5.2.1. Способы запирания тиристоров

Как уже было показано выше, после включения тиристора он сам себя поддерживает во включенном состоянии за счет внутренней положительной обратной связи, а цепь управления становится неэффективной. Для выключения тиристора нужно каким-либо способом снизить его прямой ток до нуля на некоторый промежуток времени, определенный временем рассасывания неосновных носителей. Это в основном и отличает тиристор-прибор с частичной, неполной управляемостью от, например, транзистора – полностью управляемого прибора, который можно и включить и выключить по цепи управления (базовой цепи).

Выключение проводящего ток тиристора можно осуществлять различными способами. Проще всего выключать тиристор, если он работает в цепи переменного тока. Тогда под действием переменного напряжения питающей сети ток тиристора сам снижается до нуля и происходит его выключение (коммутация). Такой способ коммутации получил название естественной и широко применяется в силовых преобразовательных устройствах переменного тока. Сложнее обстоит дело в цепях постоянного тока.

Там необходимы специальные устройства, обеспечивающие принудительное выключение тиристора в нужный момент времени. Такие устройства называют узлами принудительной коммутации или просто коммутационными узлами. В основе построения коммутационных узлов лежат следующие способы:

1. Создание искусственных колебаний тока в цепи тиристора, например, введением в его цепь колебательных LC -контуров (последовательных или параллельных) (рис. 5.10, а, б). Тиристор закрывается в момент перехода через нуль тока в колебательном контуре.

2 . Выключение тиристора путем изменения полярности напряжения между катодом и анодом. Для этого используют предварительно заряженный конденсатор C , который в нужный момент времени подключают между анодом и катодом тиристора в запирающей полярности (рис. 5.10, в) путем замыкания ключа K . Существует большое количество схем различных коммутационных узлов, использующих данный способ запирания тиристоров.

3. Запирание тиристора путем введения в его цепь противоЭДС, под действием которой прямой ток тиристора снизится до нуля (рис. 5.10, г). Это можно осуществить при помощи генератора импульсов ГИ , подключаемого через трансформатор T в силовую цепь тиристора. В нужный момент времени генератор формирует импульс напряжения, который наводит во вторичной обмотке трансформатора импульс с полярностью, встречной по отношению к тиристору, что приведет к снижению прямого тока тиристора до нуля.

4. Подключение параллельно тиристору источника коммутирующей ЭДС (рис. 5.10, д). Выключение тиристора осуществляется замыканием в нужный момент времени ключа K на короткий промежуток времени, определяемый временем рассасывания неосновных носителей в зонах полупроводника.

Описанными способами удается придать тиристору свойства полностью управляемого вентиля.

2. Запираемые тиристоры

В настоящее время разработаны новые типы тиристоров, так называемые двухоперационные тиристоры или запираемые тиристоры. Они являются полностью управляемыми полупроводниковыми приборами, которые можно и включить и выключить по цепи управления. Такой тиристор в зарубежной терминологии получил обозначение GTO-тиристор (Gate Torn – Off). Это достигается благодаря тому, что в областях анода и катода такой прибор состоит из большого числа технологических ячеек, представляющих отдельные тиристоры, которые включены параллельно.

Структура запираемого тиристора изображена на рис. 5.11. Физические процессы, протекающие в запираемых тиристорах, во многом аналогичны уже рассмотренным для однооперационного тиристора. Исключение составляет процесс выключения отрицательным током управления. Во включенном состоянии все переходы тиристора находятся в состоянии насыщения. При достаточной величине и длительности управляющего тока, а также равномерности его распределения по всем ячейкам, избыточная концентрация неосновных носителей заряда сначала снижается до нуля вблизи коллекторного перехода тиристора. При этом коллекторный переход смещается в обратном направлении, воспринимая часть внешнего напряжения. Так, оба транзистора начинают работать в активном режиме и в структуре возникает положительная обратная связь при отрицательном базовом токе в n–p–n-транзисторе VT2. Вследствие лавинообразного уменьшения зарядов в базовых областях анодный ток начинает снижаться. Транзистор VT2 n–p–n-типа первый входит в режим отсечки. Действие положительной обратной связи прекращается, и дальнейший спад анодного тока определяется рекомбинацией в n^- базе тиристора.

В ольт-амперная характеристика запираемого тиристора аналогична характеристике незапираемого тиристора (рис. 5.12). На электрических принципиальных схемах запираемые тиристоры обозначаются условными обозначениями, представленными на рис. 5.13.