2.5. Устройство и характеристики симистора

В симисторе или триаке (рис. 2.6.) имеются две встречно-параллельные тиристорные структуры, вольт-амперная характеристика такого прибора показана на рис. 2.7. Так как управляющий электрод соединен с p-базой и расположенной рядом с ним n-зоной, симистор может быть включен как положительным, так и отрицательным управляющим импульсом при положительном или отрицательном напряжении на главных электродах. Требуемый импульс тока управления зависит от его полярности и полярности напряжения на главных электродах.

Рис. 2.6. Структура симистора (триака): стрелки показывают прохождение тока при включении по управляющему электроду при положительном и отрицательном токах управления.

Рис. 2.7. Вольтамперная характеристика симистора

(обозначение участков характеристики те же, что на рис. 2.5)

2.6 Электрические свойства полупроводниковых вентилей

Параметры всех полупроводниковых вентилей (рис. 2.8) подразделяются на предельные и характеризующие. Предельным параметром называется наибольшее или наименьшее допустимое значение параметра, при котором вентиль не повреждается и не выходит из строя. Характеризующие параметры (характеристики) выражают измеренные свойства вентилей.

1. Напряжение пробоя U_(BR) - характеризует возможности полупроводниковых вентилей выдерживать обратное (запираемое) напряжение.

2. Напряжение переключения U_(BO) - характеризует возможности тиристора и симистора выдерживать прямое (блокирующее) напряжение.

3. Для лавинных диодов и тиристоров допускается работа при резко увеличенном обратном токе, когда обратное напряжение превышает напряжение пробоя, например, при наличие импульсов перенапряжения, но при этом выделяющаяся в вентиле энергия не должна превышать определенного значения Р_RSH - предельная импульсная мощность.

4. Максимальное напряжение, прикладываемое к вентилю, может быть повторяющимся (например, коммутационные перенапряжения) или неповторяющимся (например, перенапряжения при переключениях в схеме). Защита от перенапряжений преобразователя и вентилей должна обеспечить недопустимость превышения предельных значений напряжения для используемых вентилей.

5. Пороговое напряжение для диодов U_(ТО), тиристров и симисторов U_{Т (ТО)} - напряжение в точке пересечения прямого участка ВАХ с осью напряжения.

6. Динамическое сопротивление R_D (r_F = U_F / i_F - для диода; r_Т = U_Т / di_Т - для тиристоров и симисторов).

7. Мгновенное значение напряжение на вентиле

u_F = U_(ТО) + r_F ·i_F  для диода.

u_Т = U_{Т (ТО)} + r_Т ·i_Т  для тиристоров.

Рис. 2.8 Диаграммы, иллюстрирующие граничные и характеризующие параметры тиристоров по напряжению:

а - прямая и обратная ветви ВАХ; б - кривая напряжения, действующего на тиристоре; U_DWM - рекомендуемая амплитуда прямого рабочего напряжения; U_DRM - повторяющееся прямое блокируемое напряжение; U_DSM - неповторяющееся прямое блокируемое напряжение; U_(ВО) - напряжение переключения; U_RWM - рекомендуемая амплитуда обратного рабочего напряжения; U_RRM - повторяющееся обратно запираемое напряжение; U_RSM - неповторяющееся обратное запираемое напряжение; U_(ВR) - напряжение пробоя;  - угол управления

8. Среднее за период значение напряжения на вентиле

 для диода (где _ - угол проводимости),

 для тиристоров.

9. Мощность потерь от прямого тока P_F(AV)= U_TO ·I_F(AV)+r_F ·I_F(AV)² для диода индекс F, для тиристора – Т.

10. Предельная нагрузка вентиля по току определяется наибольшей допустимой температурой р-n перехода и наибольшей допустимой плотностью тока в кремневой пластине и во внешних выводах. Поэтому в зависимости от условий охлаждения задаются предельно допустимые значения среднего и действующего прямого тока, амплитуды тока в импульсном режиме, ударного тока (для случая аварийной перегрузки) и максимально допустимое значение защитного показателя . При двух последних предельных параметрах, определяющих перегрузочную способность вентиля в аварийных режимах и необходимых для разработки устройств защиты вентиля по току, допустимая максимальная температура р-n перехода превышается. Это приводит к временной потере запирающих (блокирующих) свойств в прямом направлении у тиристоров и симисторов, так что ток в цепи не может быть прерван путем снятия управляющих импульсов. Кроме того, в зависимости от токовой перегрузки может снизиться запирающая способность вентиля в обратном направлении, в связи с чем при возрастании тока в случае короткого замыкания необходимо предусмотреть отключение цепи с помощью устройств токовой защиты. На рис.2.9 показаны предельные параметры по току для тиристоров.

11. При работе вентилей на повышенных частотах пренебрегать потерями мощности при переключениях (коммутационными потерями) уже нельзя и разделять полные потери мощности на потери при переключении и потери от прямого тока нецелесообразно. При частотах выше 400 Гц средняя мощность потерь P_(av) определяется:

P_(av) = W· f,

г де W - энергия потерь мощности от одного импульса; f - рабочая частота (частота следования импульсов анодного тока).

Рис.2.9 Диаграммы, иллюстрирующие режимы нагрузки тиристора по току:

а – ВАХ в проводящем состоянии; б – диаграмма прямого тока; I_T(av) -среднее значение прямого тока; I_T(RMS) -действующее значение прямого тока; I_TRM -амплитуда повторяющегося прямого тока; I_TSM -ударный ток;  - угол управления; _a - угол проводимости