Spre deosebire de un tiristor convențional, un tiristor care poate fi blocat poate fi comutat de la o stare deschisă la o stare închisă când impulsul de curent invers este aplicat pe electrodul de comandă.
Această proprietate a unui tiristor blocabil simplifică foarte mult implementarea unor dispozitive puternice de conversie prin eliminarea nodurilor de comutare voluminoase ale tiristoarelor convenționale.
Structura de bază a tiristor Ramificația este prezentată în figura 8.31. Este foarte asemănător cu structura unui tiristor convențional. Cea mai semnificativă diferență de poarta convențională tiristor turn-off constă în faptul că primul are un emițător sub forma unor fâșii înguste lungi, înconjurate de electrozi de comandă, fără manevră catod. Când este activat, electrodul de comandă este înclinat în raport pozitiv la catod, ceea ce conduce la introducerea de găuri în P- sa de bază.
Figura 8.31 - Structura de bază Figura 8.32 - Oprirea tiristorului
Tiristorul de blocare este conectat la starea conductoare în același mod ca un tiristor convențional, cu condiția ca acesta să fie prevăzut
unde # 945; 3 și # 945; 1 - coeficienții de amplificare actuali ai tranzistorilor componentului n-p-n și p-n-p ai dispozitivului într-un circuit comun de bază.
Ca și în cazul unui tiristor convențional, dispozitivul este pornit inițial de-a lungul marginii emițătorului n + adiacent la electrodul de comandă. Apoi, tiristorul care se blochează atinge starea de includere completă datorită procesului de propagare a plasmei.
La oprire, electrodul de control este deplasat negativ în raport cu catodul, iar curentul de gaură este extras din baza lui p (Figura 8.32). Procesul de închidere al tiristorului are o natură bidimensională, la fel ca și oprirea unui tranzistor bipolar de înaltă tensiune. Oprirea dispozitivului pornește de la marginea emițătorului, unde trecerea P3 se schimbă în direcția opusă. În timpul porțiunea off line n emițător se micșorează spre centrul emitor datorită căderii de tensiune pe rezistența ohmică a bazei, până în cele din urmă, în centrul emițător nu rămâne fir subțire conductoare.
În acest timp, numit timpul resorbția, curentul anodic este practic neschimbat, densitatea de curent în centrul emițător este mult mai mare decât în cazul în care întregul dispozitiv desfășoară. Dacă electrodul de comandă deturnează încărcare suficientă pentru a reduce nivelul de încărcare în exces sub valoarea necesară pentru a menține starea de conducție, tiristor blocabil se stinge, iar curentul este redus la valoarea sa minimă. Timpul în care se produce acest lucru se numește timpul de declin.
Tensiunea de anod începe să crească pe măsură ce curentul scade. Cu toate acestea, curentul scade nu la zero, ci la o anumită valoare de prag, numită curent rezidual, care curge până când întreaga încărcătură acumulată este îndepărtată din regiunea n-bază (Figura 8.33). Această etapă se numește timpul de recuperare.
Figura 8.33 - Diagrame ale modificărilor curente (a) și încărcării în bază (b)
când tiristorul este oprit de către electrodul de comandă
Trebuie remarcat caracteristicile și condiția necesară pentru realizarea unui tiristor blocabil.
1. Suma coeficienților de transfer curenți ai secțiunilor tranzistorului trebuie să fie aproape de unitate:
Această condiție asigură un mic exces de încărcare în bazele tiristorului în stare deschisă (# 8710; Q
(# 945; 1 + # 945; 3) # 8729; # 964; ef), care pot fi îndepărtate prin intermediul curentului invers al electrodului de comandă. În același timp, pentru a elimina în mod eficient excesul de taxă, o valoare mare # 945; Prin urmare, această condiție se transformă după cum urmează:
2. Structura catodului nu trebuie să conțină șuvițe de proces. Această condiție este necesară pentru a asigura eliminarea eficientă a excesului de încărcare.
3. Rezistența bazei p trebuie să fie minimă.
4. Tensiunea de avarie avalanșă a joncțiunii catodice trebuie să fie cât mai mare posibil (UB3> 20 B).
Ultimele două condiții furnizează cantitatea necesară de curent de control invers.
Dacă această valoare este depășită, această valoare va determina o defalcare avalanșă a tranziției catodice P3. iar acest curent nu va fi asociat cu îndepărtarea încărcării acumulate, dar poate duce la o defecțiune a tiristorului datorită creșterii puterii. Pentru a reduce RB de rezistență utilizat catod topologie dungă și structură „zaglublonnymi“ în P- p + bază tijele pe lățimea catodului, oferind o reducere a rezistenței de bază transversală.
