Параметри силових напівпровідникових приладів розділені на дві групи: гранично допустимі значення і характеризують параметри. Під допустимим значенням слід розуміти значення будь-якої електричної, теплової, механічної величини, що відноситься до навколишнього середовища, що визначає умови, при яких очікується задовільна робота приладу.
Гранично допустиме значення - це допустиме значення, яке визначає або граничну здатність, або граничне умова, за межами яких прилад може бути пошкоджений. Гранична здатність і граничне умова можуть бути максимальними і мінімальними. Гранично допустимі значення встановлюються на основі досвіду, випробувань або розрахунків.
Характеризує параметр - значення електричної, теплової або механічної величини, яке характеризує відповідне властивість приладу. Характеризують параметри можуть вимірюватися безпосередньо або побічно.
У чинному ГОСТі прийнята наступна система умовних позначень. Для позначення величин (основні літери) прийнято використовувати великі літери (крім миттєвих значень, для позначення яких використовуються рядкові). Індекси позначаються переважно прописними буквами.
AV (AV) - середнє значення
(BO) - відповідає переключенню
(BR) - відповідає пробою
D, d - закритий стан, в якості другої літери - неотпірающій
F - прямий напрямок (відноситься до діода)
G, g - висновок керуючого електрода
H - відповідає утриманню
K - висновок катода
L - відповідає включенню
M - основний висновок, імпульсна (амплітудне) значення
O - розімкнена ланцюг
(OV) - відповідає перевантаження
R, r - зворотний напрямок, в якості другої літери - повторюваний, відповідає відновленню
RMS, (RMS) - діюче значення
S - короткозамкнутая ланцюг, в якості другої літери - неповторяющийся
T - відкрите стан тиристора, в якості другої літери - отпирающий
crit - критичне значення
m - максимально допустиме значення
min - мінімально допустиме значення
tot - загальне (сумарне) значення
До основних параметрів тиристорів стандарт відносить наступні.
1. Повторювані і неповторним імпульсні напруги. За влучним висловом, наведеної на малюнку 43, видно, що при перевищенні певного зворотного напруги U (BR) у тиристора зворотний струм може досягати великих значень, що призводить до виходу приладу з ладу. Якщо перевищити певне значення прямого напруги в закритому стані U (BO). то він переходить у відкритий стан без подачі керуючого сигналу, що при роботі перетворювачів є аварійним режимом.
Рис.43. Кількісні характеристики основних параметрів за напругою.
Клас напівпровідникового приладу визначається за найменшим з значень повторюваного імпульсного зворотної напруги URRM і повторюваного імпульсного напруги в закритому стані UDRM. URRM і UDRM Визначається шляхом множення на коефіцієнт менше одиниці напруг пробою і перемикання. Конкретне значення коефіцієнта визначає виробник. Число сотень вольт цих напруг визначає клас приладу. Для запобігання пошкодженню тиристорів в перехідних режимах від комутаційних напруг в довідниках приводять значення допустимих неповторяющихся напруг URSM іUDSM. Робочі напруги вибираються зазвичай з запасом. Це напруження URWM і UDWM.
2. Максимально допустимий середній струм. Це середнє за період значення прямого струму в однофазної однополупериодной схемою з активним опором навантаження. Цей параметр визначається умовами роботи тиристора. Можливо кілька значень. Максимально допустимий середній струм при заданій температурі корпусу - ITAVm. Цей струм визначається пороговим напругою, диференціальним опором, температурними умовами. Він може здаватися і для певних умов охолодження, для певних умов роботи. В останньому випадку враховується додатково форма кривої струму.
В окремих випадках при хороших умовах охолодження можливий струм вище ITAVm, але в будь-якому випадку він не повинен перевищувати максимально допустимий діюче значення 1,57 ITAVm. У ряді випадків регламентується допустимий струм при певній тривалості імпульсу струму і певній частоті. При частоті. відмінною від 50 Гц, допустимий середній струм знижується через додаткових втрат при підвищених частотах і підвищення амплітуди імпульсів струму при знижених частотах.
3. Характеристики керуючого електрода. Амплітуда і тривалість імпульсів обмежені низкою вимог. Для визначення зон гарантованого відмикання приладів знімаються залежності струму через керуючий електрод від прямого напруги управління (вхідні характеристики) для приладів з максимальним і мінімальним вхідним опором RGm. RGmin.
Ріс.44. Характеристики керуючого електрода.
