4.6. Параметры тиристоров

Из вольт-амперных характеристик получаем основные статические параметры тиристоров.

Номинальное напряжение U_ном. Максимальное мгновенное напряжение, при котором тиристор должен длительно работать в закрытом состоянии. Значение номинального напряжения соответствует значению напряжения, по которому тиристору присваивается определенный класс (величина U_кл/100, где U_кл = U_ном).

Номинальный (средний) ток I_ном ¾ средний за период рекомендуемый ток частотой 50 Гц, синусоидальной формы, длительно протекающий через тиристор при его работе в однофазной однополупериодной схеме на активную нагрузку и угле проводимости 180° при предельной температуре структуры. Параметр “номинальный ток” является классификационным параметром для тиристоров данного типа (I_ном = I_кл).

Максимальный допустимый ток I_mд ¾ максимальный допустимый ток тиристора, зависящий от различных условий его работы.

Напряжение включения U_вкл ¾ напряжение, соответствующее точке перегиба вольт-амперной характеристики.

Ток включения I_вкл ¾ величина минимального анодного тока, необходимого (при данных условиях) для перехода тиристора в отпертое состояние и сохранения этого состояния после снятия управляющего сигнала.

Ток выключения I_выкл ¾ величина анодного тока, ниже которого тиристор переходит в запертое состояние.

Остаточное напряжение U_ост ¾ среднее значение падения напряжения на тиристоре при номинальном токе. Этот параметр называют также прямым падением напряжения на тиристоре или классификационным падением напряжения DU_кл. Остаточное напряжение на тиристоре можно определить используя спрямленную (аппроксимированную) ветвь вольт-амперной характеристики (рис. 4.2, в):

U_ост = U_о + i× r_д ,

где i ¾ ток, проходящий через тиристор; U_о ¾ пороговое напряжение; r_д ¾ динамическое сопротивление, которое определяется как котангенс угла наклона между осью абсцисс и прямой АБ (r_д = ctg g). Кроме этого, параметры U_о и r_д необходимы при расчете тепловых потерь в тиристоре.

Ток спрямленияI_спр ¾ ток управления, при котором вольт-амперная характеристика тиристора приближается по своей форме к прямой ветви обычного диода. Отпирающий ток управляющего электрода I_у ¾ наименьший ток управляющего электрода, требуемый для переключения тиристора из закрытого состояния в открытое. Статическая пусковая характеристика DU_вкл = f(I_у) ¾ зависимость напряжения включения U_вкл от тока управления I_у.

Кроме статических параметров важнейшими параметрами тиристоров в динамическом режиме являются:

Время включения t_вкл ¾ интервал времени от момента достижения импульсом тока управления 10 % своего абсолютного значения до момента нарастания анодного тока до 90 % своего установившегося значения. Время включения тиристора зависит от величины анодного тока, мощности тиристора (тока управления для тиристоров малой и средней мощности), температуры тиристора, а также от характера нагрузки. Полное время включения различных типов тиристоров лежит в пределах от единиц до десятков микросекунд.

Время выключения t_выкл ¾ наименьший интервал времени от момента перехода через нуль анодного тока до момента перехода через нуль анодного напряжения, приложенного к тиристору без его переключения. Время выключения тиристора зависит от величины прямого тока непосредственно перед выключением, величин обратного тока и напряжения, температуры переходов, характера нагрузки, а также крутизны перехода тока через нулевое значение. При увеличении тока через тиристор t_выкл увеличивается, а при увеличении обратного напряжения незначительно уменьшается. Обычно tвыкл>tвкл и для тиристоров различных типов лежит в пределах от десятков до сотен микросекунд.

Допустимая скорость нарастания анодного тока . При высоких скоростях нарастания тока вблизи управляющего электрода плотность тока получается весьма большой, так как процесс переключения тиристора начинает развиваться лишь в узкой области, прилегающей к управляющему электроду. Это приводит к резкому увеличению удельной мощности и разогреву структуры до температуры плавления кремния, что приводит к выходу тиристора из строя. Допустимая скорость нарастания прямого тока у современных тиристоров достигает 1000 А/мк.

Бороться с этим явлением можно двумя способами. При первом способе уменьшение скорости нарастания тока достигается соответствующим конструктивным расположением управляющего электрода, при втором - путем схемного построения анодной цепи, введением в нее индуктивного сопротивления. В последнем случае значение можно снизить приблизительно на порядок. В качестве индуктивностей нашли применение дроссели насыщения, ограничивающие при отпирании тиристора величину анодного тока на время, необходимое для переключения достаточной площади структуры.

Обычно время насыщения дросселя выбирают равным 10¾15 мкс. Время насыщения дросселя, с и ток насыщения дросселя, А можно определить по формулам:

где площадь поперечного сечения сердечника, см²; изменение индукции сердечника, Тл; число витков сердечника; напряженность магнитного поля, необходимая для приведения дросселя в состояние насыщения, А/см; максимальное напряжение, В; средняя длина магнитопровода сердечника, см.

Допустимая скорость нарастания анодного напряжения . Когда напряжение, поданное на анод тиристора, нарастает со слишком большой скоростью, тиристор может перейти в отпертое состояние при отсутствии сигнала на управляющем электроде. Сущность включения с помощью так называемого « эффекта» заключается в том, что при подаче на анод тиристора перепада напряжения с крутым фронтом переключение тиристора в проводящее состояние происходит при значении напряжения, меньшем напряженияU_вкл. Это является следствием того, что при быстро нарастающем анодном напряжении возникает ёмкостной ток i_c, который воздействует не только на переход П3 как ток управления, но и на переход П1. Поэтому при включении таким способом отпирание тиристора произойдет гораздо быстрее, чем с помощью сигнала, подаваемого на управляющий электрод. Однако, такой способ отпирания практически не находит применения в связи с малой помехозащищенностью схем управления, построенных использованием рассмотренного эффекта.

Допустимая величина имеет значительный разброс даже для одного и того же типа тиристора, что вызвано технологическими особенностями изготовления структуры. Это приводит к необходимости проверки параметраперед установкой тиристора в схему. Величинуможно уменьшить, либо зашунтировав переход управляющий электрод-катод небольшим сопротивлением или емкостью, либо подав на управляющий электрод отрицательный ток управления, равный приблизительно величине статического тока включения. Однако эти способы приводят к увеличению мощности рассеивания в цепи управления тиристора.

Допустимая скорость нарастания анодного напряжения у современных тиристоров достигает 1000 В/мкс.