Тиристор может управляться или постоянным током или импульсом.
Амплитуды тока и напряжения сигналов управления определяются типом тиристора, характером нагрузки и должны быть достаточны для надежного включения любого тиристора выбранного типа во всем диапазоне рабочих температур. В то же время ток управления Iу и напряжение на управляющем электроде тиристора Uy не должны превышать максимально допустимых для данного типа тиристора значений, чтобы не вывести тиристор из строя.
Для расчета необходимой величины тока и напряжения управления используются предельные характеристики цепи управления [2, 3].
В качестве примера на рис. 2.1 приведены предельные характеристики цепи управления тиристора типа Т132–50. Здесь же показаны минимальные значения отпирающего тока Iу.о и напряжения Uy.o для рабочих температур +25°С и –50°С во всем диапазоне возможных изменений рабочих напряжений на аноде. На этом же рисунке приведены также кривые 1 – 4 предельно допустимой мощности, выделяющейся на управляющем переходе.
Рис. 2.1
Обычно в справочной литературе указывается среднее значение максимально допустимой мощности на управляющем переходе Ру.ср.макс при управлении постоянным током. На практике управление тиристорами чаще осуществляется при помощи коротких импульсов, в этом случае допустимая импульсная мощность управляющих импульсов может быть больше по сравнению со значением Ру.ср.макс и зависит от относительной длительности управляющих импульсов:
%,
где tи – длительность импульсов управления;
Т - период повторения импульсов.
Допустимая импульсная мощность может быть определена следующим образом:
.
Для очень коротких импульсов (tИ < 100 мкс) это выражение не применяется, и в таких случаях необходимо пользоваться экспериментальными кривыми, приводимыми в справочниках [1,2]. На рис. 2.1 приведены кривые допустимой импульсной мощности управляющего перехода для различных значений tотн:
Свойства источника управляющих импульсов характеризуются его нагрузочной линией – прямой, соединяющей точку, соответствующую напряжению холостого хода Uу.хх источника управляющих сигналов, с точкой Iу.кз, соответствующей току источника, при коротком замыкании входной цепи тиристора. При этом , где Rвн – внутреннее сопротивление источника, включающее и добавочное сопротивление в цепи управляющего электрода.
Для надежного включения любого тиристора данного типа нагрузочная характеристика источника управляющего сигнала должна располагаться выше области негарантированного управления, ограниченной минимальными значениями отпирающего тока и напряжения, либо соприкасаться с ней в одной точке. В то же время данная нагрузочная характеристика в области между предельными вольт-амперными характеристиками управляющего перехода (кривые А и Б) должна проходить ниже кривой, характеризующей максимально допустимую мощность рассеяния на управляющем электроде (для данной частоты и скважности управляющих импульсов).
Напряжение Uy.xx может быть задано или определено в результате расчета схемы управления. В этом случае необходимое минимальное значение тока Iу.кз источника управляющих импульсов прямоугольной формы может быть определено по формуле
Наиболее оптимальным является источник управляющих импульсов, имеющий напряжение холостого хода, равное Uy.xx=2Uy.o, а внутреннее сопротивление – Rвн=Uy.o/Iу.о [2].
Снижение напряжения Uy.xx и уменьшение наклона внешней характеристики источника управляющих сигналов нецелесообразно, т. к. приводит к увеличению мощности, выделяемой в управляющем переходе тиристоров с малым сопротивлением управляющего перехода, и неравномерной загрузке током управляющих переходов тиристоров. Увеличение наклона внешней характеристики также приводит к неравномерной загрузке управляющих переходов и к увеличению мощности генератора импульсов.
Для обеспечения уверенного включения тиристора при любых неблагоприятных сочетаниях внешних факторов (окружающей температуры, питающего напряжения) область гарантированного включения должна быть построена для минимальной окружающей температуры, а напряжение управления должно быть взято с учетом его допустимого снижения.
Обычно нагрузочная прямая строится после того, как выбраны форма и длительность управляющих импульсов. В качестве примера на рис. 2.1 приведен один из возможных вариантов нагрузочной прямой источника управляющих сигналов, обеспечивающий четкое отпирание любого тиристора Т132–50 во всем температурном диапазоне от +125°С до –50оС.
В данном случае для надежного отпирания тиристора источник управляющих сигналов должен иметь следующие параметры:
Uу.хх=23 В, Iу.кз=1,2 А.
Длительность и форма управляющих импульсов выбирается из следующих соображений. На практике, для управления тиристорами, используют импульсы прямоугольной формы. Это способствует повышению КПД и снижению мощности и габаритных размеров системы управления.
При выборе параметров импульсов управления необходимо стремиться к возможно более коротким импульсам с минимальной длительностью переднего фронта и максимально допустимой амплитудой тока. Это способствует уменьшению времени включения, мощности потерь и повышению стойкости тиристора к значениям di/dt. Увеличение крутизны управляющих импульсов особо важное значение имеет при групповом соединении тиристоров.
Для уменьшения разброса времени включения тиристоров скорость нарастания тока управления ими должна быть не менее 1 А/мкс, а амплитуда тока управления – не менее 1 А [2].
Минимально допустимая длительность импульсов управления (ty.мин) при активной нагрузке определяется типом тиристора и составляет порядка 10 – 30 мкс. Однако следует учитывать, что при таких «узких» импульсах ток управления, рассчитанный в соответствии с предельными характеристиками цепи управления, должен быть увеличен согласно рекомендациям завода-изготовителя [1].
При активно-индуктивной нагрузке, когда ток в силовой цепи тиристора нарастает сравнительно медленно, для управления тиристорами рекомендуется использовать более широкие импульсы управления (более 100 мкс). При этом часто осуществляется частотная модуляция управляющего импульса.
В любом случае длительность импульсов управления должна быть больше времени включения тиристора tвкл и за время действия импульса анодный ток тиристора должен увеличиться до значения больше тока удержания Iудерж. В противном случае, после окончания импульса управления тиристор выключается.
%,
.
, где Rвн – внутреннее сопротивление источника, включающее и добавочное сопротивление в цепи управляющего электрода.