Вольт-амперная характеристика тиристора
Электрические свойства тиристоров рассмотрим на примере однооперационного тиристора (рис. 4.8а), запираемого в обратном направлении. Будем исходить из последовательной схемы включения тиристора VS с нагрузкой RН, когда к электрической цепи приложено напряжение U. Обозначим: uпр– падение прямого напряжения на тиристоре (анод-катод),uобр- падение обратного напряжения (катод-анод), iпр– прямой ток тиристора (анод-катод), iобр – обратный ток тиристора (катод-анод).
Вольт-амперная характеристика (ВАХ) тиристора показана на рис. 4.9.
Основной особенностью тиристора является наличие на его ВАХ участка 2 с отрицательным дифференциальным сопротивлением и, как следствие, работа тиристора в режиме переключения из непроводящего ток (иначе, закрытого) состояния (участок 1 на ВАХ) в проводящее (иначе, открытое) состояние (участок 3 на ВАХ).
| Нагрузочная прямая |
| Рис. 4.9. Вольт-амперная характеристика однооперационного тиристора и нагрузочная прямая тиристорного ключа |
| iуп>0 iуп=0 |
| iобр |
| iпр U/RН Iпр.тах Iвыкл |
| uобр |
| 0 ∆UпрUнUUперuпр |
Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое состояние может осуществляться только при прямом напряжении uпр путем внешнего воздействия на прибор: изменением напряжения uпр между анодом и катодомили подачей на УЭ тока управления iуп. В последнем случае достаточно подать на УЭ кратковременный импульс тока iуп. При обратном напряжении uобр на тиристоре открыть тиристор невозможно ни изменением обратного напряжения uобр, ни подачей тока управления iуп на УЭ.
Рассматриваемый тиристор является не полностью управляемым полупроводниковым прибором, так как перевести тиристор из открытого в закрытое состояние нельзя током управления iуп. Тиристор закроется, т. е. перейдет в непроводящее состояние, когда протекающий по нему ток iпр снизится до значения, близкого к нулю.
Основные параметры, характеризующие работу тиристора
По ВАХ тиристора с нагрузочной прямой (рис. 4.9) можно выделить точки и соответствующие им параметры, характеризующие работу прибора:
Uпер – напряжение переключения (при подаче напряжения на прибор в прямом направлении, равного или превышающего Uпер , тиристор переходит из непроводящего состояния в проводящее состояние);
Iпер - ток переключения (прямой ток, протекающий через прибор непосредственно перед переключением его в проводящее состояние при напряжении Uпер);
Iвыкл - ток выключения (при уменьшении тока через прибор до значения Iвыкл или ниже тиристор переходит в непроводящее состояние);
Iпр.тах – максимальный прямой ток;
∆Uпр - прямое падение напряжения на тиристоре при протекании через него максимального прямого тока.
Номинальное напряжение, на которое рассчитан тиристор, должно быть не менее напряжения uн, которое падает на нем, когда тиристор закрыт.
Некоторые разновидности тиристоров.
В тиристорных ключах применяют полупроводниковые приборы различных типов (рис. 4.10):
•асимметричные тиристоры, в которых обычный тиристор интегрально объединен с встречновключенным силовым диодом, обеспечивающим протекание встречного для тиристора тока (рис. 4.11а);
• симисторы - объединенные конструктивно пары встречновключенных тиристоров (рис. 4.11б). Вольт-амперная характеристика симистора (симметричного тиристора) аналогична ВАХ, показанной на рис. 4.10, но она симметрична относительно начала координат (в третьем квадранте располагаются такие же ветви ВАХ, как и в первом квадранте);
• диодные тиристоры (динисторы), включаемые импульсом прямого напряжения (рис. 4.11в);
• оптотиристоры, управляемые световым потоком (рис. 4.11г);
• двухоперационные (запираемые) тиристоры (рис. 4.11д).
| а) б) в) г) д) |
| Рис.4.10. Разновидности тиристоров |
Запираемые тиристоры созданы с целью устранения неполной управляемости обычных тиристоров. Один из важнейших параметров двухоперационного тиристора – коэффициент отключения по току КI(выкл) , равный отношению выключаемого тока Iпр(выкл) в анодной цепи к соответствующему значению тока Iуп(выкл) в цепи управления, который вызывает переход тиристора из открытого состояния в закрытое состояние.
Среди двухоперационных тиристоров выделяют следующие типы:
запираемый тиристор GTO (Gate – turn – off), переключаемый в проводящее состояние и наоборот путем подачи на управляющий электрод сигналов соответствующей полярности;
тиристор GCT (Gatecommutatedthyristor), коммутируемый по управляющему электроду, отличающийся наличием интегральной схемы управления;
тиристор МСТ (MOS-controlthyristor), содержащий два полевых транзистора, один из которых обеспечивает процесс включения, подавая импульс тока на управляющий электрод, а другой – аналогично – процесс выключения тиристора.
Тиристоры применяют в мощных ключах, поскольку они способны коммутировать цепи напряжением до 10 кВ с токами до 10 кА. Частота коммутации для наиболее мощных тиристорных ключей обычно не превышает 1 кГц. Современные образцы МСТ показывают способности коммутировать мощности выше 10 МВт при частоте 10 кГц.