6.6.1. Способы включения тиристоров | Электротехника
Включение тиристора путем медленного увеличения напряжения между основными электродами до напряжения включения
Этот способ рассмотрен в разд. 6.1. Им можно включить как динистор, так и тринистор.
Включение тиристора с помощью тока управления
Как было показано, увеличение тока через один из эмиттерных переходов из-за подачи соответствующего напряжения на управляющий электрод приводит к накоплению неравновесных носителей заряда в базовых областях тиристора и к включению его при напряжении между основными электродами, значительно меньшем, чем напряжение включения при разомкнутой цепи управляющего электрода. Процесс накопления неравновесных носителей заряда в базовых областях происходит не мгновенно, поэтому для включения тиристора необходимо, чтобы импульс управляющего тока имел определенную длительность и амплитуду.
При переключении тиристора транзисторные структуры, образующие тиристор, переходят из режима отсечки в режим насыщения через активный режим.
Включение тиристора путем быстрого увеличения анодного напряжения
При быстром нарастании основного напряжения на тиристоре через него будет проходить емкостный ток, обусловленный наличием барьерных емкостей коллекторного и эмиттерных переходов (рис. 6.13, а).
Рассмотрим сначала влияние барьерной емкости коллекторного перехода. Емкостный ток через коллекторный переход равна:
.
Чем больше скорость изменения основного напряжения на тиристоре, тем больше значение емкостного тока через коллекторный переход. Этот ток, проходя через эмиттерные переходы, вызывает увеличение коэффициентов передачи токов эмиттера тран
зисторных структур, что приводит к включению тиристора при основном напряжении, меньшем напряжения включения на постоянном токе (рис. 6.13, б).
Барьерные емкости эмиттерных переходов являются причиной появления емкостных токов через эти переходы при быстром изменении основного напряжения на тиристоре. Эти токи не связаны с инжекцией носителей заряда. Поэтому с увеличением скорости изменения основного напряжения включение тиристора должно происходить при напряжениях, больших (рис. 6.13, б), если учитывать только барьерные емкости эмиттерных переходов.
Практически барьерная емкость коллекторного перехода сказывается сильнее, так как она шунтирует большое активное сопротивление коллекторного перехода, смещенного в обратном направлении при закрытом состоянии тиристора. Барьерные емкости эмиттерных переходов сами оказываются зашунтированными малыми активными сопротивлениями эмиттерных переходов, смещенных при закрытом состоянии тиристора в прямом направлении. Поэтому напряжение включения тиристора с увеличением скорости нарастания основного напряжения уменьшается.
Однако эффект включения тиристоров при большой скорости нарастания основного напряжения часто оказывается не положительным, а отрицательным свойством, так как может приводить к самопроизвольному включения тиристора, например при подключении источника питания. Эффективным способом ослабления этого эффекта является шунтирование эмиттерного перехода объемным сопротивлением прилегающей базовой области.
принцип работы и способы управления
Тиристор — электронный компонент, изготовленный на основе полупроводниковых материалов, может состоять из трёх или более p-n-переходов и имеет два устойчивых состояния: закрытое (низкая проводимость), открытое (высокая проводимость).
Это сухая формулировка, которая для тех, кто только начинает осваивать электротехнику, абсолютно ни о чём не говорит. Давайте разберём принцип работы этого электронного компонента для обычных людей, так сказать, для чайников, и где его можно применить. По сути, это электронный аналог выключателей, которыми вы каждый день пользуетес
Есть много типов этих элементов, обладающие различными характеристиками и имеющие различные области применения. Рассмотрим обычный однооперационный тиристор.
Способ обозначения на схемах показан на рисунке 1.
Электронный элемент имеет следующие выводы:
- анод — положительный вывод;
- катод — отрицательный вывод;
- управляющий электрод G.
Принцип действия тиристора
Если говорить, как работает тиристор простым языком, то он, по аналогии с диодом, может проводить ток только в одном направлении, поэтому при его подключении нужно соблюдать правильную полярность. При подаче напряжения к аноду и катоду этот элемент будет оставаться закрытым до момента, когда на управляющий электрод будет подан соответствующий электрический сигнал. Теперь, независимо от наличия или отсутствия управляющего сигнала, он не изменит своего состояния и останется открытым.
Условия закрытия тиристора:
- Снять сигнал с управляющего электрода;
- Снизить до нуля напряжение на катоде и аноде.
Для сетей переменного тока выполнение этих условий не вызывает особых трудностей. Синусоидальное напряжение, изменяясь от одного амплитудного значения до другого, снижается до нулевой величины, и если в этот момент управляющего сигнала нет, то тиристор закроется.
В случае использования тиристоров в схемах постоянного тока для принудительной коммутации (закрытия тиристора) используют ряд способов, наиболее распространённым является использование конденсатора, который был предварительно заряжен. Цепь с конденсатором подключается к схеме управления тиристором. При подключении конденсатора в цепь произойдёт разряд на тиристор, ток разряда конденсатора будет направлен встречно прямому току тиристора, что приведёт к уменьшению тока в цепи до нулевого значения и тиристор закроется.
Можно подумать, что применение тиристоров неоправданно, не проще ли использовать обычный ключ? Огромным плюсом тиристора является то, что он позволяет коммутировать огромные токи в цепи анода-катода при помощи ничтожно малого управляющего сигнала, поданного в цепь управления. При этом не возникает искрения, что немаловажно для надёжности и безопасности всей схемы.
Схема включения
Схема управления может выглядеть по-разному, но в простейшем случае схема включения тиристорного ключа имеет вид, показанный на рисунке 2.
К аноду присоединена лампочка L, а к ней выключателем К2 подключается плюсовая клемма источника питания G. B. Катод соединяется с минусом питания.
После подачи питания выключателем К2 к аноду и катоду будет приложено напряжение батареи, но тиристор остаётся закрытым, лампочка не светится. Для того чтобы включить лампу, необходимо нажать на кнопку К1, сигнал через сопротивление R будет подан на управляющий электрод, тиристорный ключ изменит своё состояние на открытое, и лампочка загорится.
Сопротивление ограничивает ток, подаваемый на управляющий электрод. Повторное нажатие на кнопку К1 никакого влияния на состояние схемы не оказывает.Для закрытия электронного ключа нужно отключить схему от источника питания выключателем К2. Этот тип электронных компонентов закроется, и в случае снижения напряжения питания на аноде до определённой величины, которая зависит от его характеристик. Вот так можно описать, как работает тиристор для чайников.
Характеристики
К основным характеристикам можно отнести следующие:
- Максимально допустимый прямой ток — наибольшая возможная величина тока открытого элемента;
- Максимально допустимый обратный ток — ток при максимальном обратном напряжении;
- Прямое напряжение — падение величины напряжения при максимальном токе;
- Обратное напряжение — наибольшая допустимая величина напряжения в закрытом состоянии;
- Напряжение включения — наименьшее напряжение при котором сохраняется работоспособность электронного устройства;
- Минимальный и максимальный ток управляющего электрода;
- Максимально допустимая рассеиваемая мощность.
Рассматриваемые элементы, кроме электронных ключей, часто применяются в регуляторах мощности, которые позволяют изменять подводимую к нагрузке мощность за счёт изменения среднего и действующего значений переменного тока. Величина тока регулируется изменением момента подачи на тиристор открывающего сигнала (за счёт варьирования угла открывания). Углом открытия (регулирования) называется время от начала полупериода до момента открытия тиристора.
Типы данных электронных компонентов
Существует немало различных типов тиристоров, но наиболее распространены, помимо тех что мы рассмотрели выше, следующие:
- динистор — элемент, коммутация которого происходит при достижении определённого значения величины напряжения, приложенного между анодом и катодом;
- симистор;
- оптотиристор, коммутация которого осуществляется световым сигналом.
youtube.com/embed/tt3Frh5x_jM” allowfullscreen=”allowfullscreen”/>
Симисторы
Хотелось бы более подробно остановиться на симисторах. Как говорилось ранее, тиристоры могут проводить ток только в одном направлении, поэтому при установке их в цепи переменного тока, такая схема регулирует один полупериод сетевого напряжения. Для регулирования обоих полупериодов необходимо установить встречно-параллельно ещё один тиристор либо применить специальные схемы с использованием мощных диодов или диодных мостов. Все это усложняет схему, делает её громоздкой и ненадёжной.
Вот для таких случаев и был изобретён симистор. Поговорим о нем и о принципе работы для чайников. Главное отличие симисторов от рассмотренных выше элементов заключается в способности пропускать ток в обоих направлениях. По сути, это два тиристора с общим управлением, подключённые встречно-параллельно (рисунок. 3 А).
Условное графическое обозначение этого электронного компонента показано на Рис. 3 В. Следует заметить, что называть силовые выводы анодом и катодом будет не корректно, так как ток может проводиться в любом направлении, поэтому их обозначают Т1 и Т2. Управляющий электрод обозначается G. Для того чтобы открыть симистор, необходимо подать управляющий сигнал на соответствующий вывод. Условия для перехода симистора из одного состояния в другое и обратно в сетях переменного тока не отличаются от способов управления, рассмотренных выше.
Применяется этот тип электронных компонентов в производственной сфере, бытовых устройствах и электроинструментах для плавного регулирования тока. Это управление электродвигателями, нагревательными элементами, зарядными устройствами.
В завершение хотелось бы сказать, что и тиристоры и симисторы, коммутируя значительные токи, обладают весьма скромными размерами, при этом на их корпусе выделяется значительная тепловая мощность. Проще говоря, они сильно греются, поэтому для защиты элементов от перегрева и теплового пробоя используют теплоотвод, который в простейшем случае представляет собой алюминиевый радиатор.
Напряжение – включение – тиристор
Напряжение – включение – тиристор
Cтраница 2
Семейство вольт-амперных характеристик тринистора представлено на рис. 16.32. Подавая на управляющий электрод соответствующий сигнал, можно менять напряжение включения тиристора. [16]
Чтобы тиристор Д был выключен, следует обеспечить соотношение вкл о EZ i / сн Е2, где Umn о – напряжение включения тиристора при нулевом токе управляющего электрода. [17]
Часто токи закрытых тиристоров не превышают допустимого паспортного значения почти на всем участке АО ( см. рис. 11 – 16) ивольт-амперной характери-стики что позволяет определять напряжения включения тиристоров при быстром выполнении измерений. [18]
Следует отметить, что сокращение времени жизни неосновных носителей должно сопровождаться уменьшением толщин базовых областей, так как в противном случае условие переключения aj а2: г 1 может не выполняться вследствие снижения коэффициентов передачи Oj и а2 – При этом напряжение включения тиристора падает. Если же толщины базовых областей изменяются мало, то возрастают постоянный отпирающий ток управляющего электрода, а также время включения, падение напряжения на открытом тиристоре и удерживающий ток. [19]
К – момент нажатия К; Кг – момент нажатия К2; Д – длительность нахождения тиристора во включенном состоянии; i – время, предоставляемое для восстановления управляемости; / – кривая напряжения на аноде при i BOcci – то же ПРЯ Лвосст; 3 – кривая восстанавливающегося прямого напряжения при испытаниях тиристоров на заводе; Увкл-номинальное напряжение включения тиристора. [21]
Барьерные емкости эмиттерных переходов хотя и имеют большие значения по сравнению с барьерной емкостью коллекторного перехода, но на процесс включения тиристора влияют значительно меньше, так как они шунтируют малые сопротивления эмиттерных переходов, включенных в прямом направлении. Поэтому напряжение включения тиристора в открытое состояние с увеличением скорости изменения анодного напряжения уменьшается. [23]
Запускающий импульс положительной полярности, поступая через конденсатор С на управляющий электрод тиристора, вызывает появление и дальнейшее, по мере нарастания фронта запускающего импульса, увеличение прямого тока управляющего электрода. Вследствие этого напряжение включения тиристора ( см. рис. 7.16) снижается. [24]
На рис. 130, г показана осциллограмма напряжения ис, на конденсаторе Сг. Конденсатор заряжается до напряжения включения тиристора ТР ( иСг ъ ишл), а в момент открытия тиристора разряжается и напряжение иСг резко уменьшается, практически до нуля. [26]
Амплитудный метод обеспечивает изменение момента включения тиристора tBKJI в течение положительного полупериода и – при изменении напряжения управления му, приложенного к управляющему электроду. Так же как в тиратроне, увеличение ы, приводит к уменьшению напряжения включения тиристора ывкл. На интервале каждого полупериода синусоидального анодного напряжения при заданной функции управления ыу ( t) тиристор включается, а в момент изменения знака и – отключается. [28]
Триодный тиристор имеет управляющий электрод. При подаче прямого тока ( относительно катода на управляющем электроде при этом положительное напряжение) напряжение включения тиристора уменьшается. При управ-ляк) щем токе, равном току спрямления, тиристор включается и остается во вклю – ченном состоянии и после снятия управляющего тока. Выключить триодный тиристор, как и динистор, мойсно путем уменьшения анодного тока или снятия анодного напряжения. [29]
Практически барьерная емкость коллекторного перехода сказывается сильнее, так как она шунтирует большое активное сопротивление коллекторного перехода, смещенного в обратном направлении при закрытом состоянии тиристора. Барьерные емкости эмиттерных переходов сами оказываются зашунтирован-ными малыми активными сопротивлениями эмиттерных переходов, смещенных при закрытом состоянии тиристора в прямом направлении. Поэтому напряжение включения тиристора с увеличением скорости нарастания основного напряжения уменьшается. [30]
Страницы: 1 2 3
Тиристоры для чайников / Хабр
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 электрода7.
Время задержки включения/выключения8.
Максимально допустимая рассеиваемая мощностьЗаключение
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
Тиристорные коммутаторы нагрузки (10 схем)
Для включения и отключения нагрузки (ламп накаливания, обмоток реле, электродвигателей и т.п.) зачастую используют тиристоры. Особенность этого вида полупроводниковых приборов и основное их отличие от транзисторов заключается в том, что они обладают двумя устойчивыми состояниями, без каких-либо промежуточных.
Это состояние «включено», когда сопротивление полупроводникового прибора минимально, и состояние «выключено», когда сопротивление тиристора максимально. В идеале эти сопротивления приближаются к нулю или бесконечности.
Для включения тиристора на его управляющий электрод достаточно хотя бы кратковременно подать управляющее напряжение. Отключить тиристор (запереть) можно кратковременным выключением питания тиристора, сменой полярности питающего напряжения либо уменьшением тока в нагрузке ниже тока удержания тиристора.
Обычно включают и отключают тиристорные коммутаторы двумя кнопками. Значительно меньшее распространение получили однокнопочные схемы управления тиристорами.
Здесь подробно рассмотрены методы однокнопочного управления тиристорными коммутаторами. Принцип работы тиристорных однокнопочных управляющих устройств основан на динамических зарядно-разрядных процессах в цепи управления тиристора [EW 4/01-299].
Схема однокнопочного управления тиристором
На рисунке 1 показана одна из простейших схем однокнопочного управления тиристорным коммутатором. В схеме (здесь и далее) используют кнопки без фиксации положения. В исходном состоянии нормально замкнутые контакты кнопки шунтируют цепь управления тиристором.
Сопротивление тиристора максимально, ток через нагрузку не протекает. Диаграммы основных процессов, протекающих в схеме на рис. 1, рассмотрены на рис. 2.
Для включения тиристора (ON) нажимают на кнопку SB1. При этом нагрузка оказывается подключенной к источнику питания через контакты кнопки SB1, а конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания.
Скорость заряда конденсатора определяется постоянной времени цепи R1C1 (см. диаграмму). После того как кнопку отпустят, конденсатор С1 разряжается на управляющий электрод тиристора. Если напряжение на нем равно или превышает напряжение включения тиристора, тиристор отпирается.
Рис. 1. Принципиальная схема управления тиристором с помощью одной кнопки.
Рис. 2. Диаграммы основных процессов, протекающих в схеме с тиристором.
Отключить нагрузку (OFF) можно кратковременным нажатием на кнопку SB1. При этом конденсатор С1 не успевает зарядиться. Поскольку контакты кнопки шунтируют электроды тиристора (анод — катод), это равноценно отключению источника питания тиристора. В результате нагрузка будет отключена.
Следовательно, для включения нагрузки необходимо с большей продолжительностью нажать на управляющую кнопку, для отключения — еще раз кратковременно нажать ту же кнопку.
Простые силовые ключи на тиристорах
На рис. 3 и 4 показаны варианты схемной идеи, представленной на рис. 1. На рис. 3 использована цепочка последовательно соединенных диодов VD1 и VD2 для ограничения максимального напряжения заряда конденсатора.
Рис. 3. Вариант схемы управления тиристором одной кнопкой.
Это позволило заметно снизить рабочее напряжение (до 1,5…3 В) и емкость конденсатора С1. В следующей схеме (рис. 4) резистор R1 включен последовательно с нагрузкой, что позволяет создать двухполюсный коммутатор нагрузки. Сопротивление нагрузки должно быть намного ниже, чем сопротивление R1.
Рис. 4. Схема электронного ключа на тиристоре с последовательным подключением нагрузки.
Тиристорный коммутатор с двумя кнопками
Тиристорное устройство управления нагрузкой (рис. 5) может быть использовано для включения и выключения нагрузки любой из нескольких последовательно включенных кнопок, работающих на разрыв цепи. Принцип действия тиристорного коммутатора заключается в следующем.
При включении устройства напряжение, подаваемое на управляющий электрод тиристора, недостаточно для его включения. Тиристор, и, соответственно, нагрузка отключены. При нажатии на любую из кнопок SB1 — SBn (и удержании ее нажатой) конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания. Цепь управления тиристора и сам тиристор при этом отключены.
Рис. 5. Схема простого тиристорного коммутатора нагрузки с двумя кнопками.
После отпускания кнопки и восстановления цепи питания тиристора накопленная конденсатором С1 энергия оказывается приложенной к управляющему электроду тиристора. В результате разряда конденсатора через управляющий электрод тиристор включается, подсоединяя тем самым нагрузку к цепи питания.
Для отключения тиристора (и нагрузки) кратковременно нажимают на любую из кнопок SB1 — SBn. При этом конденсатор С1 не успевает зарядиться. В то же время цепь питания тиристора размыкается, тиристор запирается.
Величина резистора R2 зависит от напряжения питания устройства: при напряжении 15 В его сопротивление — 10 кОм при 9 В — 3,3 кОм при 5 6-1,2 кОм.
Схема с эквивалентом тиристора на транзисторах
При использовании вместо тиристора его транзисторного аналога (рис. 6) величина этого резистора меняется, соответственно, от 240 кОм (15 В) до 16 кОм (9 В) и до 4,7 кОм (5 В).
Рис. 6. Схема электронного коммутатора нагрузки с транзисторным эквивалентом тиристора.
Аналог многокнопочного переключателя на тиристорах
Тиристорное устройство, позволяющее создать аналог многокнопочного переключателя с зависимой фиксацией положения и использующее для управления кнопочные элементы, работающие без фиксации, показано на рис. 7. В схеме может быть использовано несколько тиристоров, однако, для упрощения схемы, на рисунке показано лишь два канала. Другие каналы коммутации могут быть подключены аналогично предыдущим.
Рис. 7. Принципиальная схема аналога многокнопочного переключателя с использованием тиристоров.
В исходном состоянии тиристоры заперты. При нажатии на кнопку управления, например, кнопку SB1, конденсатор С1 относительно большой емкости оказывается подключенным к источнику питания через диоды VD1 — VDm и сопротивления нагрузки всех каналов.
В результате заряда конденсатора возникает импульс тока, приводящий к кратковременному замыканию анодов всех тиристоров через соответствующие диоды VD1 — VDm на общую шину.
Любой из тиристоров, если он был включен, отключается. В то же время конденсатор накапливает энергию. После отпускания кнопки конденсатор разряжается на управляющий электрод тиристора, отпирая его.
Для включения любого другого канала нажимают соответствующую кнопку. Происходит отключение (сброс) ранее задействованной нагрузки и включение новой нагрузки. В схеме предусмотрена кнопка SB0 общего отключения всех нагрузок.
Многокнопочный переключатель с транзисторным аналогом тиристоров
Вариант схемы, выполненный на транзисторных аналогах тиристоров и диодно-емкостных зарядных цепочках с использованием малогабаритных конденсаторов, показан на рис. 8, 9.
Рис. 8. Схема эквивалентной замены тиристора транзисторами.
В схеме предусмотрена светодиодная индикация включенного канала. В этой связи максимальный ток нагрузки каждого из каналов ограничен значением 20 мА.
Рис. 9. Схема многокнопочного переключателя с транзисторным аналогом тиристоров.
Устройства, аналогичные представленным на рис. 7 – 9, а также на рис. 10 – 12, можно использовать для систем выбора программ радио- и телеприемников.
Недостатком схемных решений (рис. 7 – 9) является то, что в момент нажатия на любую из кнопок все нагрузки оказываются хотя бы на мгновение подключенными к источнику питания.
Схемы многопозиционных переключателей
На рис. 10 и 11 показан тиристорный коммутатор разрывного типа с неограниченным количеством последовательно включенных элементов.
При нажатии на одну из кнопок управления цепь питания аналогов тиристоров размыкается по постоянному току. Конденсатор С1 оказывается включенным последовательно с аналогом тиристора.
Рис. 10. Схема базового элемента для самодельного многопозиционного коммутатора нагрузки.
Рис. 11. Принципиальная схема самодельного многопозиционного коммутатора нагрузки.
Одновременно управляющее напряжение (нулевого уровня) через задействованную кнопку и резистор R2 (рис. 10) подается на управляющий электрод аналога тиристора.
Поскольку в первые мгновения при нажатии кнопки последовательно с аналогом тиристора оказывается включенным полностью разряженный конденсатор, такое включение равносильно короткому замыканию в цепи питания соответствующего тиристора. Следовательно, тиристор отпирается, включая тем самым соответствующую нагрузку.
При нажатии на любую другую кнопку ранее задействованный канал отключается, и включается другой канал. При длительном (порядка 2 сек) нажатии на любую из кнопок конденсатор С1 заряжается, что равнозначно размыканию цепи и приводит к запиранию всех тиристоров.
Схема усовершенствованного электронного переключателя
Рис. 12. Принципиальная схема тиристорного коммутатора для множества нагрузок.
В ряду тиристорных коммутаторов наиболее совершенной представляется схема, показанная на рис. 12. При нажатии кнопки управления возникает бросок тока, эквивалентный короткому замыканию.
Происходит отключение ранее задействованных тиристоров и включение тиристора, соответствующего нажатой кнопке. В схеме предусмотрена светодиодная индикация задействованного канала, а также кнопка общего сброса.
Вместо конденсаторов большой емкости могут быть использованы диодно-конденсаторные цепочки (рис. 12). Принцип действия схемы сохраняется. В качестве нагрузки можно использовать низковольтные реле, например, РМК 11105 сопротивлением 350 Ом на рабочее напряжение 5 В.
Резистор R1 ограничивает ток короткого замыкания и ток максимального потребления величиной 10… 12 мА. Количество каналов коммутации не ограничено.
Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.
