¿Cuál es la función del módulo regulador de voltaje de tiristores?
Tiristor es la abreviatura de tiristor, también conocido como rectificador controlado por silicio. Anteriormente se lo conocía como tiristor; en 1957, General Electric Company de Estados Unidos desarrolló el primer producto de tiristor del mundo y lo comercializó. en 1958; el tiristor es una estructura semiconductora de cuatro capas PNPN, que tiene tres polos: ánodo, cátodo y puerta; las condiciones de trabajo del tiristor son: se aplica voltaje directo y la puerta tiene una corriente de disparo; : Tiristor rápido, tiristor bidireccional, tiristor de conducción inversa, tiristor controlado por luz, etc. Es un dispositivo semiconductor de conmutación de alta potencia, representado por los símbolos de texto "V" y "VT" en el circuito (representados por las letras "SCR" en el antiguo estándar).
Los tiristores tienen las características de los dispositivos rectificadores de silicio. Pueden funcionar en condiciones de alto voltaje y gran corriente, y su proceso de trabajo puede controlarse. Se utilizan ampliamente en rectificación controlable, regulación de voltaje de CA y electrónica sin contacto. Interruptores, inversor y conversión de frecuencia y otros circuitos electrónicos.
Tipos de tiristores
Existen muchas formas de clasificar los tiristores.
(1) Clasificación según los métodos de apagado, conducción y control
Los tiristores se pueden dividir en tiristores ordinarios, tiristores bidireccionales y tiristores de conducción inversa según su apagado, conducción. y métodos de control, tiristor de apagado de puerta (GTO), tiristor BTG, tiristor controlado por temperatura y tiristor controlado por luz, etc.
(2) Clasificación por pines y polaridad
Los tiristores se pueden dividir en tiristores de diodo, tiristores de triodo y tiristores de cuadrupolo según sus pines y polaridad.
(3) Clasificación por forma de embalaje
Los tiristores se pueden dividir en tres tipos según su forma de embalaje: tiristores empaquetados en metal, tiristores empaquetados en plástico y tiristores empaquetados en cerámica. Entre ellos, los tiristores encapsulados en metal se dividen en tipos con forma de perno, de placa plana, de carcasa redonda, etc.; los tiristores encapsulados en plástico se dividen en tipos con disipadores de calor y tipos sin disipadores de calor.
(4) Clasificación por capacidad actual
Los tiristores se pueden dividir en tres tipos: tiristores de alta potencia, tiristores de media potencia y tiristores de baja potencia según la capacidad actual. Por lo general, los tiristores de alta potencia están empaquetados principalmente en carcasas metálicas, mientras que los tiristores de potencia media y pequeña están empaquetados principalmente en paquetes de plástico o cerámica.
(5) Clasificación por velocidad de apagado
Los tiristores se pueden dividir en tiristores ordinarios y tiristores de alta frecuencia (rápidos) según su velocidad de apagado.
El principio de funcionamiento del tiristor
Durante el proceso de funcionamiento del tiristor T, su ánodo A y cátodo K están conectados a la fuente de alimentación y la carga para formar el circuito principal del tiristor. Los electrodos de puerta G y el cátodo K están conectados al dispositivo que controla el tiristor para formar un circuito de control del tiristor.
Las condiciones de trabajo del tiristor:
1. Cuando el tiristor se somete al voltaje inverso del ánodo, el tiristor está en un estado de cortocircuito independientemente del voltaje de la compuerta.
2. Cuando el tiristor está sujeto a un voltaje de ánodo directo, el tiristor solo conducirá cuando la puerta esté sujeta a un voltaje directo.
3. Cuando el tiristor está encendido, siempre que haya un cierto voltaje de ánodo directo, el tiristor permanecerá encendido independientemente del voltaje de la puerta. La puerta perderá su función.
4. Cuando el tiristor está encendido, cuando el voltaje (o corriente) del circuito principal disminuye hasta cerca de cero, el tiristor se apaga.
