запираемый тиристор купить

Хотя тиристоры широко используются в приложениях большой мощности, многие из них имеют недостаток – они являются наполовину управляемым устройством. Несмотря на то, что его можно включить, подав сигнал затвора, его необходимо выключить, прервав основной ток с помощью схемы коммутации. В случае цепей преобразования постоянного тока в постоянный и постоянного в переменный это становится серьезным недостатком обычного компонента, такого как тиристор NAS4443, из-за отсутствия нулевого естественного тока. Следовательно, разработка модификации с выключением затвора (Gate Turn Off) решает основную проблему тиристоров, обеспечивая механизм выключения через клемму базы.

Особенности запираемых тиристоров

Запираемый тиристор (известный как GTO) представляет собой силовой полупроводниковый прибор с тремя выводами:

• Катод.
• Анод.
• Затвор.

При этом он относится к семейству силовых устройств, имеющих четырехслойную структуру и возможность полного управления состояниями включения и выключения через терминал управления (затвор). Базовая структура GTO состоит из четырехслойного полупроводникового устройства PNPN, очень похожего по конструкции на стандартный тиристор. 

Запорный тиристор имеет несколько конструктивных особенностей, которые позволяют включать и выключать его путем изменения полярности стробирующего сигнала. Во включенном состоянии GTO работает аналогично обычному переключающему устройству. Если анодный ток остается выше уровня удерживающего тока, то возбуждение положительного затвора может уменьшиться до нуля, и компонент останется в проводимости. GTO может быть смоделирован с двумя транзисторами, соединенными параллельно, что обеспечивает улучшенные характеристики включения и выключения.

Строение запираемого тиристора

Рассмотрим приведенную ниже структуру GTO, которая почти аналогична обычному тиристору 406S. Это также четырехслойное устройство с тремя переходами P-N-P-N, при этом слой n+ на конце катода сильно легирован для получения высокой эффективности эмиттера. Это приводит к низкому напряжению пробоя перехода J3, которое обычно находится в диапазоне от 20 до 40 вольт.

Уровень легирования затвора p-типа очень плавный, потому что он должен быть низким для поддержания высокой эффективности эмиттера, тогда как для обеспечения хороших свойств выключения легирование этой области должно быть высоким. Кроме того, затвор и катоды должны быть сильно переплетены с различными геометрическими формами, чтобы оптимизировать возможность отключения тока.

Соединение между анодом P+ и основанием N называется анодным соединением. Сильно легированная область анода P+ требуется для получения анодного перехода с более высокой эффективностью, чтобы были достигнуты хорошие свойства включения. 

Однако такие GTO влияют на возможности выключения. Эта проблема может быть решена путем введения сильно легированных слоев N+ через равные промежутки времени в анодный слой P+, как показано на рисунке. Таким образом, этот слой N+ напрямую контактирует со слоем N в соединении J1. Это приводит к тому, что электроны перемещаются из области основания N непосредственно к металлическому контакту анода, не вызывая инжекции дырок из анода P+. Это называется структурой GTO с замыканием анода.

Из-за анодных коротких замыканий обратнозапирающая способность GTO снижается до обратного напряжения пробоя перехода j3 и, следовательно, ускоряет механизм выключения.

Однако при большом количестве замыканий на аноде снижается эффективность анодного перехода и, следовательно, ухудшается характеристика включения GTO. Следовательно, необходимо внимательно отнестись к плотности этих анодных коротких замыканий для обеспечения хороших характеристик включения и выключения, аналогичных тиристору ST180S12.

Принцип действия

Для корректной и эффективной работы запорного тиристора за счет схемы его строения обеспечиваются два его основных управляемых действия:

• включение;
• выключение.

Операция включения GTO аналогична обычному тиристору CLA50E1200HB 50A 1200В TO-247AD. Пока анодная клемма остается положительной по отношению к катоду, получая такую полярность от базы, инжекция дырок от базы обеспечивает смещение катодного p-канального перехода.

Это приводит к эмиссии электронов от катода к клемме анода и вызывает инжекцию дырок из анодного вывода в базовую область. Это продолжается до тех пор, пока GTO не перейдет в состояние проводимости.

В случае тиристора проводимость сначала начинается с включения области катода, прилегающей к клемме затвора. Таким образом, при растекании плазмы оставшаяся площадь переходит в проводимость.

В отличие от обычного тиристора BT149D, GTO состоит из узких катодных элементов, которые сильно встречно соединены с выводом затвора, благодаря чему площадь начального включения очень велика, а растекание плазмы мало. Следовательно, запорный тиристор очень быстро переходит в состояние проводимости.

Чтобы отключить проводимость GTO, на базу подают обратное смещение, делая ее отрицательной по отношению к эмиттеру. Некоторые дырки из затворного слоя Р уходят через базу, подавляющую инжекцию электронов с эмиттера.

В результате повышенный ток дырок проходит через затвор, что приводит к большему подавлению электронов от катода. Как следствие, падение напряжения на р-затворном переходе стимулирует обратное смещение катодного перехода затвора, то есть запираемый тиристор выключается.

В процессе извлечения дырок область p-базы постепенно истощается, так что область проводимости сжимается. Поскольку этот процесс непрерывен, анодный ток протекает через удаленные области, образуя нити с высокой плотностью тока. Это вызывает появление локальных горячих точек, которые могут повредить устройство, если эти нити не будут быстро погашены.

При подаче высокого отрицательного напряжения на затвор эти нити накала быстро гаснут. Из-за накопленного заряда области основания N ток от анода к затвору продолжает течь, даже если ток катода прекратился. Это называется хвостовым током, который экспоненциально затухает по мере того, как избыточные носители заряда уменьшаются в процессе рекомбинации. Когда хвостовой ток снижается до уровня тока утечки, устройство сохраняет свои характеристики прямой блокировки.