Что такое тиристор и для чего он

Что такое тиристор?

Тиристор — полупроводниковый прибор с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости.

Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров — управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов. Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом, по способу управления и по односторонней либо двухсторонней проводимости.

Более подробно познакомиться с теоретической частью можно в Википедии по следующей ссылке: http://ru.wikipedia.org/wiki/Тиристор

Компания «Чип и Дип» в одной из серий знакомств с электронными компонентами подготовила видео-ролик, демонстрирующий принцип работы тиристора. Предлагаем ознакомиться с этим простым и в то же время важным и надежным прибором.

Что такое тиристор?

Частотные крановые системы
Тиристорные крановые панели
Индивидуальное исполнение панелей
Взрывобезопасное исполнение кранового привода (ВБИ)
Приводы постоянного тока для кранов (DC/DC)
Силовые резисторы от 5кВт до 250кВт и выше

Видеонаблюдение и регистрация Orlaco
Крановые кондиционеры FrigorTec
Крановые тормоза Sibre
Пожаротушение Tyco без повреждения оборудования
Радиоуправление ELCA

Что включает реконструкция крана?
Какой тип привода выбрать для модернизации?
Обследование крана
Проектирование и комплектация оборудования
Монтажные работы на кране
Гарантийный период и сервисное обслуживание
Проблемы управления двигателем с фазным ротором от преобразователя частоты

+375 (17) 322 22 00
ООО «Двеста»

Продажа кранового оборудования, его обслуживание, монтаж, реконструкция и модернизация. Республика Беларусь, г. Минск, ул. Неманская, 67-17. «карта проезда»

Что такое тиристор и как он работает

Чтобы понять как работает схема, необходимо знать действие и назначение каждого из элементов. В этой статье рассмотрим принцип работы тиристора, разные виды и режимы работы, характеристики и виды. Постараемся объяснить все максимально доступно, чтобы было понятно даже для начинающих.

Что такое тиристор, его устройство и обозначение на схеме

Тиристор — полупроводниковый элемент, имеющий только два состояния: «открыто» (ток проходит) и «закрыто» (тока нет). Причем оба состояния устойчивые, то есть переход происходит только при определенных условиях. Само переключение происходит очень быстро, хоть и не мгновенно.

Так выглядят тиристоры

По способу действия его можно сравнить с переключателем или ключом. Вот только переключается тиристор при помощи напряжения, а отключается пропаданием тока или снятием нагрузки. Так что принцип работы тиристора понять несложно. Можно представлять его как ключ с электрическим управлением. Так, да не совсем.

Тиристор, как правило, имеет три выхода. Один управляющий и два, через которые протекает ток. Можно попробовать коротко описать принцип работы. При подаче напряжения на управляющий выход, коммутируется цепь через анод-коллектор. То есть, он сравним с транзистором. Только с той разницей, что у транзистора величина пропускаемого тока зависит от поданного на управляющий вывод напряжения. А тиристор либо полностью открыт, либо полностью закрыт.

Внешний вид

Внешний вид тиристора зависит от даты его производства. Элементы времен Советского Союза — металлические, в виде «летающей тарелки» с тремя выводами. Два вывода — катод и управляющий электрод — находятся на «дне» или «крышке» (это с какой стороны смотреть). Причем электрод управления меньше по размерам. Анод может находиться с противоположной стороны от катода, или торчать вбок из-под шайбы, которая есть на корпусе.

Два вида тиристоров - современные и советские, обозначение на схемах

Два вида тиристоров — современные и советские, обозначение на схемах

Современные тиристоры выглядят по-другому. Это небольшой пластиковый прямоугольник с металлической пластиной сверху и тремя выводами-ножками снизу. В современном варианте есть одно неудобство: надо смотреть в описании какой из выводов анод, где катод и управляющий электрод. Как правило, первый — анод, затем катод и крайний правый — это электрод. Но это как правило, то есть, не всегда.

Принцип работы

По принципу действия, тиристор можно еще сравнить с диодом. Пропускать ток он будет в одном направлении — от анода к катоду, но происходить это будет только в состоянии «открыто». На схемах тиристор похож на диод. Также имеется анод и катод, но есть еще дополнительный элемент — управляющий электрод. Понятное дело, есть отличия и в выходном напряжении (если сравнивать с диодом).

