Tiristori ir cietvielu elektroniskas ierīces ar lielu pārslēgšanas ātrumu. Šīs ierīces var izmantot visu veidu mazjaudas elektronisko komponentu vadīšanai. Tomēr kopā ar mazjaudas elektroniku jaudas iekārtas tiek veiksmīgi vadītas, izmantojot tiristorus. Apskatīsim klasiskās shēmas tiristoru pieslēgšanai, lai kontrolētu diezgan lielas slodzes, piemēram, elektriskās lampas, elektromotori, elektriskie sildītāji utt.

Pusvadītāja pārslēgšana atvērtā stāvoklī ir iespējama, pievadot nelielu ieslēgšanas strāvas impulsu vadības elektrodam U.

Kad tiristors laiž slodzes strāvu uz priekšu, anoda elektrods A ir pozitīvs attiecībā pret katoda elektrodu K no reģeneratīvās iespīlēšanas viedokļa.

Parasti elektroda Y sprūda impulsa ilgumam jābūt vairākām mikrosekundēm. Tomēr, jo garāks pulss, jo ātrāk notiek iekšējā lavīnas sabrukšana. Palielinās arī pārejas atvēršanas laiks. Bet maksimālo vārtu strāvu nedrīkst pārsniegt.

1. shēma: KN1, KN2 - spiedpogas bez fiksācijas; L1 - slodze kvēlspuldzes formā 100 W; R1, R2 - pastāvīgie rezistori 470 omi un 1 kOhm

Šo vienkāršo ieslēgšanas/izslēgšanas shēmu izmanto kvēlspuldzes vadīšanai. Tikmēr ķēdi var izmantot kā slēdzi elektromotoram, sildītājam vai jebkurai citai slodzei, kas paredzēta darbināšanai ar pastāvīgu spriegumu.

Šeit tiristoram ir uz priekšu novirzīts pārejas stāvoklis, un tas tiek pārslēgts īssavienojuma režīmā ar parasti atvērtu pogu KH1.

Šī poga savieno vadības elektrodu U ar strāvas avotu caur rezistoru R1. Ja R1 vērtība ir iestatīta pārāk augsta attiecībā pret barošanas spriegumu, ierīce nedarbosies.

Atliek tikai nospiest pogu KH1, tiristors pārslēdzas tiešā vadītāja stāvoklī un paliek šajā stāvoklī neatkarīgi no KH1 pogas tālākās pozīcijas. Šajā gadījumā slodzes pašreizējā sastāvdaļa uzrāda lielāku vērtību nekā tiristora iespīlēšanas strāva.

Tiristoru izmantošanas priekšrocības un trūkumi

Viena no galvenajām priekšrocībām, izmantojot šos pusvadītājus kā slēdzi, ir ļoti liela strāvas pastiprināšana. Tiristors ir ierīce, kuru faktiski kontrolē strāva.

Katoda rezistors R2 parasti tiek iekļauts, lai samazinātu elektroda Y jutīgumu un palielinātu sprieguma un strāvas attiecības potenciālu, kas novērš ierīces nepareizu darbību.

Kad tiristors nofiksējas un paliek ieslēgtā stāvoklī, šo stāvokli var atiestatīt, tikai pārtraucot strāvas padevi vai samazinot anoda strāvu līdz zemākajai turēšanas vērtībai.

Tāpēc ir loģiski izmantot parasti aizvērto pogu KH2, lai atvērtu ķēdi, samazinot strāvu, kas plūst caur tiristoru, līdz nullei, liekot ierīcei nonākt “izslēgtā” stāvoklī.

Tomēr shēmai ir arī trūkums. Mehāniskajam parasti slēgtajam slēdzim KH2 jābūt pietiekami jaudīgam, lai tas atbilstu visas ķēdes jaudai.

Principā pusvadītāju varētu vienkārši aizstāt ar lieljaudas mehānisko slēdzi. Viens no veidiem, kā pārvarēt strāvas problēmu, ir savienot komutatoru paralēli tiristoram.

2. shēma: KN1, KN2 - spiedpogas bez fiksācijas; L1 - kvēlspuldze 100 W; R1, R2 - pastāvīgie rezistori 470 omi un 1 kOhm

Ķēdes pilnveidošana - parastā atvērtā mazjaudas slēdža ieslēgšana paralēli A-K pārejai dod šādu efektu:

• KH2 aktivizēšana rada “īssavienojumu” starp elektrodiem A un K,
• Saspiedes strāva samazinās līdz minimālajai vērtībai,
• Ierīce pāriet “izslēgtā” stāvoklī.

Tiristors maiņstrāvas ķēdē

Kad tas ir savienots ar maiņstrāvas avotu, tiristors darbojas nedaudz savādāk. Tas ir saistīts ar periodiskām maiņstrāvas sprieguma polaritātes izmaiņām.

Tāpēc, izmantojot maiņstrāvas strāvas ķēdes, savienojums automātiski būs apgrieztā nobīdes stāvoklī. Tas nozīmē, ka puse no katra cikla ierīce būs “izslēgtā” stāvoklī.

Variantam ar maiņspriegumu tiristora sprūda ķēde ir līdzīga ķēdei ar pastāvīgu spriegumu. Atšķirība ir nenozīmīga - papildu slēdža KH2 trūkums un diodes D1 pievienošana.

Pateicoties diodei D1, tiek novērsta apgrieztā nobīde attiecībā pret vadības elektrodu U.

Sinusoidālās viļņa formas pozitīvā pusperioda laikā ierīce tiek nobīdīta uz priekšu, bet, izslēdzot slēdzi KN1, tiristoram tiek piegādāta nulles aizbīdņa strāva un ierīce paliek “izslēgta”.

Negatīvā pusciklā ierīce saņem apgriezto nobīdi un arī paliks “izslēgta” neatkarīgi no slēdža KH1 stāvokļa.

3. shēma: KN1 - fiksācijas slēdzis; D1 - jebkura diode augsta spriegumam; R1, R2 - pastāvīgie rezistori 180 omi un 1 kOhm, L1 - kvēlspuldze 100 W

Ja slēdzis KH1 ir aizvērts, katra pozitīvā pusperioda sākumā pusvadītājs paliks pilnībā “izslēgts”.

Bet, panākot pietiekamu pozitīvu sprūda spriegumu (palielinot vadības strāvu) uz elektroda Y, tiristors pārslēgsies uz "ieslēgts" stāvokli.

Aizturēšanas stāvokļa fiksācija paliek stabila pozitīvā puscikla laikā un tiek automātiski atiestatīta, kad beidzas pozitīvais puscikls. Acīmredzot, jo šeit anoda strāva nokrītas zem pašreizējās vērtības.

Nākamā negatīvā puscikla laikā ierīce būs pilnībā "izslēgta" līdz nākamajam pozitīvajam pusciklam. Pēc tam process tiek atkārtots vēlreiz.

Izrādās, ka slodzei ir tikai puse no barošanas avota pieejamās jaudas. Tiristors darbojas un vada maiņstrāvu tikai pozitīvos pusciklos, kad krustojums ir nobīdīts uz priekšu.

Pusviļņa kontrole

Tiristora fāzes kontrole ir visizplatītākais maiņstrāvas jaudas kontroles veids.

Zemāk ir parādīts pamata fāzes vadības ķēdes piemērs. Šeit tiristora vārtu spriegumu ģenerē ķēde R1C1 caur sprūda diodi D1.

Pozitīvā puscikla laikā, kad krustojums ir nobīdīts uz priekšu, kondensators C1 tiek uzlādēts caur rezistoru R1 ar ķēdes barošanas spriegumu.

Vadības elektrods Y tiek aktivizēts tikai tad, kad sprieguma līmenis punktā “x” izraisa diodes D1 darbību. Kondensators C1 tiek izlādēts uz vadības elektrodu U, iestatot ierīci “ieslēgtā” stāvoklī.

Cikla pozitīvās puses ilgumu, kad tiek atvērta vadītspēja, kontrolē ķēdes R1C1 laika konstante, ko nosaka mainīgais rezistors R1.

