Kaj so tiristorji? Načelo delovanja in značilnosti tiristorjev

Tiristorji so močnostni elektronski ključi, ki niso v celoti nadzorovani. Pogosto v tehničnih knjigah si lahko ogledate še eno ime te naprave - tiristor za eno operacijo. Z drugimi besedami, pod vplivom kontrolnega signala se prevede v eno državo - prevodno državo. Če želite določiti, vključuje verigo. Za izklop, je potrebno ustvariti posebne pogoje, ki zagotavljajo padec v smeri naprej v tokokrogu na ničlo.

Značilnosti tiristorjev

Tiristorska stikala vodijo električni tok le v smeri naprej in v zaprtem stanju lahko prenesejo ne samo neposredno napetost, ampak tudi povratno napetost. Struktura tiristorja je štiri plasti, obstajajo trije zaključki:

1. Anoda (označena s črko A).
2. Katoda (črka C ali K).
3. Kontrolna elektroda (Y ali G).

Tiristorji imajo celo družino značilnosti volt-ampere, iz katerih lahko sodimo stanje elementa. Tiristorji so zelo močna elektronska stikala, zmožni so preklopni tokokrogi, v katerih napetost lahko doseže 5000 voltov, trenutna jakost pa je 5000 amperov (frekvenca ne presega 1000 Hz).

Tiristorsko delovanje v DC tokokrogih

Tipičen tiristor se vklopi z uporabo trenutnega impulza na krmilni terminal. Poleg tega mora biti pozitiven (kar zadeva katodo). Trajanje odvisnega narave prehodna obremenitve (induktivna, zdravilne), amplituda in hitrosti naraščanja tekočega impulza v krmilno vezje, temperatura polprevodniških kristalov ter pod napetostjo in tokom razpolago tiristorji. Značilnosti vezja so neposredno odvisne od vrste uporabljenega polprevodniškega elementa.

V tokokrogu, v katerem je nameščen tiristor, je nesprejemljiv nastanek visoke stopnje napetosti. Namreč, vrednost, pri kateri se element samodejno vklopi (tudi če v krmilnem vezju ni signala). Toda ob istem času mora imeti kontrolni signal zelo visoko naklon karakteristike.

Načini izklopa

Obstajajo dve vrsti komutacije tiristorjev:

1. Naravno.
2. Prisiljeno.

In zdaj več o vsaki vrsti. Naravno se pojavi, ko tiristor deluje v AC tokokrogu. To preklapljanje se zgodi, ko tok pade na nič. Toda lahko prisilno preklopite na več različnih načinov. Kakšno kontrolo tiristorjev lahko izbereš, da bi rešil načrtovalca sheme, vendar je vredno govoriti o vsaki vrsti posebej.

Najbolj značilen način prisilnega preklopa je povezati kondenzator, ki je bil predhodno napolnjen z gumbom (tipko). LC vezje je vključeno v tiristorski krmilni tokokrog. Ta veriga vsebuje tudi popolnoma napolnjen kondenzator. Med prehodnim procesom se pojavijo trenutna nihanja v tokokrogu obremenitve.

Metode prisilnega preklopa

Obstaja več vrst prisilnega preklopa. Pogosto se uporablja vezje, v katerem se uporablja preklopni kondenzator z obratno polovico. Na primer, ta kondenzator se lahko poveže z vezjem s pomočjo pomožnega tiristorja. To se bo izpraznilo v glavni (delovni) tiristor. To bo povzročilo tok usmerjen na enosmerni tok glavnega tiristorja na kondenzatorju, ki bo zmanjšal tok v tokokrogu do nič. Posledično se tiristor zaustavi. To se zgodi zaradi tega, ker ima tiristorska naprava lastne značilnosti, ki so značilne samo za to.

Obstajajo tudi tokokrogi, v katerih so povezane verige LC. Izpuščajo se (in z nihanji). Na samem začetku se tok iztoka usmeri proti delavcu, po izenačitvi njihovih vrednosti pa tiristor izklopi. Potem tok teče iz nihajnega kroga skozi tiristor na polprevodniško diodo. Hkrati, dokler tok teče, se napetost nanaša na tiristor. Modul je enakovreden padcu napetosti čez diodo.

Tiristorsko delovanje v AC tokokrogih

Če je tiristor vključen v krog izmeničnega toka, se lahko izvedejo naslednje operacije:

1. Omogočite ali onemogočite električni tokokrog z aktivnim uporovnim ali aktivnim obremenitvijo.
2. Spremenite povprečno in dejansko vrednost toka, ki prehaja skozi obremenitev, zahvaljujoč možnosti, da prilagodite čas krmilnega signala.

Tiristorski ključi imajo eno funkcijo - vodijo tok samo v eni smeri. Zato, če jih je potrebno uporabiti v vezjih izmenični tok, je treba uporabiti protismerno vključitev. Dejanske in povprečne tokovne vrednosti se lahko spreminjajo zaradi dejstva, da je čas signala na tiristorjih drugačen. Istočasno mora moč tiristorja izpolnjevati minimalne zahteve.

Metoda kontrole faze

Z metodo fazne kontrole s komutacijo prisilnega tipa se obremenitev nastavi s spreminjanjem kotov med fazami. Umetna komutacija se lahko izvede s pomočjo posebnih vezij ali pa je potrebno uporabljati popolnoma nadzorovane (zaklenjene) tiristorje. Na njihovi podlagi, kot pravilo, naredijo polnilec na tiristorju, ki vam omogoča prilagajanje amperaža odvisno od stopnje polnjenja akumulatorja.

