Мощни IGBT и тиристори в дискретно и модулно изпълнение за електроенергетиката

Съществуващата от няколко десетилетия тенденция в силовата електроника за замяна на мощните механични комутационни и вакуумни прибори с полупроводникови продължава с непрекъснатото създаване на нови разновидности за все по-големи работни напрежения и максимални токове и по-малки загуби на енергия. Резултатът е наличието на пазара на прибори за управление на товари с мощност над 1 MW, както и на модули с максимално постоянно напрежение, приближаващо 1000 kV. С най-голямо приложение засега са биполярните транзистори с изолиран гейт, известни със съкращението си IGBT, и тиристорите. В статията се разглеждат особеностите и параметрите на тези два вида прибори, съвременните им дискретни разновидности и видовете модули с тях, като за всеки се дават областите на приложение.

IGBT прибори

Особености и параметри. Основни сведения за устройството, действието и параметрите на IGBT са дадени в статията “Мощни полупроводникови прибори в електроенергетиката”, публикувана в бр. 2/2012 г. на списание Енерджи ревю, където са споменати и най-важните им предимства и недостатъци.

Двете им символични означения са на фиг. 1а, като С, G и Е са съответно колекторът, гейтът и емитерът. За предпазване на приборите от подаване на отрицателни напрежения VCE на С спрямо Е често между двата електрода се свързва диод (фиг.1б) с наименование free-wheeling diode, който се отпушва при прилагането им. При прилагане на VCE>0 и нулево напрежение гейт-емитер VGE транзисторът е запушен (Forward-Blocking Mode), от С към Е протича малкият ток (Collector Cut-Off Current) ICES и в този режим максимално допустимото му напрежение VCES се означава като Collector-Emitter Voltage. За отпушването (Conduction Mode) e необходимо положително VGE над напрежението на отпушване (G-E Threshold Voltage) VGE(TH) и едновременно с това VCE да надхвърли праговото напрежение (Threshold Voltage) VTO, което типично е около 0,7 V.

Това се вижда от семейството изходни характеристики на IGBT (фиг. 2), което показва, че при достатъчно малки VCE транзисторът работи в областта на насищане и поведението му е на затворен ключ. Напрежението VGE(TH) на даден екземпляр IGBT не е неизменно, а нараства с колекторния ток IC, т. е. за отпушване при по-голям ток е необходимо по-голямо VGE. Същевременно то нараства и с температурата на кристала на транзистора, като двете зависимости се дават в каталозите като графики.

Напрежението на насищане (Collector to Emitter Saturation Voltage) VCE(SAT), VCE(sat) или Vce(on) нараства практически линейно с IC, а като параметър в каталозите се дава стойността му при определен ток. При малки IC напрежението практически не зависи от температурата, но значителните токове водят до нарастването му (в каталозите има съответните графики). Съществен параметър е максималният колекторен ток с три различни стойности - постоянен IC25 при температура ТС на корпуса 25 °С, също постоянен при повишена температура (най-често при 100 °С и 110 °С с означения съответно IC100 и IC110) с по-малка стойност и импулсен ICM за определена продължителност на импулсите (в зависимост от производителя, например 1 ms) и TC=25 °С. Последният е няколко пъти по-голям от IC25.

Както при всички полупроводникови прибори, върху IGBT под формата на топлина се разсейва постояннотокова мощност PD=VCEIC, чиято максимална стойност в каталозите обикновено се дава при фиксирана температура, например ТС=25 °С. Определянето й при по-високи температури се прави чрез класическия израз PDmax=(TJmax-TC)/RqJC, където TJmax е максималната температура на кристала на IGBT и RqJC e температурното съпротивление кристал-корпус. За да не се повреди IGBT от прегряване, необходимо е при свързването му към постояннотоков товар (работа с постоянни VCE и IC) токът да не надхвърля максимално допустимия и едновременно с това разсейваната мощност да е до PDmax.