4. shēma: KN1 - fiksācijas slēdzis; R1 - mainīgs rezistors 1 kOhm; C1 - kondensators 0,1 μF; D1 - jebkura diode augsta spriegumam; L1 - kvēlspuldze 100 W; P - vadītspējas sinusoīds

R1 vērtības palielināšana izraisa tiristora vadības elektrodam pieliktā palaišanas sprieguma aizkavēšanos, kas savukārt izraisa ierīces vadīšanas laika aizkavēšanos.

Rezultātā pusperioda proporciju, ko ierīce veic, var noregulēt no 0 līdz 180º. Tas nozīmē, ka pusi no slodzes (lampas) izkliedētās jaudas var regulēt.

Ir daudzi veidi, kā panākt tiristoru pilna viļņa vadību. Piemēram, jūs varat iekļaut vienu pusvadītāju diodes tilta taisngrieža ķēdē. Šī metode viegli pārvērš mainīgo komponentu vienvirziena tiristora strāvā.

Tomēr izplatītāka metode ir divu apgriezti paralēli savienotu tiristoru izmantošana.

Šķiet, ka vispraktiskākā pieeja ir viena triaka izmantošana. Šis pusvadītājs nodrošina pāreju abos virzienos, padarot triacus piemērotākus maiņstrāvas komutācijas shēmām.

Pilns tiristora tehniskais izkārtojums

- ierīce ar pusvadītāja īpašībām, kuras konstrukcijas pamatā ir vienkristāla pusvadītājs ar trīs vai vairāk p-n pāreju.

Tās darbība nozīmē divu stabilu fāžu klātbūtni:

• “slēgts” (vadītspējas līmenis ir zems);
• “atvērts” (vadītspējas līmenis ir augsts).

Tiristori ir ierīces, kas veic jaudas elektronisko slēdžu funkcijas. Vēl viens to nosaukums ir vienas darbības tiristori. Šī ierīce ļauj regulēt spēcīgu slodžu ietekmi, izmantojot nelielus impulsus.

Saskaņā ar tiristora strāvas-sprieguma raksturlielumu, strāvas palielināšanās tajā izraisīs sprieguma samazināšanos, tas ir, parādīsies negatīva diferenciālā pretestība.

Turklāt šīs pusvadītāju ierīces var savienot ķēdes ar spriegumu līdz 5000 voltiem un strāvu līdz 5000 ampēriem (ar frekvenci ne vairāk kā 1000 Hz).

Tiristori ar diviem un trim spailēm ir piemēroti darbam gan ar līdzstrāvu, gan ar maiņstrāvu. Visbiežāk to darbības princips tiek salīdzināts ar taisngrieža diodes darbību un tiek uzskatīts, ka tie ir pilnvērtīgs taisngrieža analogs, savā ziņā pat efektīvāks.

Tiristoru veidi atšķiras viens no otra:

• Kontroles metode.
• Vadītspēja (vienpusēja vai divpusēja).

Vispārējie vadības principi

Tiristoru struktūrai ir 4 pusvadītāju slāņi virknes savienojumā (p-n-p-n). Kontakts, kas savienots ar ārējo p-slāni, ir anods, un kontakts, kas savienots ar ārējo n-slāni, ir katods. Rezultātā ar standarta komplektāciju tiristoram var būt ne vairāk kā divi vadības elektrodi, kas ir piestiprināti pie iekšējiem slāņiem. Atbilstoši savienotajam slānim vadītāji tiek sadalīti katodos un anodos, pamatojoties uz vadības veidu. Visbiežāk tiek izmantots pirmais veids.

Tiristoros strāva plūst katoda virzienā (no anoda), tāpēc savienojums ar strāvas avotu tiek izveidots starp anodu un pozitīvo spaili, kā arī starp katodu un negatīvo spaili.

Tiristori ar vadības elektrodu var būt:

• Slēdzams;
• Atbloķējams.

Nebloķējošo ierīču indikatīva īpašība ir to reakcijas trūkums uz vadības elektroda signālu. Vienīgais veids, kā tos aizvērt, ir samazināt caur tiem plūstošās strāvas līmeni, lai tas būtu zemāks par turēšanas strāvu.

Kontrolējot tiristoru, jāņem vērā daži punkti. Šāda veida ierīce maina darbības fāzes no “izslēgta” uz “ieslēgtu” un atpakaļ lēcieniem un tikai ārējas ietekmes apstākļos: izmantojot strāvu (manipulācija ar spriegumu) vai fotonus (gadījumos ar fototiristoru).

Lai saprastu šo punktu, jums jāatceras, ka tiristoram galvenokārt ir 3 izejas (tiristors): anods, katods un vadības elektrods.

UE (vadības elektrods) ir precīzi atbildīgs par tiristora ieslēgšanu un izslēgšanu. Tiristora atvēršana notiek ar nosacījumu, ka pieliktais spriegums starp A (anodu) un K (katodu) kļūst vienāds ar tiristora darba spriegumu vai pārsniedz to. Tiesa, otrajā gadījumā būs nepieciešama pozitīvas polaritātes impulsa iedarbība starp Ue un K.

Ar pastāvīgu barošanas sprieguma padevi tiristors var būt atvērts bezgalīgi.

Lai to pārslēgtu uz slēgtu stāvokli, varat:

• Samaziniet sprieguma līmeni starp A un K līdz nullei;
• Samaziniet A-strāvas vērtību, lai turēšanas strāvas stiprums būtu lielāks;
• Ja ķēdes darbība ir balstīta uz maiņstrāvas darbību, ierīce izslēgsies bez ārējas iejaukšanās, kad strāvas līmenis pats nokrītas līdz nullei;
• Pieslēdziet UE bloķējošu spriegumu (attiecas tikai uz bloķējamiem pusvadītāju ierīču veidiem).

Slēgtais stāvoklis arī ilgst bezgalīgi, līdz rodas iedarbināšanas impulss.

Īpašas kontroles metodes

• Amplitūda .

Tas atspoguļo dažāda lieluma pozitīva sprieguma padevi Ue. Tiristora atvēršana notiek, kad sprieguma vērtība ir pietiekama, lai izlauztos cauri taisngriezes strāvas (Irect) vadības pārejai. Mainot spriegumu uz UE, kļūst iespējams mainīt tiristora atvēršanas laiku.

Šīs metodes galvenais trūkums ir spēcīgā temperatūras faktora ietekme. Turklāt katram tiristora veidam būs nepieciešams cita veida rezistors. Šis punkts nepalielina lietošanas ērtumu. Turklāt tiristora atvēršanas laiku var regulēt tikai tikmēr, kamēr ilgst pirmā 1/2 no tīkla pozitīvā pusperioda.

• Fāze.

Tas sastāv no Ucontrol fāzes maiņas (attiecībā pret spriegumu pie anoda). Šajā gadījumā tiek izmantots fāzes nobīdes tilts. Galvenais trūkums ir Ucontrol zemais slīpums, tāpēc tiristora atvēršanas momentu iespējams stabilizēt tikai uz īsu brīdi.

• Impulsu fāze .

Izstrādāts, lai novērstu fāzes metodes trūkumus. Šim nolūkam Ue tiek pielietots sprieguma impulss ar stāvu malu. Šī pieeja šobrīd ir visizplatītākā.

Tiristori un drošība

Sakarā ar to darbības impulsa raksturu un reversās atkopšanas strāvas klātbūtni tiristori ievērojami palielina pārsprieguma risku ierīces darbībā. Turklāt pārsprieguma risks pusvadītāju zonā ir augsts, ja citās ķēdes daļās sprieguma vispār nav.

Tāpēc, lai izvairītos no negatīvām sekām, ir ierasts izmantot CFTP shēmas. Tie novērš kritisko sprieguma vērtību parādīšanos un saglabāšanos.

Divu tranzistoru tiristoru modelis

No diviem tranzistoriem ir pilnīgi iespējams salikt dinistoru (tiristoru ar diviem spailēm) vai trinistoru (tiristoru ar trim spailēm). Lai to izdarītu, vienam no tiem jābūt p-n-p vadītspējai, otrai - n-p-n vadītspējai. Tranzistorus var izgatavot no silīcija vai germānija.

