Вы находитесь здесь: Главная > Тиристоры > Тиристоры и симисторы

Тиристоры и симисторы

Тиристоры и симисторыТиристор

Структура тиристора

Характеристики тиристора в закрытом состоянии

Принцип отпирания при помощи управляющего электрода

Отключение тиристора

Тиристоры и симисторыСимистор

Структура симистора

Функционирование симистора

Отпирание симистора

Ограничения при использовании

Тиристор

Симистор

Тиристор

Тиристор — это переключающий полупроводниковый прибор, пропускающий ток в одном направлении. Этот радиоэлемент нередко ассоциируют с управляемым диодиком и именуют полупроводниковым управляемым вентилем (Silicon Controlled Rectifier, SCR).

Тиристор имеет три вывода, один из которых — управляющий электрод, можно сказать, «спусковой крючок» — употребляется для резкого перевода тиристора во включенное состояние.

Тиристор совмещает внутри себя функции выпрямителя, выключателя и усилителя. Нередко он употребляется как регулятор, приемущественно, когда схема питается переменным напряжением. Нижеследующие пункты открывают четыре главных характеристики тиристора:

тиристор, как и диодик, проводит в одном направлении, проявляя себя как выпрямитель-

тиристор переводится из выключенного состояния во включенное при подаче сигнала на управляющий электрод и, как следует, как выключатель имеет два устойчивых состояния. Все же для возврата тиристора в выключенное (разомкнутое) состояние нужно выполнить особые условия-

управляющий ток, нужный для перевода тиристора из закрытого состояния в открытое, существенно меньше (несколько миллиампер) при рабочем токе в несколько ампер и даже в несколько 10-ов ампер. Как следует, тиристор обладает качествами усилителя тока-

o средний ток через нагрузку, включенную поочередно с тиристором, можно точно регулировать зависимо от продолжительности сигнала на управляющем электроде. Тиристор при всем этом является регулятором мощности.

Структура тиристора

Тиристором именуется управляемый трехэлектродный полупроводниковый прибор, состоящий из чередующихся 4 кремниевых слоев типа р и n. Полупроводниковый прибор с четырехслойной структурой представлен на рис. 1.

Крайнюю область р-структуры, к которой подключается положительный полюс источника питания, принято именовать анодом, а крайнюю область n, к которой подключается отрицательный полюс этого источника, — катодом.

Рис.1. Структура и обозначение тиристора

Характеристики тиристора в закрытом состоянии

В согласовании со структурой тиристора можно выделить три электронно-дырочных перехода и поменять тиристор эквивалентной схемой, как показано на рис. 2.

Эта эквивалентная схема позволяет осознать поведение тиристора с отключенным управляющим электродом.

Тиристоры и симисторы Если анод положителен по отношению к катоду, то диодик D2 закрыт, что приводит к закрытию тиристора, смещенного в данном случае в прямом направлении. При другой полярности диоды D1 и D2 сдвинуты в оборотном направлении, и тиристор также закрыт.

Рис.2. Представление тиристора 3-мя диодиками

Принцип отпирания при помощи управляющего электрода

Эквивалентное представление структуры р-n-p-n в виде 2-ух транзисторов показано на рис. 3.

Представление тиристора в виде 2-ух транзисторов различного типа проводимости приводит к эквивалентной схеме, представленной на рис. 1.4. Она наглядно разъясняет явление отпирания тиристора.

Зададим ток IGT через управляющий электрод тиристора, смещенного в прямом направлении (напряжение VAK положительное), как показано на рис. 4.

Так как ток IGT становится базисным током транзистора n-p-n, то ток коллектора этого транзистора равен B1xIGT, где B1 — коэффициент усиления по току транзистора Т1.

Этот ток сразу является базисным током транзистора р-n-р, что приводит к его отпиранию. Ток коллектора транзистора Т2 составляет величину B1xB2xIGT и суммируется с током IGT, что поддерживает транзистор Т1 в открытом состоянии. Потому, если управляющий ток IGT довольно велик, оба транзистора перебегают в режим насыщения.

Цепь внутренней оборотной связи сохраняет проводимость тиристора даже в случае исчезновения начального тока управляющего электрода IGT, при всем этом ток анода (1А ) остается довольно высочайшим.

Типовая схема пуска тиристора приведена на рис. 5

.