Тези две ограничения се отчитат в известната от много други полупроводникови прибори зависимост ID(VCE), дадена с идеалната графика на фиг. 3а. Тя е за конкретен IGBT и показва максимално допустим постоянен ток 5,5 А в сила до VCE=12 V, което означава PDmax=12 V x 5,5 A = 66 W. За моментите на включване на индуктивен товар е в сила областта на безопасна работа за право свързване (Forward Biased Safe Operating Area) FBSOA, пример за която са останалите криви на фиг. 3а. Вижда се, че те са при различни стойности на продължителността на единичен включващ импулс. Независимо от него, максималният ток е един и той е величината ICM (в случая 18 А). Освен това колкото импулсите са по-къси, толкова до по-голямо VCE може да се осигури ICM, но след него той намалява - например при 50 us стойността на ICM се запазва до VCЕ = 320 V. Кривите са в сила за TC=25 °С и линейно се преместват надолу (IC и VCE намаляват) с увеличаването й.

По време на преходния процес на изключване на IGBT чрез подаване на нулево или отрицателно VGE от значение е областта на безопасна работа за обратно свързване (Reverse Biased Safe Operating Area) RBSOA. Точният й вид е на фиг. 3б, но най-често в каталозите се дава само частта й, започвайки от някакво напрежение VCE от хоризонталния участък. В конкретния случай тя показва, че до VCE = 500 V токът IC е 18 А и намалява на 5 А при максимално допустимото VCE = 600 V. Важно е да се прибави, че при много IGBT стойността на IC се запазва до максималното VCE, което е известно като правоъгълна RBSOA (square RBSOA). Вертикалният участък на FBSOA и RBSOA показва стойността на VCES, а самата графика е в сила при фиксирани VCE и IC.

Типичният начин на работа на IGBT с непрекъснато включване и изключване на товара им (най-вече при управляването на електродвигатели) създава предпоставки за нежелани краткотрайни къси съединения. Избягването на повреда по време на тях се осигурява чрез стойности на VCE и IC в областта на безопасна работа при късо съединение (Short-Circuit Safe Operating Area) SCSOA, което реално се осъществява като по време на задействането на защитата токът IC не трябва да надхвърля определена стойност.

Независимо от принципното предимство на IGBT за осигуряване на сравнително малка PD, нейните стойности могат да бъдат значителни. Това налага подходящо охлаждане и изисква съобразяване с топлинните съпротивления корпус-радиатор (Case-to-Sink) RqCS и радиатор-околна среда (Sink-to-Ambient) RqSA. Те се използват както при другите полупроводникови прибори. Масово разпространеното управление на IGBT с правоъгълни импулси налага вместо RqJC да се използва топлинният импеданс (Junction-to-Case Thermal Impedance) ZqJC (или Zthjc), който зависи от коефициента на запълване на импулсите и се определя от графики. Пример за тях е даден на фиг. 4, като по абсцисата е продължителността на импулсите в секунди и най-долната крива е за единичен импулс.

За описание на работата на IGBT при управление с правоъгълни импулси се използват импулсните характеристики (Switching Characteristics), които като неписано правило са при индуктивен товар в колектора и промяна на VGS между 0 V и фиксирана негова положителна стойност VGG+. Видът им в общ случай е показан на фиг. 5, където VCE и IC са отбелязани съответно с VCC и Io, а наименованията на времената са: време на включване (Turn-On Delay Time) td(on), продължителност на предния фронт на колекторния ток (Rise Time) tr или tri, време на изключване (Turn-Off Delay Time) td(off) и продължителност на задния фронт на колекторния ток (Fall Time) tf или tfi. Те се дават като параметри в каталозите при фиксирана стойност на IC и нарастват с неговото увеличаване и с ТС. За последните зависимости в някои каталози има графики. Стойностите на четирите времена определят максималната честота на управляващите импулси (Switching Frequency) fsw, до която IGBT може да работи.

