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Moderne, abschließbare Thyristoren

Einleitung

Die Schaffung von Halbleiterbauelementen für die Leistungselektronik begann 1953, als es möglich wurde, Silizium mit hoher Reinheit und die Bildung von Siliziumscheiben großer Größen zu erhalten. Im Jahre 1955 wurde zuerst eine halbleitergesteuerte Vorrichtung geschaffen, die eine Vierschichtstruktur hatte und als "Thyristor" bezeichnet wurde.

Es wurde durch Anlegen eines Impulses an die Steuerelektrode bei einer positiven Spannung zwischen der Anode und der Kathode eingeschaltet. Das Abschalten des Thyristors erfolgt durch die Verringerung des durchströmenden Gleichstroms auf Null, für den eine Anzahl von Schaltungen induktiver kapazitiver Schaltkreise entwickelt wurde. Sie erhöhen nicht nur die Kosten des Transformators, sondern verschärfen auch seine massendimensionalen Indikatoren, reduzieren die Zuverlässigkeit.

Daher hat die Forschung gleichzeitig mit der Entstehung des Thyristors begonnen, ihre Abschaltung durch die Steuerelektrode zu gewährleisten. Das Hauptproblem bestand darin, eine schnelle Auflösung der Ladungsträger in den Basisregionen zu gewährleisten.

Die ersten Thyristoren erschienen 1960 in den USA. Sie heißen Gate Turn Off (GTO). In unserem Land sind sie besser als abschließbare oder abgeschaltete Thyristoren bekannt.

Mitte der 90er Jahre wurde ein abschließbarer Thyristor mit einer Ringleitung der Steuerelektrode entwickelt. Es wurde Gate Commutated Thyristor (GCT) genannt und wurde zur Weiterentwicklung der GTO-Technologie.

Thyristoren GTO

Gerät

Der verriegelbare Thyristor ist ein vollständig kontrollierbares Halbleiterbauelement, basierend auf einer klassischen Vierschichtstruktur. Schalten Sie es ein und aus, indem Sie positive und negative Stromimpulse an die Steuerelektrode liefern. In Fig. 1 zeigt das Symbol (a) und das Blockdiagramm (b) des abgeschalteten Thyristors. Wie ein herkömmlicher Thyristor hat er eine Kathode K, eine Anode A, eine Steuerelektrode G. Unterschiede in den Instrumentenstrukturen bestehen in einer anderen Anordnung von horizontalen und vertikalen Schichten mit n- und p-Leitfähigkeiten.

Abb. 1. Verschlossener Thyristor:
A-konventionelle Bezeichnung;
B-Strukturdiagramm

Die grösste Veränderung war die Anordnung der Kathodenschicht n. Es ist in mehrere hundert Elementarzellen unterteilt, gleichmäßig über den Bereich verteilt und parallel geschaltet. Diese Leistung wird durch den Wunsch verursacht, eine gleichmäßige Stromreduzierung über die gesamte Fläche der Halbleiterstruktur zu gewährleisten, wenn das Gerät ausgeschaltet wird.

Die Grundschicht p hat trotz der Gesamtheit eine große Anzahl von Kontakten der Steuerelektrode (etwa gleich der Anzahl der Kathodenzellen), die ebenfalls gleichmäßig über den Bereich verteilt und parallel geschaltet sind. Die Basisschicht n wird ähnlich der entsprechenden Schicht eines herkömmlichen Thyristors gemacht.

Die Anodenschicht p hat Shunts (Zonen n), die die n-Basis mit dem anodischen Kontakt durch kleine verteilte Widerstände verbinden. Anoden-Shunts werden in Thyristoren verwendet, die keine umgekehrte Blockierfähigkeit aufweisen. Sie sind so ausgelegt, dass sie die Abschaltzeit der Vorrichtung reduzieren, indem sie die Bedingungen für die Extraktion von Ladungen aus dem Basisbereich n verbessern.