Savienojums starp tiem tiek veikts, izmantojot divus kanālus:

• Anods no 2. tranzistora + Vadības elektrods no 1. tranzistora;
• Katods no 1. tranzistora + Vadības elektrods no 2. tranzistora.

Ja jūs neizmantojat vadības elektrodus, tad izeja būs dinistors.

Izvēlēto tranzistoru savietojamību nosaka vienāds jaudas daudzums. Šajā gadījumā strāvas un sprieguma rādījumiem noteikti jābūt lielākiem par tiem, kas nepieciešami normālai ierīces darbībai. Dati par pārrāvuma spriegumu un turēšanas strāvu ir atkarīgi no izmantoto tranzistoru īpašajām īpašībām.

Raksti komentāros, raksta papildinājumus, varbūt kaut ko palaidu garām. Apskatiet, es priecāšos, ja jūs atradīsiet kaut ko citu noderīgu manējā.

Pusvadītāju ierīču radīšana spēka elektronikai sākās 1953. gadā, kad kļuva iespējams iegūt augstas tīrības pakāpes silīciju un veidot liela izmēra silīcija diskus. 1955. gadā pirmo reizi tika izveidota pusvadītāju vadāma ierīce ar četru slāņu struktūru un ko sauca par “tiristoru”.

Tas tika ieslēgts, pieliekot impulsu vadības elektrodam ar pozitīvu spriegumu starp anodu un katodu. Tiristora izslēgšana tiek nodrošināta, samazinot caur to plūstošo līdzstrāvu līdz nullei, kam ir izstrādātas daudzas induktīvi-kapacitatīvās komutācijas shēmas. Tie ne tikai palielina pārveidotāja izmaksas, bet arī pasliktina tā svaru un izmērus un samazina uzticamību.

Tāpēc vienlaikus ar tiristora izveidi tika uzsākti pētījumi, kuru mērķis bija nodrošināt tā izslēgšanu caur vadības elektrodu. Galvenā problēma bija nodrošināt ātru lādiņnesēju rezorbciju bāzes zonās.

Pirmie šādi tiristori parādījās 1960. gadā ASV. Tos sauca Gate Turn Off (GTO). Mūsu valstī tie ir vairāk pazīstami kā slēdzami vai pārslēdzami tiristori.

90. gadu vidū tika izstrādāts izslēgšanas tiristoru ar gredzenveida spaili vadības elektrodam. To sauca par vārtiem komutēto tiristoru (GCT) un kļuva par tālāku GTO tehnoloģijas attīstību.

Tiristori GTO

Ierīce

Izslēdzams tiristors ir pilnībā vadāma pusvadītāju ierīce, kuras pamatā ir klasiska četrslāņu struktūra. Tas tiek ieslēgts un izslēgts, pieliekot vadības elektrodam pozitīvus un negatīvus strāvas impulsus. Attēlā 1 parāda izslēgtā tiristora simbolu (a) un blokshēmu (b). Tāpat kā parastajam tiristoram, tam ir katods K, anods A un vadības elektrods G. Ierīču konstrukciju atšķirības slēpjas atšķirīgā horizontālo un vertikālo slāņu izvietojumā ar n- un p-vadītspēju.

Katoda slāņa n dizains ir piedzīvojis vislielākās izmaiņas. Tas ir sadalīts vairākos simtos elementārās šūnās, vienmērīgi sadalītas pa apgabalu un savienotas paralēli. Šo dizainu izraisa vēlme nodrošināt vienmērīgu strāvas samazinājumu visā pusvadītāju struktūras laukumā, kad ierīce ir izslēgta.

Pamatnes slānim p, neskatoties uz to, ka tas ir izgatavots kā viena vienība, ir liels skaits vadības elektrodu kontaktu (aptuveni vienāds ar katoda elementu skaitu), kas arī ir vienmērīgi sadalīts pa laukumu un savienots paralēli. Pamatnes slānis n ir izgatavots līdzīgi parastajam tiristoram atbilstošajam slānim.

Anoda slānim p ir šunti (zonas n), kas savieno n-bāzi ar anoda kontaktu caur mazām sadalītām pretestībām. Anoda šuntus izmanto tiristoros, kuriem nav reversās bloķēšanas spējas. Tie ir paredzēti, lai samazinātu ierīces izslēgšanas laiku, uzlabojot nosacījumus lādiņu iegūšanai no bāzes reģiona n.

GTO tiristoru galvenais dizains ir planšetdatora tipa ar četru slāņu silīcija plāksni, kas iespiesta caur temperatūru kompensējošiem molibdēna diskiem starp divām vara pamatnēm ar paaugstinātu siltuma un elektrisko vadītspēju. Vadības elektrods, kuram ir spaile keramikas korpusā, ir saskarē ar silīcija plāksni. Ierīce ir nostiprināta ar saskares virsmām starp divām dzesētāju pusēm, kas izolētas viena no otras un kuru konstrukcija ir noteikta atkarībā no dzesēšanas sistēmas veida.

Darbības princips

GTO tiristoru ciklam ir četras fāzes: ieslēgšana, vadīšana, izslēgšana un bloķēšana.

Tiristora struktūras shematiskajā sadaļā (1. att., b) konstrukcijas apakšējais spaile ir anods. Anods saskaras ar slāni p. Tad no apakšas uz augšu ir: bāzes slānis n, bāzes slānis p (ar vadības elektroda spaili), slānis n, kas ir tiešā saskarē ar katoda spaili. Četri slāņi veido trīs p-n savienojumus: j1 starp slāņiem p un n; j2 starp slāņiem n un p; j3 starp slāņiem p un n.

1. fāze- iekļaušana. Tiristora struktūras pāreja no bloķēšanas stāvokļa uz vadošu stāvokli (ieslēgšanās) ir iespējama tikai tad, ja starp anodu un katodu tiek pielikts tiešs spriegums. Pārejas j1 un j3 ir nobīdītas uz priekšu un netraucē lādiņnesēju pāreju. Viss spriegums tiek pievadīts vidējam krustojumam j2, kas ir apgriezti nobīdīts. Netālu no j2 pārejas veidojas no lādiņnesējiem noplicināta zona, ko sauc par telpas lādiņa reģionu. Lai ieslēgtu GTO tiristoru, vadības elektrodam un katodam caur vadības ķēdi tiek pievadīts pozitīvas polaritātes U G spriegums (“+” spaile uz p slāni). Tā rezultātā pa ķēdi plūst pārslēgšanas strāva I G.

Izslēdzamajiem tiristoriem ir stingras prasības attiecībā uz dIG/dt malas slīpumu un IGM vadības strāvas amplitūdu. Caur krustojumu j3 papildus noplūdes strāvai sāk plūst ieslēgšanas strāva I G. Elektroni, kas rada šo strāvu, tiks ievadīti no slāņa n slānī p. Tālāk daži no tiem tiks pārnesti ar bāzes pārejas j2 elektrisko lauku uz slāni n.

Tajā pašā laikā palielināsies caurumu pretinjekcija no slāņa p uz slāni n un pēc tam uz slāni p, t.i. Pieaugs mazākuma lādiņu nesēju radītā strāva.

Kopējā strāva, kas iet caur bāzes savienojumu j2, pārsniedz ieslēgšanas strāvu, atveras tiristors, pēc kura lādiņu nesēji brīvi iet cauri visiem četriem tā apgabaliem.

2. fāze- vadošais stāvoklis. Līdzstrāvas plūsmas režīmā nav nepieciešama vadības strāva I G, ja strāva anoda ķēdē pārsniedz turēšanas strāvu. Tomēr praksē, lai visas izslēgtā tiristora struktūras pastāvīgi atrastos vadošā stāvoklī, joprojām ir jāuztur konkrētam temperatūras režīmam paredzētā strāva. Tādējādi visā ieslēgšanas un vadīšanas stāvoklī vadības sistēma ģenerē pozitīvas polaritātes strāvas impulsu.

