Вольт-амперная характеристика тиристора

Электрические свойства тиристоров рассмотрим на примере однооперационного тиристора (рис. 4.8а), запираемого в обратном направлении. Будем исходить из последовательной схемы включения тиристора VS с нагрузкой R_Н, когда к электрической цепи приложено напряжение U. Обозначим: u_пр– падение прямого напряжения на тиристоре (анод-катод),u_обр- падение обратного напряжения (катод-анод), i_пр– прямой ток тиристора (анод-катод), i_обр – обратный ток тиристора (катод-анод).

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) тиристора показана на рис. 4.9.

Основной особенностью тиристора является наличие на его ВАХ участка 2 с отрицательным дифференциальным сопротивлением и, как следствие, работа тиристора в режиме переключения из непроводящего ток (иначе, закрытого) состояния (участок 1 на ВАХ) в проводящее (иначе, открытое) состояние (участок 3 на ВАХ).

Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое состояние может осуществляться только при прямом напряжении u_пр путем внешнего воздействия на прибор: изменением напряжения u_пр между анодом и катодомили подачей на УЭ тока управления i_уп. В последнем случае достаточно подать на УЭ кратковременный импульс тока i_уп. При обратном напряжении u_обр на тиристоре открыть тиристор невозможно ни изменением обратного напряжения u_обр, ни подачей тока управления i_уп на УЭ.

Рассматриваемый тиристор является не полностью управляемым полупроводниковым прибором, так как перевести тиристор из открытого в закрытое состояние нельзя током управления i_уп. Тиристор закроется, т. е. перейдет в непроводящее состояние, когда протекающий по нему ток i_пр снизится до значения, близкого к нулю.

Основные параметры, характеризующие работу тиристора

По ВАХ тиристора с нагрузочной прямой (рис. 4.9) можно выделить точки и соответствующие им параметры, характеризующие работу прибора:

U_пер – напряжение переключения (при подаче напряжения на прибор в прямом направлении, равного или превышающего U_пер , тиристор переходит из непроводящего состояния в проводящее состояние);

I_пер - ток переключения (прямой ток, протекающий через прибор непосредственно перед переключением его в проводящее состояние при напряжении U_пер);

I_выкл - ток выключения (при уменьшении тока через прибор до значения I_выкл или ниже тиристор переходит в непроводящее состояние);

I_пр.тах – максимальный прямой ток;

∆U_пр - прямое падение напряжения на тиристоре при протекании через него максимального прямого тока.

Номинальное напряжение, на которое рассчитан тиристор, должно быть не менее напряжения u_н, которое падает на нем, когда тиристор закрыт.

Некоторые разновидности тиристоров.

В тиристорных ключах применяют полупроводниковые приборы различных типов (рис. 4.10):

•асимметричные тиристоры, в которых обычный тиристор интегрально объединен с встречновключенным силовым диодом, обеспечивающим протекание встречного для тиристора тока (рис. 4.11а);

• симисторы - объединенные конструктивно пары встречновключенных тиристоров (рис. 4.11б). Вольт-амперная характеристика симистора (симметричного тиристора) аналогична ВАХ, показанной на рис. 4.10, но она симметрична относительно начала координат (в третьем квадранте располагаются такие же ветви ВАХ, как и в первом квадранте);

• диодные тиристоры (динисторы), включаемые импульсом прямого напряжения (рис. 4.11в);

• оптотиристоры, управляемые световым потоком (рис. 4.11г);

• двухоперационные (запираемые) тиристоры (рис. 4.11д).

Запираемые тиристоры созданы с целью устранения неполной управляемости обычных тиристоров. Один из важнейших параметров двухоперационного тиристора – коэффициент отключения по току К_I(выкл) , равный отношению выключаемого тока I_{пр(выкл)} в анодной цепи к соответствующему значению тока I_{уп(выкл)} в цепи управления, который вызывает переход тиристора из открытого состояния в закрытое состояние.

Среди двухоперационных тиристоров выделяют следующие типы:

запираемый тиристор GTO (Gate – turn – off), переключаемый в проводящее состояние и наоборот путем подачи на управляющий электрод сигналов соответствующей полярности;

тиристор GCT (Gatecommutatedthyristor), коммутируемый по управляющему электроду, отличающийся наличием интегральной схемы управления;

тиристор МСТ (MOS-controlthyristor), содержащий два полевых транзистора, один из которых обеспечивает процесс включения, подавая импульс тока на управляющий электрод, а другой – аналогично – процесс выключения тиристора.

Тиристоры применяют в мощных ключах, поскольку они способны коммутировать цепи напряжением до 10 кВ с токами до 10 кА. Частота коммутации для наиболее мощных тиристорных ключей обычно не превышает 1 кГц. Современные образцы МСТ показывают способности коммутировать мощности выше 10 МВт при частоте 10 кГц.