Nadzor širine impulzov

Imenuje se tudi njegova modulacija PWM. Med odpiranjem tiristorjev se uporablja kontrolni signal. Prehodi so odprti, na obremenitvi pa je nekaj napetosti. Med zapiranjem (med celotnim prehodnim procesom) se ne uporablja noben nadzorni signal, zato tiristorji ne vodijo toka. Ko se izvaja fazno krmiljenje, trenutna krivulja ni sinusoidna, se spremeni oblika signala napajalne napetosti. Posledično obstaja tudi motnja pri delu potrošnikov, ki so občutljivi na visoke frekvenčne motnje (pojavlja se nezdružljivost). Enostavna oblika ima regulator na tiristorju, ki brez težav lahko spremeni potrebno vrednost. In vam ni treba uporabljati velikih LATR-jev.

Tiristorji, zaklenjeni

Tiristorji so zelo močna elektronska stikala, ki se uporabljajo za preklop visokih napetosti in tokov. Vendar imajo eno veliko pomanjkljivost - upravljanje je nepopolno. In natančneje, to se kaže v dejstvu, da je za izključitev tiristorja potrebno ustvariti pogoje, pod katerimi se bo tok naprej zmanjšal na nič.

Ta funkcija nalaga nekatere omejitve uporabe tiristorjev in otežuje tudi vezja, ki temeljijo na njih. Da bi se znebili teh pomanjkljivosti, so razvili posebne tiristorske modele, ki jih zaklenejo signali iz ene krmilne elektrode. Imenujejo se ti dve operativni ali tiristorji, ki jih je mogoče zakleniti.

Locked Thyristor Design

Štiriplastna struktura ti-p-p-p y tiristorjev ima svoje lastnosti. Razlikujeta jih od običajnih tiristorjev. Zdaj gre za popolno krmilnost elementa. Volt-amperna karakteristika (statična) v smeri naprej je enaka kot pri preprostih tiristorjih. To je samo enosmerni tok, ki tiristor lahko preseže veliko več. Vendar ni nobenih funkcij za blokiranje velikih povratnih napetosti zaklenjenih tiristorjev. Zato ga je potrebno povezati z nasprotno vzporednico polprevodniška dioda.

Značilna lastnost tiristorja, ki ga je mogoče zakleniti, je znaten padec neposrednih napetosti. Za potovanje je potrebno uporabiti močan tokovni impulz (negativen, v razmerju 1: 5 na vrednost neposrednega toka) na krmilni terminal. Toda le trajanje impulza mora biti čim manjše - 10 ... 100 μs. Zaklenjeni tiristorji imajo nižjo vrednost mejne napetosti in toka od običajnih. Razlika je približno 25-30%.

Vrste tiristorjev

Zgoraj smo šteli zaklenjene, vendar je še vedno veliko tipov polprevodniških tiristorjev, ki jih je treba omeniti tudi. V različnih modelih (polnilci, stikala, krmilniki moči) se uporabljajo določene vrste tiristorjev. Nekje je potrebno, da se krmiljenje izvede z dovajanjem toka svetlobe, zato se uporablja optiotipistor. Njena posebnost je v tem, da se v krmilnem vezju uporablja občutljiv svetlobni polprevodniški kristal. Parametri tiristorjev so drugačni, vse imajo svoje lastnosti, značilne le za njih. Zato je treba na splošno vsaj predstavljati, katere vrste teh polprevodnikov obstajajo in kje jih je mogoče uporabiti. Torej, tukaj je celoten seznam in glavne značilnosti vsake vrste:

1. Diode-tiristor. Ekvivalent tega elementa je tiristor, na katerega je povezana protisporedna polprevodniška dioda.
2. Dinistor (dioda tiristor). Če je prekoračena določena napetost, lahko pride do stanja popolne prevodnosti.
3. Triac (simetrični tiristor). Njegov ekvivalent je dva tiristorja povezana v nasprotni smeri.
4. Visoka hitrost tiristorskega pretvornika razlikuje visoko hitrost komutacije (5 ... 50 μs).
5. Tiristorji z nadzorom tranzistor polja z efektom polja. Pogosto je mogoče najti modele, ki temeljijo na MOSFET-jih.
6. Optični tiristorji, ki jih nadzirajo svetlobni tokovi.

Izvedba varnostnih elementov

Tiristorji so naprave, ki so ključnega pomena za hitrost neposrednega toka in povečanja napetosti. Za njih, pa tudi za polprevodniške diode, je značilen takšen pojav, kot tok povratnih povratnih tokov, ki se zelo hitro in močno zmanjša na nič vrednost, kar poslabša verjetnost prenapetosti. Ta prenapetost je posledica dejstva, da trenutno v vseh elementih vezja, ki imajo induktivnost (tudi zelo majhni induktorji, značilni za montažne žice, sledi plošče) nenadoma preneha obstajati. Za izvajanje zaščite je potrebno uporabiti različne kroge, ki jih je v dinamičnih načinih delovanja mogoče zaščititi pred visokimi napetostmi in tokovi.

Kot pravilo, induktivno odpornost napetostni vir, ki vstopi v tokokrog operacijskega tiristorja, ima takšno vrednost, da je več kot dovolj, da ne vključuje dodatne induktivnosti v vezje. Iz tega razloga se v praksi pogosto uporablja veriga oblikovanja preklopne poti, kar bistveno zmanjša hitrost in stopnjo prenapetosti v vezju, ko je tiristor odklopljen. Za te namene se najpogosteje uporabljajo kapacitivno-uporovne verige. Povezani so vzporedno s tiristorjem. Obstaja kar nekaj vrst modifikacije tokokrogov, kakor tudi metode za njihov izračun, parametri za delovanje tiristorjev v različnih načinih in pogojih. Toda veriga oblikovanja preklopne poti zaklenjenega tiristorja bo enaka kot pri tranzistorjih.