Силовые полупроводниковые приборы, их основные типы и характеристики.

Силовые полупроводниковые приборы (СПП) являются основной элементной базой силовой полупроводниковой техники. Выпускаемая компанией Tallinna Elektrotehnika Tehas "Estel" AS широкая гамма силовых полупроводниковых приборов отличается от имеющихся на рынке аналогов не только конкурентной ценой, но и высоким уровнем качества, надежности, дизайна.

Силовые полупроводниковые приборы можно классифицировать по различным признакам: принципу действия, конструктивному исполнению, электрическим параметрам, применению и др. Поскольку полупроводниковые приборы являются нелинейными элементами, то их существенными характеристиками являются вольт-амперные характеристики (ВАХ), связывающие значения токов и напряжений на приборе в различных режимах его работы.

КЛАССИФИКАЦИЯ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

К силовым полупроводниковым приборам относятся диоды, триодные тиристоры, непроводящие в обратном направлении (в дальнейшем тиристоры), тиристоры, проводящие в обратном направлении, и симметричные тиристоры на максимально допустимые средние или действующие токи 10 А и более или максимально допустимые импульсные токи 100 А и более, стабилитроны и симметричные стабилитроны с максимально допустимым значением рассеиваемой мощности 15 Вт и более, ограничители напряжения и симметричные ограничители напряжения с максимально допустимым значением рассеиваемой энергии 5 Дж и более, транзисторы с током коллектора 10 А и более, предназначенные для применения в статических преобразователях электроэнергии, а также в других цепях постоянного и переменного тока различных силовых установок.

По принципу действия силовые полупроводниковые приборы делятся на следующие основные виды: диоды, тиристоры, тиристоры симметричные, стабилитроны, ограничители напряжения, транзисторы.

Внутри каждого из указанных видов приборы подразделяются на типы: диоды - по значениям максимально допустимого среднего прямого тока, тиристоры - по значениям максимально допустимого прямого тока в открытом состоянии, симметричные тиристоры - по значениям максимально допустимого действующего тока в открытом состоянии, стабилитроны - по значениям максимально допустимой мощности рассеяния, ограничители напряжения - по значениям максимально допустимой рассеиваемой энергии.

Приборы одного типа подразделяются на классы: диоды - по значениям повторяющегося импульсного обратного напряжения, тиристоры - по значениям повторяющегося импульсного обратного напряжения и повторяющегося импульсного напряжения в закрытом состоянии, тиристоры, проводящие в обратном направлении, и симметричные тиристоры - по значениям повторяющегося напряжения в закрытом состоянии, стабилитроны - по значениям напряжения стабилизации, ограничители напряжения - по значениям напряжения лавинного пробоя.

Кроме того, виды диодов и тиристоров подразделяются на подвиды в зависимости от коммутационных параметров, ч Для диодов:

а) диод - время обратного восстановления не нормируется;

б) быстровосстанавливающийся диод - время обратного восстановления равно или менее нормы

Для тиристоров:

а) тиристор - время включения и время выключения не нормируется;

б) быстровыключающийся тиристор - время выключения равно или менее нормы;

в) быстровключающийся тиристор - время включения равно или менее нормы;

г) быстродействующий тиристор - время включения и время выключения равно или менее нормы.

В зависимости от отличительных признаков диоды и тиристоры подразделяются следующим образом:

тиристор, управляемый с помощью внешнего светового сигнала,- фототиристор;

тиристор, управляемый с помощью внутреннего светового сигнала от светоизлучающего диода при воздействии внешнего электрического сигнала, - оптотиристор (тиристорная оптопара);

тиристор, проводящий в обратном направлении, допускающий работу в обратном направлении в качестве диода,-тиристор-диод;

диод (тиристор), имеющий лавинные вольт-амперные характеристики, - лавинный диод (лавинный тиристор).

Кроме того, приборы подразделяются по конструктивным признакам и по полярности, о чем подробнее сказано в следующем. параграфе.

Свойства и характеристики приборов

Свойства и характеристики приборов, и их эксплуатационные показатели существенно влияют на стоимость, исполнение, размер, вес, и величину потерь в устройствах FACTS, также, как и в любых применениях силовых приборов. Таким образом, необходимо учитывать стоимость всех устройства, включая демпферные цепи, цепи управления, трансформаторы и другое электромагнитное оборудование, фильтры, системы охлаждения, потери, исполнение и требования к техническому обслуживанию. Например, возможность быстрого переключения ведет к уменьшению компонентов демпферной цепи, снижению потерь в этих цепях, что, в свою очередь, обеспечивает меньшую генерацию гармоник и большее быстродействие устройств FACTS. Сказанное является особенно важным при использовании специальных устройств FACTS в качестве активных фильтров.

В промышленных сетях малой мощности нашли применение разнообразные усовершенствованные схемы, которые внедрялись в основном из-за низкой себестоимости; экономическая целесообразность применения аналогичных устройств в сетях большой мощности в значительной степени является функцией улучшения характеристик устройств. К этим усовершенствованиям относятся широтно-импульсная модуляция (PWM), «мягкое» включение, резонансные преобразователи, прерыватели и другие. Отметим, что в конструкции FACTS обычно применяется устройства с наилучшими характеристиками, несмотря на их более высокую стоимость. Хотя стоимость является существенным фактором, было бы более корректно сказать, что применение устройств с наилучшими характеристиками влияет на параметры FACTS и обеспечивает их конкурентоспособность, обеспечивая тем самым специфические технические возможности, которые получаются по наименьшей возможной цене. Таким образом, стоимость, эксплуатационные качества, и рыночный успех устройств FACTS сильно зависит от развития полупроводниковых приборов и их технического исполнения. Фактически проектировщики устройств FACTS, могут выиграть очень многое за счет обсуждения с поставщиками оборудования наивысших требований к характеристикам приборов, их технического исполнения и комплектующих, не допуская при этом применения устаревшей аппаратуры в конструкциях FACTS. Для использования технологий FACTS важно наличие общей идеи относительно параметров полупроводниковых приборов, их технологии и будущей тенденции, а также принципиальные схемы, используемые в энергетике и промышленности.

Таким образом, силовые электронные приборы – это быстродействующие устройства, выполненные на базе однокристальной силиконовой пластины высокой чистоты, разработанные для различных коммутационных операций. Приборы могут быть управляемыми как на включение, так и на выключение протекающего электрического тока, посредством подачи импульсов на управляющие электроды, называемые затворами. Некоторые полупроводниковые устройства разработаны без возможности запирания, т.е. блокирования протекания тока в обратном направлении, в этом случае данное свойство обеспечивается другим блокирующим прибором (диодом), включенным последовательно или встречно - параллельно.

В основном, силовые полупроводниковые приборы включают диоды, транзисторы и тиристоры. Условные обозначения основных устройств, относящихся к этим категориям, представлены на Рис.1. В последующих параграфах изложено краткое описание этих трех категорий и далее несколько подробнее рассмотрены некоторые специальные устройства.