Тиристоры с полевым управлением

Добавлено 8 ноября 2018 в 23:22

Две сравнительно недавние технологии, предназначенные для снижения требований к «управлению» (к отпирающему току управляющего электрода) классическими тиристорными устройствами, – это тиристор с МОП управляющим электродом (MOS-gated thyristor, MGT) и МОП-управляемый тиристор (MOS Controlled Thyristor, MCT).

Тиристор с МОП управляющим электродом использует MOSFET транзистор для инициирования проводимости тока через верхний (PNP) транзистор стандартной тиристорной структуры, тем самым отпирая устройство. Поскольку MOSFET транзистор для «запуска» (приводящего к его насыщению) требует незначительного тока, это делает тиристор в целом очень простым для запуска (рисунок ниже).

Эквивалентная схема тиристора с МОП управляющим электродом
Эквивалентная схема тиристора с МОП управляющим электродом

Учитывая тот факт, что обычные SCR тиристоры довольно легко «запускать» как есть, то практическое преимущество использования еще более чувствительного устройства (MOSFET) для инициирования запуска является спорным решением. Кроме того, размещение MOSFET транзистора на входном управляющем электроде делает невозможным отключение (запирание) тиристора с помощью сигнала обратного переключения. Только сброс из-за малого тока сможет привести к тому, чтобы это устройство перестало проводить ток после того, как было отперто.

Возможно, более высокое значение имело бы устройство, которое было бы полностью управляемым тиристором, в результате чего малый сигнал управляющего электрода мог бы запускать тиристор и заставлять его запираться. Такое устройство действительно существует, и оно называется МОП-управляемым тиристором (MOS Controlled Thyristor, MCT). Он использует пару MOSFET транзисторов, подключенных к общему управляющему электроду, один для отпирания тиристора, а другой для запирания (рисунок ниже).

Эквивалентная схема МОП-управляемого тиристора (MCT тиристора)
Эквивалентная схема МОП-управляемого тиристора (MCT тиристора)

Положительное напряжение на управляющем электроде (относительно катода) открывает верхний (N-канальный) MOSFET транзистор, пропускающему ток через базу верхнего (PNP) транзистора, который фиксирует транзисторную пару в «открытом» состоянии. Как только оба транзистора будут полностью открыты, падение напряжения между анодом и катодом будет маленьким, и тиристор останется отпертым до тех пор, пока управляемый ток превышает минимальное (удерживающее) значение тока. Однако если к управляющему электроду приложить отрицательное напряжение (относительно анода, на котором напряжение почти такое же, как на катоде в отпертом состоянии), нижний MOSFET транзистор откроется и «замкнет» выводы базы и эмиттера нижнего (NPN) транзистора, тем самым вынуждая его уйти в режим отсечки. Как только NPN транзистор закроется, PNP транзистор выйдет из режима проводимости, и весь тиристор запрется. Напряжение управляющего электрода имеет полный контроль над проводимостью MCT тиристора, чтобы включать его и выключать.

Однако это устройство всё еще является тиристором. Если между управляющим электродом и катодом подается нулевое напряжение, ни один MOSFET транзистор не откроется. Следовательно, пара биполярных транзисторов останется в том состоянии, в котором она была до этого (гистерезис). Таким образом, короткий положительный импульс на управляющем электроде отопрет MCT тиристор, короткий отрицательный импульс заставит его запереться, а отсутствие напряжения на управляющем электроде позволяет MCT тиристору оставаться в любом состоянии, в котором он уже находился. По сути, MCT тиристор является фиксируемой версией IGBT транзистора (Insulated Gate Bipolar Transistor).

Резюме

  • Тиристор с МОП управляющим электродом использует N-канальный MOП-транзистор для отпирания тиристора, что приводит к требованию чрезвычайно низкого тока управляющего электрода.
  • МОП-управляемый тиристор использует два MOSFET транзистора для полного управления тиристором. Положительное напряжение управляющего электрода опирает устройство; отрицательное напряжение управляющего электрода заставляет его запереться. Нулевое напряжение на управляющем электроде позволяет тиристору оставаться в любом состоянии, в котором он был ранее (заперт или отперт).

На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.com.


Сообщить об ошибке