MODALITATI DE BLOCARE A TIRISTOARELOR CONVENTIONALE

MODALITATI     DE BLOCARE A TIRISTOARELOR CONVENTIONALE

Un tiristor conventional aflat in starea de blocare in direct se amorseaza prin intermediul semnalelor pozitive aplicate pe poarta. Dupa intrarea tiristorului in starea de conductie directa ("ON"), poarta pierde controlul asupra functionarii dispozitivului. Fenomenul de blocare (stingere) a unui tiristor consta in tranzitia dispozitivului din starea de conductie directa ("ON") in starea de blocare in direct ("OFF"). Din punctul de vedere normal, un tiristor se blocheaza atunci cand curentul anodic care strabate dispozitivul scade sub valoarea curentului sau de mentinere I_H (fig.6). Acest fenomen poate avea loc in mod parazit, de exemplu, prin cresterea accidentala a valorii rezistorului R_A (fig.6) in timpul conductiei tiristorului. Scaderea curentului anodic sub valoarea curentului I_H constituie o conditie necesara, dar nu si suficienta, pentru blocarea (dezamorsarea) dispozitivului. Pentru ca un tiristor conventional comutat din starea "ON" in cea de "OFF" sa fie capabil de a "sustine" o valoare ridicata a tensiunii de blocare reaplicate in direct ("+" pe anod, "-" pe catod) este necesara scurgerea unui anumit interval de timp, denumit "timp de blocare" t_q ("turn-off time").

Definirea timpului de blocare t_q se efectueaza in conjunctie cu fenomenele ilustrate in figura 11. In starea considerata ca initiala, tiristorul se afla in conductie directa ("ON"). Curentul I_TM prin dispozitiv este determinat de sursa V_A si rezistorul extern R_A. Caderea de tensiune in direct pe dispozitiv (V_TM) este de valoare redusa. In momentul t = 0, comutatorul K este trecut in pozitia 2. Polarizarea in invers a tiristorului - prin intermediul sursei V_R - declanseaza procesul tranzitoriu de blocare al dispozitivului.

Fig.11. Definirea timpului de blocare (dezamorsare) t_q al tiristoarelor conven- tionale.

In intervalul de timp de la t = 0 la t = t₀ curentul anodic scade de la valoarea I_TM la zero. In secventele de timp imediat urmatoare momentului t = t₀, tiristorul este strabatut de curentul invers I_R, determinat in principal de sursa V_R si rezistorul R_A. Acest current atinge valoarea sa maxima (I_RM), iar apoi scade treptat la zero (la t = t₁). Durata conductiei curentului invers prin tiristor (de la t = t₀ la t = t₁) poarta denumirea de "timpul de revenire in invers" ("reverse recover time") t_rr. "Revenirea" totala a tiristorului are loc in intervalul de timp de la t = t₁ la t = t₂, caracterizat prin procesul de neutralizare - prin recombinare - a sarcinii reziduale a purtatorilor minoritari din bazele n₁ si p₂ ale dispozitivului. In momentul t = t₂ comutatoru K poate fi trecut din nou in pozitia 1, fara

riscul reamorsarii parasite a tiristorului (datorita tensiunii anodice reaplicate in direct cu o rata dV/dt). Prin conventie, timpul de blocare t_q dureaza din momentul trecerii prin zero a curentului anodic in direct ( t = t₀) pana la cel al reaplicarii tensiunii de blocare in direct cu o rata maxima de crestere dV/dt specificata (t = t₂).

Valorile timpului de blocare t_q sunt cuprinse intre 3μs (pentru tiristoare rapide de medie putere) si 200μs (in cazul tiristoarelor de mare putere, utilizate la frecventa retelei). Timpul de blocare t_q este direct proportional cu rata de crestere a tensiunii anodice reaplicate in direct (dV_D/dt) si cu temperatura T_vj a structurii pnpn. Timpul de blocare t_q al tiristoarelor la temperatura T_vj = 125°C este de aproximativ doua ori mai lung decat la T_vj = 25°C.

Exista cateva procedee tipice de blocare (dezamorsare) a tiristoarelor conventionale, operate atat in curent alternativ, cat si in curent continuu.

In circuitele de curent alternativ, blocarea unui tiristor este initiala de anularea curentului anodic prin dispozitiv in momentul trecerii prin zero a tensiunii de alimentare. Modalitatea tipica de blocare (stingere) a tiristoarelor conventionale utilizate in circuite de curent alternativ este ilustrata in figura 12. In intervalele de timp cand tensiunea anod-catod este pozitiva, tiristorul poate fi comutat in starea de conductie directa ("ON") prin aplicarea impulsurilor pozitive de comanda pe poarta. Blocarea tiristorului se efectueaza in cursul semialternantelor negative ale semnalului sinusoidal ("+" pe catod si " - " pe anod), mecanismul de stingere fiind cel prezentat in conjunctie cu figura 11. pentru ca tiristorul sa "sustina", fara a se reamorsa parazit, tensiunea de blocare in direct, aplicata cu o rata de crestere dV_D/dt, este necesar ca semiperioada semnalului sinusoidal sa fie cel putin egala cu timpul de blocare t_q, specificat de fabricant (T/2≥t_q). In cazul alimentarii anodului numai cu semialternantele positive ale tensiunii sinusoidale de perioada T, dispozitivul de stingere "natural", atunci cand tensiunea aplicata intre anod si catod scade la zero, determinand astfel anularea curentului prin tiristor. Durata pauzei dintre doua semialternante pozitive ale tensiunii de alimentare trebuie sa fie cel putin egala cu timpul de blocare (t_q) al tiristorului.

