Tiristorul

Incepând cu anul 1980 asistăm la o adevărată revoluţie în domeniul dispozitivelor de putere.

Aceasta s-a materializat prin apariţia a noi dispozitive ( IGBT, SIT, SITH, MCT ), care tind să înlocuiască pe cele clasice (Tiristor, Tiristorul GTO, Tranzistor Bipolar, şi Tranzistor MOS de putere ).

La rândul lor, dispozitivelor moderne pot fi împărţite în două categorii : dispozitive comandate MOS (IGBT, MCT ) şi dispozitive comandate prin câmp electric (SIT, SITH ).

Dezvoltarea algoritmilor de comandă utilizaţi de convertoarele de putere este strâns dependentă de perfecţionarea dispozitivelor .Acestea trebuie să se apropie cât mai mult de caracteristicile unui întrerupător ideal , ce poate fi comandat cu orice frecvenţă.

Tiristorul a fost primul dispozitiv de putere, realizat în 1956 de Bell Telephone Laboratory.Până in anul 1980, acest dispozitiv a fost folosit aproape în exclusivitate împreună cu diversele sale variante ce i-au ameliorat calităţile. Dezavantajul major al tiristorului îl reprezintă necesitatea unui circuit de stingere, care să asigure menţinerea unei polarităţi inverse un timp minim “ tq „(timp de comutare inversă forţată ).

Din acest motiv frecvenţa maximă de comutaţie a dispozitivului este sub 5oo Hz şi pierderile de energie în procesul de comutaţie sunt importante.

În prezent performanţele maxime obţinute de tiristoare sunt :

-tensiunea maximă suportată în stare blocată 6000 V ( in ambele polaritati ) ;

-curentul maxim 3500 A ;

-timpul de comutare inversa fortata ( “tq “ ), între 14 şi 20 us.

În momentul de faţă, tiristoarele se folosesc pentru realizarea redresoarelor comandate, sau pentru realizarea invertoarelor de mare putere, ce comandă de obicei maşinile sincrone.În această ultimă situaţie, energia necesară blocării dispozitivului , este generată de tensiunea contraelectromotoare ce apare în înfăşurarea respectivă.

Structural tiristorul este un dispozitiv cu patru regiuni şi trei joncţiuni, structura sa fiind preluată şi imbunătăţită de multe alte dispoyitive moderne ca GTO şi MCT.

1. INFORMARE PRIVIND TIRISTORUL

Structura fizică corespunzătoare unui tiristor o voi prezenta în figura 1.1.

- In stare blocată tiristorul este caracterizat de două tensiuni şi doi curenţi

“UDRM “ reprezintă tensiunea directă de vârf repetitivă, în stare blocată şi este de fapt tensiunea de străpungere inversă a joncţiunei J2 .Curentul rezidual corespunzător acestei joncţiuni, are valoarea maximă “IDM” şi corespunde tensiunii directe maxime pe tiristor de “UDRM”.

Valori similare (URRm şi IRM )se definesc şi pentru polarizarea inversă a tiristorului, ele reprezentând parametrii corespunzători , polarizării inverse pentru jonctiunea J3 .

De obicei IDM=IRM şi UDRM=URRM

- Comportarea tiristorului în conducţie este reliefată prin trei parametri de catalog

-rT -rezistenţa aparentă în stare de conducţie

-UTO -tensiunea de prag în stare de conducţie, ce reprezintă tensiunea de la bornele tiristorului atunci când curentul ce-l străbate scade la valoarea IH.

-UTM -tensiunea în stare de conducţie , ce reprezintă tensiunea la bornele tiristorului în situaţia în care curentul ce-l străbate are o valoare “ITM” dată de catalog.

- Intrarea în conducţie a tiristorului , ca urmare a unui impuls de comandă pe poarta sa, este caracterizată de trei timpi.Acest lucru este prezentat in Fig 1.1 Tiristor Fig. 1.2 Timpii corespunzatori

a-structura fizica

b-schema echivalenta

Intervalul de timp “tgd” reprezintă timpul de întârziere la amorsarea prin poartă a tiristorului şi indică intervalul dev timp scurs între frontul crescător al impulsului de comandă şi momentul în care tensiunea la bornele tiristorului scade la 90 % din valoarea iniţială.Acest timp este dependent de amplitudinea şi forma impulsului de comandă , in catalog dându-se şi parametrii corespunzători ai acestuia.Fizic in acest interval lucrează numai tranzistorul “npn”, coerspunzator structurii echivalente tiristorului (figura 1.1.), timpul de intarziere “tgd”, fiind determinat de reincarcarea capacităţii de intrare şi de întărzierea în difuzie a acestui tranzistor.

Timpul de creştere “tr”, reprezintă timpul în care tensiunea pe tiristor a scăzut de la 90 % din valoarea sa iniţială la 10 % din aceasta .În acest interval lucrează ambele tranzistoare , echivalente structurii , curentul crescând în avalanşă datorită reacţiei pozitive, realizate cu tranzistorul “pnp” din structura echivalentă.

La sfârşitul acestui interval, aria transversala ce participă în procesul de conducţie este mai mică decît aria transversal totală a dispozitivului , rezistenţa echivalentă a acestuia fiind mai mare decît “rT” .Acest interval de timp este foarte mic şi nu este dat de obicei în catalog.Suma dintre timpul de întârziere (tgd ) şi cel de creştere (tON ).