1.2. Управляемые тиристорные вентили
Управляемые полупроводниковые вентили представлены тиристорами и обозначаются VS. Тиристор — это четырехслойный р-п-р-п полупроводниковый прибор (рис. 2), который используется в качестве электронного ключа. Он включается при подаче на управляющий электрод УЭ короткого положительного импульса
Рис. 2. Структура и вольт-амперная характеристика тиристора
при условии, что на анод А подано положительное по отношению к катоду К напряжение. Статические ВАХ тиристора приведены на рис. 2. В открытом состоянии прямой ток через тиристор ограничивается сопротивлением нагрузки. Закрывается тиристор изменением полярности анодного напряжения или уменьшением тока удержания до значения меньше Iудт. В настоящее время существуют также полностью управляемые тиристоры, которые запираются подачей отрицательного импульса на УЭ.
Из рассмотрения статических ВАХ видно, что тиристор можно привести в открытое состояние путем увеличения приложенного к нему прямого напряжения до критического значения U'вклТ без воздействия на управляющий переход (Iу=0). Тиристор может также перейти в открытое состояние и при меньшем значении напряжения, чем U'вклT, если скорость его нарастания достаточно высока. Однако такое включение тиристора нежелательно, поэтому тиристоры нормально работают при входном синусоидальном напряжении, скорость нарастания которого не превышает нескольких десятков вольт за микросекунду.
Для тиристора различают параметры, относящиеся к цепи основного тока и цепи управления. Основная цепь тиристора, кроме параметров прямого тока, аналогичных параметрам силовых полупроводниковых диодов, характеризуется напряжением включения U'вклT, током включения Iвкл, а также током удержания IудТ, минимальное значение которого определяется режимом цепи управления. В свою очередь, цепь управления (как р-п переход) характеризуется напряжениями и токами в прямом и обратном направлениях.
Общая мощность РТ, рассеиваемая тиристором, состоит из мощности потерь в прямом и обратном направлениях по основной цепи и на управляющем электроде:.
PT=PсpmaxT + Py.cpmaxT
Надежность тиристоров, как любого полупроводникового прибора, обеспечивается выбором безопасных электрических и тепловых режимов работы.
Максимально допустимые токи по основной цепи определяются конструкцией тиристора. Нагрев тиристора зависит от падения напряжения и действующих значений токов по основной цепи и управляющему электроду.
Кроме тиристоров с управляемым моментом отпирания в настоящее время применяются и полностью управляемые тиристоры, которые могут не только отпираться, но и запираться с помощью внешних управляющих импульсов. Полностью управляемые тиристоры при одном и том же выходном напряжении позволяют менять временное положение импульса открытого состояния тиристора. В результате для питающей сети входное сопротивление сети приближается к активному и уменьшаются потери за счет реактивной составляющей входного тока выпрямителя.
1.3. Управляемые вентили на транзисторах
В современных устройствах питания в качестве полностью управляемых мощных ключевых элементов применяют биполярные, полевые с изолированным затвором (MOSFET) и составные транзисторы. В качестве составных транзисторов используется специальная полупроводниковая структура, называемая IGBT транзистором. На рис. 1 приведено её обозначение, а на рис.2 эквивалентная схема.
Рис. 1 Рис.2
На рис. 3 и 4 представлены структура полупроводниковых слоев IGBT транзистора и внешний вид такого транзистора на напряжение более3000 В и импульсный ток 3000 А.
Рис. 3 Рис. 4
Литература
1. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: Уч пособие для вузов / В.М. Бушуев, В.А. Деминский, Л.Ф.Захаров и др. - М.: Горячая линия -Телеком, 2009 -384 с.: ил.
2. Грумбина А.Б. Электрические машины и источники питания радиоэлектронных устройств – М.:Энергоатомиздат, 1990.-368с.
3. Мэк Р. Импульсные источники питания/Пер. с англ. – М.: ИД «ДодэкаXXI», 2008, 272 c.
4. Готтлиб И.М. Источники питания. Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы. Москва: Постмаркет, 2000. – 552с.
5. Москатов Е.А. Источники питания. - «МК-Пресс», СПб.: «КОРОНА-ВЕК», 2011, - 208 с.,ил.
6. Гейтенко Е.Н. Источники вторичного электропитания. Схемотехника и расчет. Учебное пособие. –М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2008.448с.