Разновидности тиристоров

Фототиристор - по принципу действия подобен рассмотренному. Отличие состоит в том, что увеличение числа носителей заряда в тиристоре, необходимое для его отпирания, производится за счет освещения слоя p 2. В корпусе для этого предусмотрено специальное окно. Достоинством фототиристора является возможность обеспечить потенциальное разделение цепи управления и выходной цепи.

Двухоперационный тиристор - запирается импульсом управления обратной полярности. При этом ток базы в области p 2 уменьшается, что уменьшает остальные токи и анодный ток. В результате тиристор запирается.

Симистор - представляет собой структуру, в которой при любой полярности создаются условия, соответствующие прямой ветви вольт-амперной характеристики обычного тиристора. Верхний слой металлизации связывает слои n 1, p 1, n 4. Нижний слой металлизации объединяет слои p 2 и n 3. Пусть тиристор закрыт и на аноде положительный потенциал. Переходы П2 и П4 смещены в прямом направлении, П3 - в обратном. Все внешнее напряжение приложено к переходу П3. При подаче положительного импульса на управляющий электрод переход П5 смещается в прямом направлении и инжектирует электроны из слоя n 4 в слой p 1. Эти электроны диффундируют к переходу П2, ускоряются им и входят в слой n 2, снижая его потенциал относительно слоя p 1. Прямое напряжение на переходе П2 растет, дырки из слоя p 1 инжектируются в слой n 2. Затем дырки ускоряются полем перехода П3 и перебрасываются в слой p 2. Поскольку поле перехода П4 тормозит дырки, они переходят в вывод В через слой p 2. Падение напряжения от тока через слой p 2 увеличивает прямое смещение перехода П4. Растет поток электронов из области n 3 в область p 2 и далее в n 2, что увеличивает поток дырок в направлении вывода В. При подаче напряжения обратной полярности структура n 1 - p 1 - n 2 - p 2 работает как обычный тиристор.

Рис. 48. Структура симистора. Рис. 49.Вольтамперная

характеристика симистора

Запираемый (двухоперационный) тиристор (GTO - gate turn off). Это тиристор большой мощности, который можно перевести в закрытое состояние подачей обратного тока в цепь управляющий электрод - катод (УЭ - К). От обычного тиристора отличается более сложной конструкцией.. Каждый n -слой разбит на сотни элементарных ячеек, равномерно распределенных по всей площади кристалла. P⁺ - база имеет большое число контактов с управляющим электродом. Таким образом, получается структура, соответствующая большому количеству тиристоров, соединенных параллельно. Это позволяет обеспечить более равномерное распределение анодного тока по объему кристалла.

Управляющий электрод анод катод а

катод анод б

Рис. 49. Запираемый тиристор: а - условное обозначение; б - структурная схема

Процесс открытия и удержания тиристора в открытом состоянии практически не отличается от однооперационного тиристора. При подаче обратного тока в цепь УЗ-К (рис. 50) происходит рассасывание избыточных носителей заряда в зоне р⁺ за счет усиленной рекомбинации. Переходы П2 и П3 запираются, ток анода падает до величины обратного тока. Зона n⁺ вблизи анода способствует быстрому рассасыванию зарядов n -базы, что увеличивает быстродействие.

Запираемые тиристоры требуют существенно более высоких токов управления. Ток открытия может быть от 3 А до 30 А. Ток запирания составляет 20-30; анодного тока. Эти тиристоры выпускаются на токи до 4000 А и напряжения до 6000 В. Их достоинства:

- способность к управляемому запира- нию; - высокая нагрузочная способность; - рабочая частота до 250 Гц. Недостатки: - высокие потери во включенном состоянии; - большие потери системы управления; - большие потери на переключение.

Рис. 50. Структура ячейки запираемого тиристора

Рис. 51. Графики изменения тока анода (I_A) и управляющего электрода (I_G)

На рис. 51 приведены кривые токов анодного и управления при переводе тиристора из блокирующего состояния в открытое и обратно.

В середине 90-х был разработан новый вид тиристоров GCT - Gate Commutated Thyristor, который явился усовершенствованным вариантом GTO. Основное отличие - быстрое выключение за счет иной конструкции цепи управления. GTO свойственна чувствительность к восстановлению обратного напряжения и большие потери в защитной цепи. У GCT процесс запирания происходит иначе. Цепь управления отводит анодный ток, превращая структуру в p-n-p. Весь анодный ток отклоняется в систему управления. К переходу П3 прикладывается обратное смещение. Далее прибор выключается как обычный транзистор, что не требует применения снаббера. Скорость нарастания тока управления GCT - 3000 А/мкс (у GTO - 40 А/мкс) время выключения GCT - 10 мкс (у GTO - 100 мкс).

Следующим шагом в развитии GTO стало создание Integrated Gate-Commutated Thyristors (IGCT). У них блок управления интегрирован с силовой структурой. Мощность управления снижена в 5 раз. Напряжение - до 6000 В, ток - до 4000 А.