Мощные фототиристоры с прямым управлением светом способны составить эффективную конкуренцию прочим силовым полупроводниковым приборам. LTT (Light Triggered Thyristor) эффективно решить самые сложные задачи в электроэнергетике. Они используются в конструкциях энергосберегающих преобразователей, предназначенных для функционирования в сетях электропередач постоянного тока. Применяются в качестве ключей высокого напряжения импульсного назначения. Используются в компенсаторах реактивной мощности и в конструкции импульсной техники.
Функциональные преимущества фототиристоров
- Прямое управление световыми импульсами.
- Группы приборов включаются с высокой точностью по времени.
- Помехоустойчивость.
- Управляющая схема и силовая цепь связана гальванической развязкой.
- Не требуется проводить частые профилактические работы и ТО.
- Простое и безопасное обслуживание.
Особенность конструкции
В конструкции фототиристора в качестве вывода управления используется оптический ввод, к которому подключается оптический интерфейсный кабель. В комплект с фототиристором входит лазерный диод (длина волны = 0,88 – 1,05мкм, мощностью до 300мВт). Предназначение лазерного диода в конструкции – преобразование электросигнала от управляющего драйвера в световой импульс, повторяющий аналогичный электрический импульс.
Рис. №1. Внешний вид фоторизистора ТФИ193-2500-42
Защита фототиристора
Фототиристор оборудован функцией защиты от пробоя, она интегрирована (встроена) в корпус устройства.
Рис. №2 Четырехслойная структура с элементом самозащиты от пробоя при перенапряжении.
Принцип работы защиты фототиристора в том, что при осуществлении коммутационных действий, возникающих в связи с несанкционированными или критическими действиями.
Неконтролируемый процесс токового шунтирования в многослойной структуре устройства – прерывается, а тепловое разрушение, которое было бы неизбежным, предотвращается. Защита представляет собой область в кристалле, лавинный пробой в которой обладает пониженным напряжением. Ток появившийся в этой структуре непосредственно воздействует на управление тиристором и вызывает его полное отпирание. После прекращения действия, структура восстанавливается и происходит запирание тиристора.
Рис. №3. Сечение области выпрямительного элемента p-n-p-n структуры фототиристора с эквивалентной интегральной схемой, построенной на дискретных элементах. Резисторы Rш2 Rш3 Rш4 выполняют шунтирование участков n-эмиттерных переходов .
Достоинства фототиристора
- высокий КПД;
- продолжительная устойчивость к неоднократным токовым перегрузкам;
- стойкость к электромагнитным помехам;
- оптимизация параметров к последовательному соединению фототиристоров в объединенных сборках.
Рис. №4. Основные параметры и функциональные характеристики фототиристоров.
Фототиристор обладающей функцией защиты и благодаря оптическому управлению, сочетающемуся с превосходными коммутационными характеристиками, стал важным звеном среди многих компонентов для мощного электрооборудования, где необходимо преобразовывать электрическую энергию в диапазонах мега и гигаватт мощностей.
Применение фототиристоров
Фототиристоры нашли применение в конструкции унифицированного модуля тиристорного ключа. Это такой прибор, как ТФ193-2500. Он используется в качестве базового элемента преобразователя для электроэнергетики. Его с успехом применяют для конструкции вентилей высоковольтных преобразователей.
Рис. № 5. Внешний вид модуля тиристорного ключа с использованием фототиристоров ТФ193-2500
Другое перспективное направление развитие использования фототиристоров – это конструкции твердотельных ключей. Преобладающим направлением для них является применение импульсных фототиристоров. Они способны управлять сверхбольшими мощностями в сверхмалых временных диапазонах. Область применения подобных ключей довольно широка – это аппаратура, служащая для питания мощной лазерной техники. Они используются для построения схем, создающих сверхмощные электромагнитные поля.
Специальные блоки коммутаторов для емкостных накопителей энергии, рассчитанные на импульсные токи амплитудой 100 кА и напряжение 12 кВ разработаны на базе импульсных фототиристоров ТФИ193 – 2500.
Рис. №6. Блок коммутаторов БК6ТФИ – 100000 – 12,0 изготовленный на базе импульсных фототиристоров ТФИ-193-2500
Конструкция блока содержит 12 последовательно соединенных в две группы схему в полумост со средним силовым выводом.
Рис. №7. Основные характеристики высоковольтных импульсных фототиристоров
Принцип работы фототиристора
Действие фототиристора начинается с подачи к светочувствительной кремниевой структуре тиристора от полупроводникового инжекционного лазерного диода через специальные фотоокна импульса ИК-диапазона (длина волны 980 нм). Импульс передается по оптоволоконному кабелю. Длина кабеля колеблется от 0,5 до 30 м. По желанию заказчика кабель может иметь большее расстояние.
Использование фототиристоров с защитными компонентами, предохраняющими устройство от перенапряжений, с высокими скоростями нарастания анодного напряжения выводит их на новый более перспективный уровень, связанный с преобразованием и передачей электроэнергии.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта Электронщик, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Делитесь информацией в соцсетях, ставьте лайки, если вам понравилось - это поможет развитию канала