Die Hauptversion des GTO-Thyristors ist eine Tablette mit einem vierschichtigen Siliziumwafer, der durch wärmekompensierende Molybdänscheiben zwischen zwei Kupferbasen mit erhöhter thermischer und elektrischer Leitfähigkeit geklemmt wird. Bei einer Siliziumplatte wird eine Steuerelektrode kontaktiert, die einen Anschluss im Keramikkörper aufweist. Die Vorrichtung wird durch Kontaktflächen zwischen zwei voneinander getrennten Kühlerhälften geklemmt und mit einer durch die Art des Kühlsystems bestimmten Konstruktion versehen.

Funktionsprinzip

Im Zyklus des Betriebes des Thyristors GTO werden vier Phasen unterschieden: Einschluss, leitfähiger Zustand, Abschalt- und Sperrzustand.

Im schematischen Abschnitt der Thyristorstruktur (Fig. 1, b) ist der untere Anschluß der Struktur anodisch. Die Anode kontaktiert die Schicht p. Anschließend folgt der Bodenschicht: eine Basisschicht n, eine Basisschicht p (mit einem Steuerelektrodenanschluss), eine Schicht n direkt in Kontakt mit dem Kathodenanschluss. Vier Schichten bilden drei pn-Übergänge: j1 zwischen den Schichten p und n; J2 zwischen den Schichten n und p; j3 zwischen den Schichten p und n.

Phase 1 - Einbeziehung. Der Übergang der Thyristorstruktur vom Sperrzustand zum leitenden Zustand (Einschluss) ist nur möglich, wenn eine Vorwärtsspannung zwischen der Anode und der Kathode angelegt wird. Die Übergänge j1 und j3 verschieben sich in Vorwärtsrichtung und stören nicht den Durchgang von Ladungsträgern. Alle Spannungen werden an den mittleren j2-Übergang angelegt, der in die entgegengesetzte Richtung verschoben wird. In der Nähe des j2-Übergangs wird eine durch die Ladungsträger abgereicherte Zone gebildet, die als Bereich der Massenladung bezeichnet wurde. Um den Thyristor GTO einzuschalten, wird eine Spannung mit positiver Polarität U G (Pin "+" zu Schicht p) an die Steuerelektrode und Kathode entlang der Steuerschaltung angelegt. Infolgedessen fließt der Strom des I G entlang der Schaltung.

Abschließbare Thyristoren erfordern strenge Anforderungen an die Steilheit des vorderen dIG / dt und die Amplitude des IGM-Steuerstroms. Durch den j3-Übergang beginnt neben dem Leckstrom der Schaltstrom I G zu fließen. Die Elektronen, die diesen Strom erzeugen, werden von Schicht n zu Schicht p injiziert. Als nächstes werden einige von ihnen durch das elektrische Feld des Basis-j2-Übergangs zu der Schicht n übertragen.

Gleichzeitig wird die Gegeneinspritzung von Löchern von der Schicht p in die Schicht n und weiter in die Schicht p gleichzeitig erhöht. Es wird eine Zunahme der von den Minderheitsträgern geschaffenen Strömung geben.

Der Gesamtstrom, der durch den Übergang der Basis j2 fließt, übersteigt den Strom, der Thyristor wird geöffnet, wonach die Ladungsträger frei durch alle vier seiner Bereiche hindurchtreten.

Phase 2 ist ein leitender Zustand. Bei der Strömungsart des Gleichstroms besteht kein Steuerstrom I G , wenn der Strom im Anodenkreis den Wert des Haltestroms übersteigt. Um jedoch in der Praxis sicherzustellen, dass alle Strukturen des abgeschalteten Thyristors ständig in einem leitenden Zustand sind, ist es weiterhin notwendig, den für die vorgegebene Temperaturregime vorgesehenen Strom zu halten. Somit erzeugt das Steuersystem einen Stromimpuls mit positiver Polarität während des Einschaltens und des leitenden Zustands.

