Электронные компоненты

Структура симистора    

Симистор можно представить  двумя тиристорами, включенными  встречно-параллельно. Он пропускает ток  в обоих направлениях. Структура  этого полупроводникового прибора  показана на рис. 8. Симистор имеет три  электрода: один управляющий и два  основных для пропускания рабочего тока.

Рис.8. Структура симистора

Функционирование  симистора   

Симистор открывается, если через управляющий электрод проходит отпирающий ток или если напряжение между его электродами А1 и  А2 превышает некоторую максимальную величину (на самом деле это часто  приводит к несанкционированным  срабатываниям симистора, происходящим при максимуме амплитуды напряжения питания).   

Симистор переходит в  закрытое состояние после изменения  полярности между его выводами А1 и А2 или если значение рабочего тока меньше тока удержания I_у.

Отпирание симистора    

В режиме переменного питания  смена состояний симистора вызывается изменением полярности напряжения на рабочих электродах А1 и А2. Поэтому  в зависимости от полярности управляющего тока можно определить четыре варианта управления симистором, как показано на рис. 9.   

Каждый квадрант соответствует  одному способу открывания симистора. Все способы кратко описаны в  табл. 1.

Рис.9. Четыре возможных варианта управления симистором 
 
Таблица 1. Упрощенное представление способов открывания симистора

   Например, если между рабочими электродами  симистора прикладывают напряжение V_A1-A2>0 и напряжение на управляющем электроде отрицательно по отношению к аноду А1, то смещение симистора соответствует квадранту II и упрощенному обозначению + -.   

Для каждого квадранта  определены отпирающий ток I от (I_GT), удерживающий ток I_уд(I_н) и ток включения I_выкл(I_L).   

Отпирающий ток должен сохраняться до тех пор, пока рабочий  ток не превысит в два-три раза величину удерживающего тока I_н. Этот минимальный отпирающий ток и является током включения симистора I_L.   

Затем, если убрать ток через  управляющий электрод, симистор останется  в проводящем состоянии до тех  пор, пока анодный ток будет превышать  ток удержания I_н.

Ограничения при  использовании   

Симистор накладывает  ряд ограничений при использовании, в частности при индуктивной  нагрузке. Ограничения касаются скорости изменения напряжения (dV/dt) между  анодами симистора и скорости изменения рабочего тока di/dt.   

Действительно, во время  перехода симистора из закрытого  состояния в проводящее внешней  цепью может быть вызван значительный ток. В то же время мгновенного  падения напряжения на выводах симистора  не происходит. Следовательно, одновременно будут присутствовать напряжение и  ток, развивающие мгновенную мощность, которая может достигнуть значительных величин. Энергия, рассеянная в малом  пространстве, вызовет резкое повышение  температуры р-п переходов. Если критическая температура будет  превышена, то произойдет разрушение симистора, вызванное чрезмерной скоростью  нарастания тока di/dt.   

Ограничения также распространяются на изменение напряжения двух категорий: на dV/dt применительно к закрытому  симистору и на dV/dt при открытом симисторе (последнее также называется скоростью переключения).   

Чрезмерная скорость нарастания напряжения, приложенного между выводами А1 и А2 зарытого симистора, может  вызвать его открытие при отсутствии сигнала на управляющем электроде. Это явление вызывается внутренней емкостью симистора. Ток заряда этой емкости может быть достаточным  для отпирания симистора.   

Однако не это является основной причиной несвоевременного открытия. Максимальная величина dV/dt при переключении симистора, как правило, очень мала, и слишком быстрое изменение  напряжения на выводах симистора  в момент его запирания может  тотчас же повлечь за собой новое  включение. Таким образом, симистор заново отпирается, в то время как  должен закрыться.

Рис.10. Симистор с защитной RC-цепочкой   

При индуктивной нагрузке симистора или при защите от внешних  перенапряжений для ограничения  влияния dV/dt и тока перегрузки желательно использовать защитную RC-цепочку (рис. 10).   

Расчет значений R и С  зависит от нескольких параметров, среди которых - величина тока в нагрузке, значения индуктивности и номинального сопротивления нагрузки, рабочего напряжения, характеристик симистора.   

Совокупность этих параметров с трудом поддается точному описанию, поэтому часто принимают во внимание эмпирические значения. Включение сопротивления 100-150 Ом и конденсатора 100 нФ дает удовлетворительные результаты. Однако отметим, что значение сопротивления должно быть гораздо  меньше (или одного порядка), чем  величина полной нагрузки, являясь  достаточно высоким для того, чтобы  ограничить ток разряда конденсатора с целью соблюдения максимального  значения di/dt в момент отпирания.   

RC-цепочка дополнительно  улучшает включение в проводящее  состояние симистора, управляющего  индуктивной нагрузкой. Действительно,  ток разряда конденсатора устраняет  влияние задержки индуктивного  тока, поддерживая рабочий ток  выше минимального значения удерживающего  тока I_уд(I_н).

Рис.11. Защита симистора с  помощью варистора   

Дополнительная защита, заслуживающая  внимания, может быть обеспечена с  помощью варистора, подключенного  к выводам индуктивной нагрузки. Другой варистор, включенный параллельно  питающему напряжению, задержит помехи, распространяющиеся по сети питания. Защита симистора также обеспечивается при подключении варистора параллельно  его выводам А1 и А2 (рис. 11).