2.7. Включение управляющего вентиля по цепи управления

Т иристоры включаются с помощью положительных, а симисторы с помо­щью положительных и отрицательных импульсов, подаваемых на управ­ляющий электрод. Значения отпирающих тока и напряжения сильно зависит от температуры, а при длительности управляющих импульсов менее 10-50 мкс от их длительности.

Рис. 2.10. Области негарантируемого отпирания при различной температуре р-n перехода (тиристоры типа ТЧ-100):

u_FG, i_FG - прямые напряжение и ток управляющего электрода; U_GT - отпираю­щее напряжение; I_gt - ток включения; U_gd - не отпирающее напряжение

Верхняя граница области, показанной на рис. 2.10. определяет отпи­рающий ток и напряжение при указанной температуре. Нижняя граница по­казывает значения тока и напряжения, не обеспечивающие включение тиристоров.

Для надежности включения необходимо, чтобы зависимость напряжения ге­нератора управляющих импульсов от тока располагалась вне этой области. При этом предельные параметры по цепи управления не должны быть пре­вышены. Вентиль может непроизвольно включаться, если на управляющем электроде действует напряжение помех, превышающее не отпирающее напряжение. На интервале, когда на вентиле действует обратное напряжение, импульсы управления снимаются, чтобы не нарушить запирающие свойства тиристора.

При расчете цепи управления учитывается допустимое значение обратного напряжения в ней.

2.8. Процессы при переключениях.

При переходе от проводящего состояния вентиля к запертому или обратно возрастание или снижение количества носителей заряда в слоях кремниевой шайбы, образующих структуру вентиля, происходит не скачкообразно. По­этому полупроводниковые вентили обладают некоторой инерционностью.

При быстром включении диода (скорость нарастания тока более 1 А/мкс) возникает увеличенное прямое падение напряжения (10 В и более), которое за­тем снижается в течение времени включения (обычно менее 1 мкс). Это время существенно для быстродействующих диодов, например, используемых для шунтирования цепи нагрузки или управляемых вентилей ("нулевые" или об­ратные диоды).

При быстром переключении диода из проводящего состояния в запертое че­рез него протекает значительный обратный ток, длительность импульса это­го тока определяет время выключения диода (или время восстановления за­пирающих свойств), которое для обычных диодов, работающих при частоте сети, обычно не превышает 10 мкс, а для быстро включающихся диодов - 1 мкс. Амплитуда этого тока, обусловленного эффектом накопления носителей за­ряда, может превосходить прямой анодный ток. Этот ток тем больше, чем выше скорость спада прямого тока. Накопленный заряд и, соответственно, время выключения диода также растут с увеличением скорости спада прямо­го тока. Названные факторы влияют на параметры устройств защиты венти­лей от импульсных периодических перенапряжении (RC-цепочки), обусловленных быстрыми изменениями обратного тока во время запирания и наличием индуктивностей в цепи вентиля.

Изменение тока и напряжения на вентиле при его включении показаны на рис. 2.11. Из рис. 2.11 (б) и (в) следуют определения времени задержки, времени спада напряжения и времени включения.

Для быстрого включения необходимы импульсы управляющего тока боль­шой амплитуды (2-3 I_GT, где I_GT - ток включения) и с крутым передним фрон­том. Такие импульсы управления особенно необходимы при высокой частоте переключении для снижения потерь мощности в вентиле при включении и при последовательном или параллельном соединении вентилей для уменьшения обусловленной разбросом параметров неравномерности распределения между ними, соответственно, напряжения или тока при включении. Скорость нарас­тания прямого тока при включении зависит от параметров нагрузки. При низкой скорости нарастания (большая индуктивность в цепи нагрузки) необ­ходимо позаботиться, чтобы к моменту окончания импульсов управления анодный ток достиг значения тока удержания, так как в противном случае после окончания управляющего импульса вентиль вернется в запертое со­стояние. При активной или емкостной нагрузке скорость нарастания тока ве­лика и возникает опасность превышения предельно допустимой скорости нарастания тока и выхода вентиля из строя. В этом случае последовательно с вентилем включается линейный или насыщающийся дроссель, который дол­жен снизить скорость нарастания тока или задержать скачок тока, чтобы вся поверхность кремниевой шайбы перешла во включенное состояние к момен­ту, когда ток станет значительным.

Д ля предотвращения самопроизвольного (то есть без подачи управляющего импульса) включения вентиля из-за крутого нарастания прямого напряжения необходимо, чтобы скорость нарастания напряжения не превышала критиче­ского значения. Для симистора индуктивность цепи нагрузки не должна быть слишком большой, чтобы не была превышена критическая скорость нараста­ния коммутируемого напряжения непосредственно после изменения его по­лярности.

Рис. 2.11. Кривые прямого тока (а), напряжения (б) и импульса управляющего тока (в) при включении тиристора или симистора:

di_T/dt – скорость нарастания прямого тока; U_DM – прямое блокируемое напряжение перед включением; I_FGM – амплитуда импульса тока управления; t_И – дли­тельность импульса управления; t_d – время задержки; t_r – время спада напря­жения; t_gt – время включения