Im leitenden Zustand sorgen alle Bereiche der Halbleiterstruktur für eine gleichmäßige Bewegung von Ladungsträgern (Elektronen von der Kathode zur Anode, Löcher in die entgegengesetzte Richtung). Durch die j1, j2-Übergänge fließt der Anodenstrom und j3 ist der Gesamtstrom der Anode und der Steuerelektrode.

Phase 3 - Abschaltung Um den Thyristor GTO mit der Spannung U T auszuschalten (siehe Fig. 3), wird eine Spannung mit negativer Polarität UGR an die Steuerelektrode und die Kathode entlang der Steuerschaltung angelegt. Es verursacht einen Aus-Strom, dessen Strömung zur Resorption der Hauptladungsträger (Löcher) in der Grundschicht p führt. Mit anderen Worten, es gibt eine Rekombination von Löchern, die in die Schicht p von der Basisschicht n eintreten, und Elektronen, die in dieselbe Schicht entlang der Steuerelektrode eintreten.

Da der Grundübergang j2 von ihnen freigegeben wird, beginnt der Thyristor zu verriegeln. Dieser Vorgang zeichnet sich durch eine deutliche Abnahme des Durchlassstroms I th des Thyristors in einem kurzen Zeitintervall auf einen kleinen Wert I TQT aus (siehe Abb. 2). Unmittelbar nach dem Verriegeln der Basis j2 j3 beginnt der j3-Übergang zu schließen, aber für einige Zeit aufgrund der in der Induktivität der Steuerschaltungen gespeicherten Energie befindet er sich in einem leicht geöffneten Zustand.

Die Graphen der Stromänderung der Anode (iT) und der Steuerelektrode (iG)

Abb. 2. Graphen der Stromänderung der Anode (iT) und der Steuerelektrode (iG)

Nachdem die in der Induktivität der Steuerschaltung gespeicherte Energie verbraucht ist, ist der Übergang von j3 von der Seite der Kathode vollständig verriegelt. Von nun an ist der Strom durch den Thyristor gleich dem Leckstrom, der von der Anode zur Kathode durch die Steuerelektrodenschaltung fließt.

Der Prozess der Rekombination und damit das Abschalten des verriegelbaren Thyristors hängt weitgehend von der Steilheit der Front dIGQ / dt und der Amplitude I GQ des Rückwärtsstroms ab. Um die notwendige Steilheit und Amplitude dieses Stromes zu gewährleisten, muss an die Steuerelektrode eine Spannung UG angelegt werden, die den für j3 zulässigen Wert nicht überschreiten darf.

Phase 4 - der Sperrzustand Im Sperrzustand bleibt die Spannung der negativen Polarität U GR von der Steuereinheit an der Steuerelektrode und der Kathode befestigt. Der Steuerstrom fließt den Gesamtstrom I GR , bestehend aus dem Leckstrom des Thyristors und dem Rücklaufstrom, der durch j3 fließt. Der j3-Übergang verschiebt sich in die entgegengesetzte Richtung. Somit werden in einem GTO-Thyristor in einem Vorwärtssperrzustand zwei Übergänge (j2 und j3) in die entgegengesetzte Richtung vorgespannt und es werden zwei Raumladungsbereiche gebildet.

Die ganze Zeit des Abschalt- und Blockierzustands-Steuersystems erzeugt einen Impuls mit negativer Polarität.

Schutzketten

Die Verwendung von Thyristoren GTO erfordert die Verwendung spezieller Schutzschaltungen. Sie erhöhen die Massenabmessungen, die Kosten des Umrichters, erfordern manchmal zusätzliche Kühlvorrichtungen, sind aber für das normale Funktionieren der Geräte notwendig.

Der Zweck jeder Schutzschaltung ist es, die Erhöhungsrate eines der beiden Parameter der elektrischen Energie beim Umschalten eines Halbleiterbauelements zu begrenzen. In diesem Fall sind die Kondensatoren der Schutzschaltung CB (Fig. 3) parallel mit der geschützten Vorrichtung T verbunden. Sie begrenzen die Anstiegsgeschwindigkeit der Gleichspannung dUT / dt, wenn der Thyristor ausgeschaltet wird.

