9. Режимы нагрузки тиристора по току.

10. Включение тиристоров по цепи управления.

Тиристоры 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 U и ток управляющего электрода; U_GT - отпираю­щее U; I_gt - ток включения; U_gd - не отпирающее U

Верхняя граница области, показанной на рис. 2.10. определяет отпи­рающий ток и U 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 U помех, превышающее не отпирающее U. На интервале, когда на вентиле действует обратное U, импульсы управления снимаются, чтобы не нарушить запирающие свойства тиристора.

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

11. Процессы при переключениях тиристоров (при включении).

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.Для 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 U 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 включени