Файл: Electron_SE.pdf

61

2. ÍÀϲÂÏÐβÄÍÈÊβ ÏÐÈËÀÄÈ ÒÀ ¯Õ ÑÒÈÑËÀ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ

Ñõåìà âìèêàííÿ òèðèñòîðà çîáðàæåíà

íà ðèñ. 2.39.

ßêùî ïîäàòè íà êåðóþ÷å êîëî ³ìïóëüñ

ïðÿìî¿ íàïðóãè, òèðèñòîð âìèêàºòüñÿ ³ çà-

ëèøàºòüñÿ óâ³ìêíåíèì ï³ñëÿ çíÿòòÿ ñèã-

íàëó êåðóâàííÿ.

Âèìêíóòè òèðèñòîð ìîæíà ëèøå çíè-

æåííÿì ñòðóìó ó éîãî àíîäíîìó êîë³ íèæ-

÷å ñòðóìó óòðèìàííÿ ²

óò

.

Ó êîëàõ ïîñò³éíîãî ñòðóìó âèìèêàííÿ òèðèñòîðà çä³éñíþºòüñÿ øëÿ-

õîì âìèêàííÿ ïàðàëåëüíî òèðèñòîðó ïîïåðåäíüî çàðÿäæåíîãî êîíäåíñà-

òîðà ç íàïðóãîþ, ïîëÿðí³ñòü ÿêî¿ çâîðîòíà ùîäî òèðèñòîðà (ïðèìóñî-

âà  êîìóòàö³ÿ).

 Ó êîëàõ çì³ííîãî ñòðóìó âèìèêàííÿ òèðèñòîðà çä³éñíþºòüñÿ ïðè-

ðîäíî â ìîìåíò ïðîõîäæåííÿ ñòðóìó ÷åðåç íóëü (íåâèìóøåíà êîìó-

òàö³ÿ) – òîìó íàéøèðøîãî âèêîðèñòàííÿ òèðèñòîðè íàáóëè ñàìå ó êî-

ëàõ çì³ííîãî ñòðóìó ÿê íàï³âêåðîâàí³ åëåêòðîíí³ ïåðåìèêà÷³ (íàï³â-

êåðîâàí³ – áî, ä³þ÷è íà êîëî êåðóâàííÿ, ¿õ ìîæíà ëèøå âìèêàòè).

Íà ðèñ. 2.40 íàâåäåíî ñïðîùåíó ñõåìó îäíîôàçíîãî ðåãóëÿòîðà

òà ÷àñîâ³ ä³àãðàìè éîãî ðîáîòè. Çì³íþþ÷è çàòðèìêó ïîäà÷³ ñèãíàëó

êåðóâàííÿ â³äíîñíî ïåðåõîäó íàïðóãè ìåðåæ³ u

ì

 ÷åðåç íóëü – êóò êåðó-

âàííÿ 

a

 – â³ä 0 äî 

p

, ìîæíà ðåãóëþâàòè íàïðóãó íà íàâàíòàæåíí³ u

í

â³ä íóëÿ äî ìàêñèìóìó.

u

í

u

êåð2

u

ì

u

êåð1

α

α

è

ì

U

êåð2

U

êåð1

VS2

VS1

R

í

ÑÊ

à)

á)

ð

2

ð

ω

t

ω

t

ω

t

ω

t

Ðèñ. 2.40 – Îäíîôàçíèé ðåãóëÿòîð:

à) åëåêòðè÷íà ñõåìà; á) ÷àñîâ³ ä³àãðàìè ðîáîòè

_

_

+

+

U

êåð

U

A

VS1

R

í

Ðèñ. 2.39 – Íàéïðîñò³øà ñõåìà

âìèêàííÿ òèðèñòîðà

62

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

Òèðèñòîðè ìàþòü áàãàòî ïàðàìåòð³â (á³ëÿ ñòà). Íàâåäåìî îñíîâí³

ç íèõ.

1) Ñòàòè÷í³ ïàðàìåòðè:

– ñòðóì âìèêàííÿ I

âì

;

– ñòðóì óòðèìàííÿ (ì³í³ìàëüíèé ïðÿìèé ñòðóì óâ³ìêíåíîãî òèðèñ-

òîðà çà ðîç³ìêíåíîãî êîëà êåðóâàííÿ, ïðè ïîäàëüøîìó çíèæåíí³ ÿêîãî

òèðèñòîð ïåðåõîäèòü ó íåïðîâ³äíèé ñòàí), ñòàíîâèòü (0,01 

¸

 0,7) À;

– ïîðîãîâà íàïðóãà U

0

 , ñÿãຠäî 1 Â.