LE-Drosseln sind in Serie mit dem Gerät T installiert. Sie begrenzen die Anstiegsgeschwindigkeit des Gleichstroms dIT / dt, wenn der Thyristor eingeschaltet ist. Die Werte von dUT / dt und dIТ / dt für jedes Gerät werden normalisiert, sie sind in den Handbüchern und den Passdaten für die Instrumente angegeben.

Schema der Schutzschaltung

Abb. 3. Schema der Schutzschaltung

Zusätzlich zu Kondensatoren und Drosseln werden zusätzliche Schaltungen in Schutzschaltungen verwendet, um die Entladung und Ladung von reaktiven Elementen zu gewährleisten. Dazu gehören: die Diode DB, die den Widerstand RB bei abgeschaltetem Thyristor T und dem Kondensator CB, den Widerstand RB, der den Entladestrom des Kondensators CB begrenzt, wenn der Thyristor T eingeschaltet wird, unterbricht.

Steuersystem

Das Steuersystem (CU) umfasst die folgenden Funktionsblöcke: eine Kontur, die aus einer Schaltung zur Erzeugung eines Gateimpulses und einer Signalquelle besteht, um den Thyristor in einem offenen Zustand zu halten; Sperrschaltung; Schaltkreis, der den Thyristor in einem geschlossenen Zustand hält.

Nicht alle Arten von CS benötigen alle aufgeführten Blöcke, aber die Konturen der Entstehung der Entsperrungs- und Sperrimpulse müssen jede SS enthalten. In diesem Fall ist eine galvanische Trennung des Steuerkreises und des Leistungsschaltkreises des abgeschalteten Thyristors erforderlich.

Um den Betrieb eines abgeschalteten Thyristors zu steuern, werden zwei Haupt-SSs verwendet, die sich in der Art der Signalzufuhr zur Steuerelektrode unterscheiden. In dem in Fig. 4 werden die von der Logikeinheit St erzeugten Signale galvanisch getrennt (Trennung von Potentialen) und werden dann über die Schalter SE und SA an die Steuerelektrode des abgeschalteten Thyristors T geführt. Im zweiten Fall wirken die Signale zuerst auf die Schalter SE (on) und SA (aus ), Die sich auf dem gleichen Potential befinden wie die SS, werden dann über die galvanischen Trennvorrichtungen UE und UA der Steuerelektrode zugeführt.

Abhängig von der Lage der Schlüssel unterscheiden SE und SA Niedrigpotential (NPSU) und Hochpotential (SSP, Abbildung 4) Steuersysteme.

Steuerkreis-Option

Abb. 4. Regelkreisvariante

Das Steuersystem der NPSU ist strukturell einfacher als die VPSU, aber ihre Fähigkeiten sind in Bezug auf die Erzeugung von Langzeit-Steuersignalen, die in dem durch den Gleichstrom-Thyristor fließenden Regime arbeiten, sowie bei der Sicherstellung der Steilheit der Steuerimpulse begrenzt. Um Langzeitsignale zu erzeugen, müssen wir teurere Zweitaktkreise verwenden.

In der VPSU werden die hohe Steilheit und die erhöhte Dauer des Steuersignals einfacher erreicht. Darüber hinaus wird hier das Steuersignal vollständig verwendet, während in der NPSU sein Wert durch die Potentialtrenneinrichtung (z. B. durch einen Impulstransformator) begrenzt wird.

Informationssignal - ein Befehl zum Ein- oder Ausschalten - wird üblicherweise über einen optoelektronischen Wandler dem Schaltkreis zugeführt.

GCT-Thyristoren

Mitte der 1990er Jahre entwickelten ABB und Mitsubishi einen neuen Typ des Gate Commutated Thyristors (GCT). Tatsächlich ist GCT eine weitere Verbesserung des GTO oder seine Modernisierung. Eine grundsätzlich neue Gestaltung der Steuerelektrode sowie spürbar unterschiedliche Prozesse, die bei ausgeschaltetem Gerät auftreten, machen es aber zweckmäßig, sie zu betrachten.

GCT wurde als Gerät ohne die für das GTO typischen Nachteile entworfen, also müssen Sie zuerst auf die Probleme aufhören, die bei der Arbeit von GTO auftreten.

Der Hauptnachteil von GTO ist die große Energieverluste in den Schutzschaltungen des Gerätes, wenn es umgeschaltet wird. Die Erhöhung der Frequenz erhöht die Verluste, so dass in der Praxis die Thyristoren GTO mit einer Frequenz von nicht mehr als 250-300 Hz geschaltet werden. Die Hauptverluste treten im Widerstand RB auf (siehe Fig. 3), wenn der Thyristor T ausgeschaltet wird und folglich die Entladung des Kondensators CB.

Der Kondensator CB ist so ausgelegt, dass er die Anstiegsgeschwindigkeit der Gleichspannung du / dt bei abgeschaltetem Gerät begrenzt. Indem der Thyristor nicht empfindlich auf den Du / DT-Effekt war, war es möglich, den im GCT-Design implementierten Dämpfungskreislauf (Schaltwegbildungskreis) aufzugeben.

Funktion der Kontrolle und Design

Das Hauptmerkmal der GCT-Thyristoren im Vergleich zu GTO-Geräten ist ein schnelles Abschalten, das sowohl durch die Änderung des Steuerungsprinzips als auch durch die Verbesserung der Konstruktion des Gerätes erreicht wird. Die schnelle Abschaltung erfolgt durch Drehen der Thyristorstruktur in eine Transistorstruktur, wenn das Gerät verriegelt ist, wodurch das Gerät nicht empfindlich auf den Du / DT-Effekt ist.

GCT in den Phasen des Einschaltens, der leitenden und blockierenden Zustände wird ebenso kontrolliert wie GTO. Wenn Sie die Steuerung ausschalten, hat GCT zwei Funktionen:

  • Der Steuerstrom Ig ist gleich oder übertrifft den Anodenstrom Ia (für Thyristoren GTO Ig weniger als 3 bis 5 mal);
  • Die Steuerelektrode weist eine geringe Induktivität auf, die es ermöglicht, eine dig / dt-Steuerstromerhöhungsrate von 3000 A / μs und mehr zu erreichen (für Digitalisierer GTO beträgt der dig / dt-Wert 30-40 A / μs).

Verteilung der Ströme in der Struktur des Thyristors GCT beim Abschalten

Abb. 5. Verteilung der Ströme in der Struktur des Thyristors GCT beim Abschalten

In Fig. 5 zeigt die Stromverteilung in der GCT-Thyristorstruktur, wenn das Gerät ausgeschaltet wird. Wie angedeutet, ist der Betätigungsvorgang ähnlich dem Einschluss der Thyristoren GTO. Der Shutdown-Prozess ist anders. Nachdem ein negativer Steuerimpuls (-Ig) gleicher Größe des Anodenstroms (Ia) angelegt wird, wird der gesamte durch die Vorrichtung hindurchgehende Vorwärtsstrom in das Steuersystem umgeleitet und erreicht die Kathode unter Umgehung des j3-Übergangs (zwischen den Bereichen p und n). Der j3-Übergang wird in die entgegengesetzte Richtung verschoben und der Kathoden-Transistor npn wird geschlossen. Ein weiteres Abschalten des GCT ist analog zum Ausschalten eines beliebigen Bipolartransistors, der keine externe Begrenzung der Anstiegsgeschwindigkeit der Durchlassspannung du / dt erfordert und somit das Fehlen einer Dämpfungskette ermöglicht.

Die Veränderung des Entwurfs von GCT ist darauf zurückzuführen, dass die dynamischen Prozesse, die während des Abschaltens im Gerät auftreten, ein bis zwei Aufträge schneller als im GTO ablaufen. Wenn also die minimale Abschaltzeit und der Sperrzustand für den GTO 100 μs beträgt, überschreitet dieser Wert für GCT 10 μs nicht. Die Erhöhung des Steuerstroms beim Abschalten des GCT beträgt 3000 A / μs, GTO - nicht mehr als 40 A / μs.

