Анодный ток

Анодное напршЕНЦЕ

Время Выключения

Рис. 1.5. Характеристики выключения тиристора

рассчитанных на большой ток. При работе на высокой частоте время выключения становится ограничивающим фактором и тиристоры конструируются специально с минимальным временем выключения.

1.2.4. Тепловые характеристики

Как упоминалось ранее, температура тиристора должна поддерживаться ниже критического уровня для того, чтобы предотвратить возникновение больших прямых или обратных токов утечки, которые могут привести к его разрушению. Во время включения и выключения, а также в открытом состоянии в приборе выделяется значительная мощность и тиристор нагревается. Для отвода тепла существует специальный теплоотвод. При конструировании тиристора необходимо обеспечить его низкое тепловое сопротивление.

1.3. Конструкция тиристора

Активный элемент мощного тиристора чаще всего называют выпрямительным элементом. Он состоит из кремниевой пластины, содержащей диффузионную р-п-р- -структуру, катодного и анодного контактов, и контакта к управляющему электроду. Схематическое изображение выпрямительного элемента показано на рис. 1.6. Выпрямительный элемент площадью больше 250 мм имеет концентрическую конструкцию. В качестве анодного контакта используется молибденовый (или иногда вольфрамовый) диск, который сплавляется силумином с кремнием. Такая

Рис. 1.6. Схематическое изображение Рис. 1.7. Штыревой базовый тиристор: базового тиристора: / - изолятор; 2 - выпрямительный эле-

УЭ - управляющий электрод; К - катод; мент

Л - анод; / - пассивация перехода; 2 - металлический электрод; 5 - кремний; 4 - молибден

контактная система обеспечивает механическую прочность с минимальным напряжением, обусловленным различием линейных тепловых коэффициентов расширения контакта и кремния. В небольших выпрямительных элементах анодный и катодный контакты припаиваются к соответствующим электродам и лишь иногда контакты к катоду и управляющему электроду привариваются с помощью ультразвука. В этом случае элемент обычно имеет квадратную форму.

Высоковольтные блокирующие переходы тиристора выходят на поверхность выпрямительного элемента по его периферии. Напряженность электрического поля на поверхности выпрямительного элемента в месте выхода переходов значительно больше, чем в объеме. Для снижения напряженности электрического поля на поверхности используются различные методы, например: охранные кольца, вытравливание канавок или создание фаски механическим способом. Поверхность перехода покрывается диэлектриком (стеклом или полимером). Эти вопросы подробно обсуждаются в § 5 8

Выпрямительный элемент тиристора помещается в корпус, который обеспечивает как электрический, так и механический контакт с прибором. Тип корпуса зависит от условий применения и предельной мощности тиристора. Мощные тиристоры собираются в корпусах с односторонним и двухсторонним охлаждением. Корпус с односторонним охлаждением штыревого типа, к медному

Нагрцзка

Нагрузка

Рис. 1.8. Тиристор таблеточной конструкции: / - выпрямительный элемент; 2 - медные диски; 5 - керамический изолятор

основанию которого припаивается выпрямительный элемент, показан на рис. 1.7.

Медное основание имеет резьбу, поэтому прибор можно привинчивать к охладителю. Использование такого корпуса из-за высокого теплового сопротивления между выпрямительным элементом и охладителем ограничивается тиристорами средней мощности (менее 200 А, 1200 В). Корпусом с низким тепловым сопротивлением, пригодным для приборов большой площади (их диаметр более 15 мм), является прижимной корпус с двухсторонним охлаждением. Он применяется для тиристоров большой мощности (более 200 А, 1200 В) и обеспечивает электрическую и тепловую эффективность прибора. Его конструкция показана на рис. 1.8.

Контакт с выпрямительным элементом обеспечивается путем внешнего сжатия. Между охладителем и выпрямительным элементом под давлением порядка 15 МН/м находятся медные диски. Для электрической изоляции и герметичности используется керамика с большим содержанием окиси алюминия. Эти решения обеспечивают очень надежную конструкцию, так как различие в тепловых-коэффициентах контактов и выпрямительного элемента в значительной степени компенсируется за счет скольжения между контактирующими плоскостями. Для низких и средних мощностей (от 10 до 200 А) широко применяются пластмассовые корпуса. Эти корпуса не являются герметичными, и по.это-му высоковольтные переходы тиристора должны быть защищены