Принцип работы тиристора в устройствах переменного напряжения: на выходе есть только верхняя часть синусоиды

В схемах переменного напряжения тиристор будет пропускать только одну полуволну — верхнюю. Когда приходит нижняя полуволна, он сбрасывается в состояние «закрыто».

Принцип работы тиристора простыми словами

Рассмотрим принцип работы тиристора. Стартовое состояние элемента — закрыто. «Сигналом» к переходу в состояние «открыто» является появление напряжения между анодом и управляющим выводом. Вернуть тиристор в состояние «закрыто» можно двумя способами:

снять нагрузку;
уменьшить ток ниже тока удержания (одна из технических характеристик).

В схемах с переменным напряжением, как правило, сбрасывается тиристор по второму варианту. Переменный ток в бытовой сети имеет синусоидальную форму, когда его значение приближается к нулю и происходит сброс. В схемах, питающихся от источников постоянного тока, надо либо принудительно убирать питание, либо снимать нагрузку.

После снятия отпирающего напряжения, тиристор остается в открытом состоянии (лампочка горит)

То есть, работает тиристор в схемах с постоянным и переменным напряжением по-разному. В схеме постоянного напряжения, после кратковременного появления напряжения между анодом и управляющим выводом, элемент переходит в состояние «открыто». Далее может быть два варианта развития событий:

Состояние «открыто» держится даже после того, как напряжение анод-выход управления пропало. Такое возможно если напряжение, поданное на анод-управляющий вывод, выше чем неотпирающее напряжение (эти данные есть в технических характеристиках). Прекращается прохождение тока через тиристор, фактически только разрывом цепи или выключением источника питания. Причем выключение/обрыв цепи могут быть очень кратковременными. После восстановления цепи, ток не течет до тех пор, пока на анод-управляющий вывод снова не подадут напряжение.
После снятия напряжения (оно меньше чем отпирающее) тиристор сразу переходит в состояние «закрыто».

Так что в схемах постоянного тока есть два варианта использования тиристора — с удержанием открытого состояния и без. Но чаще применяют по первому типу — когда он остается открытым.

Если говорить о внутреннем устройстве, то это три перехода P-N-P-N

Принцип работы тиристора в схемах переменного напряжения отличается. Там возвращение в запертое состояние происходит «автоматически» — при падении силы тока ниже порога удержания. Если напряжение на анод-катод подавать постоянно, на выходе тиристора получаем импульсы тока, которые идут с определенной частотой. Именно так построены импульсные блоки питания. При помощи тиристора они преобразуют синусоиду в импульсы.

Проверка работоспособности

Проверить тиристор можно либо при помощи мультиметра, либо создав простенькую проверочную схему. Если при прозвонке иметь перед глазами технические характеристики, можно заодно проверить сопротивление переходов.

Один из видов: силовой Т122-25

Прозвонка мультиметром

Для начала разберем прозвонку мультиметром. Переводим прибор в режим прозвонки.

На цифровых мультиметрах есть режим прозвонки, который позволяет проверять полупроводниковые приборы

Далее поочередно прикасаемся щупами к парам выводов:

При подключении щупов к аноду и катоду, прибор должен показывать обрыв — «1» или «OL» в зависимости от мультиметра. Если отображаются иные показатели хоть в одном направлении, тиристор пробит.
Между анодом и управляющим электродом (выводом) должно быть небольшое сопротивление в одном из направлений. В противоположном — обрыв. Если в обоих направлениях или обрыв, или небольшое сопротивление — элемент поврежден.

Проверка тиристора при помощи мультиметра

Проверка тиристора при помощи мультиметра. На левом рисунке на табло отображается «1», т.е. сопротивление между анодом и катодом слишком велико и прибор не может его зафиксировать. На правом рисунке сопротивление небольшое, так как подано прямое напряжение смещения между анодом и управляющим электродом

Обратите внимание, что величина сопротивления у разных серий разная — на это не стоит обращать особого внимания. Если хотите проверить и сопротивление переходов, посмотрите в технических характеристиках.