Нейните типични стойности са между няколко kHz и 150 kHz и в зависимост от нея производителите поставят различни наименования на IGBT, например нискочестотни c fsw до 15 kHz, средночестотни за fsw=15-40 kHz и високочестотни c fsw>40 kHz.

Изменението на VCE и IC по време на tr и tf води до енергийни загуби, т. е. до увеличаване на разсейваната мощност над тази в статичен режим. Оценката им се прави чрез параметрите загуба на енергия при включване (Turn-On Switching Loss) Eon и загуба на енергия при изключване (Turn-Off Switching Loss) Eoff. Първата се определя от началото на протичане на IC до получаването на VCE=0 (за да се изключи загубата на енергия върху отпушения IGBT), а втората е от началото на нарастване на VCE до нулирането на IC.

В документацията стойностите на двете загуби се дават при фиксирани TC (обикновено 25 °С и 125 °С), VCE (обикновено равно на 0,5 VCES) и IC (най-често максималната му стойност), а използваните мерни единици са mJ и J. Важно е да се отбележи, че загубите нарастват с увеличаване на IC и на съпротивлението RG на източника на управляващи импулси, а за намаляването им чрез по-малки tr и tf трябва IGBT да се запушва с отрицателно VGE вместо с нулево.

Допълнителният паралелен диод също има своите параметри и значението им не се различава от тези на обикновените диоди. За намаляване на загубите от превключване в него той трябва да е бърз (Fast Recovery Diode). За IGBT без диод параметър е максималното обратно напрежение (С е отрицателен спрямо Е) с означение BVCES (от Collector-Emitter Breakdown Voltage), над което настъпва електрически пробив в структурата.

Принципна опасност при работата на IGBT в отпушено състояние е нежеланото им заключване (Latch-up). То се дължи на създадения в структурата паразитен тиристор и се проявява в изгубване на управлението от гейта и оставане на IGBT непрекъснато в отпушено състояние. Резултатът е бързото му прегряване и повреда. Чрез подходящи промени в структурата заключването се избягва, което в документацията се означава като latch-up.

Много са практическите случаи, когато за осигуряване на тока през даден товар е необходимо успоредното свързване на два или повече IGBT, независимо че поради производствените им толеранси токът не се разпределя равномерно през тях. За осигуряване на стабилна работа е необходимо IGBT да са с положителен температурен коефициент на напрежението VCE(SAT), което осигурява уеднаквяване на различията между токовете и, съответно, избягване на опасността от прегряване на някой IGBT.

Дискретни IGBT. В зависимост от структурата и определящите я различия в част от параметрите съществува значително разнообразие на IGBT.

Всички те практически работят с радиатор, поради което параметър е температурата на кристала TJ. На нейна основа за всяка конкретна реализация се изчислява необходимият радиатор чрез валидния за всички полупроводникови прибори принцип.

В зависимост от съотношението между напреженията VCES и BVCES има две категории IGBT с разновидности за всяка от тях. Първата са симетричните транзистори (Non Punch Through IBGT, NPT IGBT) с еднакви стойности на двете напрежения, което определя приложенията им за управление на променливотокови товари. Тези IGBT се характеризират с малко VCE(SAT), малки Eon и Eoff, голяма издръжливост на къси съединения, правоъгълна RBSOA и лесно паралелно свързване. Тяхна особеност е, че при изключване на товара токът на IGBT намалява по линеен закон, като в началото и края на този процес се получават отскоци на напрежението върху товара и, съответно, възникват електромагнитни смущения.

Класическата разновидност на тази категория (NPT Discrete) са с типични VCES между 600 и 1700 V и IC от 30 до 150 А. Трябва да се отбележи, че някои производители наричат транзисторите с VCES = 1600-1700 V високоволтови (HV IGBT). Стойността на PDmax достига няколко стотици W и напреженията VGS(TH) и VCE(SAT) са съответно около 5 V и между 2 и 3 V. Основните приложения са за регулиране на оборотите на променливотокови електродвигатели, на постояннотокови серводвигатели, UPS и ключови резонансни постояннотокови стабилизатори.

Друга разновидност са транзисторите за много високи напрежения (VHV IGBT) c VCES между 2500 и 4000 V, токове IC от 5 до 200 А, по-голямо VCE(SAT) (между 3 и 6 V), много големи ICM (приближаващи 1 kA) и предназначение основно за импулсни схеми и разреждане на кондензатори.

За VCES до 4500 V и IC до 2400 A се произвеждат IGBT в кръгъл метален корпус (Press Pack IGBT) с диаметър, достигащ 170 mm и дебелина 20-30 mm, при стойности на ICM до 5 kA и PDmax до 20 kW. Обикновено те са с вграден диод.

Транзисторите с обратно блокиране (Reverse Blocking IGBT) имат като параметър освен положителното VCES и равното на него по абсолютна стойност отрицателно VCES, което се записва като ±VCES, а символичното им означение е на фиг. 1в. Характерни приложения са за двупосочни ключове, индукционно нагряване и резонансни конвертори.

Фирмената разновидност XPT IGBT е за VCES между 650 и 1200 V и основното й предимство е работата при TJ до +175 °С, докато типичните максимални температури са +125 °С и +150 °С.

Втората категория са несиметричните IGBT, означавани като Punch Through IBGT и PT IGBT, с BVCES<VCES, поради което се използват само за управляване на постояннотокови товари. Те се характеризират с много бързо преминаване от отпушено в запушено състояние (бързо изключване на товара), което определено намалява загубите на енергия, но създава големи отскоци на напрежението.

Друг техен недостатък в сравнение с NPT IGBT е по-скъпата подложка, върху която се изграждат. Типичните техни VCES са между 300 и 1200 V и токове IC от 2 до 200 А при PDmax до няколко стотици W. Значителна част от моделите също могат да работят до TJ=+175 °C при долна граница -55 °С. Типичните приложения са за захранване на постояннотокови електродвигатели, в UPS, ключови стабилизатори, схеми за корекция на cosj, зарядни устройства и заваръчни токоизточници. Гейтът на тези две категории е успореден на подложката им, което определя тяхното допълнително общо наименование планарни IGBT (Planar Gate IGBT NPT IGBT и Planar Gate IGBT PT IGBT).

Намаляване около 2 пъти на стойностите на VCE(SAT), Eoff и RqJC за сметка (в някои модели) на по-малката допустима продължителност на късото съединение е постигнато в каналните IGBT (Trench Gate IGBT), чието наименование отразява вертикалното разположение на G спрямо подложката (G е “поставен в канал”).

Резултатът от това са по-малки размери на IGBT за осигуряване на дадени VCES и IC или по-големи техни стойности при дадени размери. Допълнително положително качество е възможността за работа при повишена fsw, което ги прави подходящи за PV инвертори, високочестотни конвертори, UPS и устройства за корекция на cosj,. Обикновено тези IGBT са с паралелен свръхбърз диод (фиг. 1б), чийто максимален ток в права посока е равен на техния IC. Полезно е да се прибави, че за първото приложение IGBT сe свързват по мостова схема (Full Bridge) с различни изисквания към параметрите на свързаните в горната (High-Side IGBT) и долната (Low-Side IGBT) прибори.

Също планарни са IGBT с плавно запушване (Soft Punch Through IGBT, SPT IGBT), чието наименование се дължи на липсата на рязка промяна на IC в началото и края на запушването, характерна за NPT IGBT и PT IGBT. Това означава по-плавно изключване на товара, по-малки енергийни загуби Eoff и намаляване на отскоците на напрежението. Реално тези IGBT се произвеждат само по схемата на фиг. 1б, имат типични VCES 1200 и 1700 V и IC до 2400 А и най-често са съставна част на модули.

Следващата тяхна разновидност са SPT+ IGBT, която запазва подобрените параметри, но в отпушено състояние има с около 20% по-малка PD, дължаща се на намаляването на VCE(SAT). Произвеждат се за VCES 1200, 1700 и 3300 V и IC до 1500 A, като са особено издръжливи на къси съединения. Подложката, върху която се изработва структурата им, е с две разновидности - от AlSiC за работа с големи импулсни токове и от AlN за намаляване на RqJC.

Модули. Съдържат монтирани в един корпус 2 до 7 IGBT, към които може да са добавени или не диоди за осъществяване на допълнителни функции. Използват се разновидностите NPT, XPT, SPT и Trench, като практически винаги всеки IGBT е с паралелен диод. Модулите могат да управляват постояннотокови и променливотокови товари с работно напрежение между 300 и 6500 V (продължават да се предлагат и прибори с напрежение 100 V), максимален ток от 60 до 1600 А и мощности между 200 W и 5 MW.

Големите стойности на последните налагат модулите да представляват монтирани активни прибори върху радиатор, а закрепването им става с болтове, върху печатни платки с отвори или (сравнително рядко) такива за повърхностен монтаж. Специфични особености са малките стойности на RqJC (минимални около 0,01 °C/W), даването им поотделно за всеки IGBT и диодите на модула и наличието на графики за ZqJC.

Характерни примери за схемите на свързване са дадени на фиг. 6 - два самостоятелни IGBT (фиг. 6а), полумостова схема, известна като 2L inverter (фиг. 6б), за самостоятелно ползване или свързване на две в мостова схема, полумостова схема с четири IGBT (фиг. 6в) и популярно наименование 3-level inverter, за трифазни приложения (фиг. 6г), две полумостови схеми (фиг. 6д), мостова схема (фиг. 6е), трифазна мостова схема (фиг. 6ж) и също такава схема за управление на електродвигатели (фиг. 6з) с добавени един IGBT за осигуряване на спирачно действие и трифазен диоден токоизправител. Фиг. 6е е пример за масово използваното (независимо от схемата на свързване на IGBT) добавяне на термистор за измерване на температурата на модула.

На фиг. 7 са показани два характерни примера за управление на трифазни променливотокови електродвигатели. Този на фиг. 7а е за захранване от постояннотокова мрежа и съдържа IBGT преобразувател на постоянно в променливо напрежение (DC to AC IGBT Inverter), ползващ схемите на фиг. 6б,в с основни приложения за електрически превозни средства (трамваи, тролейбуси, локомотиви, метро, електрически автобуси). Същите електродвигатели могат да се захранват и от трифазно напрежение чрез схемата на фиг. 7б, където има подобен преобразувател със сензор за контрол на тока на двигателя и допълнителни възможности за управляване на оборотите от интерфейс чрез контролер и драйвер. Последният е за осигуряване на желаната амплитуда на управляващите импулси.

Категория с нарастващи приложения са т. нар интелигентни модули (Intelligent Power Module) IPM, обикновено предназначени за трифазни електродвигатели, които освен IGBT съдържат драйвери за тяхното захранване и схеми за защита от късо съединение, превишаване на температурата и захранващо напрежение под определена граница. Част от IPM са с галванично разделяне чрез оптрони на управляващите импулси. Обикновено модулите са за напрежение 600 V и 1200 V и токове на всеки IGBT между 30 и 200 А.

Тиристори

Действие и параметри. Символичното означение на тиристор (Thyristor, Silicon Controlled Rectifier, SCR) е на фиг. 8а, а на фиг. 8б е неговата статична характеристика. Частта й в I квадрант е за свързване в права посока (анодът А е положителен спрямо катода С) и показва, че с нулев ток IG през гейта G до праговото напрежение (Threshold Voltage) V(TO) или V(BO) тиристорът е запушен и при надхвърлянето му се отпушва, когато протича ток на отпушване (Latching Current) IL. В областта On-State Characteristic напрежението му (Forward Voltage Drop) VT става не повече от няколко V и тиристорът има поведение на затворен еднопосочен ключ (ток през него може да протича само от А към С).

При наличие на влизащ ток IG в G, получаван при положително напрежение на G спрямо С, отпушването става при толкова по-малко напрежение, колкото IG е по-голям. Две са неговите максимални стойности - постоянният ток (Gate Current) IG и импулсният ток (Peak Gate Current) IGM, валиден при определена продължителност на импулса (обикновено 10 us). Максималният ток през тиристора (аноден ток) се дава по 3 начина - средна стойност (Mean Forward Current) IFAV или ITAV, средноквадратична стойност (RMS Forward Current) IFRMS или ITRMS при протичане на полусинусоиди и импулсен ток (Maximal Forward Surge Current) IFSM или ITSM в сила при дадена в каталога негова продължителност (обикновено 10 ms).

Запушването на тиристора става при намаляване на анодния ток под тока на удържане (Holding Current, Hold Current) IH, което реално се осъществява чрез нулиране на напрежението между А и С. В запушено състояние може да се прилага отрицателно напрежение на А спрямо С (квадрант III на фиг. 8б) с три максимални стойности - постоянно напрежение (Direct Reverse Voltage) VRD, повтарящо се импулсно напрежение (Repetitive Peak Reverse Voltage) VRRM и еднократни импулси (Non-Repetitive Peak Reverse Voltage) VRSM. При надхвърляне на което и да е от тях тиристорът се поврежда и действа като късо съединение между А и С. Параметрите PDmax (означавана и като Ptot) и RqJC имат същия смисъл, както при IGBT.

Симетричните тиристори (Triac, Bidirectional Thyristor) със символично означение на фиг. 8в имат поведение на два успоредно и противоположно свързани тиристора. Поради това статичната им характеристика в III квадрант е огледален образ на тази в I квадрант, т. е. през симетричния тиристор може да протича ток и в двете посоки и вместо А и С съответстващите им електроди са означени с МТ1 и МТ2. Специфични параметри са максималното импулсно напрежение на запушен симетричен тиристор (Repetitive Peak Off-State Voltage) VDRM, получено при IG=0, и даваните от някои производители две максимални мощности, които могат да постъпят в гейта - средната стойност (Average Gate Power) PG(AV) обикновено при продължителност на импулсите 10 ms и импулсната (Peak Gate Power) PGM при продължителност 10 us.

Дискретни тиристори. Масово разпространеният тип, за който е прието да се използват наименованията тиристор и SCR, е с напрежения VRD=V(TO), поради което понякога той се означава като Symmetrically Blocking Thyristor. Той е с напрежение VRRM между 800 V и 12 kV, ток IFAV от 16 А до 12 kA и типични VT между 1,2 и 4 V. Тиристорите се използват за реализация на токоизправители, управление на постояннотокови електродвигатели и променливотокови товари, ключове в мрежи високо напрежение, индукционни нагреватели, преобразуватели на постоянно в постоянно напрежение. Някои производители използват наименованието Medium Voltage Thyristor за тези с VRRM = 3000-6500 V, а за тези с по-високо напрежение - High Voltage Thyristor.

Друг тип са асиметричните тиристори (Asymetric SCR) с VRD значително по-малко от V(TO), които имат предимството на по-малко време на запушване tq (Turn-Off Time) при дадено VT. Вместо V(TO), като параметър се дава максималното импулсно напрежение в права посока (Repetitive Peak Off-State Voltage) VDRM, достигащо 2800 V, а VRRM е не повече от няколко десетки V.

Токът им IFAV е до около 1 kА, а VT е между 1 V и 2 V.