2) Ãðàíè÷í³ ïàðàìåòðè:

– ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìå çíà÷åííÿ ñåðåäíüîãî ñòðóìó ÷åðåç òèðèñ-

òîð çà ïåâíèõ óìîâ îõîëîäæåííÿ I

ãð

, ñêëàäຠ(0,1

¸3

200) À;

– ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìå àìïë³òóäíå çíà÷åííÿ çâîðîòíî¿ íàïðóãè

U

çâ

= (100 

¸

 10000) Â;

– ñòðóì ðîáî÷îãî ïåðåâàíòàæåííÿ, ñÿãຠ3I

ãð

;

– óäàðíèé ñòðóì ó â³äêðèòîìó ñòàí³, ùî íå ïîâòîðþºòüñÿ, ñÿãຠ20I

ãð

;

– äîïóñòèìà ñåðåäíÿ ïîòóæí³ñòü âòðàò ó â³äêðèòîìó ñòàí³.

3) Äèíàì³÷í³ ïàðàìåòðè:

– ÷àñ âìèêàííÿ 

t

âì 

(÷àñ ïåðåõîäó òèðèñòîðà ç íåïðîâ³äíîãî ñòàíó ó

ïðîâ³äíèé), ùî ñòàíîâèòü (1 

¸

 10 ) ìêñ;

– ÷àñ âèìèêàííÿ 

t

âèì 

(ì³í³ìàëüíèé ïðî-

ì³æîê ÷àñó ì³æ ïðîõîäæåííÿì ÷åðåç íóëü

ïðÿìîãî ñòðóìó òà ïîâòîðíèì ïðèêëàäåí-

íÿì íàïðóãè äî òèðèñòîðà (äèâ. ðèñ. 2.41),

ùî íå âèêëèêຠñàìîâ³ëüíîãî âìèêàííÿ ïðè-

ëàä󠖠÷àñ â³äíîâëåííÿ çàï³ðíèõ âëàñòè-

âîñòåé), ñòàíîâèòü (10 

¸

 500) ìêñ;

– äîïóñòèìà øâèäê³ñòü çðîñòàííÿ â³ä-

íîâëþâàíî¿ íàïðóãè íà òèðèñòîð³, ùî íå ïðè-

çâîäèòü äî éîãî ñàìîâ³ëüíîãî âìèêàííÿ çà

ðàõóíîê ºìí³ñíîãî ñòðóìó çì³ùåííÿ ñòðóêòóðè (ùî ÿâëÿº ñîáîþ ïàðà-

çèòíèé êîíäåíñàòîð) òà âíóòð³øíüîãî ïîçèòèâíîãî çâîðîòíîãî çâ’ÿç-

êó

Â/ìêñ

)

500

20

(

)

(

−

=

êðèò

dt

du

 (äëÿ ãàðàíòîâàíîãî çàáåçïå÷åííÿ íå-

ïåðåâèùåííÿ ¿¿ äîïóñòèìîãî çíà÷åííÿ ïàðàëåëüíî ç òèðèñòîðîì çàçâè-

÷àé âìèêàþòü çàõèñíèé RC-ëàíöþæîꠖ ñíàáåð);

– äîïóñòèìà øâèäê³ñòü çðîñòàííÿ ïðÿìîãî ñòðóìó, ùî íå ïðèçâîäèòü

äî âèõîäó òèðèñòîðà ç ëàäó çà ðàõóíîê ëîêàëüíîãî ïåðåãð³âó ñòðóêòóðè

u

ïð

τ

âèì

i

ïð

t

Ðèñ. 2.41 – ×àñîâà ä³àãðàìà

âèìèêàííÿ òèðèñòîðà

63

2. ÍÀϲÂÏÐβÄÍÈÊβ ÏÐÈËÀÄÈ ÒÀ ¯Õ ÑÒÈÑËÀ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ

À/ìêñ

)

70

10

(

)

(

–

êðèò

dt

di

=

 (äëÿ ãàðàíòîâàíîãî çàáåçïå÷åííÿ íåïåðå-

âèùåííÿ ¿¿ äîïóñòèìîãî çíà÷åííÿ ïîñë³äîâíî ç òèðèñòîðîì âìèêàþòü

íåâåëèêó ³íäóêòèâí³ñòü – çàõèñíèé äðîñåëü).

