Image78 (4)

po przekroczeniu napięcia przebicia U_pr2eb; tyrystor ulega wówczas uszkodzeniu bądź zniszczeniu.

Przy doborze tyrystorów istotna okazuje się także charakterystyka bramkowa (rysunek 7.) tyrystora określająca obszary przełączeń tyrystora. Obszar -1 — jest to obszar niemożliwych przełączeń, II - to obszar możliwych, lecz niepewnych przełączeń, III - pewnych przełączeń oraz IV - uszkodzeń. Granice między poszczególnymi obszarami określają parametry katalogowe tyrystora.

tyrystor ASCK powstał poprzez modyfikację tyrystora szybkiego i ukierunkowany jest na skrócenie czasu wyłączan a. Aktualnie nic przewiduje się istotnego rozwoju tej odmiany tyrystora.

Tyrystor RCT, czyli przewodzący wstecznie, jest tyrystorem jednokierunkowym, który przy dodatniej polaryzacji działa jak tyrystor konwencjonalny, a przy ujemnej jak przewodząca dioda. W wyniku szybkiego rozwoju GTO dalsze doskonalenie tyrystora RCT stało się mało prawdopodobne.

Tyrystor GTO posiada dodatkową elektrodę zwaną bramką. Pozwala to na załączanie i wyłączanie tyrystora odpowiednio impulsem dodatnim lub ujemnym. Niestety tyrystor ten posiada dość istotne wady, takie jak:

-    wysokie wymagania stawiane bramkowym impulsom załączającym i wyłączającym ze względu na wartość maksymalną oraz czas ich trwania,

-    w trakcie przewodzenia tyrystora przez bramkę musi przepływać określony prąd,

-    ograniczenie dopuszczalnej częstotliwości pracy w wyniku strat mocy powstających na skutek przepływu prądu resztkowego

-    w czasie blokowania napięcia na bramce zawsze musi być zapewniona obecność napięcia wstecznego.

Intensywny rozwój GTO spowodował powstanie wielu odmian tego rodzaju tyrystora. Między innymi powstał tyrystor RC GTO (reverse conducting GTO) przewodzący wstecznie, który jest połączeniem GTO

Rys. 7 Charakterystyka bramkowa tyrystora

•»(dU Ti mat) - dok) bromll dU maksymalna) temperatury złącza Tj min) - prąc brunk dU mlilrrulno] ternparatj/y złącza IMdfl T* mix) • naptyda tnunkl dla maksymalnej temperatur) złączu U_H(da Tc mr) - nofkjćo bramki de minimalnej temperatur/ złącza Ib-wibramu Ub - nopł^cł* bmmłl la mox. mokoymaliy prąd bramki U# mac - mokaymana napada bramki Podrę • dopurózato straty mocy w tracąca % ntepn^ - ntepncdąoojąsy prąd bmnkl tła rtopool ■ noplącta rłoprzałączająca bmrml

z diodą szybką. Umożliwia to dalsze zmniejszenie wymiarów przekształtnika Inną odmianą GTO jest tyrystor ZTO (zero tum-off thynstor), który przeznaczony jest głównie do pracy w przekształtnikach rezonansowych z naturalną komutacją prądu. Charakterystykę tyrystora GTO prezentuje rysunek 8.

Główne zastosowania tyrystor GTO znalazł w impulsowych przekształtnikach trakcyjnych (np. pociągi), falownikach napięcia do napędów z silnikami prądu przemiennego.

Kolejną odmianą tyrystorów stosowanych w energoelektronice są tyrystory połowę, sterowane polem magnetycznym - SITh. Są to tyrystory w pełni sterowane za pomocą bramkowego sygnału napięciowego. Należą one do struktury „normalnie zamkniętej" tzn. znajdują się w stanie przewodzenia przy braku sygnału bramkowego i przechodzą w stan blokowania po ujemnym spolaryzowaniu bramki. Tyrystory SITh wykonuje się jako jedno, lub dwubramkowe. Synchroniczne sterowanie obu bramkami o odmiennej polaryzacji powoduje znaczne skrócenie czasów przełączania. Tyrystor SITh jest obecnie perspektywiczną strukturą półprzewodnikowych przyrządów energoelektronicznych i łączy w sobie zalety tranzystora MOSFET oraz dobre parametry prądowo-napięciowe tyrystora GTO. Dzięki temu potencjalny obszar zastosowań SITh jest bardzo szeroki, szczególnie w zakresie podwyższonych częstotliwości.