Включение тиристоров – Энциклопедия по машиностроению XXL
Управление необходимо осуществлять узкими пачками высокочастотных импульсов, причем амплитуда и длительность каждого импульса должны обеспечить надежное включение тиристоров. [c.75]В схеме ИПИ-2 напряжение на накопителе достигает сравнительно высоких значений, поэтому в плечах выпрямителя-коммутатора применено последовательное соединение диодов и тиристоров. Управление последовательно включенными тиристорами в схемных зарядных устройств имеет некоторые особенности. Подача управляющих сигналов на открывание тиристоров обычно производится с помощью импульсного трансформатора с несколькими, по числу тиристоров, вторичными обмотками. Каждая из обмоток принимает потенциал катода тиристора, к которому она подключена. В последовательной цепочке на катодах потенциал возрастает от тиристора к тиристору, соответственно возрастает потенциал от обмотки к обмотке. Между крайними тиристорами и обмотками образуется разность потенциалов, почти равная полному напряжению, приложенному к последовательной цепочке тиристоров. Отсюда вытекает требование к конструкции импульсного трансформатора изоляция между его обмотками должна выдерживать полное напряжение на цепочке закрытых тиристоров. [c.64]
Одной из особенностей, которую следует учитывать при разработке схем, является то, что системы управления работают в условиях сильных импульсных помех, возникающих как внутри самой установки, так и вне ее. Например, внутри установки помехи появляются в момент включения тиристоров зарядного и разрядного коммутаторов, при срабатывании блоков зажигания, во время зарядки и разрядки накопителя и т. п. Без принятия специальных мер по подавлению помех и повышению помехоустойчивости узлов системы управления оказываются практически неработоспособными. [c.76]
На рис. 1.1 приведены схемы однофазных контактных машин. В машинах переменного тока коммутация тока первичной обмотки сварочного трансформатора ТС и плавное регулирование сварочного тока 1 производятся с помощью контактора К, который состоит из двух включенных антипараллельно тиристоров. Меняя угол включения тиристоров, в каждом полупериоде тока производят плавное изменение амплитуды и длительности импульсов сварочного тока. [c.168]
Если в точках 1 подавать импульсы на включение тиристора VS1, анод которого находится под положительным потенциалом, а в точках 2 включать тиристор VS2, который может проводить ток, так как произошла смена полярности, то через нагрузку потечет переменный ток синусоидальной формы. Длительность этого тока определяется числом импульсов управления. После прекращения подачи импульсов на управляющие электроды тиристоров ток через трансформатор прерывается с окончанием проводимости последнего включенного тиристора. [c.218]
Регулирование угла включения тиристоров осуществляется посредством управляющих импульсов, синхронизированных с частотой питающего напряжения. Угол включения при этом изменяется соответствующим сдвигом импульсов в зависимости от сигнала рассогласования. Сигнал рассогласования представляет собой разность двух напряжений напряжения задатчика R и напряжения обратной связи (от измерительного трансформатора). [c.156]
Принципиально возможны два варианта схем включения тиристоров с силовым трансформатором на первичной и вторичной сторонах. [c.162]
Включение тиристоров на вторичной стороне силового трансформатора позволяет совместить выполнение функций управляющих и выпрямительных элементов. Однако получение больших токов в нагрузке (10 кА и выше) требует параллельного включения большого числа тиристоров, что значительно снижает надежность, усложняет схему управления и повышает стоимость источника. В мощных источниках питания для размерной ЭХО регулирующий блок целесообразно устанавливать на первичной стороне силового трансформатора, а блок выпрямления собирать из неуправляемых вентилей [165]. [c.162]
При коммутации трехфазного трансформатора подключение каждой фазы к сети должно производиться с учетом направления намагничивания стержня данной фазы от предыдущего его намагничивания при включении других фаз. При использовании симметричных или несимметричных коммутаторов направление намагничивания стержней трансформатора может быть согласовано с последовательностью включения тиристоров. В этом случае схема управления должна обеспечивать необходимую последовательность импульсов запуска тиристоров коммутатора. Для обеспечения такой последовательности схема управления должна иметь запоминающие элементы. [c.166]
Помимо метода замыкания цепи управления существует и другой метод включения тиристора — увеличение анодного напряжения при отключенной цепи управ- [c.39]
Надежное включение тиристоров будет обеспечено, если реальные значения тока и напряжения управления будут выше показанных на рис. 19 минимальных граничных величин, т. е. внешние характеристики цепей [c.43]
Помимо выпрямителей с регулировкой напряжения тиристорами, включенными во вторичную цепь силового трансформатора, применяются устройства, предусматривающие включение тиристоров в цепь первичной обмотки трансформатора. В этом случае в цепь вторичной обмотки трансформатора включают неуправляемые силовые вентили (рис. 20, б). Так как в автоматических катодных станциях и усиленных электродренажах используются понижающие трансформаторы, применение схемы с регулировкой напряжения тиристорами, включенными в первичную цепь, может дать определенные преимущества, связанные с отказом от устройств принудительного воздушного охлаждения. Подробнее методика проверки полупроводниковых приборов изложена ниже. Здесь можно только сказать, что отказ от вентиляторов в установках защиты от подземной коррозии требует, повышая в целом их надежность, определенного увеличения числа [c.45]
К настоящему времени схемы с регулировкой напряжения тиристорами, включаемыми во вторичную цепь трансформатора, разработаны значительно полнее, чем схемы регулировки напряжения тиристорами, включаемыми в первичную цепь. Поэтому в серийно выпускаемых автоматических противокоррозионных установках в значительном большинстве случаев применяется первая схема включения тиристоров. [c.46]
Таким образом, для работы выпрямительного регулируемого с помощью тиристоров блока автоматической катодной станции или усиленного электродренажа необходимо обеспечить включение тиристоров в строго определенные моменты времени, которые в свою очередь устанавливаются в зависимости от воспринимаемого сигнала — разности потенциалов между защищаемым сооружением и электродом сравнения. Система управления тиристорами может быть выполнена по горизонтальному или вертикальному принципу. При горизонтальном управлении система осуществляет сдвиг синусоиды питающей сети, а затем из нее при необходимости формируются импульсы управления. Сдвиг фазы напряжения, как правило, осуществляется с помощью фазовращателя. На рис. 21,а показана схема фазовращателя, где в цепь вторичной обмотки трансформатора цепи управления включены постоянная емкость и мостовой выпрямитель однофазного тока, который можно рассматривать как переменное активное сопротивление с величиной, определяемой напряжением сигнала С/вх- [c. 46]
Параллельно включенными тиристорами можно управлять как по отдельным каналам, так и от одного канала при параллельном включении цепей управления. Для выравнивания входных сопротивлений параллельно [c.47]
Для снятия вольт-амперных характеристик тиристоров целесообразно иметь простейшие стенды, аналогичные тем, которые были описаны выше. Измерение времени включения тиристора, допустимой скорости нарастания прямого тока и времени выключения тиристора требует наличия специальной аппаратуры [4]. [c.48]
Задержка открытия тиристора — а применяется для измерения угла фазового управления — задержки по отношению к углу включения тиристоров, при котором получается максимальное выпрямленное напряжение. Среднее значение выпрямленного напряжения зависит от а и характера нагрузки. При чисто активной нагрузке кривая выпрямленного тока повторяет кривую выпрямленного напряжения. Задержка момента естественной коммутации на [c. 136]
Коммутация при помощи параллельно включенного конденсатора, разряжаемого посредством другого рабочего тиристора. Этот способ легко проследить на примере простейшего мультивибратора. Рассмотрим его подробнее. При протекании тока через тиристор Т1 (рис. 126, а) конденсатор С заряжается с указанной полярностью. После включения тиристора Т2 разряд конденсатора выключает тиристор В1. Затем конденсатор С перезаряжается до напряжения противоположной полярности, подготовляясь к выключению тиристора Т2. На рассматриваемом принципе построены параллельные инверторы. [c.142]
Коммутация при помощи последовательного ЬС-контура, включенного последовательно с тиристором (рис, 126, в). При включении тиристора Т конденсатор С заряжается, причем анодный ток имеет синусоидальную форму. Выключение тиристора происходит благодаря естественному спаданию анодного тока (тока 1С-контура) до нуля. Резистор В необходим для разряда конденсатора к моменту очередного включения тиристора. Интервал проводимости тиристора равен половине периода собственных колебаний С-контура. С использованием рассмотренного принципа работают последовательные инверторы. Хотя такие инверторы отличаются повышенной устойчивостью к опрокидыванию, их применение ограничено резкой зависимостью напряжения на тиристорах и формы выходного напряжения от нагрузки. [c.143]
Силовые кремниевые тиристоры предусматриваются ГОСТом на предельные токи от 10 до 1000 А. Тиристоры могут соединяться параллельно. Как и для неуправляемых диодов применяют индуктивные делители тока и выравнивающие резисторы. Задача распределения нагрузки между тиристорами несколько усложняется. При одновременной подаче отпирающего импульса на управляющие электроды параллельно соединенных тиристоров первым перейдет в открытое состояние тиристор, обладающий наименьшим временем включения, поэтому падение напряжения на нем и на параллельно включенных тиристорах снизится, что затрудняет включение остальных тиристоров. По прямому падению напряжения тиристоры делятся на группы [c.148]
В большей части устройств тиристоры включаются подачей сигнала к управляющему электроду. Напряжение включения будет определяться допустимым током нагрузки вкд/ н (точки 1 -> 1 ) (типичное время включения около 10 мкс). При снятии тока управления ( у = 0) тиристор остается включенным. Для подачи сигнала управления используется ключ Къ который может быть полупроводниковым или магнитным. Отключение вентиля может быть произведено понижением напряжения до отк (точки 2 -> 2 ), после чего ток н будет н = /ут (точка 2 ). Как видно, зависимость выходных параметров ( н, / ) от входа /у имеет релейный характер. Снижение напряжения чаще всего достигается шунтированием тиристора источником импульса запирающего напряжения, цепь которого замыкается посредством ключа Кг-При этом время выключения вентиля / ыкл = 5ч-25 мкс. Ключ /Са выполняется бесконтактным (транзистор, вспомогательный тиристор) и др. В качестве источника запирающего напряжения используется обычно коммутирующий конденсатор С . При включенном тиристоре конденсатор заряжается через резистор При замыкании ключа Кг полярность на катоде тиристора меняется и он выключается. Емкость коммутирующего конденсатора приближенно подсчитывается по соотношению [19] [c.159]
В канале регулирования скорости на вход элемента тах подаются все шесть сигналов от тахогенераторов, в канал ограничения по коммутации электродвигателей вводятся сигналы от первого и шестого тахогенераторов. Тормозной режим поддерживается воздействием сигнала рассогласования (разность между сигналом обратной связи и уставки) по регулируемым величинам на блок управления БУ устройства БА1, изменяющего угол включения тиристоров в цепи возбуждения тягового генератора. Тем самым требуемым образом регулируется ток возбуждения тягового генератора и электродвигателей. Максимальное открытие тиристоров — при нулевом. токе управления, закрытое состояние тиристоров — при наибольшем токе управления. [c.207]
Такой автоколебательный режим называют еще режимом наибольшей отдачи в отличие от режима холостого хода. В режиме наибольшей отдачи через обмотку возбуждения течет наибольший ток, определяемый продолжительностью включения тиристора Т4 (в цепи ОВ нет дополнительных ограничивающих ток элементов). В режиме холостого хода через обмотку возбуждения течет наименьший ток, определяемый сопротивлением резистора Я6 (цепь ОВ замыкается через открытый транзистор ТЗ). Периодическое запирание Т4 в режиме автоколебаний позволяет обеспечить при необходимости возвращение в режим холостого хода с задержкой, не превышающей периода автоколебаний. [c.192]
В проводящем направлении тиристор имеет прямое падение напряжения //пр несколько большее, чем у диодов. При номинальном токе /пр.ном, силовые тиристоры имеют //пр =0,7-т-1,4 в. Будучи включенным, тиристор остается в таком состоянии (при снятом сигнале управления) до тех пор, пока ток, протекающий через него, превышает величину тока /уд, называемого током удержания нли выключения. [c.16]