Vadošā stāvoklī visi pusvadītāju struktūras apgabali nodrošina vienmērīgu lādiņnesēju kustību (elektroni no katoda uz anodu, caurumi pretējā virzienā). Anoda strāva plūst caur pārejām j1, j2, un kopējā anoda un vadības elektroda strāva plūst caur pāreju j3.

3. fāze- izslēgt. Lai izslēgtu GTO tiristoru ar nemainīgu sprieguma polaritāti U T (sk. 3. att.), vadības elektrodam un katodam caur vadības ķēdi tiek pielikts negatīvas polaritātes UGR spriegums. Tas izraisa izslēgšanas strāvu, kuras plūsma noved pie galveno lādiņnesēju (caurumu) rezorbcijas pamatslānī p. Citiem vārdiem sakot, notiek caurumu rekombinācija, kas iekļuva slānī p no pamatslāņa n, un elektroni, kas iekļuva tajā pašā slānī caur vadības elektrodu.

Kad no tiem tiek atbrīvots bāzes krustojums j2, tiristors sāk izslēgties. Šim procesam ir raksturīgs straujš tiristora tiešās strāvas I T samazinājums īsā laika periodā līdz nelielai vērtībai I TQT (sk. 2. att.). Uzreiz pēc bāzes pārejas j2 bloķēšanas pāreja j3 sāk aizvērties, tomēr vadības ķēžu induktivitātē uzkrātās enerģijas dēļ tā kādu laiku paliek nedaudz atvērtā stāvoklī.

Rīsi. 2. Anoda strāvas (iT) un vadības elektroda (iG) izmaiņu grafiki

Pēc tam, kad ir iztērēta visa vadības ķēdes induktivitātē uzkrātā enerģija, savienojums j3 katoda pusē tiek pilnībā izslēgts. No šī brīža strāva caur tiristoru ir vienāda ar noplūdes strāvu, kas plūst no anoda uz katodu caur vadības elektroda ķēdi.

Rekombinācijas process un līdz ar to izslēgšanas tiristora izslēgšana lielā mērā ir atkarīgs no priekšējā dIGQ/dt slīpuma un reversās vadības strāvas amplitūdas I GQ. Lai nodrošinātu nepieciešamo šīs strāvas slīpumu un amplitūdu, vadības elektrodam jāpieliek spriegums UG, kas nedrīkst pārsniegt pārejai j3 pieļaujamo vērtību.

4. fāze- bloķēšanas stāvoklis Bloķēšanas režīmā negatīvās polaritātes spriegums U GR no vadības bloka paliek pielikts vadības elektrodam un katodam. Kopējā strāva I GR plūst caur vadības ķēdi, kas sastāv no tiristora noplūdes strāvas un reversās vadības strāvas, kas iet caur krustojumu j3. Pāreja j3 ir apgriezta nobīde. Tādējādi GTO tiristorā tiešā bloķēšanas stāvoklī divi krustojumi (j2 un j3) ir apgriezti nobīdīti un veidojas divi kosmosa lādiņa apgabali.

Visā izslēgšanas un bloķēšanas stāvoklī vadības sistēma ģenerē negatīvas polaritātes impulsu.

Drošības ķēdes

Lai izmantotu GTO tiristorus, ir jāizmanto īpašas aizsargķēdes. Tie palielina svaru un izmērus, pārveidotāja izmaksas un dažreiz prasa papildu dzesēšanas ierīces, bet ir nepieciešamas ierīču normālai darbībai.

Jebkuras aizsargķēdes mērķis ir ierobežot viena no diviem elektriskās enerģijas parametriem pieauguma ātrumu, pārslēdzot pusvadītāju ierīci. Šajā gadījumā aizsargķēdes CB kondensatori (3. att.) ir savienoti paralēli aizsargātajai ierīcei T. Tie ierobežo tiešā sprieguma dUT/dt pieauguma ātrumu, kad tiristoru izslēdz.

LE droseles tiek uzstādītas virknē ar ierīci T. Tie ierobežo tiešās strāvas pieauguma ātrumu dIT/dt, kad tiristoru ieslēdz. Katras ierīces dUT/dt un dIT/dt vērtības ir standartizētas, tās ir norādītas uzziņu grāmatās un ierīču pases datos.

Rīsi. 3. Aizsardzības shēmas shēma

Papildus kondensatoriem un droseles aizsargķēdēs tiek izmantoti papildu elementi, lai nodrošinātu reaktīvo elementu izlādi un uzlādi. Tajos ietilpst: diode DB, kas apiet rezistoru RB, kad ir izslēgts tiristors T un uzlādēts kondensators CB, rezistors RB, kas ierobežo kondensatora CB izlādes strāvu, kad ir ieslēgts tiristors T.

Kontroles sistēma

Vadības sistēma (CS) satur šādus funkcionālos blokus: aktivizēšanas ķēde, kas sastāv no ķēdes atbloķēšanas impulsa ģenerēšanai un signāla avota tiristora uzturēšanai atvērtā stāvoklī; ķēde bloķēšanas signāla ģenerēšanai; ķēde tiristora uzturēšanai slēgtā stāvoklī.

Ne visiem vadības sistēmu veidiem ir nepieciešami visi uzskaitītie bloki, bet katrā vadības sistēmā ir jābūt ķēdēm atbloķēšanas un bloķēšanas impulsu ģenerēšanai. Šajā gadījumā ir jānodrošina vadības ķēdes un izslēgtā tiristora strāvas ķēdes galvaniskā izolācija.

Izslēgtā tiristora darbības kontrolei tiek izmantotas divas galvenās vadības sistēmas, kas atšķiras ar to, kā tās piegādā signālu vadības elektrodam. Attēlā parādītajā gadījumā. 4, loģiskā bloka St ģenerētie signāli tiek pakļauti galvaniskajai izolācijai (potenciāla atdalīšanai), pēc kuras tie caur taustiņiem SE un SA tiek piegādāti uz izslēgtā tiristora T vadības elektrodu. Otrajā gadījumā signāli vispirms iedarbiniet taustiņus SE (ieslēgts) un SA (izslēgts), kas ir zem tāda paša potenciāla kā vadības blokam, un pēc tam tiek piegādāti vadības elektrodam caur galvaniskās izolācijas ierīcēm UE un UA.

Atkarībā no SE un SA atslēgu atrašanās vietas izšķir zema potenciāla (NPSU) un augsta potenciāla (VPSU, 4. att.) vadības shēmas.

Rīsi. 4. Vadības ķēdes iespēja

NPSU vadības sistēma ir strukturāli vienkāršāka nekā VPSU, taču tās iespējas ir ierobežotas attiecībā uz ilgtermiņa vadības signālu ģenerēšanu, kas darbojas caur tiristoru plūstošās līdzstrāvas režīmā, kā arī nodrošinot vadības impulsu stāvumu. Lai ģenerētu ilgtermiņa signālus, ir jāizmanto dārgākas push-pull shēmas.

VPSU ir vieglāk sasniegt augstu slīpumu un palielinātu vadības signāla ilgumu. Turklāt šeit vadības signāls tiek izmantots pilnībā, savukārt NPSU tā vērtību ierobežo potenciāla atdalīšanas ierīce (piemēram, impulsa transformators).

Informācijas signāls - komanda ieslēgt vai izslēgt - parasti tiek piegādāts ķēdei caur optoelektronisko pārveidotāju.

Tiristori GCT

Deviņdesmito gadu vidū ABB un Mitsubishi izstrādāja jauna tipa vārtiem komutēto tiristoru (GCT). Faktiski GCT ir turpmāks GTO uzlabojums vai tā modernizācija. Tomēr principiāli jaunais vadības elektroda dizains, kā arī manāmi atšķirīgie procesi, kas notiek, kad ierīce tiek izslēgta, liek domāt par to.

GCT tika izstrādāts tā, lai tajā nebūtu GTO nepilnību, tāpēc vispirms ir jārisina problēmas, kas rodas saistībā ar GTO.

