|
| |
|
Главная Журналы (состояние с малым внутренним сопротивлением). На рис. 1.1,г приведена вольт-амперная характеристика тиристора. Прямая ее ветвь при отсутствии тока управления /у в цепи управляющий электрод - катод имеет точку перегиба, называемую прямым пробивным напряжением f/,„ т. е. при достижении этого напряжения прибор будет переключен без тока управления. Пробивное напряжение зависит от типа и конструктивного исполнения тиристора и в соответствии с действующими стандартами определяет класс тиристора. Ток управления, соответствующий пробивному напряжению, при котором переключается тиристор (Уп,п, называется током переключения /у, п- Перевод тиристора в закрытое состояние может быть осуществлен уменьщением тока нагрузки до значения /а, у, называемого током удержания тиристора. При протекании управляющего тока /у напряжение переключения изменяется и при достаточном токе управления вольт-амперная характеристика тиристора становится аналогичной характеристике неуправляемого диода, а этот ток называют током спрямления тиристора /у„с. Очевидно, что задача конструктора средств управления тиристорами- обеспечить ток управления /у, с, соответствующий минимально возможному напряжению переключения тиристора. Действие положительной обратной связи приводит к тому, что после достижения анодным током значения, равного току удержания /а, у, нет необходимости пропускать через управляющий электрод ток управления. Следовательно, при конструировании средств управления тиристорами имеется возможность строить их из расчета управления короткими импульсами, длительность которых должна быть не меньше времени нарастания анодного тока до тока удержания /а, у. Очевидно, что скорость нарастания анодного тока до значения /а, у определяется конкретной схемой включения тиристоров и ее параметрами. Приложение обратного напряжения к запертому тиристору вызывает обратный ток, который зависит от сопротивления изоляционных поверхностей прибора и его конструкции. Увеличение обратного напряжения, называемого неповторяющимся, до порогового значения (/„о вызывает обратный пробой тиристора и его повреждение. При протекании тока управления /у через управляющий переход увеличивается, как видно из рис. 1.1, г, обратный ток тиристора. Увеличение обратного тока в свою очередь приводит к дополнительному нагреву закрытого тиристора и к снижению напряжения переключения. Это также обязывает конструктора средств управления с целью увеличения способности тиристора блокировать обратное напряжение, не подавать без необходимости управляющий сигнал при обратном напряжении на тиристоре. Важное значение для проектирования управляющих устройств имеют динамические характеристики тиристора. Под динамиче-кими характеристиками обычно понимают время включения, вре-  Рис. 1.2. Временные диаграммы переключения тиристора мя выключения и устойчивость тиристора к скорости нарастания анодного напряжения dujdt. Как уже отмечалось, после подачи напряжения на управляющий переход анодный ток нарастает за определенный промежуток времени. Включение прибора происходит вначале в области управляющего перехода тиристора. Чтобы не допускать прохождения большого тока через локальную область возле управляющего перехода до тех пор, пока не будет переключена вся структура, обычно ограничивают скорость нарастания тока с помощью индуктивных сопротивлений, а крутизну управляющего импульса стремятся делать как можно больше, чтобы ускорить включение всей структуры. Протекание динамических процессов тиристора иллюстрируется рис. 1.2. После подачи управляющего импульса ток г"» достигает 10 % своего значения за некоторое время задержки включения ta. Время задержки в значительной мере зависит от тока управления и ширины базовых слоев прибора. Следует заметить, что высоковольтные тиристоры из-за значительной ширины базового слоя имеют большее время задержки, чем низковольтные. В ходе процесса включения проводящее состояние устанавливается сначала в окрестностях края эмиттера, ближайшего к управляющему переходу. Следовательно, в приборах с большой площадью часть активной площади, расположенной ближе к управляющему переходу, включается раньше. Возникшее из-за этого неоднородное распределение тока может привести к прожогу структуры из-за большой плотности тока в этих локальных областях. По сути дела, р-п-р-п прибор управляется зарядом, а следовательно, необходимо, чтобы заряд быстро распространился по плош,ади прибора. Стремление уменьшить в реальных схемах преобразователей время задержки (особенно там, где имеется несколько последовательно включенных тиристоров) путем увеличения тока управления, а также стремление распространить заряд, переключающий прибор, по всей площади за минимальное время ставит перед кои- структором схем управления сложную задачу получения управляющего импульса с большой крутизной diy/dt и задачу обеспечения некоторой форсировки амплитуды управляющего тока. Значения необходимой крутизны управляющих импульсов обычно приводятся в справочных материалах о тиристорах. Так, в соответствии со стандартами на мощные тиристоры diy/dt составляет 1,0-0,5 А/мкс, и только при такой крутизне сигнала управления завод-изготовитель гарантирует исправность прибора при приведенных в технических условиях скоростях нарастания анодного тока. При меньших скоростях изменения анодного тока значение diy/dt может быть уменьшено. Это свойство широко используется конструкторами конкретных преобразователей. После истечения времени задержки анодный ток тиристора начинает интенсивно нарастать, а напряжение на приборе падать. Время, отсчитанное от момента подачн управляющего импульса до достижения анодным током 90 % установившегося значения, называется временем включения тиристора вкл- Для выключения тиристора необходимо изменить полярность напряжения питания. В этом случае ток через прибор будет убывать и достигнет в некоторой точке своего нулевого значения. Однако из-за того, что базовые области все еще насыщены иеоснов-ными носителями, прибор не заблокирует ток немедленно, а станет вести себя как некоторое сопротивление, и отрицательное напряжение на тиристоре будет возрастать до тех пор, пока базы не станут ненасыщенными. В точке прибор начинает блокировать обратное напряжение, а ток спадает до нуля. Для обеспечения блокирования прямого напряжения необходим некоторый промежуток времени для рекомбинации тех носителей, которые еще остались в базах. По истечении этого времени прибор в состоянии снова блокировать прямое напряжение. Время, отсчитанное от точки to достижения анодным током нулевого значения до восстановления прибором своих блокирующих свойств для прямого напряжения, называется временем выключения тиристора. Этот важный динамический параметр должен также учитываться при проектировании преобразователей, работающих в ин-верторном режиме, где свойство блокирования прямого напряжения предопределяет принцип работы установки. 1.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕПЕЙ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРАМИ Проектирование устройств управления, как следует из вышеуказанных свойств тиристора, должно основываться на знании входных статических и динамических характеристик управления н на учете механизма переключения тиристора. Входные вольт-амперные характеристики управляющего перехода зависят от типа тиристора, температуры полупроводниковой структуры и даже в пределах одного н того же типа существенно отличаются от экземпляра к экземпляру из-за особенностей технологии изготовления приборов. Заводы-изготовители тиристоров 0 1 [ 2 ] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 |