Рис.3. Разбиение тиристора на два транзистора

Тиристоры и симисторыРис.4. Представление тиристора в виде двухтранзисторной схемы

Рис.5. Обычная схема пуска тиристора

Отключение тиристора

Тиристор перейдет в закрытое состояние, если к управляющему электроду открытого тиристора не приложен никакой сигнал, а его рабочий ток спадет до некого значения, именуемого током удержания (гипостатическим током).

Отключение тиристора произойдет, а именно, если была разомкнута цепь нагрузки (рис. 6а) либо напряжение, приложенное к наружной цепи, поменяло полярность (это случается в конце каждого полупериода переменного напряжения питания).

Рис.6. Методы отключения тиристора

Когда тиристор работает при неизменном токе, отключение может быть произведено при помощи механического выключателя.

Тиристоры и симисторы Включенный поочередно с нагрузкой этот ключ употребляется для отключения рабочей цепи.

Включенный параллельно главным электродам тиристора (рис. 6б) ключ шунтирует анодный ток, и тиристор при всем этом перебегает в закрытое состояние. Некие тиристоры повторно врубаются после размыкания ключа. Это разъясняется тем, что при размыкании ключа заряжается паразитная емкость р-n перехода тиристора, вызывая помехи.

Тиристоры и симисторы Поэтому предпочитают располагать ключ меж управляющим электродом и катодом тиристора (рис. 1.6в), что гарантирует правильное отключение средством отсечения удерживающего тока. Сразу сдвигается в оборотном направлении переход р-n, соответственный диодику D2 из схемы замещения тиристора 3-мя диодиками (рис. 2).

На рис. 6а-д представлены разные варианты схем отключения тиристора, посреди их и ранее упоминавшиеся. Другие, обычно, используются, когда требуется отключать тиристор при помощи дополнительной цепи. В этих случаях механический выключатель можно поменять вспомогательным тиристором либо главным транзистором, как показано на рис. 7.

Рис.7. Традиционные схемы отключения тиристора при помощи дополнительной цепи

Симистор

Симиcmop — полупроводниковый прибор, который обширно употребляется в системах, питающихся переменным напряжением. Упрощенно он может рассматриваться как управляемый выключатель. В закрытом состоянии он ведет себя как разомкнутый выключатель. Напротив, подача управляющего тока на управляющий электрод симис-тора ведет к переходу его в проводящее состояние. В это время симистор подобен замкнутому выключателю.

При отсутствии управляющего тока симистор во время хоть какого полупериода переменного напряжения питания безизбежно перебегает из состояния проводимости в закрытое состояние.

Кроме работы в релейном режиме в термостате либо светочувствительном выключателе, разработаны и обширно употребляются системы регулирования, функционирующие по принципу фазового управления напряжением нагрузки, либо, другими словами, плавные регуляторы.

Структура симистора

Симистор можно представить 2-мя тиристорами, включенными встречно-параллельно. Он пропускает ток в обоих направлениях. Структура этого полупроводникового прибора показана на рис. 8. Симистор имеет три электрода: один управляющий и два главных для пропускания рабочего тока.

Рис.8. Структура симистора

Функционирование симистора

Симистор раскрывается, если через управляющий электрод проходит отпирающий ток либо если напряжение меж его электродами А1 и А2 превосходит некую наивысшую величину (по сути это нередко приводит к несанкционированным срабатываниям симистора, происходящим при максимуме амплитуды напряжения питания).

Симистор перебегает в закрытое состояние после конфигурации полярности меж его выводами А1 и А2 либо если значение рабочего тока меньше тока удержания Iу.

Отпирание симистора

В режиме переменного питания смена состояний симистора вызывается конфигурацией полярности напряжения на рабочих электродах А1 и А2. Потому зависимо от полярности управляющего тока можно найти четыре варианта управления симистором, как показано на рис. 9.

Каждый квадрант соответствует одному методу открывания симистора. Все методы коротко описаны в табл. 1.

Рис.9. Четыре вероятных варианта управления симистором

Таблица 1. Облегченное представление методов открывания симистора

Квадрант VA2-A1 VG-A1 IGT Обозначение I >0 >0 Слабенький + + II >0 <0 Средний + - III <0 <0 Средний - - IV <0 >0 Высочайший — +

Тиристоры и симисторы Например, если меж рабочими электродами симистора прикладывают напряжение VA1-A2>0 и напряжение на управляющем электроде негативно по отношению к аноду А1, то смещение симистора соответствует квадранту II и облегченному обозначению + -.