Для обеспечения устойчивой работы инвертора при зарегулированном выпрямителе в преобразователе используется сглаживающий реактор с индуктивностью 3,5 мГн. Инвертор собран на 36 тиристорах по мостовой схеме. Для работы в преобразователе были отобраны тиристоры со временем восстановления не более 50 мкс. В каждом плече инвертора применено параллельное соединение трех ветвей по три последовательно включенных тиристора в каждой. Антипараллельпо каждому тиристорному плечу включено три последовательно соединенных диода типа ВК-2-200-7. [c.214]
Т — собственно трансформатор а — угол включения тиристора X — угол работы тиристора fg — начало периода колебаний питающего напряжения / , /3 — время начала пропускания тока тиристами 2 — время окончания пропускания тока тиристорами и — окончание периода колебаний питающего напряжения i/2— питающее напряжение / — напряжение нагрузки /2 — сила тока нагрузки БФУ — блок фазового управления БЗ — блок задания — активная нагрузка ySl—yS2 — блок силовых тиристоров [c.122]
Регулятор может устанавливаться как в первичной, так и во вторичной цепи трансформатора, поэтому его коммутирующие элементы VS я VS 2 должны иметь достаточную мощность. В этом качестве чаще всего используются силовые управляемые вентили — тиристоры. В состав регулятора входят также блок фазового управления (БФУ), формирующий импульсные сигналы для включения тиристоров, и блок задания (БЗ), с помощью которого настраива- [c.122]
В схеме рис. 1.8,6 коммутатором является тлристор Д1. Схема запускается в момент подачи сигнала на включение тиристора. Поскольку тиристор проводит лишь в одном направлении, то Параллельно ему включают диод Д2, обеспечивающий прохождение отрицательной полуволны при колебательной разрядке формирующего конденсатора С1. Питание схемы осуществляется от источника постоянного напряжения. Зарядка С1 происходит через ограничительный резистор Яз. С повышением частоты запускающих импульсов может Наступить момент, когда С1 не будет успевать заряжаться до максимального напряжения к следующему циклу. В этом случае уменьшают постоянную времени зарядной цепи за счет уменьшения сопротивления Лз. Но это может привести к тому, что тиристор перестанет закрываться и будет находиться в открытом состоянии из-за подпитки через малое Rs (ток через Яз больше тока удержания тиристора). Для надежного закрывания тиристора в подобных случаях предусматривают цепочку принудительного запирания Lk k и включают ее параллельно тиристору. В момент отпирания тиристора возникают два процесса— разрядки С1 и перезарядки С . Пвре-полюсовка напряжения на Ск закрывает тиристор. [c.16]
Помимо фазового, возможен потенциальный способ управления тиристорами. В этом случае в течение всего зарядного цикла на тиристоры подают постоянный управляющий потенциал, который приводит к открыва-Чнию тиристоров, как только полярность напряжения на анодах становится положительной. Здесь не требуется фазовой синхронизации с сетью, однако- передача длинных импульсов (доли и единицы секунд) через импульсный трансформатор на последовательно включенные тиристоры практически не осуще-. ствима. [c.65]
Особенность применения тиристорных контакторов в стыковых машинах состоит в том, что в процессе сварки коэффициент мощности изменяется от 0,98 (режим оплавления) до 0,4 (режим короткого замыкания), тогда как в контактных точечных машинах можно заранее настроиться на требуемый со8ф. Поэтому при переключении напряжения в ходе оплавления угол включения тиристоров может не соответствовать текущему значению коэффициента мощности. В сварочной цепи возникают переходные процессы и сила тока может быть больше, чем при коротком замыкании. Для исключения аварийных ситуаций схема тиристорного регулятора напряжения должна предусматривать, чтобы угол включения вентилей в первый полупериод питающего напряжения находился в пределах 88 90″. При этом магнитный поток трансформатора должен быть близок к нулю и переходные процессы отсутствуют [1]. Ограничение области применения тиристорных контакторов в стыковых машинах обусловлено недостаточной мощностью серийных контакторов и трудностью охлаждения тиристоров в полевых условиях, особенно в зимний период. [c.222]
Чтобы не превысить допустимой температуры структуры и не вывести ее из строя, для каждого типа тиристора при рдзных относительных длительностях управляющего сигнала строят кривые допустимой мощности цепи управления 1, 2. 3, 4). Для того чтобы не повредить кремниевой структуры, параметры управляющего сигнала должны находиться ниже и левее кривых 1, 2, 3 и 4 при данной относительной длительности сигнала в цепи управления. Вместе с тем значения тока и напряжения управления должны быть выше некоторых минимальных значений. Эти минимальные граничные значения показаны на рисунке в левой нижней части. Минимальные значения тока и напряжения управления существенно зависят от температуры монокристаллической структуры. При увеличении температуры для включения тиристора значения тока и напряжения цепи управления уменьшаются. [c.43]
Время включения тиристоров зависит от времени, необходимого для восстановления его запирающих свойств в прямом направлении. По существу время выключения тиристора определяет предельную частоту его возможных включений. Время выключения тиристоров типа ВКДУ-150 находится в пределах 80—200 мксек. [c.44]
Наличие контактных аппаратов усложняет эксплуатацию противокоррозионных защитных ухтановок. Включение тиристоров в первичные тени трансформаторов автоматических противокоррозионных защитных уетанойок позволяет полностью исключить контз ктные элементы в этих установках, так как обеспечивает снятие напряжения со схемы при возникновении коротких замыканий. [c.73]
В схеме, изображенной на рис. 120, а используется встречнопараллельное включение тиристоров. Через один тиристор пропускается положительная полуволна переменного напряжения, через второй — отрицательная. Схема требует применения двух тиристоров на каждый ключ. Кроме того, тиристоры должны 226 [c.226]
Принципы построения систем управления и автоматического регулирования. Для работы выпрямителя на тиристорах необходимо их включение в определенные моменты времени. При этом должно соблюдаться о достаточной точностью равенство углов запаздывания (регулирования) плеч выпрямителя, иначе называемое симметрией углов а. Асимметрия углов регулирования приводит к неравномерной загрузке вентилей и фаз обмоток генератора, увеличению пульсаций и появлению их в выпрямленном токе обмоток генератора, увеличению пульсаций и появлению в выпрямленном токе трудно сглаживаемой низкочастотной составляющей, уменьшению к.п.д. выпрямителя, увеличению искажения первичного тока и сужению диапазона регулирования. Асимметрия углов регулирования особенно вредна в выпрямителе трехфазного тока в уравнительным реактором, где она вызывает его подмагничивание. Включение тиристоров постоянным током не обеспечивает необходимой симметрии углов а, приводит к излишнему рассеиванию мощности и нагреву вентиля вблизи управляющего электрода, поэтому его применение не рекомендуется. Также нецелесообразно с точки зрения симметрии углов регулирования включение синусоидальным током. Единственно приемлемым методом включения тиристоров является подача на управляющий электрод импульсов с достаточно крутым передним фронтом. Для выработки таких импульсов служат специальные системы, получившие название систеж зажигания. Ош же называются системами управления, системами включения тиристоров или просто генераторами импульсов. [c.140]
Значение SPymax зависит от относительной длительности импульса управления. Для обеспечения надежного включения тиристоров в рабочем диапазоне температур система управления должна обеспечивать токи и напряжения, превышающие граничные значения. Поэтому внешняя характеристика системы управления не должна проходить через заштрихованную область на диаграмме управления, а может лишь касаться ее (прямая /). Значения тока и напряжения управления не могут быть и бесконечно большими. Они ограничены максимально допустимыми значениями средней мощности потерь, тока и напряжения в цепи управления. Поэтому внешняя характеристика 2 не должна пересекать кривую допустимой мощности, а может лишь касаться ее. [c.146]
Меняя момент замыкания ключа Кг в каждый положительный полу пер иод напряжения питания, изменяют тем самым момент включения тиристора ig, а значит, и среднее за период значение напряжения на нагрузке и . Пренебрега,я током утечки через запертый тиристор и остаточным напряжением при его насыщении, получаем [c.160]
Станции серии ТСУР изготовляются на напряжение питающей сети 200/380 В. Структурная схема станции дана на рис. 11.2. Коммутацию силовых цепей двигателя М обеспечивают силовые блоки БС, содержащие по два параллельно включенных тиристора. Управление-каждым силовых блоком осуществляет свой блок управления Б У подачей управляющих импульсов на тиристоры. Формирование заданного режима работы обеспечивают блоки режима БР, подавая дискретные команды на открытие тиристоров. Заданные значения частоты вращения двигателя и жесткости [c.194]
Тиристорами называются управляемые полупроводниковые приборы — диоды. Диод благодаря полупроводниковым кристаллам обладает свойством односторонней проводимости тока. Тиристоры—более сложные управляемые диоды. Тиристорный силовой трансформатор (рис. 4.7) с повышенным магнитным рассеянием состоит из двух катушек — первичной обмотки 2 и вторичной 1. Для создания диапазона малых и средних токов служит реакторная воздушная дисковая обмотка 3, установленная в окне трансформатора в плоскости, параллельной его стержням. Тиристорный трансформатор имеет фазорегулятор, с помощью которого синусоидальные гармонические колебания переменного тока преобразовываются в знакопеременные импульсы , амплитуда и длительность которых зависят от угла (фазы) включения тиристоров фазорегулятора. Сейчас разработан ряд конструкций тиристорных трансформаторов, например серии ТДФЖ, в которых предусмотрены возможность автоматизации процесса сварки, программирование режима и т.п. [c.54]
Тиристоры. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности
Тиристоры — это разновидность полупроводниковых приборов. Они предназначены для регулирования и коммутации больших токов. Тиристор позволяет коммутировать электрическую цепь при подаче на него управляющего сигнала. Это делает его похожим на транзистор.
Как правило, тиристор имеет три вывода, один из которых управляющий, а два других образуют путь для протекания тока. Как мы знаем, транзистор открывается пропорционально величине управляющего тока. Чем он больше, тем больше открывается транзистор, и наоборот. А у тиристора все устроено иначе. Он открывается полностью, скачкообразно. И что самое интересное, не закрывается даже при отсутствии управляющего сигнала.
Принцип действия
Работа тиристора по следующей простой схеме.
К аноду тиристора подключается лампочка или светодиод, а к ней подсоединяется плюсовой вывод источника питания через выключатель К2. Катод тиристора подключен к минусу питания. После включения цепи на тиристор подается напряжение, однако светодиод не горит.
Если нажать на кнопку К1, ток через резистор поступит на управляющий электрод, и светодиод начал светиться. Часто на схемах его обозначают буквой «G», что обозначает gate, или по-русски затвор (управляющий вывод).
Резистор ограничивает ток управляющего вывода. Минимальный ток срабатывания данного рассматриваемого тиристора составляет 1 мА, а максимально допустимый ток 15 мА. С учетом этого в нашей схеме подобран резистор сопротивлением 1 кОм.
Если снова нажать на кнопку К1, то это не повлияет на тиристор, и ничего не произойдет. Чтобы перевести тиристор в закрытое состояние, нужно отключить питание выключателем К2. Если же снова подать питание, то тиристор вернется в исходное состояние.
Этот полупроводниковый прибор, по сути, представляет собой электронный ключ с фиксацией. Переход в закрытое состояние происходит и тогда, когда напряжение питания на аноде уменьшается до определенного минимума, примерно 0,7 вольта.
Особенности устройстваФиксация включенного состояния происходит благодаря особенности внутреннего устройства тиристора. Примерная схема выглядит таким образом:
Обычно он представляется в виде двух транзисторов разной структуры, связанных между собой. Опытным путем можно проверить, как работают транзисторы, подключенные по такой схеме. Однако, имеются отличия в вольтамперной характеристике. И еще нужно учитывать, что приборы изначально спроектированы так, чтобы выдерживать большие токи и напряжения. На корпусе большинства таких приборов имеется металлический отвод, на который можно закрепить радиатор для рассеивания тепловой энергии.
Тиристоры выполняются в различных корпусах. Маломощные приборы не имеют теплового отвода. Распространенные отечественные тиристоры выглядят следующим образом. Они имеют массивный металлический корпус и выдерживают большие токи.
Основные параметры тиристоров- Максимально допустимый прямой ток. Это максимальное значение тока открытого тиристора. У мощных приборов оно достигает сотен ампер.
- Максимально допустимый обратный ток.
- Прямое напряжение. Это падение напряжения при максимальном токе.
- Обратное напряжение. Это максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии, при котором тиристор может работать без нарушения его работоспособности.
- Напряжение включения. Это минимальное напряжение, приложенное к аноду. Здесь имеется ввиду минимальное напряжение, при котором вообще возможна работа тиристора.
- Минимальный ток управляющего электрода. Он необходим для включения тиристора.
- Максимально допустимый ток управления.
- Максимально допустимая рассеиваемая мощность.
Время перехода тиристора из закрытого состояния в открытое при поступлении сигнала.
Виды тиристоровПо способу управления разделяют на:
- Диодные тиристоры, или по-другому динисторы. Они открываются импульсом высокого напряжения, которое подается на катод и анод.
- Триодные тиристоры, или тринисторы. Они открываются током управления электродом.
Триодные тиристоры в свою очередь разделяются:
- Управление катодом – напряжение, образующее ток управления, поступает на электрод управления и катод.
- Управление анодом – управляющее напряжение подходит на электрод и анод.
Запирание тиристора производится:
- Уменьшением анодного тока – катод меньше тока удержания.
- Подачей напряжения запирания на электрод управления.
По обратной проводимости тиристоры делятся:
- Обратно-проводящие – имеют малое обратное напряжение.
- Обратно-непроводящие – обратное напряжение равно наибольшему прямому напряжению в закрытом виде.
- С ненормируемым обратным значением напряжения – изготовители не определяют значение этой величины. Такие приборы применяются в местах, где обратное напряжение исключено.
- Симистор – пропускает токи в двух направлениях.
Используя симисторы, нужно знать, что они действуют условно симметрично. Основная часть симисторов открывается, когда на электрод управления поступает положительное напряжение по сравнению с катодом, а на аноде может быть любая полярность. Но если на анод приходит отрицательное напряжение, а на электрод управления положительное, то симисторы не открываются, и могут выйти из строя.
По быстродействию разделяют по времени отпирания (включения) и времени запирания (отключения).
Разделение тиристоров по мощностиПри действии тиристора в режиме ключа наибольшая мощность коммутируемой нагрузки определяется напряжением на тиристоре в открытом виде при наибольшем токе и наибольшей рассеиваемой мощности.
Действующая величина тока на нагрузку не должна быть выше наибольшей рассеиваемой мощности, разделенной на напряжение в открытом виде.
Простая сигнализация на основе тиристораНа основе тиристора можно сделать простую сигнализацию, которая будет реагировать на свет, издавая звук с помощью пьезоизлучателя. На управляющий вывод тиристора подается ток через фоторезистор и подстроечный резистор. Свет, попадая на фоторезистор, уменьшает его сопротивление. И на управляющий вывод тиристора начинает поступать отпирающий ток, достаточный для его открывания. После этого включается пищалка.
Подстроечный резистор предназначен для того, чтобы настроить чувствительность устройства, то есть, порог срабатывания при облучении светом. Самое интересное, что даже при отсутствии света тиристор продолжает оставаться в открытом состоянии, и сигнализирование не прекращается.
Если напротив светочувствительного элемента установить световой луч так, чтобы он светил немного ниже окошечка, то получится простейший датчик дыма. Дым, попадая между источником и приемником света, будет рассеивать свет, что вызовет запуск сигнализации. Для этого устройства обязательно нужен корпус, для того, чтобы на приемник света не поступал свет от солнца или искусственных источников света.
Открыть тиристор можно и другим способом. Для этого достаточно кратковременно подать небольшое напряжение между управляющим выводом и катодом.
Регулятор мощности на тиристореТеперь рассмотрим использование тиристора по прямому назначению. Рассмотрим схему простого тиристорного регулятора мощности, который будет работать от сети переменного тока напряжением 220 вольт. Схема простая и содержит всего пять деталей.
- Полупроводниковый диод VD.
- Переменный резистор R1.
- Постоянный резистор R2.
- Конденсатор С.
- Тиристор VS.
Их рекомендованные номинальные значения показаны на схеме. В качестве диода можно использовать КД209, тиристор КУ103В или мощнее. Резисторы желательно использовать мощностью не менее 2 ватт, конденсатор электролитический на напряжение не менее 50 вольт.
Эта схема регулирует лишь один полупериод сетевого напряжения. Если представить, что мы из схемы убрали все элементы, кроме диода, то он будет пропускать только полуволну переменного тока, и на нагрузку, к примеру, на паяльник или лампу накаливания поступит лишь половина мощности.
Тиристор позволяет пропускать дополнительные, условно говоря, кусочки полупериода, срезанного диодом. При изменении положения переменного резистора R1 напряжение на выходе будет меняться.
К положительному выводу конденсатора включен управляющий вывод тиристора. Когда напряжение на конденсаторе возрастает до напряжения включения тиристора, он открывается и пропускает определенную часть положительного полупериода. Переменный резистор будет определять скорость зарядки конденсатора. А чем быстрее он зарядится, тем раньше откроется тиристор, и успеет до смены полярности пропустить часть положительного полупериода.
На конденсатор отрицательная полуволна не поступает, и напряжение на нем одной полярности, поэтому не страшно, что он имеет полярность. Схема позволяет изменять мощность от 50 до 100%. Для паяльника это в самый раз подходит.
Тиристор пропускает ток в одном направлении от анода к катоду. Но существуют разновидности, которые пропускают ток в обоих направлениях. Они называются симметричные тиристоры или симисторы. Они используются для управления нагрузкой в цепях переменного тока. Существует большое количество схем регуляторов мощности на их основе.
Похожие темы:
Методы включения SCR, подробно объясненные
Методы включения SCR – это методы перевода SCR в режим прямой проводимости из режима прямой блокировки. SCR в режиме прямой проводимости характеризуется низким импедансом, низким падением напряжения на аноде и катоде и высоким анодным током. Величина анодного тока определяется нагрузкой. Таким образом, это позволяет течь току. Следовательно, SCR в режиме прямой проводимости называется его состоянием включения и может рассматриваться как закрытый переключатель.SCR – популярный член семейства тиристоров. Он настолько популярен, что слова тиристор и SCR используются как синонимы. Поэтому методы включения, описанные в этой статье, применимы как для тиристоров, так и для тиристоров.
Существует пять основных методов включения методов SCR:
- Запуск по прямому напряжению
- Запуск ворот
- dv / dt Срабатывание
- Срабатывание по температуре или перегреву
- Легкое срабатывание
Вы можете заметить слово «запуск» в названии методов поворота SCR.Фактически, запуск сам по себе означает перевод тиристора или тиристора в состояние ВКЛ из состояния ВЫКЛ. Теперь мы обсудим каждый из методов поворота SCR один за другим.
Запуск по прямому напряжениюВнимательно читайте название этого метода. Там написано «срабатывание по прямому напряжению». Это означает, что мы включим SCR, подав прямое напряжение на его клеммы. Что это значит? Это просто означает, что мы сделаем его смещенным вперед и будем увеличивать это напряжение смещения до тех пор, пока тиристор не включится.Давайте теперь посмотрим, как увеличение напряжения прямого смещения включает тиристор.
В SCR или тиристоре с прямым смещением переходы J1 и J3 имеют прямое смещение, тогда как переход J2 имеет обратное смещение. Следовательно, увеличение этого напряжения смещения сузит ширину обедненной области перехода J2, и при определенном напряжении эта обедненная область исчезнет. Говорят, что на этом этапе обратносмещенный переход J2 имеет лавинный пробой, и это напряжение называется напряжением прямого пробоя.Название «прямое напряжение переключения» дано, так как при этом напряжении V-I характеристика SCR разрывается и переходит в его положение ВКЛ. См. Характеристики V-I SCR, показанные ниже.
Вы можете заметить, что при прямом переключающем напряжении V BO кривая V-I прерывается в точке M и смещается в свое положение включения N с прямым током размыкания I BO . Это причина; это критическое напряжение называется напряжением прямого переключения.
Как только происходит лавинный пробой в переходе J2, ток начинает течь от анода к катоду тринистора.Величина этого анодного тока ограничена только нагрузкой. Таким образом, SCR теперь находится в режиме проводимости в прямом направлении, то есть от анода к катоду. Это метод прямого запуска для включения SCR.
Обычно этот метод не используется для включения SCR, так как это может повредить его. Как правило, прямое напряжение пробоя меньше, чем напряжение обратного пробоя, и, следовательно, при проектировании SCR в качестве конечного номинального напряжения рассматривается обратное напряжение. Следует также отметить и иметь в виду, что, как только лавинный пробой происходит на стыке J2, блокирующая способность J2 теряется.Следовательно, если анодное напряжение снижается ниже напряжения прямого отключения, тиристор будет продолжать работать. Теперь тиристор можно выключить, снизив его анодный ток ниже определенного значения, называемого током удержания.
Запуск воротЗапуск затвора – это метод, при котором положительный ток затвора пропускается через SCR с прямым смещением, чтобы включить его. Запуск гейта на самом деле является наиболее надежным, простым и эффективным способом включения SCR. В этом методе положительное напряжение затвора между выводами затвора и катода прикладывается в прямом смещенном тиристоре, который устанавливает ток затвора от вывода затвора к катоду.
Когда подается положительный ток затвора, p-слой затвора заполняется электронами с катода (сторона n). Это связано с тем, что катодный n-слой сильно легирован по сравнению с p-слоем затвора. Поскольку переходы J1 и J3 уже смещены вперед, инжектированные электроны в слое затвора p могут достигать перехода J2 и, следовательно, уменьшать ширину обедненной области. В результате снижается напряжение прямого переключения. Фактически, чем больше электронов инжектируется в p-слой затвора, тем больше вероятность того, что электроны достигнут J2.Это означает, что чем больше значение тока затвора, тем больше будет снижение напряжения прямого переключения. Таким образом, ток затвора и напряжение прямого переключения обратно пропорциональны.
См. Рисунок ниже. Это ВАХ DSCR для различных значений тока затвора I g .
Следующие точки можно увидеть и отметить на приведенной выше кривой:
- Когда ток затвора I g равен нулю, напряжение прямого отключения составляет V BO .
- Когда ток затвора увеличивается с нуля до I g1 , прямое напряжение переключения уменьшается с BO до 1 В. Точно так же его значение уменьшается с V 1 до V 3 , когда ток затвора увеличивается с I g1 до I g3 .
Таким образом, тиристор можно включить, подав ток затвора. Следует отметить, что тиристор включается из-за напряжения прямого переключения, хотя это напряжение значительно снижается из-за положительного тока затвора.
Как только тиристор начинает проводить в прямом направлении, обратное смещение J2 больше не существует. Следовательно, ток затвора не требуется, чтобы тиристор или тиристор оставались в состоянии ВКЛ. Следовательно, если ток затвора убран, то это не повлияет на прохождение тока от анода к катоду. Однако, если ток затвора уменьшается до нуля до повышения анодного тока до определенного значения, называемого током фиксации, тиристор или тиристор снова выключится. Это означает, что мы не должны отключать ток затвора до тех пор, пока ток анода не пересечет ток фиксации.
Ток фиксации определяется как минимальное значение анодного тока, которое должно быть достигнуто во время процесса включения SCR для поддержания проводимости, даже когда ток затвора снят. |
Как только тиристор или тиристор начинает проводить ток, затвор теряет управление. Теперь тиристор или тиристор можно выключить только в том случае, если анодный ток станет ниже указанного значения анодного тока. Это значение анодного тока, ниже которого SCR отключается, называется током удержания.Как видно из ВАХ SCR, значение тока фиксации больше, чем ток удержания.
Ток удержания определяется как минимальное значение анодного тока, ниже которого он должен упасть для отключения тиристора или тиристора. |
dv / dt Запуск – это метод, при котором тиристор включается путем изменения напряжения прямого смещения во времени.Само по себе dv / dt означает скорость изменения напряжения во времени.
Как мы обсуждали ранее в этом посте, соединение J2 имеет обратное смещение в режиме прямой блокировки SCR. Обратно-смещенный переход можно рассматривать как конденсатор из-за наличия пространственных зарядов поблизости от обратносмещенного перехода. Предположим, что его емкость равна «C» фарадам. Заряд конденсатора, напряжение на конденсаторе и емкость связаны следующим образом:
Q =
CVРазличение обеих сторон w.р.т раз получаем
dQ / dt = C (dV / dt)
Но ток I = dQ / dt
⇒ I = C (dV / dt)
Таким образом, ток через обратно смещенный переход J2 прямо пропорционален (dv / dt). Следовательно, если скорость нарастания прямого напряжения, т.е. (dv / dt) высока, зарядный ток I также будет высоким. Этот зарядный ток действует как ток затвора и включает тиристор или тиристор, даже если ток затвора равен нулю. Следует отметить, что именно скорость нарастания напряжения отвечает за включение SCR.Он не зависит от величины напряжения. Напряжение может быть низким, но скорость его нарастания должна быть достаточно высокой, чтобы тиристор включился.
Срабатывание по температуреСрабатывание по температуре также называется срабатыванием по температуре. Как мы знаем, в перевернутом смещенном переходе протекает обратный ток насыщения, величина которого зависит от температуры перехода. Это означает, что в режиме прямой блокировки тиристора или тиристора через переход J2 будет протекать обратный ток насыщения.Этот ток увеличит температуру перехода, что, в свою очередь, приведет к дальнейшему увеличению обратного тока утечки. Этот увеличенный ток утечки снова увеличит температуру перехода и, следовательно, еще больше увеличит обратный ток утечки. Таким образом, этот процесс является кумулятивным и в конечном итоге приведет к исчезновению обедненной области пере- смещенного перехода J2 при некоторой температуре. При этой температуре SCR включается.
Световое срабатываниеПри запуске по свету излучается импульс света подходящей длины волны, направляемый оптическими волокнами, чтобы включить SCR.Во внутреннем p-слое сделана выемка или ниша для срабатываемого светом SCR, как показано на рисунке ниже.
При облучении этой ниши образуются свободные носители заряда, то есть пары электронов и дырок. Если интенсивность излучаемого света превышает определенное значение, включается SCR с прямым смещением. Обратите внимание, что излучаемый свет производит свободные заряды, как и в случае тока затвора. Там носители заряда движутся рядом с перевернутым смещенным переходом J2 и уменьшают прямое напряжение переключения.Это причина того, что SCR включается. SCR, который включается с помощью света, называется Light Activated SCR или LASCR.Условия для включения SCR со стробирующим сигналом
Существуют различные методы включения выпрямителя с кремниевым управлением (SCR) или тиристора. Но наиболее распространенный способ включения SCR / тиристора – это приложение стробирующего сигнала к SCR с прямым смещением. Этот метод включения SCR называется запуском по шлюзу. В этом посте мы обсудим различные условия, необходимые для включения тиристора или тиристора.
Для включения SCR со стробирующим сигналом должны быть выполнены следующие условия:
- Первым и наиболее важным условием является то, что SCR должен иметь прямое смещение. Это означает, что анодное напряжение должно быть больше катодного. Другими словами, анодное напряжение должно быть положительным по отношению к катодному напряжению.
- Ширина импульса затвора должна быть больше времени включения тиристора. Почему? Это в основном гарантирует, что анодный ток превышает ток фиксации до того, как сигнал затвора будет удален.В случае, если сигнал затвора удаляется до того, как анодный ток достигнет тока фиксации, SCR не включится. Обычно длительность импульса затвора принимается равной или большей времени включения тиристора / тиристора (t на ). Если T – ширина импульса, то T ≥ t на
Однако ширина импульса затвора должна быть выбрана так, чтобы рассеиваемая мощность затвора в любой момент времени была меньше, чем пиковая мгновенная рассеиваемая мощность затвора P gm , разрешенная производителем.Рассчитаем ширину стробирующего импульса и частоту срабатывания, принимая амплитуду стробирующего импульса P gm , ширину импульса T и периодичность T 1 .
P гм T / T 1 ≥ P ср.
Так как 1 / T 1 = f, поэтому
P гм Tf ≥ P ср.
P средн. / (fT) ≤ P гм
Таким образом, ширина стробирующего импульса и частота срабатывания должны быть выбраны так, чтобы,
- Напряжение между анодом и катодом должно быть больше напряжения пальца.Напряжение пальца – это напряжение, ниже которого тиристор / тиристор не может быть включен с помощью стробирующего сигнала.
- Величина тока затвора должна быть больше минимального тока затвора, необходимого для включения тиристора или тиристора, в противном случае включение тиристора может быть ненадежным. Опять же, это не означает, что мы можем выбрать любое более высокое значение тока затвора для включения SCR. Фактически, всегда существует ограничение на максимально допустимый ток затвора. При превышении максимально допустимого тока затвора схема запуска затвора может быть повреждена.
- Самым важным моментом при включении SCR является то, что срабатывание затвора должно быть синхронизировано с источником переменного тока.
Характеристики переключения тиристора – Характеристики включения и выключения
Характеристики переключения тиристора, иногда называемые динамическими или переходными характеристиками соответствуют представлению динамического поведения тиристора. В основном динамическое поведение устройства связано с его характеристиками включения и выключения.
Мы знаем, что в общих чертах переключатель используется для подключения или отключения электрической цепи, а подключение и отключение вызывают включение или выключение устройства. Точно так же, когда обсуждаются характеристики переключения тиристора, это рассматривается в отношении включения и выключения устройства.
Введение
В тиристоре для включения и выключения устройства на тиристор подается разное напряжение, что приводит к протеканию через него тока разной величины.При включении и выключении устройства изменение напряжения с соответствующим протеканием тока относительно изменения во времени обеспечивает динамические или коммутационные характеристики тиристора.
Давайте сначала разберемся с работой тиристора.
Тиристор работает так, как считается, что он включен, когда вывод анода становится положительным по отношению к катоду, а также имеется некоторый потенциал на выводе затвора, так что ток затвора должен течь по внутренней области тиристора, что приводит к перевести тиристор во включенное состояние.Поскольку напряжение, подаваемое на вывод затвора, необходимо для включения тиристора, это достигается за счет использования цепи зажигания. По сути, цепь зажигания формирует соединение таким образом, что она помогает приложить ток затвора к напряжению через анод к катодному выводу.
После приложения напряжения на затворе тиристор включается, и в нем начинает течь ток. Как только значение тока, протекающего через устройство, достигает определенного значения (обычно называемого фиксирующим током ), тогда сигнал, подаваемый на вывод затвора, теряет контроль над протекающим током, и даже после удаления тока затвора устройство остается в проводящем состоянии.Следовательно, в таких условиях внезапное отключение тиристора невозможно.
Для выключения тиристора происходит естественная коммутация, когда анодный ток автоматически становится равным 0, в то время как принудительная коммутация – это коммутация, когда анодный ток намеренно устанавливается на 0.
Характеристики переключения при включении
В предыдущем разделе мы обсудили, что тиристор с прямым смещением проводит в присутствии положительного потенциала затвора на выводе катода затвора.Но вы должны иметь в виду, что в устройстве существует время перехода, между которым устройство переходит из состояния прямого выключения в состояние прямого включения. Этот интервал времени обычно рассматривается как время включения тиристора и подразделяется на три интервала, то есть время задержки, обозначенное t d , время нарастания, обозначенное t r, и время расширения, обозначенное t s .
Теперь давайте разберемся с каждым в отдельности,
Время задержки (t d ) : Время задержки тиристора зависит от изменения тока затвора в режиме прямой блокировки, а также от температуры, поскольку это изменяет кристаллическую структуру полупроводника.Время задержки определяется как момент времени между моментом, когда ток затвора достигает 90% от своего конечного значения, а ток анода достигает 10% от своего начального значения. В течение времени задержки тиристор остается в режиме прямой блокировки.
Однако внутри тиристора во время задержки происходит движение носителей заряда. По сути, электроны с катодного вывода, то есть из слоя n 2 , перетекают в область p 2 , а дырки из слоя p 1 i.То есть анодный вывод перетекает в слой n 2 .
В течение времени задержки анодный ток протекает возле вывода затвора в тихом узком пространстве. С увеличением тока затвора и приложенного напряжения анода к катоду, время задержки может быть уменьшено. Обычно его значение выражается в микросекундах.
Время нарастания (t r ) : Время нарастания определяется как время, необходимое анодному току, чтобы подняться с 10% его значения до 90% того же самого. Мы обсудили время задержки, которое соответствует времени, когда анодный ток достигает 10% от своего начального значения.Таким образом, время нарастания начинается по истечении времени задержки.
Что касается времени нарастания, говорят, что величина и скорость, с которой нарастает ток затвора, обратно пропорциональны времени нарастания. В настоящее время в области затвора присутствует огромное количество носителей заряда, которые направляются к катоду, занимая площадь поперечного сечения тиристора. Кроме того, в то же время носители из слоя p 1 вводятся в слой n 1 из-за условий смещения перехода.Это помогает достичь режима прямой проводимости за меньшее время.
Когда достигается значение анодного тока в открытом состоянии, считается, что время нарастания заканчивается. Во время нарастания тиристора возникают большие потери при включении, что является результатом одновременного возникновения высокого анодного напряжения и большого анодного тока. Возникновение этих потерь в небольшой проводящей области приводит к образованию локальных горячих точек, которые могут повредить устройство.
Время расширения (t с ) : Время расширения тиристора существует между моментом, когда анодный ток приближается к 100% от своего 90% значения.Проще говоря, время распространения – это время, в течение которого анодный ток возрастает с 90% до 100%. Это называется так, потому что в течение времени распространения проводимость распространяется по всей катодной области тиристора. По истечении времени распространения значение анодного тока стабилизируется.
Таким образом, считается, что время включения тиристора складывается из времени задержки, времени нарастания и времени расширения. Обычно время нарастания устанавливается производителями и находится в диапазоне от 1 до 4 микросекунды .В то время как общее время включения зависит от параметров анодной цепи и формы волны стробирующего сигнала.
Характеристики переключения при выключении
Выключение тиристора означает, что состояние тиристора изменяется с включенного на выключенное, и он может блокировать прямое напряжение.
Мы обсуждали, что, как только устройство включается, даже после удаления стробирующего сигнала, ток продолжает течь через устройство из-за того факта, что носители заряда в четырех слоях способствуют проводимости.Для его выключения необходимо обязательно приложить обратный потенциал в течение определенного промежутка времени, когда ток анода достигнет нулевого значения.
Таким образом, время выключения тиристора определяется как время между моментами, когда ток анода становится равным 0 и тиристор достигает своей способности прямого блокирования. Это время выключения соответствует продолжительности, в течение которой все избыточные носители должны быть удалены из слоев тиристора. Это не что иное, как выметание дыр из внешней p-области и дырок из внешней n-области.
Время поворота тиристора делится на два интервала, а именно
- Время обратного восстановления t rr ,
- Время восстановления затвора t гр
Во время обратного восстановления анодный ток будет течь в обратном направлении. Благодаря этому обратный ток удаляет заряженные носители из pn перехода. Поскольку плотность n-слоя больше, чем плотность p-области, развиваемое анодное напряжение приводит к сокращению времени обратного восстановления.На рисунке, показанном ниже, временной интервал между t 1 и t 3 является временем обратного восстановления.
Хотя даже когда время обратного восстановления истекло, наличие носителей в переходе J 2 не приведет к остановке прямого напряжения внутри тиристора.
Это прямое напряжение может быть заблокировано, когда в переходе происходит рекомбинация заряженных носителей. Момент завершения рекомбинации обозначен как t 4 .Однако все же есть возможность подачи прямого напряжения. Это время выключения обычно находится в диапазоне от 10 до 100 микросекунд .
Срабатывание и срабатывание тиристорного тиристора »Электроника
Цепь запуска является одной из ключевых областей конструкции схемы тиристора или тиристора – ключевым моментом является обеспечение того, чтобы кремниевый управляемый выпрямитель срабатывал при необходимости и не срабатывал ложно.
Конструкция схемы тиристора Включает:
Праймер для разработки схемы тиристора
Схема работы
Конструкция цепи запуска / запуска
Лом перенапряжения
Цепи симистора
При разработке схемы тиристора, тиристора, особое внимание необходимо уделить схеме запуска.Работа всей области схемы тиристорного или кремниевого выпрямителя в значительной степени зависит от способа ее запуска.
Обеспечение отсутствия ложных срабатываний, а также обеспечение срабатывания тиристоров, когда это необходимо, требует особого внимания при проектировании схемы.
При срабатывании тиристоров или тиристоров важны различные аспекты, включая требования к управлению затвором, если используется запуск затвора, время запуска, при котором необходимо выдерживать время приложенного триггерного стимула для фиксации схемы и другие.Важность различных параметров зависит от используемой формы запуска SCR.
Сводка по срабатыванию / срабатыванию SCR
Существует несколько способов срабатывания или срабатывания тиристора или тиристора.
- Запуск гейта: Эта форма запуска SCR наиболее часто встречается в различных используемых схемах. Это простой, надежный, эффективный, а также простой в реализации для большинства приложений – может быть подан простой сигнал запуска с соответствующей обработкой, если требуется.Это означает, что можно использовать другие электронные схемы для получения подходящего сигнала запуска, который затем может быть применен к тиристору.
Для использования тринистора с затвором, тиристор должен работать ниже своего напряжения пробоя, и соответствующий запас безопасности также должен допускать любые переходные процессы, которые могут произойти. В противном случае может возникнуть прямое напряжение или срабатывание пробоя.
Для включения SCR, положительное напряжение затвора между затвором и катодом. Это вызывает ток затвора, при котором заряды вводятся во внутренний p-слой устройства.Это эффективно снижает напряжение, при котором происходит прямое переключение. Можно сделать вывод, что ток затвора определяет прямое напряжение, при котором устройство переключается в проводящее состояние. Чем выше ток затвора, тем ниже напряжение переключения в прямом направлении.
Есть много простых методов подачи сигнала запуска. Возможно, одна из самых простых схем показана на схеме ниже.
Схема тиристора с дополнительными резисторами затвора Здесь видно, что резисторов два.Первый – это R1, который включен для ограничения тока затвора до приемлемого уровня. Этот резистор выбирается таким образом, чтобы обеспечить ток, достаточный для срабатывания тринистора, при сохранении его в безопасных пределах для устройства. Его легко рассчитать, используя номиналы устройства и закон Ома.Второй резистор R2 является резистором катода затвора. Иногда это обозначается как RGK и используется для предотвращения ложного срабатывания. Действие резистора можно увидеть по сравнению с двухтранзисторным аналогом SCR.Это показывает, что низкое внешнее сопротивление между затвором и катодом пропускает некоторый ток вокруг затворного перехода. Соответственно, для инициирования и поддержания проводимости требуется более высокий анодный ток. В частности, обнаружено, что низкотоковые высокочувствительные тиристоры срабатывают при очень низких уровнях тока, и поэтому требуется внешнее сопротивление затвор-катод для предотвращения срабатывания термически генерируемого тока утечки в области затвора. Однако сопротивление катода затвора частично пропускает внутренний анодный ток, вызванный быстрой скоростью изменения анодного напряжения (dv / dt).Он также увеличивает прямое напряжение переключения за счет снижения эффективности области NPN-транзистора, что требует несколько более высокого эффекта лавинного умножения для инициирования срабатывания триггера. Ток, который идет в обход затворного перехода, также влияет на токи фиксации и удержания.
Таким образом, можно видеть, что эффекты использования резистора байпаса катода затвора включают:
- Увеличение допустимых значений dv / dt.
- Сохраните демпфирование затвора, чтобы гарантировать максимальное повторяющееся пиковое напряжение в закрытом состоянии VDRM.
- Повышение уровней тока фиксации и удержания
- Уменьшить время выключения, tq.
- Прямое напряжение на аноде и катоде Запуск SCR: Эта форма запуска или запуска SCR происходит, когда напряжение между анодом и катодом вызывает лавинную проводимость.То, как это происходит, можно увидеть в сочетании со структурой SCR.
Структура тиристора Когда прямое напряжение между анодом и катодом увеличивается, диодный переход J2 испытывает повышенное напряжение, поскольку он смещен в обратном направлении. В конечном итоге градиент напряжения будет увеличиваться за пределами точки пробоя, и произойдет лавинный пробой, запускающий SCR. Напряжение, при котором это происходит, известно как напряжение прямого отключения VB0.Когда переход J2 выходит из строя, протекает ток, и тиристор переводится в проводящее состояние.Переходы J1, J3 уже смещены в прямом направлении, и поэтому пробой перехода J2 позволяет потоку носителей через все три перехода, обеспечивая протекание тока нагрузки. Как и в случае с другими формами запуска SCR, устройство остается в проводящем состоянии.
Использование этого метода включения устройства не рекомендуется, поскольку превышение значения VB0 может привести к повреждению устройства. Любая цепь должна быть спроектирована так, чтобы избежать этого метода срабатывания, учитывая максимум возможных скачков напряжения.
- Запуск dv / dt: Запуск SCR может также происходить без какого-либо тока затвора, если скорость нарастания анодного и катодного напряжения превышает определенные пределы для конкретного устройства.
- Запуск по температуре: Эта форма запуска SCR может иметь место при некоторых обстоятельствах. Это может вызвать неожиданные отклики, и поэтому его последствия следует учитывать как часть любого процесса проектирования.
Срабатывание тринисторов или тиристоров по температуре происходит, когда напряжение на переходе J2 и любой ток утечки может повысить температуру перехода.Повышение температуры дополнительно увеличивает температуру, что, в свою очередь, увеличивает ток утечки. Этот кумулятивный процесс может быть достаточным для запуска SCR, хотя он имеет тенденцию происходить только при высокой температуре устройства.
- Срабатывание по свету: Эта форма срабатывания SCR часто используется в высоковольтных системах. Здесь электрическое соединение от пускового механизма не требуется, и можно использовать изолированный источник света.
Там, где должен использоваться легкий запуск SCR, доступны специально изготовленные SCR. Срабатывание света во внутреннем P-типе происходит позже. Когда эта область облучается светом, генерируются свободные носители заряда, и, как и при подаче стробирующего сигнала, запускается SCR.
Для достижения максимального поглощения света используются специализированные структуры SCR, часто имеющие углубление во внутреннем P-типе позже, чтобы обеспечить максимальный доступ к свету.
Чтобы включить срабатывание светового сигнала, свет часто направляется в нужную точку тиристора / тиристора с помощью оптического волокна.Когда свет превышает определенную интенсивность, происходит переключение. SCR этого типа часто называют активированным светом SCR или LASCR. Эти LASCR использовались в коммутационных центрах распределения электроэнергии высокого напряжения. Оптическое переключение позволяет достичь очень высокого уровня изоляции, сохраняя при этом возможность переключения с использованием схемы низкого уровня.
Особенно важно понимать все аспекты срабатывания тиристоров или тиристоров. Таким образом, если возникают какие-либо ложные срабатывания, это помогает отследить способ, которым это может произойти.Также, если тиристор не срабатывает при необходимости, это тоже может помочь решить проблему.
Срабатывание тиристоров – один из наиболее интересных аспектов проектирования схем, использующих эти устройства. Если эта область дизайна может быть успешно завершена, то остальная часть дизайна должна быть относительно легко выполнена.
Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей
Схемы операционных усилителей
Цепи питания
Конструкция транзистора
Транзистор Дарлингтона
Транзисторные схемы
Схемы на полевых транзисторах
Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .
Различные методы включения тиристора или тиристора?
Тиристор можно переключать из непроводящего состояния в проводящее состояние несколькими способами:
Запуск по прямому напряжению:В этом методе, когда прямое напряжение анода на катод увеличивается при разомкнутой цепи затвора, затем происходит переход обратного смещения J 2 будет иметь лавинный пробой при напряжении, называемом прорывом вперед по напряжению V BO .При этом напряжении тиристор или тиристор переходит из состояния ВЫКЛ в состояние ВКЛ. Прямое падение напряжения на тиристоре во включенном состоянии составляет от 1 до 1,5 В и немного увеличивается с увеличением тока нагрузки.
Срабатывание по температуре (срабатывание по температуре):Ширина обедненного слоя тиристора уменьшается при повышении температуры перехода. Таким образом, в SCR, когда приложенное напряжение очень близко к напряжению пробоя, устройство может срабатывать, повышая температуру его перехода.При приложении температуры до определенной степени возникает ситуация, когда обратный смещенный переход разрушается, заставляя устройство проводить. Этот метод срабатывания тиристора путем нагрева известен как процесс термического срабатывания.
Запуск излучения (запуск светом):Тиристоры бомбардируются энергетическими частицами, такими как нейтроны и протоны. Световая энергия фокусируется на обедненной области, что приводит к образованию носителей заряда. Это приводит к мгновенному протеканию тока в устройстве и срабатыванию устройства.
dv / dt Запуск:В этом методе запуска, если приложенная скорость изменения напряжения велика, устройство будет включаться, даже если напряжение, появляющееся на устройстве, небольшое. Мы знаем, что когда SCR подается с прямым напряжением на анод и катод, переходы j 1 и j 3 будут находиться в прямом смещении, а переходное соединение 2 будет в обратном смещении. Этот обратносмещенный переход 2 будет иметь характеристики конденсатора из-за наличия зарядов на переходе.Если внезапно приложить прямое напряжение, будет течь зарядный ток, стремящийся включить тиристор. Эта величина зарядного тока зависит от скорости изменения приложенного напряжения.
Запуск затвора:Это наиболее часто используемый метод запуска SCR или тиристора. Для запуска затвора сигнал подается на затвор и катод устройства. При подаче положительного сигнала на вывод затвора тиристора он срабатывает задолго до указанного перегрузки по напряжению.Для запуска SCR можно использовать три типа сигналов. Это либо сигнал постоянного тока, либо сигнал переменного тока, либо импульсный сигнал.
Запуск затвора постоянного тока:
В этом типе запуска между затвором и катодом прикладывается постоянное напряжение надлежащей величины и полярности, так что затвор становится положительным по отношению к катоду. Когда приложенного напряжения достаточно для создания необходимого тока затвора, устройство начинает проводить
Недостатки:
- И цепи питания, и цепи управления работают по постоянному току, и между двумя отсутствует изоляция. Для включения устройства необходимо подать непрерывный сигнал постоянного тока
- .Отсюда потеря мощности на воротах
Запуск затвора переменного тока:
Источник переменного тока является наиболее часто используемым источником запуска для тиристоров в приложениях переменного тока.
Преимущества:
Имеют преимущества по сравнению с источником постоянного тока, такие как изоляция питания между цепями питания и цепями управления, а угол зажигания можно контролировать, изменяя фазовый угол управляющего сигнала.
Недостаток:
- Привод затвора поддерживается в течение одного полупериода включения устройства.
- Сильное обратное напряжение подается на затвор и катод во время отрицательного полупериода.
Недостатком этой схемы является то, что для понижения подачи переменного тока требуется отдельный трансформатор, что увеличивает стоимость
Запуск импульсного затвора:
Это самый популярный метод запуска SCR. В этом методе привод затвора состоит из периодически появляющегося одиночного импульса или последовательности высокочастотных импульсов. Это называется стробированием несущей частоты. Для изоляции используется импульсный трансформатор.Основное преимущество этого метода заключается в том, что нет необходимости применять непрерывный сигнал затвора, и, следовательно, потери затвора очень сильно снижаются. Гальваническая развязка также предусмотрена между источником питания основного устройства и его сигналами стробирования.
SCR Turn Off Commutation Circuits
Если SCR смещен в прямом направлении и применяется стробирующий сигнал, устройство включается. Однако, как только анодный ток I A превышает ток удержания, затвор теряет управление. Единственный способ выключить SCR – уменьшить анодный ток ниже значения удерживающего тока или сделать анод отрицательным по отношению к катоду.Процесс выключения известен как коммутация. в приложениях переменного тока необходимое условие для отключения достигается, когда источник реверсируется в течение отрицательного полупериода. Этот метод называется естественной или линейной коммутацией. Для приложений постоянного тока. Для выключения тиристора необходимо использовать дополнительную схему. Эти схемы сначала заставляют обратный ток через тиристор на короткое время уменьшить. Анодный ток до нуля. Затем они поддерживают обратное смещение в течение необходимого времени. для завершения поворота.Этот процесс называется принудительной коммутацией. Следует отметить, что если прямое напряжение приложено сразу после уменьшения анодного тока до нуля. SCR не будет блокировать прямое напряжение и снова начнет проводить. даже если он не запускается стробирующим импульсом. Поэтому это так. важно поддерживать обратное смещение устройства в течение конечного времени, называемого поворотным моментом ( t OFF ), прежде чем может быть подано прямое анодное напряжение. Время выключения SCR определяется как минимальный период между моментом, когда анодный ток становится равным нулю, и моментом, когда устройство может блокировать прямое напряжение.Отключение SCR может быть выполнено следующими способами:
- отвод анодного тока на альтернативный путь
- Замыкание тринистора с анода на катод
- , прикладывая обратное напряжение, делая катод анодом) через тиристор положительный относительно
- принудительное обнуление анодного тока на короткое время
- Открытие внешнего пути от его анодного напряжения питания
- Кратковременное снижение напряжения питания до нуля
Наиболее распространенные методы коммутации кратко обсуждаются в следующих подразделах.
Коммутация конденсатора
В цепях постоянного тока. SCR может быть отключен путем переключения анодного тока на альтернативный путь на время, достаточное для восстановления способности SCR к блокировке. Простая схема с использованием транзисторного ключа Q показана на рисунке 1. Когда тиристор включен, транзистор находится в выключенном состоянии. Чтобы выключить SCR, положительный импульс подается на базу Q, включая его. Анодный ток отводится на транзистор. Когда анодный ток падает ниже тока удержания, тиристор отключается.Транзистор остается включенным ровно настолько, чтобы выключить тиристор. Это бесполезный метод для повторяющихся операций включения-выключения, поскольку SCR на самом деле не имеет обратного смещения, и поэтому выключение происходит медленно.
Рисунок 1: Цепи отключения SCR с использованием транзисторного ключаВ другом методе SCR можно отключить, применив обратное смещение на время, достаточное для того, чтобы SCR смог восстановить свою способность прямой блокировки. Типичная схема коммутации включает в себя коммутирующий конденсатор C и вспомогательный тиристор 2 , как показано на рисунке 2.когда основной SCR 1 находится в проводящем состоянии, конденсатор C в этот момент SCR 2 выключен. Чтобы выключить SCR 1 , срабатывает SCR 2 . Когда SCR 2 включается, конденсатор переключается на SCR 1, , подавая на него обратное напряжение. Если SCR 1 достаточно долго смещен в обратном направлении, он выключится.
Рисунок 2: Цепи отключения SCR с использованием коммутирующего конденсатораДля обеспечения успешной коммутации значение емкости C может быть определено следующим образом:
C ≥ т ВЫКЛ /0.693 R L
где
C = Коммутационный конденсатор в мкФ
R L = Сопротивление нагрузки в Ом
t ВЫКЛ = время выключения в мкс
Пример
В схеме на Рисунке 4.28 напряжение источника составляет 220 В, а сопротивление нагрузки – 10 Ом. Если время выключения для SCR составляет 10 мкс, найдите минимальное значение емкости, которое обеспечит коммутацию.
Решение:
Минимальное значение C:
C = t ВЫКЛ / / 0,693 R L = 10 (10 -6 ) / 0,693 x 10 = 1,44 µ F
Подходящим значением C будет 1,5 мкФ.
Коммутация от внешнего источника
В схеме коммутации этого типа энергия коммутации получается от внешнего источника в виде импульса. Простая схема показана на рисунке 3.Генератор импульсов смещает тиристор в обратном направлении и, таким образом, выключает его. Ширина импульса должна быть такой, чтобы SCR был смещен в обратном направлении в течение периода, превышающего время выключения SCR.
(а) (b)Рисунок 3: Коммутация от внешнего источника (a) Цепь (b), формы сигналов
Когда SCR запускается подачей стробирующего сигнала, ток течет через SCR, вторичную обмотку импульсного трансформатора и нагрузку. Чтобы выключить SCR, на катод SCR подается положительный импульсный трансформатор.Конденсатор заряжен примерно до 1 В и может рассматриваться как короткое замыкание на время коммутации.
Резонансная коммутация
Естественный резонанс, установленный в LC-цепи, можно использовать непосредственно для отключения SCR, устраняя необходимость во внешнем источнике. На рисунке 4 показана простая схема последовательного резонансного выключения. Резонансный контур LC с недостаточным демпфированием, включенный последовательно с нагрузкой, подает обратное напряжение на тиристор, чтобы выключить его.
Рисунок 4: Схема последовательного резонансного выключенияСхема параллельной резонансной коммутации, показанная на рисунке 5, также может использоваться для выключения тиристора.Конденсатор C первоначально заряжается во время периода отключения SCR до напряжения источника с указанной полярностью. Когда SCR включен, конденсатор разряжается через LC-резонансный контур и прикладывает обратное напряжение к SCR, чтобы выключить его. После включения SCR он проводит до тех пор, пока конденсатор снова не зарядится до V S и не начнет разряжаться через SCR и L. Затем он автоматически отключается.
Рисунок 5: Параллельный резонансный контур выключенияКоммутация линии переменного тока
Этот метод коммутации используется в цепях с источником переменного тока.На рисунке 6 показана типичная схема с линейной коммутацией и связанные с ней формы сигналов. Ток нагрузки протекает в цепи в течение положительного полупериода. SCR имеет обратное смещение в течение отрицательного полупериода входного напряжения. С нулевым стробирующим сигналом SCR выключится, если выключение SCR будет меньше продолжительности полупериода, то есть на период T / 2. Максимальная частота, на которой может работать эта схема, зависит от времени выключения SCR.
Рисунок 6: Коммутация линии переменного токаЧто такое триггер SCR и методы включения SCR
SCR или тиристор – это один из видов полупроводниковых устройств, специально разработанный для использования в мощных коммутационных устройствах.Это устройство может работать только в режиме переключения и действует как переключатель. Когда SCR запускается своим выводом затвора в передачу, он будет постоянно подавать ток. При разработке схемы SCR или тиристора для активации схемы должна требоваться особая концентрация. Работа всей области цепи SCR во многом зависит от способа ее срабатывания. В этой статье обсуждаются различные методы запуска SCR, методы включения SCR или запуска тиристоров.Доступны различные методы запуска в зависимости от различных параметров, включая температуру, напряжение и т. Д. Мы обсудим некоторые из них, которые часто используются при запуске SCR.
Что такое срабатывание SCR?
Мы знаем, что кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) или тиристор включает два стабильных состояния, а именно прямую проводимость и прямую блокировку. Метод запуска SCR может быть определен как, когда SCR переключается из состояния прямой блокировки в состояние прямой проводимости, что означает выключенное состояние в состояние ON, тогда это называется Методы включения SCR или запуск SCR.
кремниевый управляемый выпрямительСпособы запуска тринистора
Запуск тринистора в основном зависит от различных переменных, таких как температура, напряжение питания, ток затвора и т.д. + ve относительно катода, тогда SCR превращается в смещенный переадресацию. Поэтому этот тиристор переходит в состояние прямой блокировки.
scr-triggering-circuitЭто можно сделать для активации в режиме проводимости, и это выполняется с помощью любого типа методов включения SCR.Существуют различные методы активации SCR, в том числе следующие.
- Запуск по прямому напряжению
- Запуск по температуре
- dv / dt Запуск
- Запуск по свету
- Запуск по стробу
Запуск по прямому напряжению
Этот метод запуска в основном используется для увеличения катодного и катодного напряжения. Так что ширина обедненного слоя может быть увеличена и заставляет увеличивать ускоряющее напряжение неосновных носителей заряда на переходе J2.Кроме того, это может привести к лавинному пробою J2-перехода при прямом обрыве перенапряжения.
На этом этапе кремниевый выпрямитель может перейти в режим проводимости, и, следовательно, будет большой ток с меньшим падением напряжения. На протяжении всего состояния запуска в тиристоре диапазон падения напряжения на тиристоре составляет от 1 до 1,5 вольт. Это может быть усилено током нагрузки.
На практике этот метод не может быть использован, так как он требует очень большого анодного напряжения на катоде.Когда напряжение выше, чем перенапряжение отключения, возникают чрезвычайно большие токи. Это может повредить тиристор. Таким образом, в большинстве случаев этот метод запуска SCR не может быть использован.
Запуск по температуре
Этот тип запуска в основном возникает из-за некоторых обстоятельств. Это может увеличить внезапные отклики, и тогда его результаты должны быть записаны как элемент любого метода проектирования.
Срабатывание тиристоров по температуре в основном происходит, когда напряжение на переходе J2, а также ток утечки могут увеличить температуру перехода.При повышении температуры увеличивается ток утечки.
Этот метод увеличения может быть достаточным для активации тиристора, даже если он имеет тенденцию просто происходить из-за высокой температуры устройства.
dv / dt Запуск
В этом типе запуска, когда SCR находится в прямом смещении, тогда два перехода, такие как J1 и J3, находятся в прямом смещении, а переход J2 будет в обратном смещении. Здесь переход J2 работает как конденсатор из-за существующего заряда на переходе.Если ‘V’ – это напряжение на тиристоре, то заряд (Q) и емкость можно записать как
ic = dQ / dt
Q = CV
ic = d (CV) / dt = C. dV / dt + V.dC / dt
Когда dC / dt = 0
ic = C. dV / dt
Таким образом, при изменении скорости напряжения на SCR высокий или низкий, тогда может сработать SCR.
Световое срабатывание
Когда SCR срабатывает, излучение света называется LASCR или светоактивным SCR.Этот вид запуска используется для преобразователей, которые управляются по фазе в системах HVDC. В этом методе интенсивность и световое излучение с подходящей длиной волны разрешается попадать на переход J2.
световой запускЭти типы тиристоров имеют позицию внутри P-слоя. Таким образом, когда свет падает на эту позицию, пары электрон-дырка могут образовываться в переходе J2, чтобы дать дополнительные носители заряда на выводах перехода, чтобы запустить тиристор.
Запуск по стробу
Запуск по стробу – это эффективный и наиболее часто используемый метод запуска тиристора или тиристора.Поскольку тиристор находится в прямом смещении, то достаточное напряжение на выводе затвора добавляет несколько электронов к переходу J2. Это влияет на усиление обратного тока утечки и, следовательно, пробой перехода J2, все еще находящегося под напряжением, будет меньше, чем VBO.
В зависимости от размера тиристора ток затвора изменяется от нескольких мА до 200 мА. Если ток, который подается на вывод затвора, высокий, то дополнительные электроны будут вставлены в переход J2, что приведет к приближению к положению проводимости при меньшем приложенном напряжении.
В этом методе положительное напряжение может быть приложено между двумя выводами, такими как затвор и катод. Таким образом, мы можем использовать 3 вида стробирующих сигналов для запуска SCR, а именно импульсный сигнал, сигнал постоянного тока и сигнал переменного тока.
При разработке схемы запуска затворного тиристора необходимо учитывать следующие важные моменты.
- Когда срабатывает тиристор, стробирующий сигнал должен быть немедленно отключен, иначе потеря мощности будет внутри затворного перехода.
- Поскольку тиристор имеет обратное смещение, стробирующий сигнал не должен применяться к нему.
- Ширина импульса стробирующего сигнала должна быть больше времени, необходимого для увеличения анодного тока до значения тока удержания.
Итак, это все об обзоре методов запуска SCR. Наконец, исходя из приведенной выше информации, мы можем сделать вывод, что переключение тиристора из состояния прямой блокировки в состояние прямого состояния известно как запуск.