Схема проверки работоспособности тиристора мультиметром

На рисунке представлены схемы испытаний. Крайний справа рисунок — усовершенствованный вариант с кнопкой, которую устанавливают между анодом и управляющим выводом. Для того чтобы мультиметр зафиксировал протекающий по цепи ток, кратковременно нажимаем на кнопку.

При помощи лампочки и источника постоянного тока (батарейка тоже пойдет)

Если мультиметра нет, можно проверить тиристор при помощи лампочки и источника питания. Подойдет даже обычная батарейка или любой другой источник постоянного напряжения. Вот только напряжение должно быть достаточным для того, чтобы засветить лампочку. Потребуется еще сопротивление или обычный кусок проволоки. Из этих элементов собирается простая схема:

Схема проверки тиристора при помощи лампочки и источника питания

Плюс от источника питания подаем на анод.
К катоду подключаем лампочку, второй ее вывод подключаем к минусу источника питания. Лампочка не горит, так как термистор заперт.
Кратковременно (при помощи куска проволоки или сопротивления) соединяем анод и управляющий вывод.
Лампочка загорается и продолжает гореть, хотя перемычка убрана. Термистор остается в открытом состоянии.
Если выкрутить лампочку или выключить источник питания, то лампочка, естественно, погаснет.
Если восстановить цепь/питание, она не загорится.

Заодно с проверкой, эта схема позволяет понять принцип работы тиристора. Ведь картинка получается очень наглядной и понятной.

Виды тиристоров и их особые свойства

Полупроводниковые технологии все еще разрабатываются и совершенствуются. За несколько десятилетий появились новые разновидности тиристоров, которые имеют некоторые отличия.

Динисторы или диодные тиристоры. Отличаются тем, что имеют только два вывода. Открываются подачей на анод и катод высокого напряжения в виде импульса. Называют еще «неуправляемые тиристоры».
Тринисторы или триодные тиристоры. В них есть управляющий электрод, но управляющий импульс может подаваться:
- На управляющий выход и катод. Название — с управлением катодом.
- На управляющий электрод и анод. Соответственно — управление анодом.
Тиристоры могут управляться как с анода, так и с катода

Есть также разные виды тиристоров по способу запирания. В одном случае достаточно уменьшения анодного тока ниже уровня тока удержания. В другом случае — подается запирающее напряжение на управляющий электрод.

По проводимости

Мы говорили, что проводят тиристоры ток только в одном направлении. Обратной проводимости нет. Такие элементы называют обратно-непроводящие, но существуют не только такие. Есть и другие варианты:
- Имеют невысокое обратное напряжение, называются обратно-проводящие.
- С ненормируемой обратной проводимостью. Ставят в схемах, где обратное напряжение возникнуть не может.
- Симисторы. Симметричные тиристоры. Проводят ток в обоих направлениях.
Различают в основном, по типу проводимости и способу управления

Тиристоры могут работать в режиме ключа. То есть при поступлении импульса управления подавать ток на нагрузку. Нагрузка, в этом случае, рассчитывается исходя из напряжения в открытом виде. Надо также учитывать наибольшую рассеиваемую мощность. Вот в этом случае лучше выбирать металлические модели в виде «летающей тарелки». К ним удобно приделывать радиатор — для более быстрого охлаждения.

Классификация по особым режимам работы

Еще можно выделить следующие подвиды тиристоров:
- Запираемые и незапираемые. Принцип работы тиристора незапираемого немного другой. Он находится в открытом состоянии когда плюс приложен к аноду, минус — на катоде. Переходит в закрытое состоянии при смене полярности.
- Быстродействующие. Имеют малое время перехода из одного состояния в другое.
- Импульсные. Очень быстро переходит из одного состояние в другое, используется в схемах с импульсными режимами работы.
Основное назначение — включение и выключение мощной нагрузки при помощи маломощных управляющих сигналов

Основная область использования тиристоров — в качестве электронного ключа, служащего для замыкания и размыкания электрической цепи. В общем много привычных устройств построены на тиристорах. Например, гирлянда с бегущими огнями, выпрямители, импульсные источники тока, выпрямители и многие другие.