Для каждого квадранта определены отпирающий ток I от (IGT), удерживающий ток Iуд(Iн) и ток включения Iвыкл(IL).

Отпирающий ток должен сохраняться до того времени, пока рабочий ток не превзойдет в два-три раза величину удерживающего тока Iн. Этот малый отпирающий ток и является током включения симистора IL.

Затем, если убрать ток через управляющий электрод, симистор остается в проводящем состоянии до того времени, пока анодный ток будет превосходить ток удержания Iн.

Ограничения при использовании

Тиристоры и симисторы Симистор накладывает ряд ограничений при использовании, а именно при индуктивной нагрузке. Ограничения касаются скорости конфигурации напряжения (dV/dt) меж анодами симистора и скорости конфигурации рабочего тока di/dt.

Действительно, во время перехода симистора из закрытого состояния в проводящее наружной цепью может быть вызван значимый ток. В то же время моментального падения напряжения на выводах симистора не происходит. Как следует, сразу будут находиться напряжение и ток, развивающие секундную мощность, которая может добиться значимых величин. Энергия, рассеянная в малом пространстве, вызовет резкое увеличение температуры р-п переходов. Если критичная температура будет превышена, то произойдет разрушение симистора, вызванное лишней скоростью нарастания тока di/dt.

Ограничения также распространяются на изменение напряжения 2-ух категорий: на dV/dt применительно к закрытому симистору и на dV/dt при открытом симисторе (последнее также именуется скоростью переключения).

Чрезмерная скорость нарастания напряжения, приложенного меж выводами А1 и А2 зарытого симистора, может вызвать его открытие при отсутствии сигнала на управляющем электроде. Это явление вызывается внутренней емкостью симистора. Ток заряда этой емкости может быть достаточным для отпирания симистора.

Однако не это является основной предпосылкой несвоевременного открытия. Наибольшая величина dV/dt при переключении симистора, обычно, очень мала, и очень резвое изменение напряжения на выводах симистора в момент его запирания может тотчас же повлечь за собой новое включение. Таким макаром, симистор поновой отпирается, в то время как должен закрыться.

Рис.10. Симистор с защитной RC-цепочкой

При индуктивной нагрузке симистора либо при защите от наружных перенапряжений для ограничения воздействия dV/dt и тока перегрузки лучше использовать защитную RC-цепочку (рис. 10).

Расчет значений R и С находится в зависимости от нескольких характеристик, посреди которых — величина тока в нагрузке, значения индуктивности и номинального сопротивления нагрузки, рабочего напряжения, черт симистора.

Совокупность этих характеристик с трудом поддается четкому описанию, потому нередко принимают во внимание эмпирические значения. Включение сопротивления 100-150 Ом и конденсатора 100 нФ дает удовлетворительные результаты. Но отметим, что значение сопротивления должно быть еще меньше (либо 1-го порядка), чем величина полной нагрузки, являясь довольно высочайшим для того, чтоб ограничить ток разряда конденсатора с целью соблюдения наибольшего значения di/dt в момент отпирания.

RC-цепочка дополнительно улучшает включение в проводящее состояние симистора, управляющего индуктивной нагрузкой. Вправду, ток разряда конденсатора избавляет воздействие задержки индуктивного тока, поддерживая рабочий ток выше малого значения удерживающего тока Iуд(Iн).

Рис.11. Защита симистора при помощи варистора

Дополнительная защита, заслуживающая внимания, может быть обеспечена при помощи варистора, присоединенного к выводам индуктивной нагрузки. Другой варистор, включенный параллельно питающему напряжению, задержит помехи, распространяющиеся по сети питания. Защита симистора также обеспечивается при подключении варистора параллельно его выводам А1 и А2 (рис. 11).

Источник

Тиристоры и симисторыКадино Э. Цветомузыкальные установки.-М.: ДМК Пресс, 2000.

  • Digg
  • Del.icio.us
  • StumbleUpon
  • Reddit
  • Twitter
  • RSS

Оставить комментарий

Подтвердите, что Вы не бот — выберите самый большой кружок: