|
Тиристоры как коммутационные элементы в настоящее время испытывают жесткую
конкуренцию среди прочих силовых полупроводников, в т.ч. транзисторы
MOSFET и IGBT. Это связано не только с улучшенными техническими и
функциональными возможностями схем на указанных транзисторах, но и с
непрерывно ужесточающимися требованиями к электромагнитной совместимости.
Тем не менее, еще существует ряд применений, где использование тиристоров
как минимум более выгодно по экономическим соображениям, а порой и
безальтернативно. Во многих из таких применений могут использоваться
тиристоры из производственной линии International Rectifier, права на
производство которых выкупила компания Vishay в 2007 году. Если следовать
общепринятой классификации тиристоров, то в выпускаемый Vishay ассортимент
входят только триодные тиристоры (тринисторы или SCR) и модули на их
основе. Такие тиристоры имеют три вывода: анод, катод и управляющий
электрод, и могут находиться в одном из двух устойчивых состояний:
закрытое (исходное состояние) и открытое с протеканием тока в одном
направлении. Весь ассортимент тиристоров удобно разделять по
конструктивному исполнению и быстродействию (см. таблицу 1).
Таблица 1. Серии
тиристоров Vishay из производственной линии IR
|
Для фазового управления (tq ³100 мкс) |
Быстродействующие (tq=10...30 мкс ) |
|
Корпус |
Серия |
IT(RMS)/IT(AV) [А] |
VDRM [В] |
Корпус |
Серия |
IT(RMS)/
IT(AV)
[А] |
VDRM [В] |
|
Для выводного монтажа на печатную плату |
|
TO-220 |
10TTS08 |
10/6,5 |
800 |
- |
|
TO-220 |
12TTS08 |
12/8 |
800 |
|
TO-220/FP |
16TTS08 |
16/10 |
800 |
|
TO-220/FP |
25TTS08 |
25/16 |
800 |
|
TO-247AC |
30TTS08 |
30/20 |
800 |
|
TO-247AC |
40TTS08/16 |
55/35 |
800, 1600 |
|
Super-247 |
70TTS12 |
75/70 |
1200 |
|
Для поверхностного монтажа на печатную плату |
|
D2PAK |
10TTS08S |
10/6,5 |
800 |
- |
|
D2PAK |
16TTS08S |
16/10 |
800 |
|
D2PAK |
25TTS08S |
25/16 |
800 |
|
Металло-стеклянный под гайку |
|
TO-208AA (TO-48) |
16RIA |
35/16 |
100, 200, 400, 600, 800, 1000, 1200 |
TO-209AC
(TO-94) |
ST083S |
135/85 |
1200 |
|
TO-208AA (TO-48) |
22RIA |
35/22 |
- |
TO-209AC
(TO-94) |
ST103S |
165/105 |
800 |
|
TO-208AA (TO-48) |
25RIA |
40/25 |
- |
TO-209AB
(TO-93) |
ST183S |
306/195 |
800 |
|
TO-209AC (TO-94) |
80RIA |
125/80 |
400 |
TO-209AB
(TO-93) |
ST280S |
440/280 |
400,600 |
|
TO-209AC (TO-94) |
ST110S |
175/110 |
400 |
TO-209AE
(TO-118) |
ST303S |
471/300 |
1200 |
|
TO-209AC (TO-94) |
110RKI40 |
172/110 |
400 |
TO-209AB
(TO-93) |
ST173S |
610/330 |
1200 |
|
TO-209AB (TO-93) |
ST180S |
314/200 |
400, 800, 1200, 1600, 2000 |
- |
- |
- |
- |
|
TO-209AB (TO-93) |
ST230S |
360/230 |
400, 800, 1200, 1400, 1600 |
- |
- |
- |
- |
|
TO-209AE (TO-118) |
ST300S |
470/300 |
1200, 2000 |
- |
- |
- |
- |
|
TO-209AE (TO-118) |
ST330S |
520/330 |
400, 800, 1200, 1400, 1600 |
- |
- |
- |
- |
|
Таблетка |
|
TO-200AB (A-PUK) |
ST180C-C |
660/350 |
400, 800, 1200, 1600, 1800, 2000 |
TO-200AB
(A-PUK) |
ST173C10CFK0 |
330 |
1000 |
|
TO-200AB (A-PUK) |
ST230C-C |
780/410 |
400, 800, 1200, 1400, 1600 |
TO-200AB
(A-PUK) |
ST183C-C |
370 |
400, 800 |
|
TO-200AB (A-PUK) |
ST280C-C, ST280CH-C |
960/500
1130/500 |
400, 600 |
TO-200AB
(A-PUK) |
ST203C-C |
370 |
1200 |
|
TO-200AC (B-PUK) |
ST300C-L |
1115/560 |
400, 800 |
TO-200AC
(B-PUK) |
ST303C-L |
515 |
400,
800, 1000, 1200 |
|
TO-200AB (E-PUK) |
ST300C-C |
1290/650 |
400, 800 |