Galvenais GTO trūkums ir lielie enerģijas zudumi ierīces aizsargķēdēs tās pārslēgšanas laikā. Frekvences palielināšana palielina zudumus, tāpēc praksē GTO tiristori tiek pārslēgti ar frekvenci, kas nepārsniedz 250-300 Hz. Galvenie zudumi rodas rezistorā RB (skat. 3. att.), kad tiek izslēgts tiristors T un līdz ar to izlādējas kondensators CB.

Kondensators CB ir paredzēts, lai ierobežotu tiešā sprieguma du/dt pieauguma ātrumu, kad ierīce ir izslēgta. Padarot tiristoru nejutīgu pret du/dt efektu, bija iespējams atteikties no snubber ķēdes (pārslēgšanas ceļa veidošanas ķēdes), kas tika ieviesta GCT konstrukcijā.

Vadības un dizaina funkcijas

GCT tiristoru galvenā iezīme, salīdzinot ar GTO ierīcēm, ir ātra izslēgšana, kas tiek panākta gan mainot vadības principu, gan uzlabojot ierīces dizainu. Ātra izslēgšana tiek realizēta, pārveidojot tiristora struktūru par tranzistora struktūru, kad ierīce ir izslēgta, kas padara ierīci nejutīgu pret du/dt efektu.

GCT ieslēgšanas, vadošajā un bloķēšanas fāzē tiek kontrolēts tāpat kā GTO. Kad GCT vadība ir izslēgta, tai ir divas funkcijas:

• vadības strāva Ig ir vienāda ar anoda strāvu Ia vai pārsniedz to (GTO tiristoriem Ig ir 3 - 5 reizes mazāka);
• vadības elektrodam ir zema induktivitāte, kas ļauj sasniegt vadības strāvas pieauguma ātrumu dig/dt 3000 A/µs vai vairāk (GTO tiristoriem dig/dt vērtība ir 30-40 A/µs).

Rīsi. 5. Strāvu sadalījums GCT tiristora struktūrā, kad tas ir izslēgts

Attēlā 5. attēlā parādīts strāvu sadalījums GCT tiristora struktūrā, kad ierīce ir izslēgta. Kā minēts, ieslēgšanas process ir līdzīgs GTO tiristoru ieslēgšanai. Izslēgšanas process ir atšķirīgs. Pēc negatīva kontroles impulsa (-Ig), kas ir vienāds ar anoda strāvas vērtību (Ia) amplitūdu, visa līdzstrāva, kas iet caur ierīci, tiek novirzīta vadības sistēmā un sasniedz katodu, apejot pāreju j3 (starp apgabaliem p un n). Savienojums j3 ir apgriezts nobīde, un katoda tranzistors npn izslēdzas. Tālāka GCT izslēgšana ir līdzīga jebkura bipolāra tranzistora izslēgšanai, kam nav nepieciešams ārējs tiešā sprieguma du/dt pieauguma ātruma ierobežojums un tādējādi pieļauj, ka nav snubber ķēdes.

Izmaiņas GCT dizainā ir saistītas ar faktu, ka dinamiskie procesi, kas notiek ierīcē, kad tas ir izslēgts, notiek par vienu līdz divām kārtām ātrāk nekā GTO. Tātad, ja GTO minimālais izslēgšanas un bloķēšanas laiks ir 100 μs, GCT šī vērtība nepārsniedz 10 μs. Vadības strāvas pieauguma ātrums, izslēdzot GCT, ir 3000 A/µs, GTO - nepārsniedz 40 A/µs.

Lai nodrošinātu augstu pārslēgšanas procesu dinamiku, tika mainīts vadības elektrodu izejas dizains un ierīces pieslēgšana vadības sistēmas impulsu formējam. Izvade tiek veikta gredzenā, apvelkot ierīci apli. Gredzens iet cauri tiristora keramikas korpusam un saskaras: iekšpusē ar vadības elektroda šūnām; ārpusē - ar plāksni, kas savieno vadības elektrodu ar impulsu veidotāju.

Tagad GTO tiristorus ražo vairāki lieli uzņēmumi Japānā un Eiropā: Toshiba, Hitachi, Mitsubishi, ABB, Eupec. Ierīces parametri spriegumam UDRM: 2500 V, 4500 V, 6000 V; pēc strāvas ITGQM (maksimālā atkārtotā bloķēšanas strāva): 1000 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A, 4000 A, 6000 A.

GCT tiristorus ražo Mitsubishi un ABB. Ierīces ir paredzētas UDRM spriegumam līdz 4500 V un ITGQM strāvai līdz 4000 A.

Pašlaik GCT un GTO tiristori tiek ražoti Krievijas uzņēmumā Elektrovypryamitel OJSC (Saranska), tiek ražoti TZ-243, TZ-253, TZ-273, ZTA-173, ZTA-193, ZTF-193 tiristori (līdzīgi kā GCT ) uc

Paralēli izslēgšanas tiristoriem un lietošanai kopā ar tiem a/s Elektrovypryamitel ir izstrādājis un sērijveidā nodevis ātrgaitas diodes slāpēšanas (snubber) ķēžu un reversās strāvas diodes, kā arī jaudīgu impulsu tranzistoru izejas pakāpēm. vadības ierīces (vadības sistēmas).

Tiristori IGCT

Pateicoties stingras kontroles koncepcijai (sakausējuma profilu smalka kontrole, mesa tehnoloģija, protonu un elektronu apstarošana, lai izveidotu īpašu kontrolētu rekombinācijas centru sadalījumu, tā saukto caurspīdīgo vai plānu emitētāju tehnoloģija, bufera slāņa izmantošana n-bāzes apgabals utt.) bija iespējams panākt ievērojamu GTO īpašību uzlabojumu, kad tas bija izslēgts. Nākamais lielais sasniegums HD GTO tehnoloģijā no ierīču, vadības un lietojumprogrammu perspektīvas bija ideja par vadāmām ierīcēm, kuru pamatā ir jaunais integrētais vārti komutējamais tiristors (IGCT). Pateicoties stingrajai vadības tehnoloģijai, vienmērīga pārslēgšana palielina IGCT drošu darbības zonu līdz robežām, ko ierobežo lavīnas pārrāvums, t.i. uz silīcija fiziskajām iespējām. Aizsardzības ķēdes pret du/dt pārsniegšanu nav vajadzīgas. Apvienojumā ar uzlabotu jaudas zudumu veiktspēju, kilohercu diapazonā ir atrasti jauni pielietojumi. Vadībai nepieciešamā jauda ir samazināta 5 reizes, salīdzinot ar standarta GTO, galvenokārt pateicoties caurspīdīgajam anoda dizainam. Jaunā IGCT ierīču saime ar monolītām integrētām lieljaudas diodēm ir izstrādāta lietojumiem diapazonā no 0,5 līdz 6 MV*A. Ar esošajām seriālā un paralēlā savienojuma tehniskajām iespējām IGCT ierīces ļauj palielināt jaudas līmeni līdz vairākiem simtiem megavoltu - ampēriem.

Izmantojot integrētu vadības bloku, katoda strāva samazinās, pirms anoda spriegums sāk palielināties. Tas tiek panākts, pateicoties ļoti zemajai vadības elektrodu ķēdes induktivitātei, kas tiek realizēta, izmantojot vadības elektroda koaksiālo savienojumu kombinācijā ar daudzslāņu vadības paneli. Rezultātā kļuva iespējams sasniegt izslēgšanas strāvas ātrumu 4 kA/µs. Pie vadības sprieguma UGK=20 V. kad katoda strāva kļūst par nulli, atlikušā anoda strāva nonāk vadības blokā, kuram šajā brīdī ir zema pretestība. Pateicoties tam, tiek samazināts vadības bloka enerģijas patēriņš.

Strādājot ar “cieto” vadību, tiristors, kad tas ir ieslēgts, 1 μs laikā pārslēdzas no p-n-p-n stāvokļa uz p-n-p režīmu. Izslēgšanās notiek pilnībā tranzistora režīmā, izslēdzot jebkādu sprūda efekta iespējamību.

