому что он может вызвать ложное включение, а также может вызвать очень высокие скачки напряжения на SCR, что приведет к его значительному повреждению.

Запуск светом

SCR, включенный световым излучением, также называется SCR, активируемым светом (LASCR). Следовательно, срабатывание по свету также известно как срабатывание по излучению. Как правило, этот тип запуска используется в преобразователях с фазовым управлением в системах передачи HVDC.

В этом методе световые лучи с соответствующей длиной волны и интенсивностью падают на соединение J ₂ . Бомбардируемые энергетические частицы света (нейтроны или фотоны) вызывают разрыв электронных связей, в результате чего в устройстве образуются новые электронно-дырочные пары.

По мере увеличения количества носителей заряда происходит мгновенное увеличение протекающего тока, что приводит к включению тринистора.

ПРИМЕЧАНИЕ: Для успешного включения тиристора с помощью светового излучения скорость изменения приложенного напряжения (dv/dt) должна быть высокой.

Запуск шлюза

Это наиболее распространенный и наиболее эффективный метод включения SCR. Когда SCR смещен в прямом направлении, достаточное положительное напряжение на выводе затвора вводит некоторое количество электронов в переход J ₂ . Это приводит к увеличению обратного тока утечки и, следовательно, пробой перехода J ₂ происходит даже при более низком напряжении, чем V _BO .

В зависимости от размера тиристора ток затвора варьируется от нескольких миллиампер до 250 миллиампер и более. Чем больше приложенный ток затвора, тем больше электронов инжектируется в переход J ₂ и приводит к переходу в состояние проводимости при гораздо более низком приложенном напряжении.

В методе запуска затвора положительное напряжение прикладывается между затвором и выводами катода. Мы можем использовать три типа стробирующих сигналов для включения SCR. Это сигнал постоянного тока, сигнал переменного тока и импульсный сигнал.

Запуск затвора постоянным током

При этом запуске достаточное постоянное напряжение прикладывается между клеммами затвора и катода таким образом, что затвор становится положительным по отношению к катоду. Ток затвора переводит SCR в режим проводимости.

В этом методе на затвор подается непрерывный сигнал затвора (напряжение постоянного тока), что вызывает внутреннее рассеивание мощности (или дополнительные потери мощности). Другим важным недостатком является отсутствие изоляции между цепями питания и управления (поскольку они оба постоянного тока).

Запуск по переменному току

Это наиболее часто используемый метод включения SCR, особенно в приложениях переменного тока. При надлежащей изоляции между силовыми цепями и цепями управления (с использованием трансформаторов) тиристор срабатывает от переменного напряжения с фазовым сдвигом, полученного от основного источника питания. Угол открытия управляется изменением фазового угла стробирующего сигнала.

Однако приводу затвора доступна только половина цикла для управления углом открытия, а в течение следующей половины цикла между затвором и катодом прикладывается обратное напряжение. Это одно из ограничений запуска по переменному току, а другое — потребность в отдельном понижающем или импульсном трансформаторе для подачи напряжения на привод затвора от основного источника питания.

Импульсное срабатывание

Наиболее популярным методом срабатывания SCR является импульсное срабатывание. В этом методе на затвор подается одиночный импульс или последовательность высокочастотных импульсов.

Основным преимуществом этого метода является то, что привод затвора является прерывистым или не требует непрерывных импульсов для поворота тринистора, и, следовательно, потери затвора уменьшаются в большей степени за счет применения одиночных или периодически появляющихся импульсов. Для изоляции привода затвора от сети используется импульсный трансформатор.

Динамические характеристики переключения при включении тиристора

Динамические процессы тиристора — это процессы включения и выключения, при которых как напряжение, так и ток тиристора изменяются во времени. Переход из одного состояния в другое занимает конечное время, но не происходит мгновенно.

Статические или VI характеристики SCR не указывают на скорость, с которой SCR переключился в режим прямой проводимости из режима прямой блокировки. Следовательно, динамические характеристики иногда более важны, что дает характеристики переключения тиристора.

Будет ограниченное время перехода, которое требуется SCR для достижения режима прямой проводимости из режима блокировки, которое называется временем включения (t _ON ) SCR. Время включения SCR Ton можно разделить на три отдельных интервала, а именно время задержки t _d , время нарастания t _r и время расширения t _s .

Время задержки (t

_d )

Время задержки измеряется с момента, когда ток затвора достигает 90 процентов от своего конечного значения, до момента, когда анодный ток достигает 10 процентов от своего конечного значения. Его также можно определить как время, необходимое для падения анодного напряжения от начального значения анодного напряжения V _a до 0,9 В _a .

Рассмотрим приведенный ниже рисунок и заметим, что до момента времени td тиристор находится в режиме прямой блокировки, поэтому анодный ток представляет собой небольшой ток утечки. При подаче сигнала стробирования (в 90 процентов от I _g ), то ток затвора достигает 0,1 I _a , а также, соответственно, напряжение между анодом и катодом падает до 0,9 В _a .

При подаче сигнала затвора будет неравномерное распределение тока по поверхности катода, поэтому плотность тока на выводе затвора намного выше. И она быстро уменьшается по мере увеличения расстояния от ворот. Следовательно, время задержки t _d представляет собой время, в течение которого анодный ток протекает в узкой области, где плотность тока (ток затвора) самая высокая.

Время нарастания (t

_r )

Это время, за которое ток анода увеличивается с 10 до 90 процентов от его конечного значения. Также определяется как время, необходимое для падения напряжения прямой блокировки с 0,9 В _a до 0,1 В _a . Это время нарастания обратно пропорционально току затвора и скорости его нарастания.

Следовательно, если на затвор подаются высокие и крутые импульсы тока, это может значительно уменьшить время нарастания t _r . Кроме того, если нагрузка индуктивная, время нарастания будет больше, а для резистивной и емкостной нагрузки оно меньше.

В течение этого времени потери при включении в SCR высоки из-за большого анодного тока и высокого анодного напряжения. Это может привести к образованию локальных горячих точек и, как следствие, к повреждению тиристора.

Spread Time (t

_s )

Это время, необходимое для падения напряжения прямой блокировки с 0,1 В _a до падения напряжения в состоянии ВКЛ, которое находится в диапазоне от 1 до 1,5 вольт. За это время анодный ток растекался по всей проводящей области ОПЗ от узкой проводящей области. По истечении времени распространения через устройство протекает полный анодный ток с небольшим падением напряжения во включенном состоянии.

Таким образом, общее время включения t _ON равно:

t _ON = t _r + t _d + t _{с 9 0322}

Типичное значение времени включения составляет от 1 до 4 микросекунд в зависимости от формы сигнала стробирующего сигнала и параметров анодной цепи. Чтобы сократить время включения тиристора, амплитуда импульса затвора должна быть в 3-5 раз больше минимального тока затвора тиристора.

Цепи зажигания SCR

Как мы видели выше, из различных методов срабатывания тиристора, срабатывание затвора является наиболее эффективным и надежным методом. Большинство приложений управления используют этот тип запуска, потому что желаемый момент поворота SCR возможен с помощью метода запуска затвора. Давайте посмотрим на различные схемы зажигания SCR.

Цепь возбуждения сопротивления

• На схеме ниже показано срабатывание сопротивления тиристора, когда он используется для управления нагрузкой от входного источника переменного тока. Комбинированная схема сопротивления и диода действует как схема управления затвором для переключения SCR в желаемое состояние.
• При подаче положительного напряжения тиристор смещен в прямом направлении и не проводит ток до тех пор, пока его ток затвора не превысит минимальный ток затвора тиристора.
• Когда ток затвора подается путем изменения сопротивления R2 таким образом, чтобы ток затвора был больше минимального значения тока затвора, SCR включается. И, следовательно, ток нагрузки начинает течь через SCR.
• Тиристор остается включенным до тех пор, пока ток анода не станет равным току удержания тиристора. И он выключится, когда приложенное напряжение равно нулю. Таким образом, ток нагрузки равен нулю, поскольку SCR действует как открытый переключатель.
• Диод защищает схему управления затвором от обратного напряжения затвора во время отрицательного полупериода входа. А сопротивление R1 ограничивает ток, протекающий через вывод затвора, и его значение таково, что ток затвора не должен превышать максимальный ток затвора.
• Это самый простой и экономичный тип триггера, но ограниченный для нескольких применений из-за его недостатков.
• При этом угол срабатывания ограничен только 90 градусами. Поскольку приложенное напряжение максимально при 90 градусов, поэтому ток затвора должен достигать минимального значения тока затвора где-то между 0 и 90 градусами.

Резистивно-емкостная (RC) цепь возбуждения

• Ограничение сопротивления цепи возбуждения может быть преодолено с помощью цепи запуска RC, которая обеспечивает управление углом возбуждения от 0 до 180 градусов. Изменяя фазу и амплитуду тока затвора, с помощью этой схемы достигается большой разброс угла открытия.
• На рисунке ниже показана RC-цепь запуска, состоящая из двух диодов с RC-цепью, подключенной для включения SCR.
• За счет изменения переменного сопротивления угол срабатывания или срабатывания регулируется в полном положительном полупериоде входного сигнала.
• В течение отрицательного полупериода входного сигнала конденсатор заряжается положительной нижней пластиной через диод D2 до максимального напряжения питания Vmax. Это напряжение остается равным -Vmax на конденсаторе до тех пор, пока напряжение питания не достигнет нуля.
• Во время положительного полупериода входа тиристор смещается в прямом направлении, и конденсатор начинает заряжаться через переменное сопротивление до значения напряжения срабатывания тиристора.
• Когда напряжение зарядки конденсатора равно напряжению срабатывания затвора, SCR включается, и на конденсаторе сохраняется небольшое напряжение. Таким образом, напряжение на конденсаторе полезно для срабатывания SCR даже после отклонения формы входного сигнала на 90 градусов.
• При этом диод D1 предотвращает отрицательное напряжение между затвором и катодом во время отрицательного полупериода входа через диод D2.

Схема запуска UJT

• Это наиболее распространенный метод запуска SCR, поскольку длительные импульсы на затворе с использованием методов запуска R и RC вызывают большее рассеивание мощности на затворе, поэтому использование UJT (однопереходного транзистора) ) в качестве пускового устройства потери мощности ограничены, так как он производит серию импульсов.
• Сеть RC подключена к терминалу эмиттера UJT, который формирует схему синхронизации. Конденсатор фиксирован, в то время как сопротивление является переменным, и, следовательно, скорость зарядки конденсатора зависит от переменного сопротивления, что означает контроль постоянной времени RC.