книги / Силовые полупроводниковые приборы

О.Г.Чебовский, Л.Г.Моисеев,Р П.Недошивин

СИЛОВЫЕ

ПОЛУ­

ПРОВОДНИКОВЫЕ

ПРИБОРЫ

СПРАВОЧНИК

Второе издание, переработанное и дополненное

Scan Pirat

МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1985

ББК 32.852 4-34

УДК 621.382.2/.3/035.5)

Р е ц е н з е н т : канд. техн. наук Ю. А. Чесноков

Чебовский О. Г. и др.

4-34 Силовые полупроводниковые приборы: Справочник/О. Г. Чебовский, Л. Г. Моисеев, Р. П. Не- дошивин,—2-е изд., перераб. и доп.—М.: Энергоатомиздат, 1985,—400 с., ил.

В пер. 1 р. 60 к. 60000 экз.

Описаны принцип работы и конструкция отечественных серийно выпускаемых силовых полупроводниковых приборов и охладителей к ним. Приведены параметры и характеристики приборов и охла­ дителей, методы расчета рабочих и аварийных режимов в зависи­ мости от условий применения, рекомендации по групповому при­ менению. Первое издание вышло в 1975 г.

Для инженерно-технических работников, занятых применением

ОЛЕГ ГЕОРГИЕВИЧ ЧЕБОВСКИЙ ЛЕВ ГЕННАДЬЕВИЧ МОИСЕЕВ РОБЕРТ ПАВЛОВИЧ НЕДОШИВИН

СИЛОВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

С П Р А В О Ч Н И К

Редактор В. А. Злобин

Редактор издательства И. В. Антик

Художественные редакторы В. А. Гозак-Хозак, Ю. В. Созанская

Технический редактор Г. С. Соловьева

Корректор М. Г. Гулина

ИБ № 36

Энергоатомиздат, 113114, Москва, М-114, Шлюзовая н аб, 10

Ордена Октябрьской Революции, ордена Трудового Красного Знамени Ленинградское производственно-техническое объединение «Печатный Двор» имени А. М. Горького Союзполиграфпрома при Государственном комитете

СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли, 197136, Ленин­ град, П-136, Чкаловский пр., 15.

© Энергоатомиздат, 1985

П Р Е Д И С Л О В И Е

За последнее десятилетие силовые полупроводниковые приборы нашли применение во многих областях промышленности, ранее не использовавших достижения силовой полупроводниковой техники. Так, резко возросла потребность в мощных высоковольтных ти­ ристорах для выпрямительно-инверторных подстанций линий электро­ передачи постоянного тока, все большее применение силовые полупроводниковые приборы находят в тяговых установках электроподвижного состава, электроприводах, электрохимии, мощных ра­ диопередающих устройствах и др. Прогрессирующее развитие си­ ловой полупроводниковой техники обусловливает повышенный интерес к этой области широкого круга специалистов самых разнообразных отраслей промышленности.

В период, прошедший со времени издания справочника «Силовые полупроводниковые приборы» (1975 г.), разработан и освоен в промы-

. шлейном производстве ряд новых приборе», которые по основным па­ раметрам и характеристикам превосходят ранее выпускавшиеся при­ боры, находятся на уровне лучших зарубежных аналогов, а в ряде случаев имеют более высокие показатели.

Наряду с этим совершенствование технологических процессов, применение новых материалов, конструктивная доработка элементов позволили существенно улучшить качество серийно выпускаемых при­ боров. В частности, применение специально разработанных новых ма­ рок кремния дало возможность получать полупроводниковые струк­ туры более высоких классов, совершенствование механической обра­ ботки кремния —уменьшить электрические и тепловые потери, замена паяной конструкции на прижимную —значительно повысить цикло­ стойкость приборов и т. д.

Параллельно была проведена работа по созданию новых высо­ коэффективных охладителей на основе экструзионного профиля и рас­ ширению их номенклатуры, в результате чего охладители были выде­ лены в самостоятельные изделия.

С 1978 г. введен в действие ряд стандартов СЭВ и разрабо­ танных на их основе государственных стандартов, в соответствии с которыми изменилось обозначение типов и введена новая система параметров и буквенных обозначений.

