Управляемые полупроводниковые вентили-тиристоры

К ним отно­сятся триодные тиристоры, не проводящие в обратном на­правлении, которые в соответствии с ГОСТ 15133-77 [поз. III] называются далее тиристорами и обозначаются VS.

Тиристор — это четырехслойный р-n-р-n полупроводни­ковый прибор (рисунок 7), который используется в качестве электронного ключа. Он включается при подаче на управляющий электрод УЭ короткого положительного импульса при условии, что на анод А подано положительное по отношению к катоду К напряжение.

Рисунок 7 - Структура и вольт-амперная характеристика тиристора

Статические ВАХ тиристора приведены на рисунке 7. В открытом состоянии прямой ток через тиристор ограничивается сопротивлением нагрузки. Закрывается тиристор изменением полярности анодного напряжения или уменьшением тока удержания до значения меньше I_УД.Т. В настоящее время существуют также полностью управляемые тиристоры, которые запираются подачей отрицательного импульса на УЭ, однако из-за значительной мощности управления такие тиристоры не находят широкого применения в ИВЭП.

Из рассмотрения статических ВАХ видно, что тиристор можно привести в открытое состояние путем увеличения приложенного к нему прямого напряжения до критического значения U'_{B КЛ Т} без воздействия на управляющий переход (Iy=0). Тиристор может также перейти в открытое состояние и при меньшем значении напряжения, чем U'_{B КЛ Т} если скорость его нарастания достаточно высока. Однако такое включение тиристора нежелательно, поэтому тиристоры нормально работают при входном синусоидальном напряжении, скорость нарастания которого не превышает нескольких десятков вольт за микросекунду.

Для тиристора различают параметры, относящиеся к цепи основного тока и цепи управления. Основная цепь тиристоpa, кроме параметров прямого тока, аналогичных параметрам силовых полупроводниковых диодов, характеризуется напряжением включения U_bkл.т , током включения I_ВКЛ.Т, а также током удержания I_УД.Т, минимальное значение которого определяется режимом цепи управления. В свою очередь, цепь управления (как р-n переход) характеризуется напряжениями и токами в прямом и обратном направлениях.

Общая мощность Рт, рассеиваемая тиристором, состоит из мощности потерь в прямом и обратном направлениях по основной цепи и на управляющем электроде:

Р_Т=Р_{ср.махТ}+Р_{у.ср.махТ}

Надежность тиристоров, как любого полупроводникового прибора, обеспечивается выбором безопасных электрических и тепловых режимов работы.

Максимально допустимые токи по основной цепи определяются конструкцией тиристора. Нагрев тиристора зависит от падения напряжения и действующих значений токов по основной цепи и управляющему электроду. Отношение между максимальным значением постоянного тока в открытом состоянии и его средним значением

I_{откр.мах}/I_{откр.ср мах}=1,57

должно учитываться при расчете режимов работы.

Максимально допустимое напряжение (прямое и обрат­ное) ограничивается областью электрического пробоя тири­стора, поэтому номинальное рабочее напряжение должно выбираться с запасом

Для увеличения максимально допустимого обратного на­пряжения управляющий электрод тиристора соединяют че­рез резистор с катодом или он должен находиться под отрицательным потенциалом по отношению к катоду. Для обеспечения надежной работы номинальное обратное на­пряжение на тиристоре не должно превышать (0,64-0,7) х U_{обр.мах.Т}

Прямое напряжение включения U'_{B КЛ Т} (рисунок 7) явля­ется критическим напряжением, при котором тиристор, имеющий предельную температуру корпуса, переходит в от­крытое состояние при отсутствии тока управляющего элек­трода. Превышение этого напряжения может привести к разрушению структуры тиристора. Поэтому перевод тири­стора из запертого состояния в проводящее не рекоменду­ется производить увеличением прилагаемого к нему напряжения при отсутствии тока управляющего электрода. Су­щественное влияние на устойчивость к самооткрыванию тиристора за счет увеличения напряжения U'_{B КЛ Т} или скорости его нарастания dU_BKЛ/dt оказывает также соединение управляющего электрода с катодом через резистор сопро­тивлением несколько сот Ом.

Качество и надежность работы тиристоров существенно зависят от режима работы цепи управления, входные ВАХ которой имеют большой разброс от образца к образцу од­ного и того же типа приборов. Кроме того, ток и напряже­ние управления (как и в любом полупроводниковом прибо­ре) изменяются при изменении температуры перехода. По­этому для каждого типа тиристоров существует граница минимальных значений напряжения отпирания U_{У. ОТ.Т} и то­ка I_У.ОТ.Т, выше которых тиристор надежно включается в диапазоне изменения температуры от минимального до максимального значений.

В справочных данных обычно приводится максимально допустимая средняя мощность управления Р_{У.СР.МАХ.Т,} хотя тиристоры, как правило, управляются короткими импульсами и для цепи управления необходимо знать допустимую импульсную мощность Р_{У.И.МАХ. Т}, которая превышает сред­не значение мощности. Для прямоугольных управляющих импульсов

Р_{У.И.МАХ. Т} = Р_{У.СР.МАХ.Т} Т_ПОВ/t_И.У

где Т_ПОВ — период повторения; t_И.У — длительность импульсов управления.

При синусоидальном управляющем импульсе

Р_{У.И.МАХ. Т} = 4Р_{У.СР.МАХ.Т}

Кривые допустимой мощности совместно с областью границы отпираний U_{У ОТ Т}, I_{У ОТ. Т} позволяют построить нагрузочные прямые и определить выходные параметры источника сигнала управления; рабочая точка при всех условиях эксплуатации должна находиться внутри области семейства входных ВАХ.

Тиристоры выпускаются на токи от сотен миллиампер до сотен ампер с обратным допустимым напряжением до 1000 В и более. Интервал рабочих температур: от —50 до +120°С. Срок службы тиристоров составляет не менее 5 тыс. ч.

Основным недостатком тиристора является зависимость его параметров от температуры.

Для стабилизации параметров тиристоров при изменении температуры применяют радиаторы и другие способы охлаждения, аналогичные способам охлаждения диодов и транзисторов.