Um eine hohe Dynamik der Schaltvorgänge zu gewährleisten, wurde die Auslegung des Ausgangssignals der Steuerelektrode und der Anschluss des Gerätes mit dem Impulstreiber des Steuerungssystems geändert. Der Ausgang wird kreisförmig gemacht und umkreist das Gerät um den Umfang. Der Ring geht durch den keramischen Körper des Thyristors und berührt: innen mit den Zellen der Steuerelektrode; Außen - mit einer Platte, die die Steuerelektrode mit dem Pulsformer verbindet.

Nun werden die GTO-Thyristoren von mehreren großen Unternehmen aus Japan und Europa produziert: Toshiba, Hitachi, Mitsubishi, ABB, Eupec. Parameter der Geräte für Spannung UDRM: 2500 V, 4500 V, 6000 V; Aktueller ITGQM (maximaler Wiederholbarer abschließbarer Strom): 1000 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A, 4000 A, 6000 A.

GCT-Thyristoren werden von Mitsubishi und ABB hergestellt. Die Geräte sind für die Spannung UDRM bis 4500 V und den aktuellen ITGQM bis 4000 A ausgelegt.

Derzeit werden die Thyristoren GCT und GTO bei der russischen Firma JSC "Electrovypryamitel" (Saransk) beherrscht. Thyristoren der Baureihen TZ-243, TZ-253, TZ-273, ZTA-173, ZTA-193, ZTF-193 (ähnlich GCT ) Und andere mit einem Silizium-Wafer-Durchmesser von bis zu 125 mm und einem Spannungsbereich von UDRM 1200 - 6000 V und Strömen ITGQM 630 - 4000 A.

Parallel zu den verriegelbaren Thyristoren und zur Verwendung in Verbindung mit ihnen entwickelte und beherrschte die JSC "Electrovypryamitel" in Serie Fertigungsdifferenzdioden für Dämpfungs- (Snubber-) Schaltungen und Rückstromdioden sowie einen leistungsstarken Puls-Transistor für Endstufen des Fahrers der Steuerung (Steuerung).

Thyristoren IGCT

Dank des Konzeptes der starren Steuerung (Dünnregulierung von Legierungsprofilen, Meza-Technologie, Proton- und Elektronenbestrahlung zur Schaffung einer speziellen Verteilung von kontrollierten Rekombinationszentren, der Technologie von sogenannten transparenten oder dünnen Emittern, der Verwendung einer Pufferschicht im n-Basisbereich etc.) Beim Ausschalten. Die nächste große Leistung in der Technologie von starr kontrollierten GTO (HD GTO) in Bezug auf Instrumentierung, Steuerung und Anwendung war die Idee von gesteuerten Geräten auf Basis eines neuen "verriegelten Thyristors mit integrierter Steuereinheit (Treiber)" (englischer integrierter Gate-Commuted Thyristor (IGCT)) . Dank der harten Steuerungstechnik erhöht die gleichmäßige Umschaltung den sicheren Arbeitsbereich des IGCT auf die durch den Lawinendurchbruch begrenzten Grenzen, i. E. Zu den physikalischen Fähigkeiten von Silizium. Es sind keine Schutzschaltungen erforderlich, um du / dt zu überschreiten. Die Kombination mit verbesserten Leistungsverlusten ermöglichte es uns, neue Anwendungen im kHz-Bereich zu finden. Die für die Steuerung erforderliche Leistung wird im Vergleich zum Standard-GTO um den Faktor 5 reduziert, vor allem durch die transparente Gestaltung der Anode. Die neue IGCT-Familie von monolithischen integrierten Hochleistungsdioden wurde für den Einsatz im Bereich von 0,5 - 6 MW * A entwickelt. Mit der vorhandenen technischen Leistungsfähigkeit der seriellen und parallelen Verbindung erlauben IGCT-Geräte die Leistungssteigerung bis zu mehreren hundert Megavolten - Ampere.