In circuitele de curent continuu, un tiristor conventional poate fi stins prin urmatoarele doua metode:

Intreruperea circuitului (fig.13): la deschiderea comutatorului K, tiristorul, aflat initial in starea de conductie directa ("ON"), se blocheaza. Dupa un interval de timp cel putin egal cu timpul de blocare (t_q) al tiristorului, comutatorul K poate fi inchis din nou, fara a exista riscul revenirii dispozitivului in starea de conductie ("ON"). Rolul comutatorului K este jucat, de regula, de un alt dispozitiv semiconductor de putere;

Cu ajutorul circuitelor de stingere, care functioneaza pe baza urmatoarelor doua principii:

a)        Devierea curentului anodic printr-o cale alternativa de rezistenta scazuta (fig.14). Dupa incheierea comutatorului K, curentul anodic al tiristorului este suntat de circuitul conectat in paralel pe dispozitiv. Tiristorul se blocheaza in cazul cand valoarea curentului care-l strabate este mai mica decat curentul sau de mentinere (I_H) un timp suficient de indelungat (>t_q). Rolul comutatorului K este jucat de un tranzistor sau de alt tiristor;

Fig. 12. Ilustrarea principiului

stingerii unui tiristor conventional

operat in regim sinusoidal, prin

inversarea polaritatii tensiunii

anod - catod.   

b) Aplicarea unei tensiuni inverse pe dispozitiv ("+" pe catod si " - " pe anod). Aceasta tensiune produce un curent de sens invers fata de curentul anodic al tiristorului in starea "ON" (fig. 11). Aceasta procedura, asemanatoare cu cea utilizata pentru stingerea tiristoarelor in curent alternativ (fig.12), este ilustrata in figura 15. Principiul de functionare al schemei este urmatorul:

In momentul considerat ca initial, tiristorul principal T_P se afla in starea de conductie ("ON"), iar tiristorul auxiliar T_A este blocat in direct ("OFF"). In consecinta, condesatorul C se incarca - via rezistorul R₁ si tiristorul T_P - la valoarea tensiunii de alimentare V, cu polaritatea indicata in figura 15.b. Stingerea tiristorului T_P este initiata de aplicarea unui semnal pozitiv de comanda pe poarta dispozitivului T_A (fig.15.c). In urma trecerii tiristorului T_A in starea "ON", capacitorul C se va afla conectat in paralel pe dispozitivul T_P. Ca urmare, tiristorul T_P va fi polarizat in invers de catre capacitorul C (fig 15.d), care se descarca in timp prin comutatoarele T_A si T_P.

Fig. 13. Ilustrarea principiului stingerii unui Fig. 14. Ilustrarea principiului blocarii

tiristor conventional prin intreruperea circuitului unui tiristor conventional prin devierea

anodic.    curentului anodic printr-o cale de

impendanta joasa.

Fig. 15. Circuit clasic pentru stingerea

unui tiristor conventional (T_P) cu ajutorul

tensiunii inverse anod - catod aplicate prin

intermediul condensatorului C: (a) secventa

de conductie a tiristorului principal T_P tiris-

torul auxiliar T_A este blocat si (b) modelul sau

simplificat de circuit; (c) secventa de amorsare

a tiristorului auxiliar T_A, care permite conec-

tarea condensatorului C la bornele tiristorului

principal T_P in vederea blocarii acestuia si

(d) modelul simplificat de circuit al acestui

proces.

Traseul curentului de descarcare al capacitorului C are un sens opus fata de cel al curentului in direct prin tiristorul T_P. Polarizarea in invers a tiristorului T_P determina treptat stingerea acestuia (pentru detalii vezi figura 11). In intervalul de timp in care tiristorul T_A se afla in conductie directa ("ON"), iar tiristorul T_P este blocat ("OFF"), capacitorul C se incarca treptat la valoarea tensiunii V, insa cu o polarizare inversa fata de cea din figura 15. Reinceperea ciclului de functionare descris are loc ca urmare a aplicarii unui impuls pozitiv de comanda pe poarta tiristorului T_P. Intrarea in conductie a dispozitivului T_P este urmata de stingerea tiristorului T_A, potrivit secventelor descrise anterior. De notat faptul ca unul dintre rolurile principale ale tiristorului T_A este cel indeplinit de comutatorul K din figura 14.

Fig.16. Ilustarea avantajului utilizarii unui

tiristor GTO in locul tiristorului

conventional in vederea controlului puterii

intr-o sarcina R_L (tiristorul GTO inlocuieste

tiristoarele auxiliar T_A si principal T_P,

inlaturand totodata necesitatea utilizarii

unui condensator C de comutatie si a

rezistorului R₁).

Se observa ca in cadrul metodelor din figurile 13. si 15., blocarea tiristoarelor are loc fara inversarea polaritatii tensiunii de alimentare V (ca in figura 12.)