Перечисленные обстоятельства привели к идее о необходимости переиздания справочника «Силовые полупроводниковые приборы». При переработке в него введены справочные данные по новым прибо­ рам, приведены уточненные данные о параметрах доработанных се­ рийно выпускаемых приборов, в отдельной главе представлены спра­

3

В В Е Д Е Н И Е

В настоящее время в эксплуатации находится большое количество самых разнообразных видов и типов силовых полупроводниковых "Приборов. При этом каждый полупроводниковый прибор характери­ зуется целым рядом параметров, каждый из которых, в свою очередь, определяется несколькими зависимостями от других параметров и от различных условий работы. Естественно, что подробное описание ха­ рактеристик каждого прибора привело бы к непомерному возрастанию объема справочника. Наряду с этим некоторые общие особенности ус­ ловий работы силовых полупроводниковых приборов, их параметров и характеристик дают возможность обобщить отдельные данные

сцелью сокращения объема справочника.

Втаблицах предельно допустимых значений параметров приборов указывается диапазон повторяющихся напряжений для каждого типа приборов. При этом внутри диапазона деление на классы по значе­

ниям повторяющегося напряжения производится в соответствии с табл. 1.4 (§ 1.1) Значения неповторяющегося напряжения, соответ­ ствующие определенным классам, должны быть вычислены как 1,16 повторяющегося напряжения, значение рабочего напряжения —как 0,8 и значения постоянного напряжения —как 0,7 повторяющегося напря­ жения. Аналогично в таблицах параметров многих приборов приве­ дены диапазоны значений таких параметров, как время включения и выключения, критическая скорость нарастания тока в открытом со­ стоянии и напряжения в закрытом состоянии и др. При этом внутри диапазона деление на группы производится в соответствии с таблица­ ми § 1.1.

Всправочных данных отдельные параметры указываются в отно­ сительных единицах. За базовые значения в этих случаях принимаются значения параметров, указанных в таблицах предельно допустимых значений и характеристик для каждого типа прибора.

Контрольные точки измерения импульсного прямого напряжения (импульсного напряжения в открытом состоянии) и температуры кор­ пуса указаны на рисунках габаритных размеров приборов. При этом для приборов штыревого исполнения контрольные точки измерения импульсного прямого напряжения (напряжения в открытом состоянии) обозначены ml, а температуры корпуса —m2. Для таблеточных прибо­ ров эти контрольные точки расположены на основаниях на окружно­ сти 5—10 мм относительно оси прибора.

Вотдельных столбцах таблиц справочника приводится несколько значений одного параметра. При этом порядок указания значений со­ ответствует порядку указания типов приборов в заголовке столбца.

5

ЧАСТЬ ПЕ Р В АЯ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Р А З Д Е Л 1

КЛАССИФИКАЦИЯ И СИСТЕМА ОБОЗНАЧЕНИЙ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

1.1 КЛАССИФИКАЦИЯ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

К силовым полупроводниковым приборам относятся диоды, триодные тиристоры, непроводящие в обратном направлении (в даль­ нейшем тиристоры), тиристоры, проводящие в обратном направлении, и симметричные тиристоры на максимально допустимые средние или действующие токи 10 А и более или максимально допустимые им­ пульсные токи 100 А и более, стабилитроны и симметричные стабили­ троны с максимально допустимым значением рассеиваемой мощности 15 Вт и более, ограничители напряжения и симметричные ограничите­ ли 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 то­ ка различных силовых установок.

По принципу действия силовые полупроводниковые приборы де­ лятся 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 пря­ мого тока, тиристоры —по значениям максимально допустимого пря­ мого тока в открытом состоянии, симметричные тиристоры —по зна­ чениям максимально допустимого действующего тока в открытом состоянии, стабилитроны —по значениям максимально допустимой мощности рассеяния, ограничители напряжения —по значениям мак­ симально допустимой рассеиваемой энергии.

Приборы одного типа подразделяются на классы: диоды —по значениям повторяющегося импульсного обратного напряжения, тири­ сторы —по значениям повторяющегося импульсного обратного напря­ жения и'повторяющегося импульсного напряжения в закрытом состоя­ нии, тиристоры, проводящие в обратном направлении, и симме­ тричные тиристоры —по значениям повторяющегося напряжения в закрытом состоянии, стабилитроны —по значениям напряжения ста­ билизации, ограничители напряжения —по значениям напряжения ла­ винного пробоя.

7

Кроме того, виды диодов и тиристоров подразделяются на под­ виды в зависимости от коммутационных параметров, ч

Для диодов:

а) диод —время обратного восстановления не нормируется; б) быстровосстанавливающийся диод —время обратного восста­

новления равно или менее нормы *. Для тиристоров:

а) тиристор —время включения и время выключения не норми­ руется;

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 вы­ ключения равно или менее нормы.

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

тиристор, управляемый с помощью внешнего светового сигна­ ла,—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 ра­

кам и по полярности, о чем подробнее сказано в следующем. параграфе.