Ierīces biezuma samazināšana tiek panākta, izmantojot bufera slāni anoda pusē. Jaudas pusvadītāju bufera slānis uzlabo tradicionālo elementu veiktspēju, samazinot to biezumu par 30% pie tāda paša sprieguma uz priekšu. Plāno elementu galvenā priekšrocība ir uzlabotas tehnoloģiskās īpašības ar zemiem statiskajiem un dinamiskajiem zudumiem. Šāds bufera slānis četru slāņu ierīcē prasa noņemt anoda īssavienojumus, taču izslēgšanas laikā joprojām efektīvi atbrīvo elektronus. Jaunā IGCT ierīce apvieno bufera slāni ar caurspīdīgu anoda emitētāju. Caurspīdīgais anods ir p-n pāreja ar strāvu kontrolētu emitera efektivitāti.

Lai nodrošinātu maksimālu trokšņu noturību un kompaktumu, vadības bloks ieskauj IGCT, veidojot vienotu struktūru ar dzesētāju, un tajā ir tikai tā shēmas daļa, kas nepieciešama paša IGCT vadīšanai. Rezultātā tiek samazināts vadības bloka elementu skaits, samazināti siltuma izkliedes parametri, elektriskās un termiskās pārslodzes. Tāpēc ievērojami samazinās arī vadības bloka izmaksas un atteices līmenis. IGCT ar integrēto vadības bloku ir viegli fiksējams modulī un ir precīzi savienots ar barošanas avotu un vadības signāla avotu, izmantojot optisko šķiedru. Vienkārši atlaižot atsperi, IGCT tiek pielikts precīzi aprēķināts savilkšanas spēks, radot elektrisku un termisku kontaktu, pateicoties rūpīgi izstrādātai saspiešanas kontaktu sistēmai. Tas nodrošina maksimālu montāžas vieglumu un maksimālu uzticamību. Darbinot IGCT bez aizbīdņa, brīvgaitas diodei jādarbojas arī bez slumbera. Šīs prasības izpilda lieljaudas diode iespīlēšanas komplektā ar uzlabotiem parametriem, kas ražota, izmantojot apstarošanas procesu kombinācijā ar klasiskajiem procesiem. Spēju nodrošināt di/dt nosaka diodes darbība (skat. 6. att.).

Rīsi. 6. Trīsfāzu invertora vienkāršota shēma uz IGCT

Galvenais IGCT ražotājs ir ABB Tiristora sprieguma parametri U DRM: 4500 V, 6000 V; Pašreizējais ITGQM: 3000 A, 4000 A.

Secinājums

Jaudas tranzistoru tehnoloģiju straujā attīstība 90. gadu sākumā izraisīja jaunas ierīču klases - izolēto vārtu bipolāro tranzistoru (IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistori) rašanos. Galvenās IGBT priekšrocības ir augsta darba frekvence, efektivitāte, vadības ķēžu vienkāršība un kompaktums (mazās vadības strāvas dēļ).

Pēdējo gadu IGBT parādīšanās ar darba spriegumu līdz 4500 V un spēju pārslēgt strāvu līdz 1800 A ir novedusi pie bloķētu izslēgšanas tiristoru (GTO) pārvietošanas ierīcēs ar jaudu līdz 1 MW un spriegumu līdz 1 MW. 3,5 kV.

Tomēr jaunās IGCT ierīces, kas spēj darboties pārslēgšanās frekvencēs no 500 Hz līdz 2 kHz un piedāvā augstāku veiktspēju nekā IGBT, apvieno optimālu pārbaudītas tiristoru tehnoloģijas kombināciju ar tai raksturīgajiem zemajiem zudumiem un bez traucējumiem, ļoti efektīvu izslēgšanas tehnoloģiju. vadības elektrods IGCT šodien ir ideāls risinājums vidēja un augsta sprieguma jaudas elektronikas lietojumiem.

Mūsdienu jaudīgo jaudas slēdžu ar abpusēju siltuma izlietni raksturlielumi ir norādīti tabulā. 1.

1. tabula. Mūsdienu jaudīgu jaudas slēdžu ar divpusēju siltuma izlietni raksturojums

Ierīces veids	Priekšrocības	Trūkumi	Lietošanas jomas
Tradicionālais tiristors (SCR)	Zemākie zaudējumi ieslēgtā stāvoklī. Augstākā pārslodzes jauda. Augsta uzticamība. Viegli savienojams paralēli un virknē.	Nav iespējams piespiedu bloķēt, izmantojot vadības elektrodu. Zema darbības frekvence.	Līdzstrāvas piedziņa; jaudīgi barošanas avoti; metināšana; kausēšana un karsēšana; statiskie kompensatori; AC taustiņi
GTO	Kontrolēta bloķēšanas iespēja. Salīdzinoši liela pārslodzes jauda. Seriālā savienojuma iespēja. Darba frekvences līdz 250 Hz pie sprieguma līdz 4 kV.	Lieli zaudējumi ieslēgtā stāvoklī. Ļoti lieli zudumi vadības sistēmā. Sarežģītas sistēmas enerģijas kontrolei un piegādei potenciālam. Lieli pārslēgšanas zudumi.	Elektriskā piedziņa; statiskie kompensatori;reaktīvā jauda; nepārtrauktās barošanas sistēmas; indukcijas apkure
IGCT	Kontrolēta bloķēšanas iespēja. Pārslodzes jauda ir tāda pati kā GTO. Zemi pārslēgšanās zudumi ieslēgtā stāvoklī. Darba frekvence - līdz vienībām, kHz. Iebūvēts vadības bloks (vadītājs). Seriālā savienojuma iespēja.	Nav identificēts ekspluatācijas pieredzes trūkuma dēļ	Jaudīgi barošanas avoti (līdzstrāvas pārvades līniju invertoru un taisngriežu apakšstacijas); elektriskā piedziņa (sprieguma invertori frekvences pārveidotājiem un elektriskās piedziņas dažādiem mērķiem)
IGBT	Kontrolēta bloķēšanas iespēja. Augstākā darba frekvence (līdz 10 kHz). Vienkārša, mazjaudas vadības sistēma. Iebūvēts draiveris.	Ļoti lieli zaudējumi ieslēgtā stāvoklī.	Elektriskā piedziņa (smalcinātāji); Nepārtrauktās barošanas sistēmas; statiskie kompensatori un aktīvie filtri; galvenie barošanas avoti

Saturs:

Pusvadītāju pāreju īpašību atklāšanu pamatoti var saukt par vienu no svarīgākajiem divdesmitajā gadsimtā. Tā rezultātā parādījās pirmās pusvadītāju ierīces - diodes un tranzistori. Kā arī shēmas, kurās tie tiek izmantoti. Viena no šādām shēmām ir divu pretēju tipu bipolāru tranzistoru savienojums - p-n-p c n-p-n. Šī shēma ir parādīta zemāk attēlā (b). Tas ilustrē, kas ir tiristors un tā darbības princips. Tas satur pozitīvas atsauksmes. Rezultātā katrs tranzistors palielina otra tranzistora pastiprināšanas īpašības.

Tranzistora ekvivalents

Šajā gadījumā jebkuras tranzistoru vadītspējas izmaiņas jebkurā virzienā palielinās kā lavīna un beidzas vienā no robežstāvokļiem. Tie ir vai nu bloķēti, vai atbloķēti. Šo efektu sauc par iedarbināšanu. Un, attīstoties mikroelektronikai, abi tranzistori tika apvienoti 1958. gadā uz viena un tā paša substrāta, vispārinot viena nosaukuma pārejas. Rezultātā tika izveidota jauna pusvadītāju ierīce, ko sauc par tiristoru. Tiristora darbības princips ir balstīts uz divu tranzistoru mijiedarbību. Pāreju apvienošanas rezultātā tam ir tāds pats tapu skaits kā tranzistoram (a).

Diagrammā vadības elektrods ir tranzistora struktūras pamats n-p-n. Tā ir tranzistora bāzes strāva, kas maina vadītspēju starp tā kolektoru un emitētāju. Bet kontroli var veikt arī uz pamata p-n-p tranzistors. Šī ir tiristora ierīce. Vadības elektroda izvēli nosaka tā īpašības, ieskaitot veiktos uzdevumus. Piemēram, daži no tiem vispār neizmanto nekādus vadības signālus. Tāpēc, kāpēc izmantot vadības elektrodus...

