Основные типы тиристоров

Кроме запираемых тиристоров разработана широкая гамма тиристоров различных типов, отличающи­хся быстродействием, процессами управления, направлением токов в проводящем состоянии и т.д. Среди них следует отметить следующие типы:

• тиристор-диод, который эквивалентен тиристору со встречно-параллельно включенным диодом (рис. 6.12,a);

• диодный тиристор (динистор), переходящий в проводящее состояние при превышении определённого уровня напряжения, приложенного между А и С (рис. 6.12,b);

• запираемый тиристор (рис. 6.12,c);

• симметричный тиристор или симистор, который эквивалентен двум встречно-параллельно включенным тиристорам (рис. 6.12,d);

• быстродействующий инверторный тиристор (время выключения 5-50 мкс);

• тиристор с полевым управлением по управ­ляющему электроду, например, на основе комбинации МОП-транзи­стора с тиристором;

• оптотиристор, управляемый световым потоком.

Рис. 6.12. Условно-графическое обозначение тиристоров:

a) – тиристор-диод; b) – диодный тиристор (динистор);

c) – запираемый тиристор; d) - симистор

Защита тиристоров

Тиристоры являются приборами, критичными к скоростям нара­стания прямого тока di_A/dt и прямого напряжения du_AC/dt. Тиристорам, как и диодам, присуще явление протекания обратного тока восстановления, резкое спадание которого до нуля усугубляет возможность возникновения перенапряжений с высоким значением du_AC/dt. Такие перенапряжения являются следствием резкого пре­кращения тока в индуктивных элементах схемы, включая малые индуктивности монтажа. Поэтому для защиты тиристоров обычно используют различные схемы ЦФТП, которые в динамических режимах осуществляют защиту от недопу­стимых значений di_A/dt и du_AC/dt.

В большинстве случаев внутреннее индуктивное сопротивление источников на­пряжения, входящих в цепь включенного тиристора, оказывается достаточным, чтобы не вводить дополнительную индуктивность L_S . Поэтому на практике чаще возникает необ­ходимость в ЦФТП, снижающих уровень и скорость перенапряжений при выключении (рис. 6.13.).

Рис. 6.13. Типовая схема защиты тиристора

Для этой цели обычно используют RC-цепи, подключаемые параллельно тиристору. Существуют различные схемотехнические модифи­кации RC-цепей и методики расчета их параметров для разных условий использования тиристоров.

Для запираемых тиристоров применяются цепи формирования траектории переключения, аналогичных по схемотехнике ЦФТП транзисторов.

Модули силовых электронных ключей

Последовательное и параллельное соединение ключевых элементов

На практике нередко возникает необходимость параллельного или последовательного соединения однотипных ключей. Обычно причи­ной этому является потребность в повышении коммутируемых токов и напряжений или повышении надежности схемы посредством резер­вирования силовых ключей. При параллельном соединении (рис. 6.14,а) может возникать неравномерность распре­деления токов между отдельными диодами в установившемся режиме включенного состояния каждого из диодов. Причиной этому является неидентичность статических ВАХ параллельно соединенных диодов, находящихся в проводящем состоянии (рис. 6.14,б), что снижает допустимый уровень суммарного тока диодов.

Рис. 6.14. Параллельное соединение диодов: а - схема; б - ВАХ

При последовательном соединении диодов может возникать нерав­номерность в распределении обратных напряжений между диодами (рис. 6.15.) из-за различия статических ВАХ диодов на участках, соответствующих обратному напряжению.

Рис. 6.15. Последовательное соединение диодов:

а - схема; б - ВАХ

Достижение равномерных распределений токов или напряжения за счет подбора ключей с идентичными ВАХ является эко­номически нецелесообразным и поэтому обычно не используется. Более простым и технически грамотным методом является использование дополни­тельных выравнивающих резисторов. Для выравнивания токов используются низкоомные резисторы R1 и R2, включенные последовательно с диодами VD1 и VD2 (рис. 6.16,а).

Рис. 6.16. Выравнивающие цепи для:

а) – параллельного включения в статическом режиме;

б) – последовательного включения в статическом режиме;

в) – последовательного включения в дина­мическом режиме;

г) – параллельного включения в динамическом режиме

При последовательном соединении использу­ются высокоомные резисторы, подключенные параллельно диодам (рис. 6.16,б). Однако, использование резисторов как при параллель­ном, так и при последовательном соединении приводит к дополни­тельным потерям мощности. Кроме того, резисторы, подключенные параллельно диодам, увеличивают обратные токи и снижают блокирующую способность диодов.

Неравномерность в распределении токов и напряжений возникает также в динамических режимах переключения диодов из одного состояния в другое. Для устранения таких явлений используют RC-цепи для последовательно соединенных диодов (рис. 1.16,в) и вводят магнитно-связанные реакторы (рис. 6.16,г) при параллельном соединении. Магнитодвижущие силы (МДС) реакторов должны быть направлены так, чтобы при равных токах в них не возникали ЭДС самоиндукции. Например, для двух диодов это соответствует двухобмоточному реактору со встречновключенными обмотками с равным числом витков N1 и N2.

Подобные методы используются при соединении других ключей: тиристоров, транзисторов и др. Однако для отдельных видов ключей, например для МОП-транзисторов, обеспечение равномерного распре­деления токов при параллельном соединении достигается без введе­ния дополнительных сопротивлений. Это объясняется тем, что они обладают положительным температурным коэффициентом сопротив­ления (ТКС) во включенном состоянии. Поэтому перегрузка по току одного из транзисторов приводит к повышению его нагрева и, следо­вательно, сопротивления, что автоматически приводит к сни­жению тока перегруженного транзистора.