Динамические параметры тиристоров

Динамические параметры определяют процесс переключения тиристора из закрытого состояния (точка А) в открытое состояние (точка В) под воздействием импульса тока управления. Обратный переход из открытого состояния в закрытое происходит у однооперационных тиристоров за счет изменения полярности приложенного напряжения, а двухоперационных тиристорах - за счет импульса управляющего тока противоположного направления.

Рассмотрим временные диаграммы процесса переключения тиристора (рисунок 12.12).

Рисунок 12.12 - Временные диаграммы переключения тиристора

Процесс включения тиристора. Тиристор не может мгновенно открыться, для перехода из состояния низкой проводимости в состояние высокой проводимости требуется время , которое складывается из времени задержки и времени нарастания . На интервале времени задержки накапливаются заряды на переходе П2, как только заряд превысит некоторое критическое значении происходит смена полярности на переходе и тиристор начинает открываться. Продолжительность определяет минимально необходимую длительность импульса управления . Длительность времени определяется как интервал, на котором ток увеличивается от 0.1 А до 0.9А, где А – установившееся значение анодного тока тиристора в состоянии высокой проводимости, которое зависит от сопротивления коммутируемой нагрузки. В интервале ток нарастает по экспоненте. Это объясняется тем, что ток неравномерно распределяется по сечению кристалла. Первоначально проводят области близкие к управляющему электроду, а затем ток распространяется на другие области . Мгновенная плотность тока зависит от скорости распространения проводящей области и от скорости нарастания анодного тока, которая часто определяется параметрами коммутируемой цепи. Повышенная плотность тока на начальной стадии процесса включения вызывает локальный нагрев. Этот процесс усложняется неоднородностью кристалла, что приводит к повышению температуры в некоторых точках, к снижению сопротивления и к стягиванию тока в «шнуры». Плотность тока в «шнурах» очень высокая, что вызывает прожег кристалла и выход тиристора из строя. Для исключения этого эффекта скорость нарастания тока ограничивается. Она не должна превышать критического значения скорости нарастания анодного тока . Эта величина является динамическим параметром тиристора. После завершения процесса включения тиристор переходит в статический режим.

Процесс выключения тиристора. Для выключения тиристора (однооперационного) необходимо поменять полярность источника питания, т.е. приложить обратное напряжение. На временной диаграмме (рисунок 12.12) в момент времени подается обратное напряжение и ток начинает убывать. В точке ток становится равным нулю, но тиристор в интервале пропускает значительный обратный ток, который вызван рассасыванием зарядов на переходах П1 и П3. Этот интервал называется временем восстановления обратного сопротивления. Затем ток убывает по экспоненте, на этом интервале происходит рекомбинация носителей заряда в переходе П2. Если подать положительное напряжение на анод тиристора раньше, чем пройдет интервал , тиристор самопроизвольно откроется.

Интервал времени от момента прохождения анодного тока через ноль до момента, когда можно подавать положительное напряжение на анод тиристора называется временем восстановления запирающих свойств.

Время восстановления запирающих свойств тиристора является весьма важным динамическим параметром, оно определяет возможное быстродействие силовых преобразователей.

Скорость нарастания прямого напряжения, определяемая внешней цепью, не должна превышать критического значения . При превышении этого значения может произойти самопроизвольное включение тиристора без подачи управляющего сигнала. Такое включение является недопустимым и может привести к аварийной ситуации. Эффект объясняется тем, что за счет емкостей p-n переходов возникает ток

, (12.10)

при ≥возникающий ток воспринимаемый областью p₂ как ток управления, приводит к самопроизвольному открытию тиристора.