Критическая скорость нарастания тока при включении.

Ограниченная способность тиристора выдерживать нарастание тока при включении связана с тем, что при подаче управляющего импульса включение происходит не одновременно по всей площади структуры, а вначале включается часть структуры вблизи границы управляющего электрода. Процесс распространения проводящей зоны, начавшийся вблизи управляющего электрода, идет со скоростью . При этом происходит локальный нагрев области первоначального включения, что при превышении определенной скорости нарастания тока может привести к выходу тиристора из строя.

На рис. 4.31, а показан процесс изменения анодного тока и напряжения тиристора на интервале включения. Если ток увеличивается существенно быстрее, чем растет площадь S включающейся области структуры (рис. 4.31, б), то плотность тока j во включающейся части структуры резко возрастает (рис. 4.31, в) и может достичь едийиц и десятков тысяч ампер на квадратный сантиметр.

Рис. 4.31. К пояснению эффекта а — зависимость анодных напряжения и тока от времени при отпирании тиристора; б — зависимость площади S включающейся области структуры от времени; в — зависимость плотности тока j во включенной части структуры от времени; г — зависимость мощности потерь в структуре от времени; д — зависимость повышения температуры структуры от времени на интервале включения

Максимальное значение мощность потерь достигает при этом десятков киловатт (рис. 4.31, г), а максимальное значение температуры

нагрева начальной включенной области может превышать исходное значение на сотни градусов (рис. 4.31, д).

Повреждение тиристора при высоких скоростях нарастания тока может быть по двум причинам.

Во-первых, при чрезмерной температуре нагрева начально включенной области структуры (свыше 500° С) температурная зависимость сопротивления в этой области становится отрицательной и возможно стягивание (шнурование) анодного тока. При этом на небольшой части начально включенной структуры выделяется значительная мощность. Это приводит к дальнейшему локальному нагреву начально включенной области и т. д. В пределе температура начально включенной области тиристора достигает температуры плавления кремния, и тиристор выходит из строя.

Во-вторых, резкое повышение температуры начально включенной области тиристора приводит к возникновению механических напряжений из-за линейного расширения этой области. Механические напряжения могут достигать таких значений, что структура начнет разрушаться (появляются микротрещины).

Такое явление наблюдается и при скоростях нарастания тока, меньших тех, которые обусловливают повреждение СПП в первом случае.

При многократном включении с возникновением микротрещин структура постепенно деградирует, и тиристор в конце концов выходит из строя.

Из-за эффекта скорость нарастания тока в тиристорах ограничивается некоторым допустимым значением, которое для разных типов тиристоров различно.

Допустимая (критическая) для каждого типа тиристора скорость нарастания тока задается в информационных материалах и соответствует температуре , определенному значению анодного напряжения при включении тиристора, определенному значению анодного тока и определенным параметрам импульсов управления.

Критическая скорость нарастания тока при включении определяется как наибольшее значение скорости нарастания тока при включении, которое тиристор может выдерживать без повреждения при работе в оговоренных условиях.

В информационных материалах для каждого типа тиристора указывается одно из следующих гарантируемых значений 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250 и ,

При выборе тиристора должно выполняться условие

где — критическая скорость нарастания тока при включении, определяемая по информационным материалам для условий работы тиристора в ПУ, при которых она имеет наименьшее значение; наибольшее возможное значение скорости нарастания тока в схеме ПУ в месте включения тиристора.

Следует иметь в виду, что значения параметров управляющего импульса должны быть не меньше тех, при которых в информационных материалах задано .

Если условие (4.90) не выполняется, то значение следует ограничить за счет увеличения индуктивности внешнего контура (см. гл. 5).