8.10.2. Эффект dU/dt

Ранее при рассмотрении процессов включения динисторов по аноду отмечалось влияние скорости нарастания анодного напряжения на уменьшение динамического напряжения включения. Причиной снижения динамического напряжения включения является емкостной ток центрального перехода П2, который одновременно является внутренним управляющим током по обеим базам. Влиянием емкостных токов переходов П1 и П3 можно пренебречь, так как ΔU₁ ≈ ΔU₃ ≈ 0.2 В и . В закрытом состоянии все напряжение анода блокируется центральным переходом П2. В большинстве случаев применения такое снижение U_вкл под действием dU/dt, а также включение тиристора по аноду за счет dU/dt недопустимо.

Рассмотрим качественно на основе модели управляемого заряда изменение динамического напряжения включения при воздействии эффекта dU/dt. Для включения тиристора в зарядовой модели необходимым условием является достижение накопленным зарядом в базе величины Q_кр – критического заряда включения

Q_кр = I_спр(t)·τ_вкл , (8.29)

где τ_вкл – постоянная времени процесса включения при экспоненциальном характере нарастания анодного тока.

Как уже указывалось выше, емкостной ток центрального p-n перехода играет роль внутреннего тока управления. Поэтому при достижении им величины тока спрямления тиристор включается. Используя зависимость динамического тока спрямления от длительности воздействующего импульса (8.21), получим:

.

При больших скоростях нарастания анодного напряжения t_Φ << τ_вкл , поэтому разложив экспоненту в ряд, получим:

U_а.min= I_спр.ст·τ_вкл/С₂ . (8.30)

Таким образом, если амплитуда импульса анодного напряжения не превысит значения (8.30), то при любых значениях dU/dt тиристор не включится, так как не успевает накопиться критический заряд включения. Для мощных быстродействующих тиристоров со значением параметров: I_спр.ст = 10^–1 А; τ_вкл ≈ 10^–6 с; С₂ = 2·10^–10 Ф – величина минимального динамического напряжения включения составляет порядка 500 В. Поэтому использование высоковольтных тиристоров в относительно низковольтных схемах позволяет отказаться от схемной защиты от эффекта dU/dt. В более высоковольтных режимах зависимость динамического напряжения включения от величины dU/dt может быть оценена из (8.16):

U_{вкл.дин.}= U_вкл.0[1 - k·α₃₀·C₂· dU/dt]^1/n . (8.31)

Выражение (8.31) справедливо до значений U_вкл.min (8.30).

R_ш2<R_ш1

1.0

0.5

10^-1

5·10^-2 U_вкл.min

10 10² 10³ dU/dt

Рисунок 8.48 - Защита шунтирующей RC-цепью от эффекта dU/dt

Рисунок 8.47 - Уменьшение динамического

напряжения включения с ростом dU/dt

Характер уменьшения динамического напряжения включения от скорости нарастания анодного напряжения приведен на рисунке 8.47.

Увеличение плотности шунтирования катодного p-n перехода приводит к увеличению стойкости к эффекту dU/dt, а также увеличению минимального динамического напряжения включения.

Для снижения чрезмерной скорости нарастания анодного напряжения можно использовать схему защиты, изображенную на рисунке 8.48. Постоянная времени цепи заряда емкости С_ш должна выбираться из условия

(R_H + R)·C_ш ≥ τ ,

где τ – минимальная постоянная времени экспоненциально нарастающего прямого напряжения, допустимая для данного тиристора. Резистор R обеспечивает ограничение тока разряда конденсатора (значение dI/dt) при включении тиристора.