Análisis del proceso de trabajo desde el interior del tiristor:
El tiristor es un dispositivo de tres terminales de cuatro capas. Tiene tres uniones PN J1, J2 y J3. Figura 1. El NP en el medio se puede dividir en dos partes para formar un tubo compuesto de un transistor tipo PNP y un transistor tipo NPN Figura 2
Cuando el tiristor se somete al voltaje directo del ánodo, en Para que el tiristor conduzca cobre, la unión PN que soporta el voltaje inverso debe ser J2 pierde su efecto de bloqueo. La corriente del colector de cada transistor en la Figura 2 es simultáneamente la corriente de base del otro transistor. Por lo tanto, cuando fluye suficiente corriente de puerta Ig hacia los dos circuitos de transistores que se combinan entre sí, se formará una fuerte retroalimentación positiva, lo que hará que los dos transistores estén saturados y sean conductores, y el transistor esté saturado y sea conductor.
Supongamos que las corrientes del colector del tubo PNP y del tubo NPN son Ic1 e Ic2; las corrientes del emisor son Ia e Ik; los coeficientes de amplificación de corriente son a1=Ic1/Ia y a2=Ic2/Ik, suponiendo que la corriente de fuga inversa que fluye a través de la unión J2 es Ic0.
La corriente del ánodo del tiristor es igual a la suma de la corriente del colector y la corriente de fuga de los dos tubos:
Ia=Ic1+Ic2+Ic0 O Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0
Si la corriente de la puerta es Ig, entonces la corriente del cátodo del tiristor es Ik=Ia+Ig
Puede ser concluyó que la corriente del ánodo del tiristor es: I = (IcIga2)/(1-(a1+a2)) (1-1) fórmula
Los coeficientes de amplificación de corriente correspondientes a1 y a2 de los tubos de silicio PNP y los tubos NPN de silicio cambian con sus corrientes de emisor. Los cambios drásticos se muestran en la Figura 3.
Cuando el tiristor está sujeto al voltaje del ánodo directo pero la compuerta no está sujeta al voltaje, en la fórmula (1-1), Ig=0, (a1+a2) es muy pequeño, por lo que el ánodo La corriente del tiristor es Ia≈Ic0. El interruptor del tiristor está en estado de bloqueo directo. Cuando el tiristor está bajo el voltaje del ánodo directo, la corriente Ig fluye desde la puerta G. Dado que una Ig lo suficientemente grande fluye a través de la unión del emisor del tubo NPN, el coeficiente de amplificación de corriente del punto de partida a2 aumenta y una corriente de electrodo suficientemente grande Ic2 fluye a través del tubo PNP. La unión emisora del tubo PNP aumenta y el factor de amplificación de corriente a1 del tubo PNP aumenta, lo que da como resultado una mayor corriente de electrodo Ic1 que fluye a través de la unión emisora del tubo NPN. Un proceso de retroalimentación positiva tan fuerte avanza rápidamente. De la Figura 3, cuando a1 y a2 aumentan con la corriente del emisor y (a1+a2) ≈ 1, el denominador 1-(a1 + a2) ≈ 0 en la fórmula (1-1), aumentando así la corriente del ánodo Ia del tiristor. En este momento, la corriente que fluye a través del tiristor está completamente determinada por el voltaje del circuito principal y la resistencia del circuito. El tiristor ya está en estado de conducción directa.
En la fórmula (1-1), después de encender el tiristor, 1-(a1+a2)≈0, incluso si la corriente de puerta Ig=0 en este momento, el tiristor aún puede mantener la Corriente del ánodo original Ia Y continúa conduciendo. Después de encender el tiristor, la puerta pierde su función.
