1tom174

7. ELEKTRONIKA 350

Rys. 7.26. Tyrystor triodowy (SCR): a) struktura p-n-p-n; A — anoda, K — katoda. G - bramka: b) symbol graficzny; c} charakterystyka napięciowo-prądowa (główna); Iprąd przełączania, l_L prąd załączania. 1_B — prąd wyłączania (podtrzymania), U_D — napięcie blokowania, — napięcie przełączania, U_T napięcie przewodzenia. U_R — napięcie wsteczne, U_HK napięcie przebicia; d) warunki zmiany stanu (graf przejść)

przewodzenia — sian blokowania, stan przewodzenia, w kierunku wstecznym — stan zaworowy. Przejścia między stanami są zależne od warunków napięciowo-prądowych (rys. 7.26d) przedstawionych na grafie przejść. Zmiana stanu przewodzenia na stan blokowania lub zaworowy i na odwrót następuje skokowo.

Zmiana stanu blokowania na przewodzenia wymaga dodatniej polaryzacji anody oraz przepływu prądu bramki I_G > l_aE przez czas t_p, na tyle długi, by prąd główny tyrystora przekroczył wartość . Wyłączenie tyrystora następuje, gdy prąd przew odzenia I_T będzie mniejszy od /„ przez czas w'yłączania t_p > t_rr. gdzie t„ — czas odzyskiwania zdolności zaworowej. Realizację warunku < I_H uzyskuje się albo w obwodzie prądu przemiennego w- półokresie ujemnym napięcia (komutacja zewnętrzna lub naturalna), albo przez napięcie wsteczne uzyskane w obwodzie komutacyjnym pomocniczym (komutacja wewnętrzna lub sztuczna). Wyłączenie bramkowe ujemnym prądem bramki (I_(j = /_KG)jest możliwe, lecz w praktyce realizowane tylko w tyrystorach specjalnej konstrukcji GTO (ang. Gale Turn-Off) — zob. tom 2., rozdz. 8. Energoelektronika.

Charakterystykę napięciowo-prądowa obwodu bramki (G-K) przedstawia rys. 7.27a. Punkt pracy na prostej obciążenia f _GR_G musi być zawarty w obszarze III. Zalecany kształt I_Fo przedstawia rys. 7.27b; zalecane jest forsowanie prądu bramki w początkowym okresie załączania w celu przyspieszenia równomiernego rozprzestrzeniania się I_T na całym przekroju poprzecznym tyrystora. Stosuje się też załączanie metodą „multipuls”, tj. ciągiem impulsów (paczką) o częstotliwości kHz (rys. 7.27c) w celu zmniejszenia poboru mocy przy załączaniu (wyzwalaniu) tyrystora.

Zasadę działania tyrystora wyjaśnia model dwutranzystorowy (rys. 7.28) powstały przez umyślony podział struktury linią przerywaną. Związki między prądami tranzystorów

I_c = y.I_E + I_co;    I_B = (1 — ct_F)I £ = leo    (7.27)

Ponieważ I_A = l_Epnp, 1_K = l_Enpn oraz I_K = I_A+I_a, więc

(7.28)

/    — ^ⁿPⁿ^ O ^ COnpn ~h dęp _pnp

Rys. 7.27. a) Charakterystyka napięciowo-prądowa bramki:

irs

I — obszar nieprzdączania tyrystora, II — obszar możliwych przełączeń tyrystora, III obszar pewnych przełączeń tyrystora; zaznaczono wartości graniczne, są one funkcją T_}; b) kształt impulsu bramkowego z forsowaniem załączenia; c) impulsy bramkowe typu multipuls

06

Pf~n--p2_

ⁿ1 ?2~ⁿ2

Rys. 7.28. Model dwutranzystorowy tyrystora: a) struktura i schemat zastępczy: b) zależność cc_npa + x_pnp od wartości prądu iP punkt krytyczny)

Zakłada się, że tyrystor jest w stanie blokowania i płynie tylko bardzo mały prąd I_co. Zwiększenie prądu I_K przez prąd bramki I_FG, wobec zależności sumy {ct„_p„ + x_pnp) od wartości prądu (rys. 7.28b). doprowadza do warunku 1— (a„_p„+a_p„_p) = 0 i następuje skokowy wzrost prądu (załączenie tyrystora), którego wartość ograniczają rezystancje całego obwodu. Model dwutranzystorowy jest układem z wewnętrznym dodatnim sprzężeniem zwrotnym.

Tyrystor jest wrażliwy na parametry dynamiczne: di_T/df > di_T/dt|_crj, może spowodować lokalne niszczące przegrzanie struktury p-n-p-n, natomiast dw_T/dr > du_T/dt|_crit może spowodować niesterowane załączenie tyrystora (wpływ pojemności złącz).

Tyrystory krajowe produkcji CF.MI typu BTP i BTAP mają wartości graniczne podstawowych parametrów': U_DKM = 400-^750 V, Irury = 5 A, di_T/dt = 200 A/ps, U_CT = ~ 4 V; natomiast produkcji Z.E.LAMINA typu BTP-2, -3, -7,-10 mają wartości graniczne: ^ DR.\r ~ 25 -r 1400 V, l_F(AV) = 2-5-10 A, di_r/dt|_cri, = 20 A/ps.

Tyrystory dwukierunkowe (symetryczne, symislory, iriaki) są stosowane do dwupołów-kow-ej regulacji prądu przemiennego. Są to struktury pięciowarstwowc. Charakterystyka napięciowo-prądowa obwodu głównego i bramki (rys. 7.29) jest podobna do tyrystora ~yR. Tyrystory krajowe prod. Z.E.LAMINA typu TS mają wartości graniczne podstawowych parametrów: U_DRM = 100^ 800 V. I_T(KifS) wartość skuteczna = 5-^20 A. ^c<;t = ±50-5- ±80 mA, U_CT = ±3 V, du_T/df|_crit = 2,5 Y/ps.