Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

TYRISTORY Spínací součástky pro oblast největších napětí a nejvyšších proudů Nejčastěji triodový tyristor Závěrný směr (- na A) – stav s vysokou impedancí,

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "TYRISTORY Spínací součástky pro oblast největších napětí a nejvyšších proudů Nejčastěji triodový tyristor Závěrný směr (- na A) – stav s vysokou impedancí,"— Transkript prezentace:

1 TYRISTORY Spínací součástky pro oblast největších napětí a nejvyšších proudů Nejčastěji triodový tyristor Závěrný směr (- na A) – stav s vysokou impedancí, U R, I R parametr U RRM Přímý směr (+ na A) – dva stavy stav s vysokou impedancí – blokovací – U D, I D parametr U DRM stav s nízkou impedancí – propustný stav – U T, I T V-A charakteristika U T =f(I T ) po překročení napětí U DBO nebo přiložení řídicího signálu typový proud I TAV

2 ZÁVĚRNÝ A BLOKOVACÍ STAV TYRISTORU Mechanismy průrazu Lavinový průraz přechodu nastává při překročení kritického elektrického pole E BR na závěrně polarizovaném přechodu Stykový průraz, který nastává, jestliže pro určité napětí U pt (U pt < U BR ) dojde k rozšíření oblasti prostorového náboje přechodu J 1 až k přechodu J 2 Při dané tloušťce w N lze dosáhnout maximálního průrazného napětí je-li U PT = U BR, tj. pro w R = w N - d Pro dosažení vysokého U R(BR) je nutná vhodná úprava geometrie povrchové oblasti (zkosení)

3 SPÍNÁNÍ TYRISTORU Pro jednoduché modelování procesu přechodu tranzistoru z blokovacího do propustného stavu se používá tzv. dvoutranzistorová analogie α 1 (U D ;J;T) - činitel h 21B tranzistoru PNP α 2 (U D ;J;T) - činitel h 21B tranzistoru NPN Pro I G = 0 K sepnutí dojde přiobvykle při U D(BO) blízkém U RBR I G > 0, dochází k sepnutí při nižších napětích (M = 1) K sepnutí dochází při proudu I G = I GT Pokud anodový proud přesáhne hodnotu přídržného proudu I L, dílčí tranzistory do stavu saturace a tyristor zůstává v sepnutém stavu i po odstranění řídicího signálu

4 Proudové zesilovací koeficienty rostou s teplotou  U D(BO) s rostoucí teplotou klesá Pro zajištění tepelné stability jsou vytvořeny mikrosvody na přechodu N 2 P 2 – odpor R SH Připojením paralelního odporu se sníží proudový zesilovací činitel z hodnoty  2 na  2eff

5 KRITICKÁ STRMOST NÁRŮSTU BLOKOVACÍHO NAPĚTÍ Kritická hodnota nárůstu blokovacího napětí (dU D /dt) crit je maximální hodnota strmosti nárůstu blokovacího napětí, při které ještě nedojde k sepnutí tyristoru při rozpojeném obvodu řídící elektrody. Se změnou blokovacího napětí je spojen kapacitní proud působí stejně jako kladný řídící signál Ke splnění podmínky sepnutí dojde při při hustotě posuvného proudu

6 (1) krajní a mezní chrakteristiky (2) mezní ztrátový výkon (3) zatěžovací charakteristika parametry I GT, U GT I GD, U GD oblast možných zapínacích proudů a napětí

7 PROPUSTNÝ STAV TYRISTORU Propustná V-A charakteristika - U T = f(I T ) K přechodu tyristoru do propustného stavu je nutná alespoň lokálně vysoká injekce nerovnovážných nosičů v oblasti přechodu J 2 Tyristory se při hustotách proudu větších než 0,1 A/mm 2 chovají jako struktura PIN, podobně jako výkonová dioda, Při menších proudech je sepnutá taková část plochy tyristoru, kterou protéká proud o hustotě J M, která je potřebná k udržení dílčích tranzistorových struktur ve stavu saturace

8 DYNAMICKÉ PROCESY PŘI ZAPÍNÁNÍ TYRISTORŮ Při přiložení kladného řídícího signálu I G dochází po určité době zpoždění t d k poklesu blokovacího napětí Z rovnice kontinuity Pro t > t d napětí klesá, proud v obvodu roste di T /dt závisí na indukčnosti obvodu zapínací doba tyristoru

9 Vytvořená sepnutá oblast je lokální - část katodové oblasti přiléhající ke kontaktu řídicí elektrody V sepnuté oblasti vysoká koncentrace nosičů  n, vlivem gradientu nosičů dochází k laterální difúzi a rozšiřování sepnuté oblasti rychlostí Plocha sepnuté oblasti se s nárůstem proudu rozšiřuje, při poklesu propustného proudu se naopak zužuje

10 KRITICKÁ STRMOST NÁRŮSTU PROPUSTNÉHO PROUDU V počáteční fázi sepnutí tyristoru se vytvoří lokální prvotně sepnutá oblast, která se rozšiřuje rychlostí v s. Ztrátovou energii vztaženou na jednotku objemu sepnuté oblasti bezprostředně po sepnutí tyristoru lze vyjádřit Při překročení určité kritické hodnoty strmosti nárůstu propustného proudu (dI T /dt) crit dochází k destrukci tyristorové struktury Je třeba zvětšit velikost prvotně sepnuté plochy S 0. velkým, strmým řídícím signálem

11 DYNAMICKÉ PROCESY PŘI VYPÍNÁNÍ TYRISTORU V propustném stavu je relativně vysoká koncentrace nerovnovážných nosičů (elektron-děrová plasma), která odpovídá saturaci dílčích tranzistorových struktur K obnovení blokovacích vlastností tyristoru je nezbytné, aby se na blokovacím přechodu se vytvořila oblast prostorového náboje, tj. musí být přerušena injekce alespoň z jednoho emitoru 1. Vypnutí pomocí komutace obvodu 2. Vypnutí poklesem propustného proudu pod hodnotu vratného proudu 3. Vypnutí záporným řídícím signálem

12 VYPÍNÁNÍ TYRISTORU POMOCÍ KOMUTACE OBVODU Krátkodobé připojení zdroje napětí opačné polarity, jehož vlivem dojde ke komutaci směru proudu tyristorem V okamžiku t s se vytvoří na přechodu J 1 oblast prostorového náboje a ve vnitřních vrstvách N 1 a P 2 zbývá náboj Q 1 = Q(t s ) ≤ I T  – Q rr. který musí klesnout pod Q cr

13 Komutace je v reálných obvodech realizována obvykle připojením opačně polarizovaného kondenzátoru sepnutím pomocného tyristoru

14 VYPÍNÁNÍ POKLESEM HLAVNÍHO PROUDU V sepnutém stavu dílčí transistorové struktury v saturaci, k udržení tohoto stavu je třeba I T > I H Minimální proudová hustota potřebná k udržení elektron-děrové plasmy je řádově 1 A/cm 2 Procesy rozšiřování a zužování sepnuté plochy Velikost vratného proudu závisí na rychlosti poklesu proudu

15 VYPÍNÁNÍ TYRISTORU ŘÍDÍCÍM SIGNÁLEM - TYRISTORY GTO, GCT a IGCT Po přiložení záporného řídícího signálu je omezena injekce elektronů z oblasti emitoru N + přiléhající ke kontaktu řídící elektrody a zároveň jsou extrahovány díry z oblasti vrstvy P 2 V dvoutranzistorové analogii NPT PT Maximální dosažitelný záporný řídící proud –I GM je limitován maximálním dosažitelným napětím U G(BR) přechodu N + P 2 a příčným odporem vrstvy P 2.

16 Blokovací schopnosti se začnou obnovovat v čase t gs. V jednorozměrném přiblížení při konstantním proudu –I G je třeba odstranit náboj nerovnovážných nosičů nahromaděný ve vrstvě P 2. Je-li S plocha katodového segmentu, pak náboj ve vrstvě P 2 může být vyjádřen pomocí tloušťky vrstvy w P a střední koncentrace nosičů ve vrstvě n av Vypínací proces GTO Vypínací doba t gq je součtem t gs a doby poklesu t gf

17 Základní strukturou tyristoru GTO je struktura s emitorem N+ ve tvaru tenkého proužku, obklopeného kontaktem řídící elektrody Výkonová součástka vzniká paralelním spojením několika set takových elementárních GTO v jedné monokrystalické destičce. Maximální vypínatelný proud I TGQM závisí na počtu segmentů N s Velmi důležité je současné zapnutí a vypnutí všech dílčích tyristorových oblastí řídícím impulsem.

18 Pokud doba života nosičů není stejná ve všech segmentech, rozdíl v době přesahu Proud se koncentruje do segmentu, který vypíná poslední

19 Zásadní řešení bylo nalezeno v optimalizaci vypínacího řídicího impulsu. K výraznému zkrácení rozptylu doby přesahu  t gs dojde při I G > I A GCT (Gate Commutated Thyristor) Dosažení extrémně vysokého di G /dt vyžaduje speciálně konstruovaný zdroj řídicích impulsů spojený bezindukčně (prakticky integrovaný) s výkonovým GCT Pro kombinaci GCT se zdrojem řídicích impulsů je používáno označení IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor).


Stáhnout ppt "TYRISTORY Spínací součástky pro oblast největších napětí a nejvyšších proudů Nejčastěji triodový tyristor Závěrný směr (- na A) – stav s vysokou impedancí,"

Podobné prezentace


Reklamy Google