Бързите тиристори (Fast Turn-Off Thyristor) се характеризират с до 5 пъти по-малко tq в сравнение с останалите при типични негови стойности няколко десетки us. Напрежението им VRRM достига 1200 V, токът IFAV - до 1 kА и VT е между 1 и 2 V.

За работа с VRRM до 2800 V и IFAV до 1700 А с по-равномерно разпределение на тока в структурата и съответно по-добро охлаждане и намалено tq са тиристорите с разпределен гейт (Distribution Gate Thyristor) и специфични приложения за индукционно нагряване, в резонансни конвертори и др.

За нормалната работа на тиристорите максималната скорост на изменение на тока им (Rate Of Rise of Thyristor Current) с означение (di/dt)cr не трябва да надхвърля определена стойност. Чрез подходящи изменения в структурата на импулсните тиристори (Pulse Thyristor) нейната стойност обикновено е над 10 kA/us, което определя възможността за получаване на импулси с амплитуда до 50 kA.

За индустриални приложения се произвеждат тиристори с метален корпус, чийто анод има резба за затягане с гайка към метална повърхност, а останалите два електрода са с гъвкави или твърди изводи и клеми за закрепване с болтове. Те са известни като Stud Thyristor и имат много малко съпротивление на изводите за намаляване на разсейваната мощност, а корпусът и изводите подобряват охлаждането. Специфични приложения са в апаратури с голяма надеждност (например военни и авиационни) и в устройства за фазово регулиране на мощността.

В много приложения е желателно тиристорът не само да се отпушва (включва) чрез G, но и да се изключва с него. За целта са създадени тиристори със запушване чрез гейта (Gate Turn-Off Thyristor) GTO, което се осъществява с отрицателно напрежение. Съществена особеност е, че необходимият ток на гейта и времето на отпушване са значително по-големи от съответните стойности при другите тиристори. Те имат VRRM между 1000 и 3000 V, ток IFAV до 500 А и VT до 2 V.

Основни недостатъци на GTO са много големите стойности на IG за изключване и необходимостта от сравнително сложни и скъпи допълнителни схеми (Snubber Circuit) за ограничаване на нежеланите отскоци на напрежението и тока. Те са намалени (например не е необходимо потискане на отскоците на напрежението) при Gate Commutated Turn-Off (GCT) тиристорите с основно приложение за управляване на мощни високоволтови товари. Типичен тиристор от този тип е с VDRM = 4500 V, IFAV = 4 kA и VT = 3,5 V.

Модули. Обикновено те съдържат два тиристора, свързани в съответствие със схемите на фиг. 9а-в. Най-често се използва тази на фиг. 9а, като в част от модулите не съществуват допълнителните изводи 4 и 7. Поради приложенията за фазово управление на товари с мрежова честота в някои каталози тези модули се отбелязват като Phase Control Thyristor Module. Основните им параметри са напреженията VDRM=VRRM и токът IFAV със стойности съответно в границите 900 - 3800 V и 40 - 1500 А.

Използват се за управление на постояннотокови електродвигатели и нагреватели в индустриални пещи, за осветителни тела и полупроводникови ключове. За спирачни системи и софтстартери се използва схемата на фиг. 9б с типични VDRM = VRRM между 900 и 1700 V и IFAV около 100 А. За тези стартери се използва и схемата на фиг. 9в. За същите приложения, както схемата на фиг. 9а, са тиристорно-диодните модули (Thyristor/Diode Module), пример за които е показан на фиг. 9г. Някои производители предлагат единични тиристори за големи мощности с корпус на модули, типична схема на фиг. 9д и наименование High Power Single Thyristor Module. Те имат VRRM между 1200 и 2200 V и IFAV няколко стотици А.

Модулите с GCT тиристори съдържат и драйвера за захранване на G. Типичен такъв модул има VDRM = VRRM = 6500 V и IFAV = 500 A.