2.5 Характеристики управления
Входная характеристика тиристора определяются свойствами катодного электронно-дырочного перехода 3 (см. рисунок 2.1) и проводимостью прилегающих к нему областей N2 и Р2. Она представляет собой зависимость между током и напряжением в цепи «управляющий электрод − катод» в определенном диапазоне температур.
Вследствие причин технологического характера вольт − амперные характеристики одного в того же типа тиристоров имеют большой разброс.
Это вызывает необходимость представить характеризующие цепь управления величины в виде диаграммы, показанной на рисунке 2.10.
На диаграмму наносятся предельные вольт − амперные характеристики управления, соответствующие тиристорам с максимальным (кривая) и минимальным (кривая 2) сопротивлением входной цепи.
Вследствие того, что температурный коэффициент сопротивления управляющей цени положительный, вольт-амперная характеристика для тиристора с RGmax снимается при максимально допустимой температуре, а для тиристора с RGmin при минимально возможной в условиях эксплуатации температуре. В результате геометрическая область, заключенная между кривыми 1 и 2, содержит в себе все значения напряжений и токов управления, при которых включаются тиристоры данного типа.
Однако для проектирования систем управления тиристорами этой информации еще недостаточно. На диаграмме должны быть отмечены также следующие граничные значения напряжений и токов управления:
−максимально допустимые напряжение UGm и ток IGm в цепи управления, не вызывающе повреждения тиристора;
−наименьшее значение тока управления IGmin, необходимого для переключения тиристора, и напряжение управления UGmin, обеспечивающее получение этого тока. Эти параметры определяются обычно при анодном напряжении 12 В и трех значениях температуры полупроводниковой структуры (минимально допустимой, максимальной и комнатной).
На диаграмме значения IGmin и UGmin , соответствующие всему диапазону температур, находятся в заштрихованной области максимальное значение управляющего напряжения UGD при котором тиристор не переключается. Так же, как и UGmin, не отпирающее напряжение управления определяется для различных температур.
Оно является критерием допустимого уровня помех или остаточного напряжения схемы управления:
−максимально допустимая мощность потерь PGm, выделяемая в структуре при длительном протекании тока управления.
Совокупность указанных параметров определяет на диаграмме область надежного включения тиристоров при длительном управлении.
Рисунок 2.10 − Диаграмма управления тиристором
Она расположена между заштрихованной областью и кривой допустимой средней мощности потерь в цепи управления ΔPG. В диапазоне изменения тока и напряжения управления, соответствующем заштрихованной области диаграммы, включение или не включение тиристоров обусловлено температурой полупроводниковой структуры. Поэтому данная область называется областью возможного (но не гарантированного) включения тиристоров.
Очевидно, что нагрузочная характеристика разрабатываемой системы управления (прямая 3) не должна проходить через заштрихованную область диаграммы.
В схемах тиристорных коммутирующих аппаратов наибольшее применение находит не длительное, а импульсное управление.
Импульсное управление обеспечивает резкое снижение габаритов системы управления, потребляемой мощности, а также способствует улучшению динамических характеристик включения тиристоров. При этом допустимая в импульсе мощность PGm повышается по сравнению с допустимой мощностью в цепи управления на постоянном токе. Соотношение между ними в процентах выражается формулой
,
(2.9)
где А − длительность импульса управления tG, выраженная в процентах от периода их следования Т. При частоте изменения тока в силовой цепи 50 Гц Т=20 мс.
Обычно кривые максимально допустимой мощности задаются для значений относительной длительности управляющего импульса, приведенных на диаграмме управления. Следует иметь в виду, что минимально необходимая длительность управляющих импульсов зависит от характера коммутируемой нагрузки. В соответствии с определением параметров IL, тиристор остается включенным после снятия управляющего сигнала, если ток в анодной цепи его достиг определенного значения.
Если учесть медленный процесс нарастания тока в цепи с большой индуктивностью, это вызывает необходимость в увеличении длительности управляющего сигнала до 200…300 мкс, хотя собственное время включения тиристоров при активной нагрузке не превышает 10 мкс.