TO-200AB
(E-PUK) |
ST303C-C |
620 |
400,
1000, 1200 |
|
TO-200AC (B-PUK) |
ST330C04L0 |
1230/650 |
400 |
TO-200AB
(E-PUK) |
ST333C04CFL0 |
720 |
400 |
|
TO-200AB (E-PUK) |
ST330C-C |
1420/720 |
400, 800, 1200, 1400, 1600 |
- |
- |
- |
- |
|
TO-200AC (B-PUK) |
ST700C-L |
1857/910 |
1200, 1600, 1800, 2000 |
- |
- |
- |
- |
|
TO-200AC (B-PUK) |
ST733C-L |
1900/940 |
800 |
- |
- |
- |
- |
|
TO-200AB (E-PUK) |
ST380C-C, ST380CH-C |
1900/960
2220/960 |
400, 600 |
- |
- |
- |
- |
|
TO-200AC (B-PUK) |
ST730C-L |
2000/990 |
800, 1200, 1400, 1600, 1800 |
- |
- |
- |
- |
|
TO-200AC (B-PUK) |
ST780C-L |
2700/1350 |
400, 600 |
- |
- |
- |
- |
|
A-24 (K_PUK) |
ST1200C-K |
3080/1650 |
1200, 1400, 1600, 1800 |
|
|
|
|
|
A-24 (K_PUK) |
ST1230C-K |
3200/1745 |
800, 1200, 1400 |
- |
- |
- |
- |
|
Все тиристоры Vishay характеризуются достаточно быстрым временем
включения, которое составляет единицы микросекунд, поэтому, под
быстродействующими тиристорами понимаются приборы с малым временем
отключения tq (для тиристоров Vishay лежит в пределах 10...30 мкс).
Такие тиристоры применяются в преобразовательной технике с
принудительной коммутацией, в которой переключение тиристоров нужно
осуществлять с частотой выше частоты питающей сети. Несмотря на то,
что тиристорные преобразователи по ряду параметров уступают
преобразователям на основе IGBT- и мощных MOSFET-транзисторов, тем не
менее, при токах ориентировочно более 100 А и напряжении свыше 1 кВ
применение тиристоров может оказаться выгодным в ценовом плане.
Тиристоры с более высокими значениями tq предназначены для реализации
тиристорных коммутаторов и фазовых регуляторов напряжения (ФРН).
Помимо низкой стоимости, применение тиристоров в этих применениях
обеспечивает высокую кратковременную перегрузочную способность по току,
что упрощает требования к быстродействию схемы токовой защиты и
повышает надежность при коммутации таких нагрузок, как асинхронные
электродвигатели, которым свойственны большие пусковые токи (могут в 8
раз превышать номинальные токи). Схемы силовых каскадов наиболее
распространенных фазовых регуляторов напряжения представлены на
рисунке 1. |
Рис. 1. Примеры
типичных фазовых регуляторов напряжения на тиристорах
Схема фазового управления переменным напряжением (рис. 1а) широко
используется для управления яркостью свечения осветительных устройств (диммеры),
в устройствах плавного запуска асинхронных электродвигателей, для
регулировки мощности нагревательных элементов и др. Кроме того, эта же
схема используется для построения тиристорного коммутатора для цепей
переменного тока. Если достаточно иметь диапазон регулировки от 50 до
100%, то один из тиристоров на схеме можно заменить диодом. Такие схемы
обычно называют маловентильными. Для регулировки частоты вращения
электродвигателей постоянного тока, тока заряда аккумуляторных батарей,
сварочного тока и др. применяются ФРН с выходом постоянного напряжения.
Они представляют собой управляемые двух- и однополупериодные мосты (рис.
1б и 1в соответственно).
Для реализации тиристорных коммутаторов напряжения и ФРН средней мощности
(от единиц киловатт до нескольких десятков киловатт) идеально подходят
тиристоры в корпусах для выводного (TO-220, ТО-247) и поверхностного
монтажа (D2PAK), которые образуют семейство SafeIR. Решения на их основе
будут отличать конкурентная стоимость и простота серийного производства.