Después de encender el tiristor, si el voltaje de la fuente de alimentación se reduce continuamente o se aumenta la resistencia del bucle, la corriente del ánodo Ia se reduce por debajo de la corriente de mantenimiento IH, debido a la rápida disminución de a1. y a1, cuando 1-(Cuando a1+a2)≈0, el tiristor vuelve al estado de bloqueo.
Tiristor de apagado de puerta GTO (tiristor de apagado de puerta) también se denomina tiristor cerrado. Su característica principal es que el tiristor puede apagarse solo cuando se aplica una señal de disparo negativa a la puerta.
Como se mencionó anteriormente, después de que un tiristor ordinario (SCR) se activa mediante una señal de puerta positiva, puede permanecer en estado encendido incluso cuando se elimina la señal. Para apagarlo, se debe cortar el suministro de energía para que la corriente directa sea menor que la corriente de mantenimiento IH, o se debe aplicar un voltaje inverso para casi apagarlo. Esto requiere agregar un circuito de conmutación, que no solo aumenta el tamaño y el peso del dispositivo, sino que también reduce la eficiencia y produce distorsión de la forma de onda y ruido. El tiristor de apagado supera los defectos mencionados anteriormente. Conserva las ventajas de los tiristores comunes, como la resistencia de alto voltaje y la gran corriente. Tiene capacidad de apagado automático y es fácil de usar. Dispositivo de conmutación de alta corriente. La capacidad y vida útil del GTO superan a las del transistor gigante (GTR), pero la frecuencia de funcionamiento es inferior a la del GTR. En la actualidad, GTO ha alcanzado la capacidad de 3000A y 4500V. Los tiristores de apagado de alta potencia se han utilizado ampliamente en la regulación de la velocidad del helicóptero, la regulación de la velocidad de frecuencia variable, la fuente de alimentación del inversor y otros campos, mostrando una gran vitalidad.
El tiristor de apagado también es un dispositivo PNPN de cuatro capas y tres terminales. Su estructura y circuito equivalente son los mismos que los tiristores comunes. Por lo tanto, la Figura 1 solo muestra la apariencia y el símbolo de un GTO típico. producto. La mayoría de los GTO de alta potencia se fabrican en forma de módulos.
Aunque los principios de conducción del disparador de GTO y SCR son los mismos, sus principios y métodos de apagado son completamente diferentes. Esto se debe a que los tiristores ordinarios están en un estado profundamente saturado después de encenderse, mientras que GTO solo puede alcanzar una saturación crítica después de encenderse, por lo que la puerta GTO se puede apagar agregando una señal de disparo negativa. Un parámetro importante de GTO es la ganancia de apagado, βoff, que es igual a la relación entre la corriente de apagado máxima IATM del ánodo y la corriente de puerta negativa máxima IGM. Existe una fórmula
. βoff =IATM/IGM
βoff es generalmente de varias a docenas de veces. Cuanto mayor sea el valor de βoff, mayor será la capacidad de la corriente de compuerta para controlar la corriente del ánodo.
Obviamente, βoff es bastante similar a los parámetros hFE de Changsheng.
A continuación se presentan los métodos de uso de un multímetro para determinar el electrodo GTO, verificar la capacidad de disparo y la capacidad de apagado del GTO y estimar la ganancia de apagado βoff.
1． Determine el electrodo de GTO
Coloque el multímetro en la posición R×1 y mida la resistencia entre dos patas cualesquiera solo cuando el cable de prueba negro esté conectado al polo G y el cable de prueba rojo esté conectado a. el polo K, la resistencia será baja. En otros casos, el valor de la resistencia es infinito. A partir de esto, se pueden determinar rápidamente los polos G y K, y el resto es el polo A.
2. Verifique la capacidad de activación
Como se muestra en la Figura 2(a), primero conecte el cable de prueba negro en la Tabla I al polo A y el cable de prueba rojo al polo K. Luego, la resistencia es infinita; use la punta del cable de prueba negro para tocar también el polo G al mismo tiempo, además de la señal de disparo positiva, la aguja del medidor se desvía hacia la derecha a un valor de resistencia bajo, lo que indica que el GTO finalmente está encendido, el electrodo G; está desconectado Mientras el GTO permanezca en el estado encendido, significa que el tubo bajo prueba tiene la capacidad de activación.
3. Verifique la capacidad de apagado
El método del doble medidor ahora se usa para verificar la capacidad de apagado del GTO, como se muestra en la Figura 2(b). La posición del engranaje y el método de conexión en la Tabla I permanecen sin cambios. Configure la Tabla II en la posición R×10, conecte el cable de prueba rojo al polo G y conecte el cable de prueba negro al polo K y aplique una señal de disparo negativa si el puntero de la Tabla I oscila hacia la izquierda. posición infinita, demuestra que el GTO tiene la capacidad de apagarse.
4． Estimación de la ganancia de apagado βoff
Al continuar con el paso 3, no se conecte primero a la Tabla Ⅱ, registre el número de rejillas de desviación hacia adelante n1 en la Tabla Ⅰ cuando el GTO esté encendido, luego conéctese a la Tabla; Ⅱ para forzar Cuando el GTO está apagado, registre el número de desviación hacia adelante n2 en la Tabla II. Finalmente, según el método de lectura de corriente, estimar la ganancia de apagado según la siguiente fórmula:
βoff=IATM/IGM≈IAT/IG=K1n1/K2n2
En el fórmula, K1: la Tabla I está en R× Coeficiente proporcional actual de la marcha 1;
K2: Tabla Ⅱ coeficiente proporcional actual en la marcha R×10.
βoff≈10×n1/ n2
La ventaja de esta fórmula es que no es necesario calcular específicamente los valores de IAT e IG. Lea la cuadrícula de desviación hacia adelante de las manos correspondientes a los dos, el valor de ganancia de apagado se puede estimar rápidamente.
Notas:
(1) Al comprobar dispositivos GTO de alta potencia, se recomienda conectar una batería de 1,5 V E′ en serie fuera del engranaje R×1 para aumentar la prueba. voltaje y corriente de prueba para que el GTO conduzca de manera confiable.
(2) Para medir con precisión la ganancia de apagado βoff del GTO, debe estar disponible un equipo de prueba especial. Sin embargo, el método anterior se puede utilizar para estimaciones en condiciones de aficionados. Debido a las diferentes condiciones de prueba, los resultados de la medición son solo como referencia o como base para una comparación relativa.
Tiristor de conducción inversa RCT (Reverse-Conducting Thyristir) también se denomina tiristor de conducción inversa. Su característica es que se conecta un diodo en paralelo inverso entre el ánodo y el cátodo del tiristor, de modo que las uniones emisoras del ánodo y el cátodo están en cortocircuito. Debido a esta estructura de circuito especial, tiene excelentes propiedades como resistencia a alto voltaje, resistencia a altas temperaturas, corto tiempo de inactividad y bajo voltaje en estado encendido. Por ejemplo, el tiempo de apagado de un tiristor de conducción inversa es de sólo unos pocos microsegundos y la frecuencia de funcionamiento alcanza decenas de kilohercios, que es mejor que la de un tiristor rápido (FSCR). Este dispositivo es adecuado para conmutar fuentes de alimentación y sistemas de alimentación ininterrumpida de UPS. Un RCT puede reemplazar un tiristor y un diodo libre. No solo es fácil de usar, sino que también simplifica el diseño del circuito.
El símbolo y el circuito equivalente del tiristor de conducción inversa se muestran en la Figura 1(a) y (b). Sus características en voltios-amperios se muestran en la Figura 2. Se puede ver en la figura que las características de voltios-amperios del tiristor de conducción inversa son asimétricas. Las características directas son las mismas que las de los tiristores SCR ordinarios, mientras que las características inversas son las mismas que las de los rectificadores de silicio (solo las coordenadas). las posiciones son diferentes).