Mit der integrierten Steuereinheit wird der Kathodenstrom reduziert, bevor die Anodenspannung zu erhöhen beginnt. Dies wird aufgrund der sehr geringen Induktivität der Steuerelektrodenschaltung erreicht, die durch die koaxiale Verbindung der Steuerelektrode in Kombination mit der Mehrschichtplatine der Steuereinheit realisiert wird. Dadurch konnte der Wert der Abschaltstromrate von 4 kA / μs erreicht werden. Mit einer Steuerspannung UGK = 20 V. Wenn der Kathodenstrom Null wird, geht der verbleibende Anodenstrom zur Steuereinheit, die zu diesem Zeitpunkt einen niedrigen Widerstand hat. Dadurch wird der Energieverbrauch der Steuereinheit minimiert.

Bei der "harten" Steuerung arbeitet der Thyristor, wenn er vom pnpn-Zustand in den pnp-Modus für 1 μs gesperrt ist. Die Abschaltung erfolgt vollständig im Transistor-Modus und eliminiert jegliche Möglichkeit, den Trigger-Effekt auszulösen.

Eine Verringerung der Dicke der Vorrichtung wird durch Verwendung einer Pufferschicht auf der Anodenseite erreicht. Die Pufferschicht von Leistungshalbleitern verbessert die Eigenschaften von herkömmlichen Elementen, indem sie ihre Dicke um 30% mit der gleichen direkten Durchbruchspannung verringert. Der Hauptvorteil von dünnen Elementen ist die Verbesserung der technologischen Eigenschaften bei niedrigen statischen und dynamischen Verlusten. Eine solche Pufferschicht in einem Vier-Schicht-Instrument erfordert die Beseitigung von Anoden-Kurzschlüssen, aber gleichzeitig wird die effektive Freisetzung von Elektronen während des Abschaltens beibehalten. In der neuen IGCT-Vorrichtung wird die Pufferschicht mit einem transparenten Anodensender kombiniert. Eine transparente Anode ist ein pn-Übergang mit einem stromgesteuerten Emitterwirkungsgrad.

Für maximale Störfestigkeit und Kompaktheit umgibt die Steuereinheit die IGCT und bildet eine einzige Struktur mit einem Kühler und enthält nur den Teil der Schaltung, der zur Steuerung des IGCT benötigt wird. Infolgedessen wird die Anzahl der Elemente der Steuereinheit reduziert, die Parameter der Wärmeableitung, elektrische und thermische Überlastungen werden reduziert. Daher werden auch die Kosten der Steuereinheit und die Ausfallrate deutlich reduziert. Der IGCT mit seinem integrierten Steuergerät lässt sich problemlos im Modul fixieren und über die Faser präzise an die Stromquelle und die Steuersignalquelle anschließen. Durch einfaches Öffnen der Feder wird IGCT dank des aufwändigen Klemmkontaktsystems mit einer korrekt ausgelegten Klemmkraft versorgt, die einen elektrischen und thermischen Kontakt erzeugt. So wird die maximale Montage und die höchste Zuverlässigkeit erreicht. Wenn IGCT ohne Snubber arbeitet, muss die Reverse Diode auch ohne Snubber arbeiten. Diese Anforderungen werden durch eine Hochleistungsdiode in einem Klemmgehäuse mit verbesserten Eigenschaften erfüllt, die mit dem Bestrahlungsprozess in Kombination mit klassischen Prozessen hergestellt werden. Die di / dt-Fähigkeiten werden durch den Betrieb der Diode bestimmt (siehe Abbildung 6).

Vereinfachte dreiphasige Wechselrichterschaltung für IGCT

Abb. 6. Vereinfachte dreiphasige Wechselrichterschaltung für IGCT

Der Haupthersteller der IGCT Firma "ABB" Parameter der Thyristoren für Spannung U DRM : 4500 V, 6000 V; Die aktuelle ITGQM: 3000 A, 4000 A.