Expresia pentru raportul de blocare poate fi obținută de la un model cu două tranzistoare. Curentul de bază al găurii al tranzistorului n + -p-n este Ik # 8729; (1 - # 945; 3). Pe de altă parte, acest curent este furnizat printr-un curent anodic și un curent de control (# 945; # 8729; Ia + Iy). Din egalitatea acestor curente rezultă:
Pentru a crește câștigul atunci când este blocat peste electrodul de control, este necesar să se asigure # 945; 3 ≤ 1 și # 945; 1 ≥ 0, care coincide cu prima condiție a tiristorului blocat. Efectul de fixare a curentului anodic în timpul procesului de închidere duce la o scădere a tensiunii dinamice în stare închisă (Udp), ca și în tranzistorul bipolar. Într-un tiristor fără șunt tehnologic în anod, el este limitat de tensiunea de strângere a n-bază, ținând cont de încărcarea dinamică a electronilor. Spre deosebire de tranzistorul unde alimentarea internă inversă curent realizată prin ionizare impact în SCR tiristor n timpul bazei de închidere sunt găuri de la p + injectat - anod, ceea ce poate duce la dispozitivul de distrugere și samovklyucheniyu în timpul tranzitorie datorită creșterii temperaturii locale până la 600-700 ° C.
Cauza inițială a densității excesive de curent este în principal efectul de dantelare datorat rezistenței bazei p și efectul acumulării de sarcină în baza n. Valoarea maximă maximă a tensiunii anodice aplicată tranziției în timpul fazei de decădere Udp. depinde în principal de coeficientul de transmisie al tranzistorului n-p-n compozit (cu cât este mai mare raportul de transmisie, cu atât mai mic este Udp) și lățimea n-bază.
În stadiul de închidere a dispozitivului, regiunea conductivă de-a lungul emițătorului se contractă în cele din urmă într-o regiune liniară îngustă, care este apoi ruptă în regiuni conductive separate.
După faza de dezintegrare, când joncțiunea P3 a emițătorului este restabilită, un curent rezidual curge prin el, care este distribuit din nou în emițător. Deși acest curent este nesemnificativ, datorită tensiunii anodice aplicate destul de înaltă, există pierderi semnificative de putere tiristor. Tensiunea de anod poate crește în timpul fazei actuale de decădere, rezultând o componentă de curent suplimentară datorată efectului du / dt. În cazul unei valori ridicate a curentului rezidual, tiristorul este reconectat.
Figura 8.34 - Zona de operare în condiții de siguranță
În ambele variante ale distrugerii dispozitivului, considerat mai sus, este necesar să se sublinieze faptul că creșterea curentă. Prin urmare, se stabilește valoarea IAM curentului anodic maxim admis. care poate fi oprită cu un electrod de comandă. Pentru a rezolva sarcina, este recomandabil să se determine zonele de funcționare în siguranță (OBR) ale tiristorului de blocare (Figura 8.34). Plot A corespunde IA.M curentul maxim .. datorită constrângerilor privind puterea disipată și ecuația căldurii (8,28) pentru blocarea coeficientului asociat cu controlul curentului limită; Site-ul B ia în considerare limita Udp. determinată în principal în OBR a unui tranzistor n-p-n compozit controlat de găuri injectate de la emitorul p; secțiunea C este regiunea curentului rezidual al tranzistorului p-n-p compozit. Lucrul cu ieșirea dincolo de oricare dintre aceste zone duce la defectarea dispozitivului.
Pentru a extinde OBR-ul și pentru a spori stabilitatea tiristoarelor blocate, se folosește manșonul tehnologic al joncțiunii anod pn.
Deși utilizarea structurilor cu shunt anod duce la o pierdere de blocare a capacității în direcția opusă, aceasta nu impune restricții semnificative asupra domeniului de aplicare al tiristorului blocabil, în cazul în care există o diodă anti-paralel, care este folosit pentru a furniza un flux de curent invers. Traversarea anodică crește capacitatea de blocare în direcția înainte, datorită reducerii factorului de transmisie # 945; 1 în cazul funcționării dispozitivului la temperaturi ridicate.
Forma tipică a dependenței câștigului când este blocată de curentul anodic este prezentată în Figura 8.35.
La curenții anodici mici, apropiați de curentul de reținere, încărcarea excesivă este mică și raportul de blocare este mare. La curenții anodici mari, creșterea Kz se datorează unei scăderi # 945; 1 la niveluri ridicate de injectare. Când curentul anodic depășește valoarea Ia.m, tiristorul eșuează. Curentul anodic care poate fi blocat poate fi estimat din curentul de control invers permis
Figura 8.36 - Circuite de blocare cu comutatoare tranzistor (a) și tiristor (b și c)
Schema de blocare a tiristorului de către electrodul de comandă este prezentată în Figura 8.36. Diodele de decuplare împiedică sursa de anodă să afecteze circuitul de comutare. Trebuie remarcat faptul că pentru tiristoarele blocate, amplitudinea curenților de control de deschidere este de 5 ... 10 ori mai mare decât curentul de rectificare statică. Timpul de deconectare al tiristorului care se blochează (durata impulsului de control negativ) scade cu amplitudinea crescândă a curentului de comandă. Încărcarea excesivă se disipează mai repede când crește curentul invers. Utilizarea opto-tiristoarelor în circuitele de oprire a tiristoarelor puternice cu blocare face posibilă creșterea semnificativă a imunității la zgomot a circuitelor pe baza acestor chei.
Trimiteți-le prietenilor: