Тиристори є фундаментальними будівельними блоками в сучасних електромережах, що дозволяє ефективно контролювати високі напруги і струми в додатках, починаючи від промислових двигунів приводів до споживчих освітлення. Ключ до важіль повного потенціалу тиристора лежить в освоєнні його гальмівного приводу—спеціально струм воріт і напруги воріт. Ці параметри диктують при переході і як пристрій переходить з його блокуючий стан для проведення, безпосередньо впливаючи на надійність, швидкість перемикання і надійність системи. Ця стаття забезпечує поглиблене вивчення струмів і напруги воріт в тиристорі перемикання, покриття теоретичних принципів, практичних структур, і поширених підводних каменів.

Що таке Тиристор?

Тиристор - це чотиришаровий, тривовий напівпровідниковий пристрій з трьома терміналами: анодом (A), катодом (K), хвіртами (G). Він ефективно двосторонній перемикач, який може бути перетворений (засувний) за допомогою сигналу воріт і вимагає поточного оборотного або краплі нижче струму холдингу, щоб вимкнути. Найбільш поширеним типом є силіконово керований випрямляч (SCR).

I-V характеристика показує два стабільні стани: високопродуктивний стан перекриття (офф) і низький рівень форвардного стану (на). Після того як запущено, брама втрачає контроль, і пристрій залишається затриманий до моменту аноду струму нижче , що веде струм (IH]). Цей регулятор робить тиреагатори, які забезпечують захист від змінного струму, для захисту, асиратори, що забезпечують захист, а також

Роль струмів та напруги воріт

Термінал воріт забезпечує механізм ініціювання регенеративного зворотного зв'язку в чотиришаровій структурі тиристора. Невеликий струм воріт, як правило, до сотні міліамп, в'яжучих між хребтами і катодом, вводять носії в нижню базову область, що викликає внутрішню переривну пару в насиченість. Напруга воріт повинна бути достатньою для подолання перепаду воріт-катоду (податково 0,6-1,5 В для кремнієвих пристроїв) і доставить необхідний струмгера.

Шлюзовий струм (I ])

Gate тригерний струм IGT) є мінімальним струмом воріт, необхідний для перемикання тиристора з блокуючого стану для проведення за вказаною умовою напругування аноду. Виробники вказують IGT] при даній температурі з'єднання (зазвичай 25 °C) і визначена напруга 12 (наприклад, V).

  • Поточна поведінка: Якщо струм воріт нижче IGT], тимижектор не запускати. Поточний трохи вище забезпечує надійний поворот.
  • Гат імпульс проти. DC: Для високопотужних або швидкісних додатків, короткочасний високоточний імпульс (наприклад, 2–10 разів IGT]]) кращий. Він зменшує дисипацію воріт і забезпечує більш швидкий поворот.
  • Temperature Effect: IGT] зменшує збільшуючи температуру з'єднання. Драйвер призначений для холодних умов може перенаправити ворота при підвищених температурах, ризикуванні пошкодження.
  • Гат-катодний опір: Вбудований або зовнішній резистор (наприклад, 100 Ом до 1 Ом) між хвіртами і катодом покращує імунітет dv/dt і запобігає помилковому спуску від струмів витоку.

Виготовляючи максимальний рейтинг струмів воріт (IGM]) за більш ніж кілька мікросекундів може вигорнути вузол воріт. Добре спроектовані обмеження драйверів пікового струму і пульсової ширини відповідно.

Напруга (] V ]]

GT] (]V]GT) є мінімальною заглубкою-накопичувача, необхідною для виробництва IGT]. Для кремнієвих тиристорів V]GT[[FLT:]

  • Pulse час підйому: Швидкий підйом напруги (короткого часу підйому) зменшує затримку повороту і рівномірно розподіляє струм через зону катоду, покращуючи можливості ді/дета.
  • Поворотна напруга воріт: Деякі конструкції наносять невелику негативну напругу (наприклад, -5 В) під час відключення стану для поліпшення імунітету dv/dt і зменшення часу відключення.
  • Temperature коефіцієнт: VGT] має негативний коефіцієнт температури (прибл. –2 мV /°C). При високих температурах, менша напруга необхідна, тому запаси гальмів повинні враховуватися для найгірших холодних умов.

Методи тестування воріт

Метод застосування струма воріт впливає на складність схеми, вимоги ізоляції та імунітет.

Передача даних про DC Gate

Неперервний струм постійного струму постійного струму наноситься на ворота. Простий, але відпрацьований через безперервне відключення потужності в шлюпці. Використовуються тільки в низькопотужних або тестових схемах.

Імпульсний тригерінг

Короткі, високоамплітудні імпульси (наприклад, 10 мкм до 100 мкм широка, 1 пік) використовуються. Імпульсний трансформатор або оптоопрозорер забезпечує гальванічну ізоляцію, що важливо при катоді тиристора не на наземному потенціалі. Імпульсний пускач (багаторазові імпульси на півколес) поширений в фазо керованих випрямлячах для підтримки рикет-ап під індуктивними навантаженнями.

AC (Zero-Crossing) Тригерінг

У резисторних навантаженнях і нагрівачах, заглушка запускається на нульовому перехресті лінії змінного струму для зменшення електромагнітних перешкод (EMI). сигнал воріт повинен бути точно проміжок відносно напруги лінії.

Вплив на продуктивність комутації

Вимикачі струму і напруги безпосередньо впливають на параметри перемикання ключів:

  • ]Turn-on time (t]он]):] Час затримки (td]) і час підйому ([FLT:]t[[FLT:]]r[[FLT:]][FLT:]]]][FLT:]]].
  • ]Turn-off час (tq):] Не безпосередньо впливає на гальмівний диск після завершення, але зворотні ворота можуть допомогти зменшити час зберігання меншин в деяких пристроях.
  • dv/dt імунітет: Висока швидкість підйому анодно-катодеової напруги може викликати помилкове спрацьовування. Привід низької швидкості (наприклад, закорочений ворота через резистор) покращує імунітет.
  • di/dt Можливість: Швидкість підйому анодного струму в ході повороту повинна бути обмежена. Штукатурка імпульсу (смоктання підйому) забезпечує рівномірно розподіляє провідник по силікону перед поточними концентратами, запобігаючи місцевим гарячим плямам.

Практичні рекомендації з проектування схем

Снубберні схеми

Зруб (RC або RCD мережа) через триповерхові межі dv / dt і запобігає розчужливому спуску. Ефективність хабберу залежить від перешкоди приводу хвіртки. Шрам-катодний резистор 100 Ω до 1 kΩ може зменшити навантаження хнубера.

Ізоляція шлюзу

Оскільки катод тиристора в високоточній конфігурації може бути на лінійному потенціалі, драйвери воріт повинні забезпечити гальванічну ізоляцію. Імпульсні трансформатори прості і надійні; оптокупатори з високими загальними транзисторними імунітетами (CMTI) використовуються в сучасних конструкціях.

Термічне управління

Розсіювання живлення воріт мінімальна (часто менше 1 Вт), але підвищені температури з'єднання зменшуються IGT] і VGT]. Перемикач повинен гарантувати надійний запуск при максимальній швидкості температури з'єднання (типово 125 °C). 50% запас над описом I[FLT[F:4F:4F:4F:4]

Захист від пошкодження воріт

  • Серія резистора для обмеження висоти воріт струм.
  • Затискач зенера по воротах-катоду для запобігання перенапруги.
  • Конденсатор (наприклад, 0,1 мкФ) від воріт до катоду для фільтрування шуму.

Приклад: Фази-контрольований випрямляч

У трифазному AC / DC конвертер за допомогою SCRs, драйвер воріт забезпечує синхронізовані імпульси 1 піку, ширина 50 мкм, з підвищенням часу менше 0,5 мкм. Співвідношення поворотів брами вибирається так, щоб вторинна напруга перевищує максимальну VGT] плюс падіння в серії резистор. Значення резистора розраховане на обмеження пікового струму нижче рівня пульсованої браму пристрою.

Редагування

Струга струму і напруги воріт є основними параметрами управління для запуску тиристора. Правильний дизайн гальмівного приводу забезпечує надійний поворотний, швидкий комутації та захист від помилкового запуску та теплового пошкодження. Вибравши відповідні параметри імпульсу, додаючи ізоляції та обліку температурних варіацій, інженери можуть побудувати надійні схеми управління потужності, які використовують здатність затискання тиристора. Для подальшого читання консультують з заявами виробника, такі як STMicroелектроніки AN308 - шлюзовий привід для гірителів, загальний опис Wikipedia[F3:F2:2]