Schlussfolgerung

Die schnelle Entwicklung der Leistungstransistor-Technologie in den frühen 1990er Jahren führte zur Entstehung einer neuen Klasse von Geräten - IGBTs - Insulated Gate Bipolar Transistoren. Die Hauptvorteile von IGBT sind hohe Betriebsfrequenz, Effizienz, Einfachheit und Kompaktheit der Regelkreise (wegen geringem Steuerstrom).

Das Aussehen in den letzten Jahren des IGBT mit einer Betriebsspannung von bis zu 4500 V und die Möglichkeit, Ströme auf 1800 A zu pendeln, führte zur Verschiebung von eingesperrten Thyristoren (GTO) bei Geräten bis 1 MW und einer Spannung von bis zu 3,5 kV.

Die neuen IGCTs, die in der Lage sind, bei Schaltfrequenzen von 500 Hz bis 2 kHz zu arbeiten und höhere Parameter als IGBT-Transistoren zu haben, kombinieren eine optimale Kombination von bewährten Thyristortechnologien mit ihren inhärenten geringen Verlusten und einer kraftlosen, hocheffizienten Abschalttechnologie Steuerelektrode Die IGCT ist heute die ideale Lösung für Anwendungen im Bereich der Leistungselektronik von Mittel- und Hochspannung.

Eigenschaften der modernen leistungsstarken Leistungsschalter mit zweiseitiger Wärmeableitung sind in Tabelle angegeben. 1

Tabelle 1. Eigenschaften moderner leistungsstarker Leistungsschalter mit zweiseitigem Kühlkörper

Gerätetyp Vorteile Nachteile Anwendungen
Traditioneller Thyristor (SCR) Niedrigste Verluste im eingeschalteten Zustand. Die höchste Überlastfähigkeit. Hohe Zuverlässigkeit. Einfache Verbindung parallel und in Serie. Nicht in der Lage, die Steuerelektrode zu verriegeln. Niedrige Betriebsfrequenz. DC-Antrieb; Leistungsstarke Stromversorgungen; Schweißen; Schmelzen und Erhitzen; Statische Kompensatoren; Wechselstromschalter
GTO Fähigkeit zur kontrollierbaren Verriegelung Relativ hohe Überlastfähigkeit. Möglichkeit der seriellen Verbindung. Betriebsfrequenzen bis 250 Hz bei einer Spannung von bis zu 4 kV. Hoher Verlust im Ein-Zustand. Sehr große Verluste in der Steuerung. Komplexe Steuerungssysteme und Stromversorgung für das Potenzial. Großer Verlust beim Umschalten Der elektrische Antrieb; Statische Kompensatoren, Blindleistung; Unterbrechungsfreie Stromversorgung, Induktionserwärmung
IGCT Fähigkeit zur kontrollierbaren Verriegelung Die Überlastfähigkeit ist die gleiche wie die des GTO. Niedrige Verluste im Ein-Zustand zum Umschalten. Die Betriebsfrequenz ist bis zu Einheiten, kHz. Eingebaute Steuereinheit (Fahrer). Möglichkeit der seriellen Verbindung. Nicht erkannt wegen fehlender Betriebserfahrung Leistungsstarke Stromversorgungen (Wechselrichter- und Gleichrichterunterstationen von DC-Übertragungsleitungen); Elektrischer Antrieb (Wechselrichter für Frequenzumrichter und elektrische Antriebe für verschiedene Zwecke)
IGBT Fähigkeit zur kontrollierbaren Verriegelung Die höchste Betriebsfrequenz (bis zu 10 kHz). Einfache Nicht-Energie-Management-System. Eingebauter Fahrer Sehr hohe Verluste im Ein-Zustand. Elektrischer Antrieb (Chopper); Unterbrechungsfreie Stromversorgungssysteme; Statische Kompensatoren und aktive Filter; Schlüsselstromversorgungen