книги из ГПНТБ / Глазенко Т.А. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока

к экспоненциальному. Заряд, переносимый во внешнюю цепь на этапе спада

Запирание структуры постоянным обратным током. Этот режим осущест­ вляется в схемах, где выключение тиристора производится с помощью генера-

тацией и анодным дросселем насыщения, ограничивающим величину обратного тока на уровне тока перемагничивания дросселя. При этом ток в анодной цепи реверсируется мгновенно, изменяя свою величину от » т [ 0 _ ] = / п р до t'r [ 0 + ] =

=— /0 бр (рис. 2-6, а). В этом случае начальные распределения концентраций

Рис. 2-6

На интервале tx ток в тиристоре практически постоянен, а заряды неоснов­ ных носителей в базах изменяются во времени по показательным законам:

Уравнение (2-11) показывает, что избыточный заряд дырок в n-базе умень­ шается только за счет рекомбинации и не зависит от величины обратного тока. Согласно уравнению (2-12) большая часть избыточных электронов в р-базе пе­ реносится полем объемного заряда перехода П3 в эмиттер п 2 (первое слагаемое в правой части уравнения); некоторая часть электронов, определяемая вторым слагаемым, исчезает за счет рекомбинации. Дырки и электроны из эмиттерных областей рх и п2 удаляются в основном за счет протекания обратного тока, по­ этому длительность интервалов tx и t2 зависит от величины / 0 б р . Чем больше обратный ток, тем короче интервал рассасывания tx. Зависимость tx = f. (70 бр) особенно сильна в области небольших обратных токов. К концу интервала спада

Таким образом, время выключения определяется временем жизни носите­ лей заряда в n-базе и зависит от геометрии и электрофизических параметров структуры.

Запирание тиристора при линейно убывающем токе. Закон изменения тока

втиристоре влияет на распределение концентраций неосновных носителей (2-9).

Вреальных схемах ШИП уменьшение тока ir (t) при запирании тиристоров

часто происходит по линейному или косинусоидальному закону (рис. 2-6, б). В обоих случаях скорость изменения тока вблизи точки перехода через нулевое значение (diTldt)t=0 можно считать величиной постоянной. При убывающем с конечной скоростью токе заряд в n-базе к моменту начала выключения будет несколько меньше стационарного избыточного заряда, что вызывает уменьшениевремени выключения.

различных структур (ВКДУ, ТЛ, моРис. 2-7 дуляторные и генераторные тиристоры)' кривые q± (llv) практически совпадают

(рис. 2-7, а). Эти кривые могут быть положены в основу расчета времени выклю­

чения при законе изменения i (llv), близком к линейному. Если учесть, что времена выключения при стационарномT начальном заряде и начальном заряДе

Теория восстановления р—n-перехода при линейно уменьшающемся токе была разработана Шокли и Мелечеем (W. Schocley, М. A . Melechy). Показано, что время ti спада тока от нуля до значения максимального обратного тока 1Х (рис. 2-6, б) не зависит от параметров внешней цепи и определяется временем жизни дырок в л-слое хр (tj, х 0,5тр ). В процессе дальнейших исследований

5а

некоторому усредненному значению. Например, при

при изменении анодного напряжения от нулевого значе­ ния. Начальное напряжение на структуре, положитель­ ное или отрицательное, приводит к увеличению динами­ ческого напряжения переключения при некоторой ско­ рости нарастания duldt. Поэтому для повышения допу­ стимых значений duldt полезно иметь на тиристоре поло­ жительное или отрицательное начальное смещение.

Динамическое напряжение переключения может быть существенно повышено, если управлять тиристором зна­ копеременными импульсами, т. е. подавать на управ­ ляющий электрод отрицательное смещение в течение интервалов времени, когда тиристор должен быть заперт. Отрицательный ток управления, замыкающийся через резистор или диод, шунтирующий вход тиристора (1т), уменьшает общий ток утечки, вызывающий отпираниетиристора, и снижает чувствительность прибора к бы­ стрым изменениям напряжения. Отрицательное напряже­

стора и значительно улучшает помехоустойчивость схемы. Шунтирование управляющего электрода низкоомным со­ противлением и конденсатором также несколько ослаб­ ляет действие статического и динамического токов утечки. Однако вследствие большого сопротивления кремния и малого периметра управляющего электрода эффект шунтировки сказывается лишь в зоне, примыкающей к управ­ ляющему электроду. Поэтому применение шунтирующего резистора ослабляет чувствительность прибора к эффекту duldt лишь у тиристоров Jc небольшой поверхностью перехода. Для того чтобы найти связь между динамиче­ ским напряжением переключения тиристора и параметрами импульсов напряжения, прикладываемых к нему (рис. 2-9), следует воспользоваться общим условием включения четырехслойной структуры [105]. Протекание тока смещения приводит к накоплению избыточных зарядов в базах и может вызвать включение тиристора, если суммарный эффективный заряд в базах достигнет критической вели-

(2-18)

2. Отрицательное напряжение £ / о б р ускоряет процесс рассасыва­ ния зарядов из областей крайних переходов и прилегающих к ним зон пространственного заряда. Чем больше Uo6p, тем меньше неосновных носителей заряда должно исчезнуть вследствие более медленного про­ цесса рекомбинации и тем меньше время выключения тиристора. Осо­ бенно сильное влияние на тв оказывает изменение обратного напряже­ ния в пределах от 0 до нескольких десятков вольт (рис. 2-10, б).*

Рис. 2-Ю

показало, что для схем, в которых тиристоры шунтированы обрат­ ными диодами (Uo6p = 1 -s- 1,5 в), время выключения увеличивается в 2—4 раза. Величина обратного тока весьма слабо влияет на время выключения.

3. Величина прямого тока влияет на начальный заряд, накоплен­ ный в базах тиристора. С увеличением / п р время выключения увели­ чивается, причем зависимость тв (7п р ) имеет логарифмический харак­ тер: тв = / в ы к да т1 л 1п/(/п р //у ? о ). Длительность импульса tnp пря­ мого тока оказывает влияние на время выключения лишь при доста­ точно малых значениях ^п р , когда распределение концентраций из­ быточных зарядов в базах не успевает достичь своего установившегося значения. Характер зависимости тв == / (7п р ) близок к логарифмиче­ скому. В результате испытаний установлено, что у тиристоров типа ТЛ и ВКДУ эта зависимость существенна при длительностях, не превышающих 5 мксек, у ВКДУ (Саранск) — 25 мксек и у ТЧ —

1мксек.

*Приведенные на рис. 2-10, а, б зависимости были получены при исследо­ вании тиристоров на универсальной установке для определения динамических

параметров и характеристик тиристоров, разработанной аспирантом ЛИТМО В. В. Тогатовым.