4.3. Тиристорные ключи

4.3.1. Ключ на тиристоре с электростатическим управлением

Рис.4.24

Принцип переключения тиристора с электростатическим управлением или индукционного тиристора (рис. 4.24) качественно аналогичен биполярному режиму СИТ и основан на явлениях полевого перезаряда входных емкостей и рассасывания накопленных носителей [2,3].

При этом очевидно, что источник, поставивший в базовую область ключа неосновные носители, не играет принципиальной роли: был ли это прямой ток по цепи затвора СИТ) или инжектирующий ток анодного р-n-пеpехода (индукционный тиристор).

Перезарядка емкостей управляющего электpода, влияющая на задержку включения и выключения, определяется постоянной времени, равной произведению барьерной входной емкости на сопротивление цепи управляющего генератора. Дополнительная задержка после размыкания (или смыкания при выключении) ОПЗ затворов определяется временем пролета носителей от потенциального барьера до области анодного перехода. Таким образом, времена задержек и фронт включения являются относительно малыми и не превосходят нескольких десятков наносекунд (15...60 нс). Более сложной является картина физических процессов выключения, связанная с рассасыванием накопленного избыточного заряда. В индукционном тиристоре (см. раздел 2.2.4) при прямом смещении анодного перехода и обратном управляющего возникает паразитный биполярный p-n-p-транзистор (с эмиттером в виде анода и коллектором—затвором). Процесс отсекания базового вывода (истоковой области тиристора) потенциальным барьером, как уже упоминалось, происходит достаточно быстро. Дальнейшее запирание тиристора происходит аналогично запиранию p-n-p-транзистора с оборванной базой с постоянной времени, равной времени жизни накопленных дырок. В цепи управляющего электрода при этом протекает значительный по амплитуде импульс обратного тока (рис. 4.25), связанный с процессом экстракции носителей обратносмещенным переходом. Поскольку амплитуда обратного тока примерно равна величине тока нагрузки, в мощных ключах на основе индукционных тиристоров следует учитывать влияние сопротивления в цепи генератора R_IN, которое в данном случае должно быть значительно уменьшено. Вытекающий обратный ток затвора создает на р+-областях управляющего электрода, имеющих конечное сопротивление, дополнительное падение напряжения, которое совместно с внутренним сопротивлением цепи генератора R_IN уменьшает запирающее смещение:

(4.53)

где R_G — сопротивление тиристора по цепи управления.

а б

Рис. 4.25

B случае большого значения R_IN снижение напряжения V_DS может привести к отпиранию потенциального барьера и переводу индукционного тиристора в критический режим, аналогичный вторичному пробою, так как дополнительный ток носителей со стороны истока воспринимается паразитным р-n-р-транзистором как управляющий базовый ток. Таким образом, процесс выключения индукционного тиристора необходимо проводить от источника управления с емкостным характером и минимальным внешним сопротивлением (доли ома).