Среди данного семейства имеются два тиристора (из серий 16TTS и 25TTS),
которые доступны в изолированных корпусах TO-220FP. Такие тиристоры
выгодно использовать, когда на одном радиаторе необходимо охлаждать
несколько полупроводниковых приборов. Однако недостатком корпуса TO-220FP
является его повышенное тепловое сопротивление корпус-теплоотвод: 1,5 К/Вт
у TO-220FP против 0,5 К/Вт у неизолированного TO-220АС. Это может повлиять
на повышение температуры перехода или на необходимость увеличения
габаритов теплоотвода. Если ни то, ни другое недопустимо, а охлаждать
несколько приборов на одном радиаторе желательно, можно воспользоваться
модулем из серии Т..RIA (см. таблицу 2), в который входит один тиристор,
изолированный от контактирующей с радиатором металлической пластины.
Таблица 2. Тиристорные
и диодно-тиристорные модули для фазовых регуляторов напряжения
|
Серия |
IT(AV) |
VDRM |
Схема |
Корпус |
|
Одиночные тиристоры |
|
T50RIA100 |
50 |
1000 |
 |
T-MODULE |
|
Пары тиристор-тиристор, диод-тиристор |
|
Схема H |
|
VSKH170-04 |
170 |
400 |
 |
MAGN-A-Pak |
|
VSKH500-12 |
500 |
1200 |
Super MAGN-A-Pak |
|
Схема Т |
|
VSKT26 |
27 |
400...1600 |
 |
ADD-A-Pak |
|
VSKT41 |
45 |
400...1600 |
ADD-A-Pak |
|
VSKT71 |
75 |
400...1600 |
ADD-A-Pak |
|
VSKT105 |
105 |
400...1600 |
ADD-A-Pak |
|
VSKT136 |
135 |
400...1600 |
INT A PAK |
|
VSKT152-04 |
150 |
400 |
INT A PAK |
|
Схема U |
|
VSKU105 |
105 |
400...1200 |
 |
ADD-A-Pak |
|
VSKU41 |
45 |
800, 1600 |
ADD-A-Pak |
|
VSKU71 |
75 |
400...1600 |
ADD-A-Pak |
|
VSKU_V105P |
105 |
400 |
ADD-A-Pak |
|
Однофазные мосты |
|
P101 |
25 |
400 |
 |
PACE-Pak |
|
P401 |
40 |
400 |
PACE-Pak |
|
Трехфазные коммутаторы |
|
104MTKB |
90 |
1000...1600 |
 |
MTK |
|
Трехфазные мосты |
|
113MTKPBF |
110 |
800...1600 |
 |
MTK |
Тепловое сопротивление корпус-теплоотвод у этого прибора составляет всего
лишь 0,2 К/Вт. Семейство SafeIR замыкает 70-амперный тиристор 70TTS12.
Обычно тиристоры для выводного монтажа на такие токи выпускаются в корпусе
типоразмера TO-264 и более, поэтому, применение 70TTS12 позволит
существенно уменьшить занимаемое пространство, т.к. используемый для его
производства корпус SUPER-247, обладая размерами стандартного корпуса
TO-247, позволяет рассеивать мощность, типичную для корпусов более крупных
типоразмеров. Также важно обратить внимание, что у тиристора 70TTS средний
ток IT(AV) и IT(RMS) практически одинаковы, хотя обычно действующий ток
более чем в 1,5 раза превышает средний. Это связано с ограничением по
нагреву выводов для корпуса SUPER-247, т.к. именно квадрат действующего
тока определяет потери мощности на всех резистивных элементах тиристора, в
т.ч. и на его выводах.
Тиристоры из семейства SafeIR, помимо рассмотренных применений, также
могут использоваться в ответственных применениях для защиты нагрузок от
действия повышенных напряжений. Пример такой схемы показан на рисунке 2.
Рис. 2. Пример
тиристорной схемы защиты нагрузки от действия повышенных напряжений
|
Тиристор VS срабатывает, если напряжение Vвых станет выше напряжения
стабилизации стабилитрона VD. В этом случае тиристор создает
необратимое короткое замыкание на выходе вплоть до перегорания
предохранителя FU. Резистор R выполняет роль подтягивающего резистора
к запирающему уровню и необходим для повышения помехоустойчивости, а
конденсатор С необходим для снижения быстродействия схемы (без него
или при его недостаточной емкости схема может давать ложные
срабатывания при подаче и снятии напряжения питания). Подобные схемы
обычно применяются в выходных каскадах импульсных преобразователей
напряжения дорогостоящего телекоммуникационного и серверного
оборудования. Наиболее типичной причиной устойчивых перенапряжений в
таких системах является повреждение цепи обратной связи по напряжению
импульсного преобразователя напряжения или логики его управления.
Данная защита обычно является резервной и, поскольку, носит
необратимый характер, то вступает в силу только, если прочие средства
не позволяют устранить выявленное перенапряжение. Кроме того, такая
схема при условии трехкратного резервирования может выступать гарантом
применения модулей DC/DC-преобразователей в искробезопасных источниках
электропитания, т.к. она ограничивает область возможных значений
выходного напряжения до искробезопасного уровня и блокирует работу
источника питания при любых повреждениях DC/DC-преобразователя,
связанных с увеличением выходного напряжения.
Тиристоры для применений средней мощности также доступны в
металлостеклянных корпусах. Данные типы корпусов скорее можно назвать
наследуемыми, чем современными. Ввиду своей повышенной механической
прочности они рекомендованы для использования в аэрокосмических и
военных применениях. Благодаря металлической конструкции данный корпус
также обладает лучшими теплорассеивающими свойствами, чем пластиковые
корпуса.
Для высокомощных применений в ассортименте Vishay имеются тиристоры
опять-таки в металлостеклянных корпусах, а также в корпусах типа «таблетка»
и в виде тиристорных и диодно-тиристорных модулей. Тиристоры в
корпусах типа «таблетка» характеризуются наибольшей коммутационной
способностью, но, при этом, характеризуются и наиболее сложным
монтажом, который требует специальных деталей для крепления и
подключения к силовым токоведущим шинам/проводникам.
Избавиться от этой специфики позволяют тиристорные и
диодно-тиристорные модули, которые были разработаны для наиболее
типичных применений и реализуют в себе часть силовой схемы или даже
всю силовую схему, таким образом, не только сокращая количество
элементов в схеме, но и упрощая электрическую разводку силовых
проводников. Благодаря этому, существенно облегчается производство,
наладка, техническое обслуживание и ремонт системы. Информация по
выпускаемым Vishay модулям для применения в коммутаторах и ФРН
представлена в таблице 2. Они охватывают наиболее типичные однофазные
и трехфазные применения. Например, управляемые однофазные мосты P101,
P401, по сути, являются завершенной силовой частью для управления
мощными электродвигателями постоянного тока, а модуль 104MTKB может
использоваться в качестве коммутатора трехфазной нагрузки или в
устройствах плавного запуска асинхронных электродвигателей.
Для применений с быстродействующей коммутацией Vishay выпускает
200-амперный диодно-тиристорный модуль IRKHF200 в корпусе MAGN-A-pak.
Время отключения входящего в его состав тиристора не превышает 25 мкс.
Встроенные приборы соединены по схеме «Н», идентичной приведенной в
таблице 2.
Общей чертой и преимуществом всех рассмотренных модулей является то,
что подключаемое к теплоотводу их металлическое основание изолировано
от электрической части (напряжение изоляции в общем случае лежит в
пределах от 2,5 до 4 кВ действующего значения переменного напряжения).
Это позволяет подключать несколько силовых приборов на общий радиатор,
упрощает проектирование конструкции аппарата и выполнение требований
электробезопасности. Внешний вид корпусов модулей показан на рисунке
3. |
Рис. 3. Внешний вид
корпусов модулей Vishay
Таким образом, компания Vishay выпускает широкий ассортимент тиристоров
для однофазных и трехфазных применений средней и большой мощности,
различающихся по быстродействию коммутации, конструктивному исполнению и
электрическим характеристикам. К числу таких применений относятся
регуляторы напряжения/мощности для управления осветительными устройствами,
электроприводами, нагревательными элементами и др.; сварочные аппараты,
зарядные устройства и многое другое. Тиристоры Vishay в пластиковых
корпусах также прекрасно подходят для защиты цепей постоянного тока от
перенапряжений. Более детальная информация о технических характеристиках
рассмотренных тиристоров и документация на них доступны по ссылке [1].
|
НАПОМИНАЕМ: Что компания
Vishay, описанная в данном разделе, является
производителем дискретных
полупроводников (высоковольтные MOSFET'ы, диоды Шоттки, диодные
выпрямители, диоды с малым временем восстановления, мощные диоды и
тиристоры) и силовых модулей (комбинация мощных диодов, тиристоров,
MOSFET'ов и IGBT) по технологиям компании
International Rectifier (IR) |
Литература
1. Техническая информация и документация по тиристорам Vishay на сайте www.vishay.com/irf-products/.
|