Dinistors

Tie ir uzdevumi, kuros izmanto divu elektrodu tiristoru šķirnes - dinistorus. Tajos ir rezistori, kas savienoti ar katra tranzistora emitētāju un pamatni. Tālāk diagrammā tie ir R1 un R3. Katrai elektroniskajai ierīcei ir ierobežojumi attiecībā uz pielietotā sprieguma lielumu. Tāpēc līdz noteiktai vērtībai minētie rezistori katru no tranzistoriem uztur bloķētā stāvoklī. Bet, vēl vairāk palielinoties spriegumam, caur kolektora-emitera krustojumiem parādās noplūdes strāvas.

Tos uztver pozitīvas atsauksmes, un abi tranzistori, tas ir, dinistors, tiek atbloķēti. Tiem, kas vēlas eksperimentēt, zemāk ir parādīts attēls ar diagrammu un komponentu vērtībām. Jūs varat to salikt un pārbaudīt tā darba īpašības. Pievērsīsim uzmanību rezistoram R2, kas atšķiras ar vēlamās vērtības izvēli. Tas papildina noplūdes efektu un tādējādi arī sprūda spriegumu. Līdz ar to dinistors ir tiristors, kura darbības principu nosaka barošanas sprieguma lielums. Ja tas ir salīdzinoši liels, tas ieslēgsies. Protams, ir arī interesanti uzzināt, kā to izslēgt.

Grūtības izslēgt

Tiristoru izslēgšana, kā saka, bija sarežģīta. Šī iemesla dēļ diezgan ilgu laiku tiristoru veidi tika ierobežoti tikai ar divām iepriekš minētajām struktūrām. Līdz divdesmitā gadsimta deviņdesmito gadu vidum tika izmantoti tikai šie divu veidu tiristori. Fakts ir tāds, ka tiristora izslēgšana var notikt tikai tad, kad viens no tranzistoriem ir izslēgts. Un uz noteiktu laiku. To nosaka lādiņu izzušanas ātrums, kas atbilst bloķētajai pārejai. Visdrošākais veids, kā “naglot” šos lādiņus, ir pilnībā izslēgt strāvu, kas plūst caur tiristoru.

Lielākā daļa no viņiem strādā šādā veidā. Nevis uz līdzstrāvu, bet uz rektificētu strāvu, kas atbilst spriegumam bez filtrēšanas. Tas mainās no nulles uz amplitūdas vērtību un pēc tam atkal samazinās līdz nullei. Un tā tālāk, atkarībā no iztaisnotā maiņstrāvas sprieguma frekvences. Noteiktā brīdī starp nulles sprieguma vērtībām uz vadības elektrodu tiek nosūtīts signāls un tiristors tiek atbloķēts. Un, kad spriegums iet cauri nullei, tas atkal bloķējas.

Lai to izslēgtu pie pastāvīga sprieguma un strāvas, pie kuras nav nulles vērtības, ir nepieciešams šunts, kas darbojas noteiktu laiku. Vienkāršākajā formā tā ir vai nu poga, kas savienota ar anodu un katodu, vai savienota virknē. Ja ierīce ir atbloķēta, uz tās ir atlikušais spriegums. Nospiežot pogu, tas tiek atiestatīts uz nulli un strāva caur to apstājas. Bet, ja pogai nav īpašas ierīces un tās kontakti atveras, tiristors noteikti atkal ieslēgsies.

Šai ierīcei jābūt kondensatoram, kas savienots paralēli tiristoram. Tas ierobežo sprieguma pieauguma ātrumu visā ierīcē. Šis parametrs ir visvairāk nožēlojams, lietojot šīs pusvadītāju ierīces, jo tiek samazināta darba frekvence, ar kādu tiristoru spēj pārslēgt slodzi, un attiecīgi arī pārslēgtā jauda. Šī parādība rodas, pateicoties iekšējām kapacitātēm, kas raksturīgas katram no šo pusvadītāju ierīču modeļiem.

Jebkuras pusvadītāju ierīces dizains neizbēgami veido kondensatoru grupu. Jo ātrāk palielinās spriegums, jo lielākas ir strāvas, kas tos uzlādē. Turklāt tie rodas visos elektrodos. Ja šāda strāva vadības elektrodā pārsniedz noteiktu sliekšņa vērtību, tiristors ieslēgsies. Tāpēc parametrs dU/dt ir dots visiem modeļiem.

• Tiristora izslēgšanu, ja barošanas spriegums iet caur nulli, sauc par dabisku. Atlikušās izslēgšanas iespējas tiek sauktas par piespiedu vai mākslīgu.

Modeļu klāsta dažādība

Šīs pārslēgšanas iespējas padara tiristoru slēdžus sarežģītākus un samazina to uzticamību. Bet tiristoru šķirnes attīstība izrādījās ļoti auglīga.

Mūsdienās ir apgūta liela skaita tiristoru šķirņu rūpnieciskā ražošana. To pielietojuma joma ir ne tikai jaudīgas strāvas ķēdes (kurās slēdzamas un diode-tiristors, triac), bet arī vadības ķēdes (dinistors, optotiristors). Tiristors diagrammā ir attēlots, kā parādīts zemāk.

Starp tiem ir modeļi, kuru darba spriegumi un strāvas ir visaugstākie starp visām pusvadītāju ierīcēm. Tā kā rūpnieciskā elektroapgāde nav iedomājama bez transformatoriem, tiristoru loma tās turpmākajā attīstībā ir būtiska. Bloķējami augstfrekvences modeļi invertoros nodrošina maiņstrāvas ģenerēšanu. Turklāt tā vērtība var sasniegt 10 kV ar frekvenci 10 kiloherci pie strāvas stipruma 10 kA. Transformatoru izmēri tiek samazināti vairākas reizes.

Pārslēdzamo tiristoru ieslēdz un izslēdz, tikai iedarbojoties uz vadības elektrodu ar īpašiem signāliem. Polaritāte atbilst šīs elektroniskās ierīces īpašajai struktūrai. Šī ir viena no vienkāršākajām šķirnēm, ko dēvē par GTO. Papildus tam tiek izmantoti sarežģītāki izslēgšanas tiristori ar iebūvētām vadības konstrukcijām. Šos modeļus sauc par GCT un arī IGCT. Lauka efekta tranzistoru izmantošana šajās struktūrās klasificē izslēgšanas tiristorus kā MCT saimes ierīces.

Mēs centāmies, lai mūsu apskats būtu informatīvs ne tikai labi lasītiem mūsu vietnes apmeklētājiem, bet arī manekeniem. Tagad, kad esam iepazinušies ar tiristoru darbību, varam šīs zināšanas likt lietā. Piemēram, vienkāršajā sadzīves elektroierīču remontā. Galvenais, lai, aizraujoties ar savu darbu, neaizmirsti par drošības pasākumiem!

Lai saprastu, kā ķēde darbojas, jums jāzina katra elementa darbība un mērķis. Šajā rakstā mēs apsvērsim tiristora darbības principu, dažādus darbības veidus un režīmus, īpašības un veidus. Mēs centīsimies visu izskaidrot pēc iespējas skaidrāk, lai tas būtu skaidrs pat iesācējiem.

Tiristors ir pusvadītāju elements, kuram ir tikai divi stāvokļi: “atvērts” (strāvas plūsmas) un “slēgts” (bez strāvas). Turklāt abi stāvokļi ir stabili, tas ir, pāreja notiek tikai noteiktos apstākļos. Pati pārslēgšana notiek ļoti ātri, lai gan ne uzreiz.

Pēc darbības veida to var salīdzināt ar slēdzi vai atslēgu. Bet tiristors pārslēdzas, izmantojot spriegumu, un izslēdzas, kad pazūd strāva vai tiek noņemta slodze. Tātad tiristora darbības principu nav grūti saprast. Varat to uzskatīt par elektriski vadāmu atslēgu. Nu ne īsti.