4) Ïàðàìåòðè êîëà êåðóâàííÿ:

– öå çíà÷åííÿ ïîñò³éíîãî òà ³ìïóëüñíîãî ñòðóì³â êîëà êåðóâàííÿ ïðè

íàïðóç³ äæåðåëà ó íüîìó 12 Â, òà â³äïîâ³äí³ ¿ì ïàä³ííÿ íàïðóãè ó êîë³

êåðóâàííÿ (äëÿ ïîòóæíèõ òèðèñòîð³â I

êåð 

=

(0,3

¸

0,7) À).

Ñë³ä çàçíà÷èòè, ùî òðèâàë³ñòü ³ìïóëüñó  êåðóâàííÿ ïîâèííà áóòè

á³ëüøîþ çà ÷àñ âìèêàííÿ òèðèñòîðࠖ çàçâè÷àé ñêëàäຠ(15

¸

20) ìêñ

äëÿ àêòèâíîãî íàâàíòàæåííÿ.

2.6.3. Ñïåö³àëüí³ òèïè òèðèñòîð³â (ñèì³ñòîð, ôîòîòèðèñòîð,

äâîîïåðàö³éíèé òèðèñòîð, îïòðîííèé òèðèñòîð)

Ñèì³ñòîð  àáî

ñèìåòðè÷íèé  òè-

ðèñòî𠠖  ïðèëàä,

ÿêèé º êåðîâàíèì

ÿê ïðè ïîçèòèâí³é,

òàê ³ ïðè íåãàòèâí³é

íàïðóç³  íà  íüîìó.

ÂÀÕ ñèì³ñòîðà òà

éîãî óìîâíå ïîçíà-

÷åííÿ íàâåäåíî íà

ðèñ. 2.42.

Ïðèëàä  ñòàíî-

âèòü ñîáîþ ï’ÿòè-

øàðîâó ñòðóêòóðó.

Éîãî  ïàðàìåòðè

ïîä³áí³  äî  ïàðà-

ìåòð³â òðèí³ñòîðà.

Ôîòîòèðèñòî𠖠ïðèëàä, ùî êåðóºòüñÿ ñâ³òëîâèì ïîòîêîì. Ïàðà-

ìåòðè éîãî ñèëîâîãî êîëà ïðèáëèçíî òàê³ æ, ÿê ³ ó òðèí³ñòîðà. Óìîâíå

ïîçíà÷åííÿ ôîòîòèðèñòîðà íàâåäåíå íà ðèñ. 2.43,à.

Äâîîïåðàö³éíèé òèðèñòî𠖠ïðèëàä, ùî íå ò³ëüêè âìèêàºòüñÿ,

àëå é âèìèêàºòüñÿ êåðóþ÷èì ñèãíàëîì: âìèêàºòüñÿ ÿê çâè÷àéíèé

Ðèñ. 2.42 – ÂÀÕ ñèì³ñòîðà òà éîãî óìîâíå ïîçíà÷åííÿ

I

U

VS

Àíîä

Êåðóþ÷èé

åëåêòðîä

Êàòîä

64

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

òèðèñòîð, à âèìèêàºòüñÿ ïîäà÷åþ â êîëî êåðóâàííÿ ³ìïóëüñó íåãàòèâ-

íî¿ íàïðóãè, ÷èì çàáåçïå÷óºòüñÿ ïåðåðèâàííÿ ñòðóìó â ñòðóêòóð³ çà

ðàõóíîê â³äâåäåííÿ îᒺìíîãî çàðÿäó ç áàçè. Óìîâíå ïîçíà÷åííÿ äâî-

îïåðàö³éíîãî òèðèñòîðà íàâåäåíå íà ðèñ. 2.43,á.

Ñêîðî÷åíà éîãî íàçâࠖ GTO (Gate Turn-Off Thyristor). Òàê³ òèðèñ-

òîðè ìàñîâî âèïóñêàþòüñÿ íà ñòðóìè äî 2,5 êÀ òà íàïðóãè äî 4,5 Â ç

÷àñîì âèìèêàííÿ äî 15 ìêñ. ¯õíº çàñòîñóâàííÿ äຠçìîãó ñïðîñòèòè

ñõåìó ïåðåòâîðåííÿ ñòðóìó, áî íå ïîòð³áí³ ïðèñòðî¿ ïðèìóñîâî¿ êîìó-

òàö³¿ äëÿ ñòâîðåííÿ çâîðîòíî¿ íàïðóãè ïðè âèìèêàíí³ òèðèñòîð³â. Íåäî-

ë³êîì º íåâåëèêèé êîåô³ö³ºíò ï³äñèëåííÿ ïî âèìèêàííþ – äî 5.

Êîìïàí³ÿ Mitsubishi Electric âæå ðîçðîáèëà òà âèïóñêຠGTO íà ñòðóì

6 êÀ òà íàïðóãó 6 ê ç êîåô³ö³ºíòîì ï³äñèëåííÿ (5–6) ³ ÷àñîì âèìèêàí-

íÿ äî 5 ìêñ.

Íàïðèê³íö³ 90-õ ðð. XX ñò. ö³ºþ æ ô³ðìîþ ðîçðîáëåí³ òèðèñòîðí³

ñòðóêòóðè, ùî çàïèðàþòüñÿ ç êîìóòàö³ºþ ñòðóìó â çàòâîð êåðóâàííÿ,

³ ìàþòü íàçâó GCT (Gate Communicated Turn-Off Thyristor). Îäíàê,

ðîáîòà GCT ìîæëèâà ò³ëüêè çà ñïåö³àëüíî¿ êîíñòðóêö³¿ êîðïóñà åëåê-

òðîäà êåðóâàííÿ, ÿêà çàáåçïå÷óº çíèæåííÿ ³íäóêòèâíîñò³ âèâîä³â äî

(2–4) ìêÃí. Öå ëåãêî âèð³øóºòüñÿ ïîºäíàííÿì GCT ³ ïðèñòðîþ ôîð-

ìóâàííÿ ³ìïóëüñ³â êåðóâàííÿ (äðàéâåðà) â ºäèí³é êîíñòðóêö³¿, ùî íà-

çèâàºòüñÿ ³íòåãðîâàíèì GCT àáî IGCT (Integrated GCT). Òàê³ òèðèñ-

òîðè,  íàïðèêëàä  òèïó  5SHY  35L4510  (ô³ðìà  ABB  Switzerland  Ltd

Semiconductors, Øâåéöàð³ÿ), ïðàöþþòü çà íàïðóã äî 4500 Â ³ ñòðóìó

âèìèêàííÿ äî 4000 À (äîïóñòèìèé ñòðóì ïåðåâàíòàæåííÿ – 32 êÀ).

×àñ âìèêàííÿ ³ âèìèêàííÿ ó íèõ ñòàíîâèòü10 ìêñ çà ì³í³ìàëüíîãî

ïåð³îäó âìèêàííÿ-âèìèêàííÿ 60 ìêñ. Òèðèñòîð êîìïëåêòóºòüñÿ äðàé-

âåðîì ç îïòðîííèì êåðóâàííÿì.

Îïòðîíèé òèðèñòî𠖠öå ïîºäíàííÿ ñâ³òëîä³îäà òà ôîòîòèðèñòî-

ðà â îäíîìó êîðïóñ³. ßêùî ÷åðåç ñâ³òëîä³îä ïðîïóñêàòè ñòðóì (ï³ä ä³ºþ

U

êåð

), â³í ãåíåðóâàòèìå ñâ³òëîâèé ïîò³ê, ÿêèé, ïàäàþ÷è íà ñòðóêòóðó

òèðèñòîðà â çîí³ êåðóþ÷îãî p-n ïåðåõîäó, ïðèçâåäå äî ãåíåðàö³¿ â ÍÏ

â³ëüíèõ íîñ³¿â çàðÿäó. Ö³ íîñ³¿ ï³ä ä³ºþ ïðèêëàäåíî¿ äî òèðèñòîðà íàïðó-

ãè ñòâîðþþòü ñòðóì êåðóâàííÿ ³ òèðèñòîð âìèêàºòüñÿ. Ãîëîâíà ïåðå-

âàãà îïòðîííèõ òèðèñòîð³â (ÿê ³ ôîòîòèðèñòîð³â) – öå â³äñóòí³ñòü ãàëü-

âàí³÷íîãî çâ’ÿçêó ì³æ êîëîì êåðóâàííÿ òà ñèëîâèì êîëîì. Óìîâíå ïî-

çíà÷åííÿ îïòðîííîãî òèðèñòîðà íàâåäåíå íà ðèñ. 2.43,â.

65

2. ÍÀϲÂÏÐβÄÍÈÊβ ÏÐÈËÀÄÈ ÒÀ ¯Õ ÑÒÈÑËÀ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ

VS

VS

VS

U

êåð

Êàòîä

Àíîä

à)

   á)

      â)

Ðèñ. 2.43 – Óìîâí³ ïîçíà÷åííÿ ôîòîòèðèñòîðà (à), äâîîïåðàö³éíîãî (á)

òà îïòðîííîãî (â) òèðèñòîð³â

Íàÿâí³ñòü ó òèðèñòîð³â âíóòð³øíüîãî ïîçèòèâíîãî çâîðîòíîãî çâ’ÿçêó

(çîíà íåãàòèâíîãî îïîðó íà ÂÀÕ) íàäຠ¿ì äåê³ëüêà âàæëèâèõ âëàñòèâîñòåé.

Ãîëîâíå: äëÿ âìèêàííÿ òèðèñòîðà äîñòàòíüî â éîãî êîëî êåðóâàííÿ

ïîäàòè êîðîòêèé ³ìïóëüñ ñòðóìó íåâåëèêî¿ ïîòóæíîñò³. Äàë³ â³äêðèòèé

ñòàí ï³äòðèìóºòüñÿ çà ðàõóíîê âíóòð³øíüîãî ïîçèòèâíîãî çâîðîòíîãî

çâ’ÿçêó. Òîìó òèðèñòîðè ìàþòü äóæå âåëèêèé êîåô³ö³ºíò ï³äñèëåííÿ çà

ïîòóæí³ñòþ (äåñÿòêè òèñÿ÷).

Ïîð³âíÿíî ç òðàíçèñòîðàìè, òèðèñòîðè á³ëüø ñò³éê³ äî ïåðåâàíòàæåíü,

àëå ìàþòü äîñèòü âóçüêèé ä³àïàçîí ðîáî÷èõ ÷àñòîò (äî ñîòåíü ãåðö).

2.6.4. Åëåêòðîñòàòè÷í³ òèðèñòîðè

Îêð³ì ðîçãëÿíóòèõ âèùå, â îñòàíí³é ÷àñ â åíåðãåòè÷í³é åëåêòðîí³ö³

âèêîðèñòîâóþòü ³ äåÿê³ íîâ³òí³ âèäè òèðèñòîð³â, ùî ç’ÿâèëèñÿ çàâäÿêè

äîñÿãíåííÿì íàï³âïðîâ³äíèêîâî¿ òåõíîëî㳿. Öå, íàïðèêëàä, åëåêòðî-

ñòàòè÷í³  òèðèñòîðè  (àáî  SITh  -òèðèñòîðè  –  Static  Induction

Thyristor). Òåõíîëîã³ÿ ¿õ âèãîòîâëåííÿ íàñò³ëüêè ñêëàäíà, ùî îïàíîâà-

íà ó ñâ³ò³ ëèøå äåê³ëüêîìà ô³ðìàìè. Â³äïîâ³äíî ¿õíÿ âàðò³ñòü äîñèòü

âèñîêà.

Åêâ³âàëåíòíà ñõåìà

³ ïîçíà÷åííÿ òàêîãî òè-

ðèñòîðà  íàâåäåí³  íà

ðèñ. 2.44. Ó íîðìàëü-

íîìó ñòàí³ â³í ïðîâî-

äèòü ñòðóì. Âèìèêàí-

íÿ çä³éñíþºòüñÿ ïîäà-

÷åþ íà êåðóþ÷èé åëåê-

òðîä  ïîçèòèâíî¿  â³ä-

íîñíî êàòîäà íàïðóãè.

Çàòâîð

Àíîä

Êàòîä

VS

Àíîä

Êàòîä

Çàòâîð

à)                                    á)

Ðèñ. 2.44 – Åêâ³âàëåíòíà ñõåìà (à) ³ ïîçíà÷åííÿ (á)

åëåêòðîñòàòè÷íîãî òèðèñòîðà