Тиристоры – определение, виды, условное обозначение и принцип работы

– силовой полупроводниковый прибор с частичным управлением, имеющий два устойчивых состояния – закрытое (не проводит ток) и открытое (проводит ток). Частичное управление заключается в том, что управляющий импульс переводит тиристор в проводящее состояние, а закрывается он только при уменьшении тока в силовой цепи ниже некоторого значения. Иными словами тиристор можно включить, но нельзя выключить. Переход тиристора в проводящее состояние происходит лавинообразно: он имеет S-образную вольтамперную характеристику с областью отрицательного дифференциального сопротивления, схожей по форме с областью пробоя для газоразрядных приборов. Как и во всех лавинообразных процессах в коммутации тиристора присутствует положительная обратная связь (как петля удавка – чем сильнее тянешь – тем сильнее затягивается).

-

- однополярные приборы с одним управляющим электродом с управлением относительно катода или относительно анода;
-

(двунаправленные приборы с одним управляющим электродом (управление осуществляется относительно одного из электродов);
-

- одно- или двунаправленные неуправляемые приборы двухвыводные приборы переходящие в проводящее состояние после превышения приложенного напряжения определенной величины (двуполярный динистор называется диак).

Условное обозначение тиристоров различной структуры представлено на рисунке VS.1.

Структура тиристора такова, что ток коллектора одного транзистора является током базы другого. При этом реализуется принцип «удавки» - с подачей напряжения на управляющий электрод появляется ток в цепи база-эмиттер нижнего n-p-n транзистора. При этом начинает протекать ток в цепи коллектора величина которого больше тока управления в hFE1 раз (коэффициент усиления по току нижнего транзистора). Этот усиленный ток в свою очередь протекает по цепи эмиттер-база верхнего транзистора в цепи коллектора которого начинает протекать ток усиленный еще в hFE2 раз (коэффициент усиления по току верхнего транзистора). Таким образом, к току управления «втекающего» в цепь базы нижнего транзистора добавляется еще дополнительное «эхо» - начальный ток усиленный в hFE1· hFE2 раз который тоже усиливается. Это несколько упрощенное «пошаговое» описание процесса, в реальности процесс лавинообразного усиления тока протекает непрерывно до тех пор, пока ток через структуру не станет равным току внешней цепи. Все выглядит очень красиво. Но есть одна проблема – включить тиристор с помощью цепи управления можно. Выключить нельзя. По крайней мере, обычный тиристор. Выключают тиристор, прерывая внешний ток. Это легко реализуется в цепях переменного тока, в которых направление протекающего тока регулярно сменяется от периода к периоду. И реализуется сложно в условиях постоянного тока. Об этом написаны многочисленные книги, однако в современных условиях это теряет свою актуальность поскольку в области средних мощностей бал уже правят IGBT-транзисторы, а в области высоких мощностей (и напряжений) – запираемые тиристоры.

Вольт-амперная характеристика тиристора

изображена на рисунке VS.3. Видно, что при отсутствии управляющего тока при увеличении напряжения на тиристоре он остается выключенным и через него протекает только ток утечки ID. При наличии управляющего тока IGTпроисходит переход тиристора в проводящее состояние. При этом, чем больше управляющий ток IGT, тем при меньшем напряжении катод-анод происходит включение транзистора. Включение тиристора приводит к резкому росту току через него и уменьшению напряжения на нем. С уменьшением тока через тиристор при отсутствии управляющего сигнала ток через тиристор прекращается после снижения тока ниже тока удержания тиристора IH (Holding current). С уменьшением тока через тиристор при наличии управляющего сигнала ток через тиристор прекращается после снижения тока до более низкого уровня - ниже тока фиксации тиристора IL (Latching current). Вольт-амперная характеристика включения и выключения тиристора имеет S-образную форму. При приложении обратного напряжения к тиристору (обратная ветвь ВАХ) напряжение пробоя VZ уменьшается с увеличением тока управления.

Области применения тиристоров

Типовыми областями применения тиристора являются:

- управляемые выпрямители;
- регуляторы мощности (переменного тока);
- коммутаторы в сетях переменного тока (электронный ключ);
- преобразователи (сравнительно низкочастотные – не более 10-20 кГц);
- схемы защиты.

Параметры тиристора

1.

– максимальное (импульсное) напряжение между катодом и анодом тиристора.
2.

– максимальное среднеквадратичное значение постоянно протекающего тока через тиристор.
3.

– максимальное значение пикового однократного тока через тиристор.
4.

– параметр I2t для выбора плавких вставок предохранительных цепей.
5.

– (Repetitive rate of rise of on-state currentafter triggering) – номинальное (точнее максимальное, поскольку быстрее не откроется) значение скорости роста тока через тиристор после коммутации.
6.

– максимальный импульсный ток через управляющий электрод тиристора.
7.

– максимальное импульсное напряжение между управляющим электродом и катодом тиристора (иногда анодом, если управление относительно анода).
8.

– максимальная импульсная мощность управления тиристором.
9.

– максимальная рассеиваемая средняя мощность управления тиристором.
10.

– максимальная рабочая температура кристалла тиристора.
11.

– пороговое величина тока через управляющий электрод при котором происходит включение тиристора.
12.

– минимальная величина тока через катод и анод тиристора при которой тиристор еще остается в проводящем состоянии при наличии сигнала на управляющем электроде тиристора. Если ток становится меньше данной величины, то тиристор переходит в непроводящее состояние.
13.

– минимальная величина тока через катод и анод тиристора при которой тиристор еще остается в проводящем состоянии при отсутствии сигнала на управляющем электроде тиристора. Если ток становится меньше данной величины, то тиристор переходит в непроводящее состояние.
14.

- величина падения напряжения на тиристоре во включенном состоянии. Обычно указывается при конкретном значении тока через ключ.
15.

– ток утечки через закрытый тиристор при прямом напряжении – рабочая ветвь.
16.

– ток утечки через закрытый тиристор при обратном напряжении.
17.

– пороговая скорость нарастания напряжения между катодом и анодом тиристора, выше которой происходит переход (самопроизвольный) тиристора в проводящее состояние.
18.

– время задержки включения тиристора после подачи импульса управления.
19.

– время задержки выключения тиристора при управлении с помощью внешней цепи.