Характеристики и их значение

Некоторые тиристоры могут коммутировать очень большие токи, в этом случае их называют силовыми тиристорами. Они изготавливаются в металлическом корпусе — для лучшего отвода тепла. Небольшие модели с пластиковым корпусом — это обычно маломощные варианты, которые используют в малоточных схемах. Но, всегда есть исключения. Так что для каждой конкретной цели подбирают требуемый вариант. Подбирают, понятное дело, по параметрам. Вот основные:
- Максимальный прямой ток. Значение тока, который может протекать через анод-катод. У мощных моделей он может достигать сотен Ампер.
- Максимально допустимый обратный ток. Указывается не для всех видов, только у обратно-проводящих.
- Прямое напряжение. Это максимально допустимое падение напряжения в открытом состоянии при прохождении максимального тока.
- Напряжение включения. Минимальный уровень управляющего сигнала, при котором тиристор сработает.
Пример характеристик

Есть еще динамический параметр — время перехода из закрытого в открытое состояние. В некоторых схемах это важно. Может еще указываться тип быстродействия: по времени отпирания или по времени запирания.

Что такое тиристор и для чего он

Тиристоры – определение, виды, условное обозначение и принцип работы

Тиристор – 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).

По структуре тиристоры делятся на:

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

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

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

Внутренняя структура тиристоров описана в [Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. Лань. 2002. 479 с.].

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

Механизм возникновения положительной обратной связи следует из эквивалентной схемы тиристора (рисунок VS.2).

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 h_FE1 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 h_FE2 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 h_FE1· h_FE2 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

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 I_D. При наличии управляющего тока I_GTпроисходит переход тиристора в проводящее состояние. При этом, чем больше управляющий ток I_GT, 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 I_H (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 I_L (Latching current). Вольт-амперная характеристика включения и выключения тиристора имеет S-образную форму. При приложении обратного напряжения к тиристору (обратная ветвь ВАХ) напряжение пробоя V_Z уменьшается с увеличением тока управления.

Области применения тиристоров

Типовыми областями применения тиристора являются:

— регуляторы мощности (переменного тока);

— коммутаторы в сетях переменного тока (электронный ключ);

— преобразователи (сравнительно низкочастотные – не более 10-20 кГц);

Параметры тиристора

1. Максимальное на выключенном тиристоре V_DRM (Repetitive peak off-state voltages) – максимальное (импульсное) напряжение между катодом и анодом тиристора.

2. Среднеквадратичное значение тока I_T(RMS) (RMS on-state current) – максимальное среднеквадратичное значение постоянно протекающего тока через тиристор.

3. Максимальный однократный пиковый ток I_TSM (Non-repetitive peak on-state current) – максимальное значение пикового однократного тока через тиристор.

4. Параметр энергии защитных цепей I 2 t – (I 2 t for fusing) – параметр I 2 t для выбора плавких вставок предохранительных цепей.

5. Скорость роста тока после коммутации dI_T/dt – (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 управляющего электрода I_GM (Peak gate current) – максимальный импульсный ток через управляющий электрод тиристора.

7. Максимальное управляющее напряжение V_GM (Peak gate voltage) – максимальное импульсное напряжение между управляющим электродом и катодом тиристора (иногда анодом, если управление относительно анода).

8. Максимальное пиковое значение мощности управления P_GM (Peak gate power) – максимальная импульсная мощность управления тиристором.

9. Максимальное значение средней мощности управления P_G(_AV₎ (Average gate power) – максимальная рассеиваемая средняя мощность управления тиристором.

10. Максимальная температура кристалла T_j (Operating junction temperature) – максимальная рабочая температура кристалла тиристора.

11. Ток включения тиристора I_GT (Gate trigger current) – пороговое величина тока через управляющий электрод при котором происходит включение тиристора.

12. Ток фиксации тиристора при наличии управляющего сигнала I_L (Latching current) – 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. Ток удержания тиристора при отсутствии управляющего сигнала I_H (Holding current) – 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. Падения напряжения на тиристоре V_T (On-state voltage) — величина падения напряжения на тиристоре во включенном состоянии. Обычно указывается при конкретном значении тока через ключ.