Triak

Przejdźmy teraz do powszechnie znanej struktury, jaką jest pięciowarstwowy, trójelek-trodowy triak (rysunek 9). Triak zwany jest także tyry storem symetrycznym luh symisto-rem. Jest to zawarta w jednej płytce krzemowej struktura dwóch konwencjonalnych tyrystorów, połączonych odwrotnie równolegle. Warto w tym momencie zaznaczyć.

Rys. 8 Charakterystyka tyrystora GTO Rys. 9 Charakterystyka główna

że jedynym wykorzystywanym sposobem wyzwalania triakajest wyzwalanie za pomocą prądowego sygnału bramkowego. Wyzwalanie bramkowe realizuje się impulsem dodatnim lub ujemnym. Wyłączenie triaka następuje na skutek obniżenia prądu przewodzenia poniżej wartości prądu podtrzymania I_Pd. przez czas niezbędny do wyłączenia.

Wspomniano, żc analogiem triaka jest odwrotnie równoległe połączenie dwóch tyrystorów SCR. Jednak nad takim „zastępcą” triak uzyskuje przewagę ze względu na prostszy układ wyzwalania oraz mniejsze wymiary i masę przyrządu. W energoelektronice triak znajdują zastosowanie głównie w łącznicach prądu przemiennego i sterownikach napięcia przemiennego.

Fototyrystor LTT

Ostatnim przyrządem energoelektronicznym jest fototyrystor - LTT. Jak powszechnie wiadomo, jest to element półprzewodnikowy, w którym przejście ze stanu blokowania do stanu przewodzenia następuje pod wpływem sygnału świetlnego padającego na złącze sterujące. Jednocześnie podanie na bramkę elektrycznego sygnału sterującego pozwala na regulację czułości załączania światłem. Fototyrystor zapewnia bardzo dobrą izolację galwaniczną między bramką i katodą oraz dużą odporność sygnałów sterujących na zakłócenia. Fototyrystory dużej mocy o prądach 1.2-3kA i napięciach od 5 do 7kV są stosowane w przekształtnikach systemów przesyłowych energii prądem stałym wysokiego napięcia (VHDC).

Przy szeregowej współpracy dużej liczby fototyrystorów jednoczesne ich załączenie jest zapewniane przez stosowanie impulsów laserowych. Jeżeli w jednej obudowie z foto-tyrystorcm umieścimy popularną diodę LED otrzymamy tyrystor optoelektroniczny zwany też optotyrystorcm. Uzyskuje się w nim całkowite rozdzielenie obwodu sterowania od obwodu głównego, co znacznie upraszcza układ sterownia przekształtnika, zwiększa jego odporność na zakłócenia zewnętrzne i podwyższa niezawodność pracy.

Podsumowanie

Tym oto sposobem dokonaliśmy przeglądu i zapoznaliśmy się z podstawowymi przyrządami energoelektronicznymi, krótko poznaliśmy ich budowę, zasadę działania, główne zalety i zastosowanie. Taki zakres wiedzy z pewnością wystarcza, aby rozpocząć swobodne analizowanie urządzeń energoclcktro-nicznych, takich jak przekształtniki, cykło-konwentuiy czy łączniki prądu przemiennego i stałego. 7 pewnością jednak zagadnienie przyrządów energoelektronicznych nie zostało w pełni wyczerpane i można by tu jeszcze wiele przedstawić wykresów i opisać wiele stanów. w jakich te przyrządy mogą się znaleźć.

Ciąg dalszy na strunie 25.

Elektronika dla Wszystkich Czerwiec 2006 23