Полностью управляемые тиристоры

Полностью управляемые тиристоры в различных источниках имеют следующие названия: запираемые, выключаемые, двухоперационные, GTO-тиристоры.

У обычных тиристоров можно управлять моментом включения, но нельзя управлять моментом окончания токовой проводимости. В связи с этим использование тиристоров в цепях постоянного тока, а также в инверторах, требует применения специальных средств (схем индуктивно-емкостных контуров коммутации), гасящих ток.

Условное графическое обозначение запираемого тиристора приведено на рис. 7.11.

Рис. 7.11. Условное графическое обозначение запираемого тиристора

В запираемых тиристорах положительным управляющим импульсом обеспечивается перевод тиристора в проводящее состояние, а отрицательным импульсом – выключение тиристора.

ВАХ запираемого тиристора аналогична ВАХ обычного тиристора, аналогичен и процесс включения.

Запираемый тиристор имеет такую же четырехслойную структуру, что и обычный тиристор, поэтому к ним применим транзисторный аналог. При подаче отрицательного импульса тока управления в базовый слой структуры уменьшается заряд в обоих базах транзисторов. При этом уменьшаются все составляющие тока тиристора и он выключается.

Переходный процесс выключения запираемого тиристора током в цепи управления происходит в три этапа (рис. 7.12).

Рис. 7.12. Переходные процессы при выключении запираемого тиристора

На первом этапе при протекании тока I_A = const подается импульс тока управления I_у на управляющий электрод (рис. 7.12, а). При этом происходит снижение значения тока катода I_к = (I_А – I_у). Чтобы первый этап перешел во второй необходимо определенное значение запирающего тока управляющего электрода, намного большее, чем значение тока включения (I_{у закр} >> I_{у вкл}). Значение тока запирания I_{у закр} и тока анода I_А связаны значением коэффициента усиления при выключении:

(7.6)

Обычно G = = 3-5.

Второй этап характеризуется резким снижением токов I_А и I_К (рис. 7.12, а, б). В течение этого этапа происходит дальнейшее снижение концентрации носителей заряда в обеих базах структуры. Этап заканчивается тогда, когда эта концентрация становится равной нулю, при этом по цепи управляющего электрода и катода протекает обратный ток.

На третьем этапе происходит рассасывание неосновных носителей и ток тиристора снижается до нуля (рис. 7.12, а).

Основное конструктивное отличие запираемых тиристоров от обычных (незапираемых) заключается в ином расположении горизонтальных и вертикальных слоев с n- и p-проводимостями.

Наибольшему изменению подверглось устройство катодного слоя n. Он разбит на несколько сотен элементарных ячеек, равномерно распределенных по площади и соединенных параллельно. Такое исполнение вызвано стремлением обеспечить равномерное снижение тока по всей площади полупроводниковой структуры при выключении прибора.

Базовый слой p, несмотря на то, что выполнен как единое целое, имеет большое число контактов управляющего электрода (примерно равное числу катодных ячеек), так же равномерно распределенных по площади и соединенных параллельно. Базовый слой n выполнен аналогично соответствующему слою обычного тиристора.

Анодный слой р имеет шунты (зоны с n-типом проводимости), соединяющие n-базу с анодным контактом через небольшие распределенные сопротивления. Анодные шунты применяют в тиристорах для снижения времени выключения прибора за счет улучшения условий извлечения зарядов из базовой n-области.

Запираемые тиристоры изготавливают в штыревых и таблеточных корпусах, устанавливаемых на типовых охладителях.