15. Прямой ток утечки I_D (Off-state leakage current) – ток утечки через закрытый тиристор при прямом напряжении – рабочая ветвь.

16. Обратный ток утечки I_R (Reverse leakage current) – ток утечки через закрытый тиристор при обратном напряжении.

17. Максимально допустимая скорость нарастания напряжения на тиристоре dV_D/dt (Critical rate of rise of off-state voltage) – пороговая скорость нарастания напряжения между катодом и анодом тиристора, выше которой происходит переход (самопроизвольный) тиристора в проводящее состояние.

18. Время задержки включения t_gt (Gate controlled turn-on time) – время задержки включения тиристора после подачи импульса управления.

19. Время задержки выключения t_g (Circuit commutated turn-off mode) – время задержки выключения тиристора при управлении с помощью внешней цепи.

Тиристоры. Принцип действия и применение

История создания тиристора началась в 1955 г., когда была опубликована статья исследователей знаменитой Bell Telephone Laboratories Джона Луиса Молла (John Louis Moll), Морриса Таненбаума (Morris Tanenbaum), Джеймса/Джима М. Голди (James/Jim M. Goldey) и Ника Холоньяка (Nick Holonyak), в которой описывался управляемый полупроводниковый выпрямитель (Silicon Controlled Rectifier, SCR).

В 1956 г. в этой же лаборатории впервые была получена описанная в статье кремниевая структура p-n-p-n-типа. В следующем году на основе этой структуры Роберт Ноэль Холл (Robert Noel Hall) и Фрэнк Уильям Гутцвиллер (Frank William Gutzwiller), инженеры электротехнического концерна General Electric, создали первые образцы тиристора (SCR). Позиционное обозначение тиристора на электрической схеме показано на рис. 1.

Рис. 1. Позиционное обозначение тиристора на электрической схеме

С момента появления тиристоров прошло немало времени, появились новые силовые полупроводники (IGBT, MOSFET), но до сих пор тиристоры остаются единственными силовыми полупроводниковыми приборами, способными коммутировать электрические цепи с напряжением несколько тысяч вольт и токами в несколько тысяч ампер.

Принцип работы тиристора

Принцип работы тиристора схож с принципом работы динистора, достаточно подробно описанным в статье «Динисторы. Принцип действия и применение». Поэтому мы не будем повторяться, лишь выделим принципиальное отличие между этими двумя приборами. Упрощенная структура тиристора и схема его включения показаны на рис. 2. Как видно из рис. 1, главным отличием тиристора от динистора является наличие управляющего электрода УЭ, чаще его обозначают символом G. При подаче на электрод УЭ положительного относительно катода импульса p-n-переход p3-n4 смещается в прямом направлении, и через него начинает протекать ток. Затем процессы в тиристоре развиваются по такому же сценарию, как и в динисторе. Отметим, что напряжение Е (рис. 2) должно быть ниже нормируемого напряжения тиристора.

Рис. 2. Упрощенные схемы устройства и включения тиристора

После отпирания тиристора напряжение на управляющем электроде следует снизить до нулевого уровня. Запирание тиристора происходит, когда ток тиристора становится ниже тока удержания IH. На рис. 3 приведена вольт-амперная характеристика тиристора. На ней отмечены значения тока управляющего электрода, при которых происходит включение (открытие) тиристора.

Рис. 3. Вольт-амперная характеристика тиристора

Между токами соблюдается следующее соотношение: I_{УПР.СПР} > I_УПР2 > I_УПР1. Чем больше ток управления, тем меньше должно быть напряжение анода для включения тиристора. При токе управления I_{УПР.СПР} на вольт-амперной характеристике тиристора отсутствуют участки с отрицательным сопротивлением, поэтому этот ток управления называется током спрямления. Производители тиристоров указывают его в документации. Там же приводится минимальная длительность импульса тока управления.