Процес відмикання тиристора тим успішніше, чим ширше імпульс або вище його амплітуда. При цьому, однак, не повинна бути перевищена потужність в керуючому p - n перехід. Мінімальні значення напруги UGT і струму IGT ланцюга управління обмежені значеннями UGTmin і I GЕmin при яких можливо невідкриття частини тиристорів серії. Тривалість імпульсу (10 - 50 мкс) £ tG4 4. Що Характеризують параметри перевантажувальної здатності. Для оцінки можливості впливу аварійних струмів на напівпровідниковий прилад без подальшого впливу напруги використовується значення ударного струму при відкритому стані. Він повинен бути більше розрахункового значення ударного струму при короткому замиканні навантаження. Виробник призводить залежність максимально допустимої амплітуди ударного струму аварійної перевантаження ITSm від її тривалості в інтервалі від 10 до 200 мс. При виборі захисту необхідно, щоб характеристики захисту проходили нижче характеристик вентилів. Перевантаження допускаються обмежене число раз. 5. Критична швидкість наростання струму у відкритому стані. При включенні тиристора процес поширення проводить зони починається поблизу керуючого переходу і йде зі швидкістю 30 - 100 м / с. Тому кожен прилад характеризується критичною швидкістю наростання струму у відкритому стані. Підприємства - виробники встановлюють гарантоване значення diT / dt. 6. Максимальна і мінімальна температура переходу. Електричні параметри напівпровідникових приладів залежать від температурного режиму. Перевищення певної межі призводить до зниження класу приладу, зростання струмів витоку і часу включення, зниження завадостійкості і т.д. Задані два значення граничних температур. Максимально допустима температура - це температура, яка не повинна бути перевищена в тривалих режимах експлуатації. Мінімально допустима температура визначає межу, нижче якого не допускається не тільки робота, а й зберігання приладу. Мінімальна температура не повинна бути нижче (- 50 - 60 о С). Максимальна температура залежить від конструкції. 7. Що Характеризують параметри тиристорів в стані високої провідності. Основним параметром, що характеризує стан високої провідності, є імпульсна напруга у відкритому стані. Цей параметр вимірюється при нормальній температурі і струмі 3,14 IATVm. Відрізок, що відсікається лінією апроксимації на осі абсцис, чисельно дорівнює пороговому напрузі UT (TO). а котангенс кута, під яким ця лінія перетинає вісь абсцис, є диференціальне опір rT.
прямо пропорційно товщині кремнієвої структури і обернено пропорційно її площі. З ростом температури UT (TO) зменшується, а rT зростає.
8. Зворотний струм і струм в закритому стані IRRm і IDRm. При додатку до приладу зворотної напруги або напруги в закритому стані при відсутності керуючого сигналу, через прилад протікає струм, значення якого залежить від дефектів структури в обсязі і на поверхні. а також струм, обумовлений рекомбінацією носіїв і штучної шунтіровкой. використовуваної як метод поліпшення окремих параметрів приладу. При великій напрузі цей струм може зрости до значень, при яких потужність, що виділяється на окремих ділянках структури приладу, може призвести до перегріву. здатному зруйнувати тиристор. Зворотний струм і струм в закритому стані є одними з основних параметрів-критеріїв придатності тиристора. В процесі експлуатації ці параметри контролюються, за рахунок чого можна виявляти ненадійні тиристори.
Мал. 46. Характеристика процесу включення (а) і виключення (б) тиристора
9. Токи утримання і включення IH і IL. Якщо тиристор знаходиться у відкритому стані і через нього протікає постійний струм при відсутності керуючого сигналу, то при плавному зниженні цього струму настає момент, коли тиристор переходить в закритий стан. Таке мінімальне значення називається струмом утримання IH. Струм утримання зростає з ростом температури, тому в довідниках наводиться його значення для всього діапазону робочих температур.
При включенні тиристора керуючим сигналом певної амплітуди і тривалості тиристор включиться тільки тоді, коли струм у відкритому стані перевищить певне значення, зване струмом включення IL. Струм включення залежить від амплітуди і ширини імпульсу: чим вони більші, тим ток включення ближче до току утримання. При коротких імпульсах (менше 50 мкс) і амплітудою, близькою до відмикає значенням струму, значення струму включення може бути в кілька разів більше струму утримання.
10. Тимчасові характеристики процесів включення і відключення. Час включення складається з часу затримки і часу наростання струму:
tgt = tgd + tgr (Ріс.46). Час затримки залежить в основному від амплітуди струму управління і тривалості його фронту. Час наростання залежить від амплітуди струму у відкритому стані і збільшується з її зростанням. Час включення для тиристорів одного і того ж типу не однаково. У довідниках дається максимальне значення цього параметра.
Щоб зменшити перевантаження тиристорів в перетворювачі, викликану розкидом часу включення, необхідно використовувати отпирающие імпульси з коротким фронтом і великою амплітудою (швидкість наростання струму управління не менше 1 А / мкс, амплітуда - не менше 1 А).
Для ряду перетворювальних схем має значення час вимикання тиристора tq (Ріс.46, б) .Воно залежить від величини струму у відкритому стані, швидкості його спаду, амплітуди і швидкості наростання напруги в закритому стані, температури переходу.
Має значення і час відновлення trr. При перекладі тиристора в непроводящее стан під дією зворотної напруги протягом певного часу зворотний струм зростає до значень, що перевищують статичне, і при цьому тиристор не здатний сприймати зворотна напруга.
Час відновлення визначає частотні властивості тиристора.
11. Критична швидкість наростання напруги в закритому стані. При додатку до тиристору напруги в закритому стані при великій швидкості його наростання через тиристор протікає ємнісний струм, який визначається ємністю центрального переходу. Цей процес супроводжується инжекцией неосновних носіїв крайніми переходами, чому створюються передумови для включення тиристора. Тому критичне значення duD / dt унормовано.
12. Теплові параметри. Теплові втрати, що виникають при проходженні струму через тиристор, виділяються в основному в невеликому обсязі напівпровідникової структури. Далі тепловий потік проходить через ряд шарів різних матеріалів. При цьому кожен шар робить свій тепловий опір, внаслідок чого створюються перепади температур. У довідниках наводиться перехідний тепловий опір перехід-корпус і перехід-середовище, яке дозволяє розрахувати температуру переходу при певних параметрах охолоджувача.
13. Ударна потужність зворотних втрат. Лавинні прилади при експлуатації можуть витримувати значні перевантаження по струму в зворотному напрямку. Основною характеристикою при цьому є потужність зворотних втрат PRSM. У довідниках дана залежність цієї потужності від тривалості імпульсу зворотної напруги і частоти проходження імпульсів.