1.2.СИСТЕМА ОБОЗНАЧЕНИЙ И МАРКИРОВКА

В1980 г. введен в действие стандарт [1], регламентирующий поря­ док обозначения типов приборов в зависимости от их вида, конструк­ тивного исполнения, размеров и т. д. До его введения приборы обо­

значались по порядковому номеру разработки (конструктивного исполнения). Например, по мере разработки новых конструктивных ис­ полнений диодов их обозначения изменялись: В, В2, ВЗ,..., В12. Такой же порядок обозначения был для тиристоров, симметричных тиристо­ ров и др.

Стандарт регламентирует однозначное обозначение вида прибора в зависимости от его отличительных признаков, конструктивного ис­ полнения, размеров и др.

Необходимо заметить, что новая система обозначений распро-

1 Под «нормой» подразумевается граничное значение коммутационного параметра, установленное в стандарте или технических условиях на конкрет­ ный тип прибора.

8

страняется на приборы, выпускаемые по упомянутому стандарту, являющиеся наиболее перспективными, серийный выпуск которых бу­ дет продолжаться в течение нескольких десятков лет и которые разработайы взамен устаревших неконкурентоспособных изделий. Наряду с такими приборами промышленностью в течение ряда лет будут вы­ пускаться приборы, применяемые в данный период в больших количе­ ствах и пользующиеся большим спросом (например, В200, Т160, Т2-320 и др.). Для таких приборов система обозначений остается прежней, а в справочных данных сведения о них даны с примечанием «В новых разработках не применять».

В целях облегчения понимания различных систем новая система обозначения раскрывается ниже в сравнении с прежней.

Обозначения приборов по видам

в следующем порядке (подвиды):

а) для тиристоров, управляемых с помощью внешнего светового сигнала, к обозначению вида прибора после буквы Т добавляется бук­ ва Ф, а к слову «тиристор» —приставка «фото»;

б) для тиристоров, управляемых с помощью внутреннего светово­ го сигнала от светоизлучающего диода при воздействии внешнего элект­

в) для тиристоров, проводящих в обратном направлении, допу­ скающих работу в обратном направлении в качестве диода, в обозна­ чении вида прибора буква П заменяется на Д, при этом прибор дол­ жен называться «тиристор-диод»;

г) для диодов (тиристоров), имеющих лавинные вольт-амперные характеристики, к обозначению вида прибора после буквы Д (или Т) добавляется буква Л, а к названию —слово «лавинный».

Для приборов с установленной границей некоторых коммута­ ционных параметров к обозначению вида прибора добавляется:

буква Ч для диодов с нормируемым значением времени обратного восстановления; при этом к названию вида добавляется слово «быстровосстанавливающийся»;

буква Ч для тиристоров с нормируемым значением времени вы­ ключения; при этом к названию вида добавляется слово «быстровыключающийся»;

9

буква И для тиристоров с нормируемым значением времени включения; при этом к названию вида добавляется слово «быстровключающийся»;

буква Б для тиристоров с нормируемыми значениями времени включения и выключения; при этом к названию вида добавляется слово «быстродействующий».

Если по прежней системе обозначений после обозначения вида прибора следовали цифры (или их не было вообще), означающие но­ мер конструктивного исполнения, присваиваемого в порядке возраста­ ния по мере разработки новых приборов, то сейчас введено новое обо­ значение, характеризующее вид конструкции прибора. Оно должно состоять из трех знаков: первый знак —порядковый номер модифика­ ции, указанный в стандартах и технических условиях на отдельные типы приборов (обычно это цифры 1, 2 или 3, указывающие на то, что в одном и том же корпусе прибора смонтированы выпрямительные элементы различного диаметра); второй знак —цифра в соответствии с табл. 1.1 в зависимости от размера шестигранника под ключ для

П р и м е ч а н и е . При разработке приборов с большим размером шести­ гранника под ключ или с большим диаметром таблетки первый знак устанавливается в соответствии со стандартами или техническими условиями иа эти типы приборов.

штыревых приборов и диаметра корпуса для таблеточных приборов; третий знак —цифра в соответствии с табл. 1.2 в зависимости от кон­ структивного исполнения корпуса прибора.

После обозначения вида конструкции прибора должна быть ци­ фра, означающая:

максимально допустимый средний прямой ток для диодов, макси­ мально допустимый средний ток в открытом состоянии для тиристо­ ров, максимально допустимый импульсный ток для быстровключающихся (импульсных) тиристоров, максимально допустимый дейст­ вующий ток в открытом состоянии для симметричных тиристоров;

максимально допустимую рассеиваемую мощность стабилитро­

нов;

10