Перечислим основные параметры тиристора, которые указывают в документации производители:
- максимально допустимый ток в прямом направлении I_T(AV);
- повторяющееся пиковое напряжение в прямом направлении V_DRM;
- повторяющееся пиковое напряжение в обратном направленииV_PRM;
- импульсный ток I_TSM;
- I 2 t;
- максимальная скорость изменения приложенного напряжения dV/dt;
- максимальная скорость изменения прямого тока di/dt;
- ток удержания I_H.
Ток I_T(AV) определяется как средний ток синусоидальной полуволны частотой 50 Гц. Обычно V_DRM =V_PRM, именно эти величины напряжения нормирует производитель. Например, у 1200-В тиристора значения V_DRM = V_PRM = 1200 В. Производители гарантируют, что при этих значениях напряжения V_PRM и V_DRM не произойдет ни обратного пробоя тиристора, ни его ложного включения.

Импульсный ток I_TSM это средний ток синусоидальной полуволны частотой 50 Гц при напряжении 0,6V_PRM. Величина I 2 t позволяет определить значение всплесков тока, когда форма импульса отлична от синусоидальной полуволны, а длительность импульса заметно меньше 10 мс.

Ограничение скорости нарастания прикладываемого напряжения dV/dt определяется паразитными емкостями p-n-переходов. Если скорость нарастания напряжения превысит заданную производителем, возможно ложное включение тиристора. Ограничение скорости нарастания тока di/dt необходимо для защиты тиристора от локального перегрева в момент включения.

Примеры использования тиристора

Тиристоры нашли применение во многих устройствах, и существует множество схем их использования — от простейших регуляторов мощности (диммеров) до сложных многофазных реверсивных регулируемых выпрямителей.

Рис. 4. Схема простейшего регулятора мощности

Схема простейшего регулятора мощности показана на рис. 4. По мере заряда конденсатора С1 возрастает напряжение на управляющем электроде и, следовательно, его ток, что и приводит к включению тиристора. Схема подкупает своей простотой, но может использоваться лишь при небольшой нагрузке. При плавном нарастании напряжения управляющего электрода включение тиристора произойдет при малом токе управления (рис. 3), что приведет к дополнительной потере мощности на тиристоре.

Рис. 5. Структурная схема двухполупериодного регулирования мощности с СИФУ

Рис. 6. Временная диаграмма работы схемы двухполупериодного регулирования мощности с СИФУ

Поэтому для управления тиристорами используют специальную систему импульсно-фазового управления (СИФУ), формирующую импульсы управления с крутым фронтом. Структурная схема двухполупериодного регулирования мощности с СИФУ и временная диаграмма работы показаны на рис. 5 и 6 соответственно. Импульс управления поступает на тиристор в конце интервала времени Т1. В данном случае Т1=Т2, угол открытия тиристора отсчитывается от точки перехода напряжения через 0 и в данном случае составляет 90°.

Рис. 7. Схема двухполупериодного выпрямителя и временная диаграмма его работы

Пожалуй, наиболее распространено применение тиристоров в управляемых выпрямителях. На рис. 7 показаны схема двухполупериодного выпрямителя и временная диаграмма его работы. Предполагается, что мост работает на активно-индуктивную нагрузку, постоянная времени которой существенно превышает длительность периода сетевого напряжения, поэтому токи через тиристоры и ток сети I1 имеют прямоугольную форму.

Обратный диод VD0 образует контур протекания тока нагрузки при выключенных тиристорах. Выходное напряжение зависит от угла управления тиристорами α следующим образом:

Рис. 8. Трехфазная выпрямительная схема с нулевым проводом (выпрямитель Ларионова)

На рис. 8 показаны трехфазная выпрямительная схема с нулевым проводом (выпрямитель Ларионова) и графики выпрямленного напряжения и тока. Так же, как и в предыдущем случае, предполагается, что постоянная времени нагрузки значительно превышает длительность периода сетевого напряжения. Среднее выпрямленное напряжение на нагрузке вычисляется из следующего соотношения:

где U2 — действующее напряжение на вторичной обмотке.

Рис. 9. Трехфазная мостовая реверсивная выпрямительная схема

Трехфазная мостовая реверсивная выпрямительная схема показана на рис. 9. Мостовые выпрямители работают в этой схеме поочередно. Обратные диоды в реверсивной схеме, разумеется, отсутствуют, поэтому переключение мостов возможно только в случае уменьшения тока нагрузки до нуля. В противном случае произойдет короткое замыкание.
Похожие публикации: