Выбор тиристоров

Выбор СПП (диодов, тиристоров, симисторов) производится, исходя из следующих параметров:

а) допустимого прямого тока;

б) допустимого обратного напряжения.

Основным критерием, ограничивающим прямой ток силовых полупроводниковых приборов, является температура полупроводниковой структуры Θ_р-п, которая во всех режимах работы не должна превышать максимально допустимого значения Θ_доп. Температура полупроводниковой структуры Θ_р-п зависит от мощности потерь, выделяющихся в полупроводниковой структуре.

В нормальных режимах работы на частотах не более 200 Гц потери, в основном, обусловлены протеканием прямого тока прибора. Эти потери составляют 95-98% от полных потерь в приборе и для тиристора определяются выражением

, (1)

где U₀ – пороговое напряжение (напряжение отсечки), В;

R_д – динамическое (дифференциальное) сопротивление прямой вольт-амперной характеристики прибора в открытом состоянии, Ом;

– коэффициент формы тока, протекающего через прибор;

I_ср и I_эф – среднее по модулю и эффективное значение прямого тока, протекающего через прибор.

В этом случае дополнительными потерями обычно пренебрегают. Если прибор работает на повышенных частотах (свыше 200 – 500 Гц), возрастает мощность коммутационных потерь, что приводит к дополнительному нагреву прибора и к снижению допустимого прямого тока.

Эквивалентная температура полупроводниковой структуры определяется выражением

Θ_р-п = Θ_с + ΔР·R_т , (2)

где Θ_с – температура окружающей среды (или охлаждающего агента при принудительном охлаждении), ^оС;

R_т – общее, установившееся тепловое сопротивление, ^оС/Вт (зависит от типа охладителя и интенсивности охлаждения).

Для нормальной работы прибора должно выполняться условие

Θ_р-п ≤ Θ_доп. (3)

При кратковременных и повторно-кратковременных нагрузках тепловое состояние прибора определяется его переходным тепловым сопротивлением, зависящим от длительности воздействия импульса мощности. Окончательная температура вычисляется методом наложения (суперпозиции) от составляющих мгновенной мощности во времени [1] .

Допустимое значение прямого среднего тока силового полупроводникового прибора, вычисленное с учетом последнего условия (3), определяется выражением [1]:

. (4)

Допустимый прямой ток прибора зависит от условий охлаждения и может меняться довольно в широких пределах.

Выбор СПП по току проводится в следующей последовательности:

– по справочной литературе [2, 3] выбирают тип СПП, имеющего допустимое среднее значение тока не ниже расчетного среднего значения прямого тока, протекающего через СПП;

– вычисляют значение эквивалентной температуры полупроводниковой структуры Θ_р-п, используя выражение (2);

– проверяют выполнение условия (3), если последнее условие не выполняется, изменяют условия охлаждения или выбирают другой тип тиристора, имеющий большее значение предельного тока.

Данная методика расчета применима при рабочих частотах f ≥ 50 Гц, на которых пульсациями температуры полупроводникового перехода пренебрегают. На частотах менее 20 Гц возрастает амплитуда колебаний температуры полупроводниковой структуры в процессе прохождения импульсов тока, причем максимум этих колебаний может превышать значение максимально допустимой температуры. По этой причине максимально допустимый ток прибора на таких частотах должен быть снижен по сравнению с расчетным значением (4).

Для определения класса СПП рассчитывают максимальную величину обратного напряжения U_обр.м, которое прикладывается к СПП в процессе работы.

СПП, для которых указывается предельно допустимое обратное напряжение U_{обр max}, выбирают из условия U_{обр max} > U_обр.м. Если не может быть выбран один вентиль, удовлетворяющий последнему условию, используют последовательное включение вентилей. При этом для равномерного распределения напряжения по СПП каждый шунтируют резистором:

,

где n – количество последовательно включенных приборов;

I_{R макс} – максимальный обратный ток прибора.