Tiristoram parasti ir trīs izejas. Viena vadība un divas, caur kurām plūst strāva. Varat mēģināt īsi aprakstīt darbības principu. Kad vadības izejai tiek pievienots spriegums, ķēde tiek pārslēgta caur anoda kolektoru. Tas ir, tas ir salīdzināms ar tranzistoru. Vienīgā atšķirība ir tāda, ka tranzistorā caurlaides strāvas daudzums ir atkarīgs no vadības spailei pievadītā sprieguma. Un tiristors ir vai nu pilnībā atvērts, vai pilnībā aizvērts.

Izskats

Tiristora izskats ir atkarīgs no tā izgatavošanas datuma. Padomju Savienības laika elementi ir metāls, “lidojoša šķīvīša” formā ar trim spailēm. Divi spailes - katods un vadības elektrods - atrodas “apakšā” vai “vākā” (neatkarīgi no tā, uz kuru pusi skatāties). Turklāt vadības elektrods ir mazāks. Anods var atrasties katoda pretējā pusē vai izvirzīties uz sāniem no paplāksnes, kas atrodas uz korpusa.

Divu veidu tiristori - mūsdienu un padomju, apzīmējums diagrammās

Mūsdienu tiristori izskatās savādāk. Šis ir mazs plastmasas taisnstūris ar metāla plāksni augšpusē un trim tapām apakšā. Mūsdienu versijā ir viena neērtība: aprakstā jāmeklē, kurš no spailēm ir anods, kur katods un vadības elektrods. Parasti pirmais ir anods, pēc tam katods un labajā labajā pusē ir elektrods. Bet tā tas parasti ir, tas ir, ne vienmēr.

Darbības princips

Pēc darbības principa tiristoru var salīdzināt arī ar diodi. Tas pārvadīs strāvu vienā virzienā - no anoda uz katodu, bet tas notiks tikai “atvērtā” stāvoklī. Diagrammās tiristors izskatās kā diode. Ir arī anods un katods, bet ir arī papildu elements - vadības elektrods. Protams, ir atšķirības izejas spriegumā (salīdzinot ar diodi).

Maiņstrāvas ķēdēs tiristors šķērsos tikai vienu pusviļņu - augšējo. Kad pienāk apakšējais pusvilnis, tas tiek atiestatīts uz “slēgtu” stāvokli.

Tiristora darbības princips vienkāršos vārdos

Apskatīsim tiristora darbības principu. Elementa sākuma stāvoklis ir aizvērts. "Signāls" pārejai uz "atvērto" stāvokli ir sprieguma parādīšanās starp anodu un vadības spaili. Ir divi veidi, kā atgriezt tiristoru "slēgtā" stāvoklī:

• noņemt slodzi;
• samazināt strāvu zem turēšanas strāvas (viens no tehniskajiem parametriem).

Ķēdēs ar mainīgu spriegumu, kā likums, tiristors tiek atiestatīts saskaņā ar otro iespēju. Maiņstrāvai mājsaimniecības tīklā ir sinusoidāla forma, kad tās vērtība tuvojas nullei un notiek atiestatīšana. Ķēdēs, ko darbina līdzstrāvas avoti, ir nepieciešams vai nu piespiedu kārtā atvienot strāvu, vai noņemt slodzi.

Tas ir, tiristors darbojas atšķirīgi ķēdēs ar pastāvīgu un mainīgu spriegumu. Pastāvīgā sprieguma ķēdē pēc īslaicīga sprieguma parādīšanās starp anodu un vadības spaili elements nonāk “atvērtā” stāvoklī. Tad var būt divi scenāriji:

• “Atvērtais” stāvoklis tiek saglabāts pat pēc anoda vadības izejas sprieguma pazušanas. Tas ir iespējams, ja anoda vadības spailei pievadītais spriegums ir lielāks par neatbloķēšanas spriegumu (šie dati ir tehniskajās specifikācijās). Strāvas plūsma caur tiristoru tiek apturēta, faktiski tikai pārtraucot ķēdi vai izslēdzot strāvas avotu. Turklāt ķēdes izslēgšana/pārtraukšana var būt ļoti īslaicīga. Pēc ķēdes atjaunošanas strāva neplūst, līdz anoda vadības spailei atkal tiek pievienots spriegums.
• Pēc sprieguma noņemšanas (tas ir mazāks par atbloķēšanas spriegumu) tiristors nekavējoties nonāk “slēgtā” stāvoklī.

Tātad līdzstrāvas ķēdēs ir divas tiristoru izmantošanas iespējas - ar atvērtu stāvokli un bez tā. Bet biežāk viņi izmanto pirmo veidu - kad tas paliek atvērts.

Tiristora darbības princips maiņstrāvas ķēdēs ir atšķirīgs. Tur atgriešanās bloķētajā stāvoklī notiek “automātiski” - kad strāva nokrītas zem noturēšanas sliekšņa. Ja anoda katodam pastāvīgi tiek pielikts spriegums, tiristora izejā mēs iegūstam strāvas impulsus, kas rodas noteiktā frekvencē. Tieši šādi tiek veidoti komutācijas barošanas avoti. Izmantojot tiristoru, tie pārveido sinusoidālo vilni impulsos.

Funkcionalitātes pārbaude

Tiristoru var pārbaudīt, izmantojot multimetru vai izveidojot vienkāršu testa ķēdi. Ja, veicot testu, jūsu acu priekšā ir tehniskās specifikācijas, vienlaikus varat pārbaudīt pāreju pretestību.

Pārbaude ar multimetru

Vispirms analizēsim nepārtrauktības pārbaudi ar multimetru. Mēs pārslēdzam ierīci uz numura sastādīšanas režīmu.

Lūdzu, ņemiet vērā, ka pretestības vērtība dažādās sērijās atšķiras - jums nevajadzētu pievērst īpašu uzmanību tam. Ja vēlaties pārbaudīt pāreju pretestību, apskatiet tehniskās specifikācijas.

Attēlā parādītas testa diagrammas. Attēls labajā malā ir uzlabota versija ar pogu, kas ir uzstādīta starp katodu un vadības termināli. Lai multimetrs reģistrētu strāvu, kas plūst caur ķēdi, īsi nospiediet pogu.

Izmantojot spuldzi un līdzstrāvas avotu (darbosies arī akumulators)

Ja jums nav multimetra, varat pārbaudīt tiristoru, izmantojot spuldzi un strāvas avotu. Derēs pat parasts akumulators vai jebkurš cits pastāvīga sprieguma avots. Bet spriegumam jābūt pietiekamam, lai iedegtu spuldzi. Jums būs nepieciešama arī pretestība vai parasts stieples gabals. Vienkārša ķēde ir samontēta no šiem elementiem:

• Pluss no barošanas avota tiek piegādāts anodam.
• Mēs pievienojam spuldzi katodam un savienojam tās otro spaili ar strāvas avota negatīvo. Gaisma neiedegas, jo termistors ir bloķēts.
• Īsi (izmantojot stieples gabalu vai pretestību) pievienojiet anodu un vadības spaili.
• Gaisma iedegas un turpina degt, pat ja džemperis ir noņemts. Termistors paliek atvērts.
• Ja atskrūvēsiet spuldzi vai izslēgsiet strāvas avotu, spuldze dabiski izdzisīs.
• Ja ķēde/strāva tiek atjaunota, tā neiedegas.

Kopā ar pārbaudi šī shēma ļauj izprast tiristora darbības principu. Galu galā attēls izrādās ļoti skaidrs un saprotams.

Tiristoru veidi un to īpašās īpašības

Pusvadītāju tehnoloģijas joprojām tiek izstrādātas un pilnveidotas. Vairāku gadu desmitu laikā ir parādījušies jauni tiristoru veidi, kuriem ir dažas atšķirības.

• Dinistori vai diodes tiristori. Tie atšķiras ar to, ka tiem ir tikai divas izejas. Tie tiek atvērti, pieliekot augstu spriegumu anodam un katodam impulsa veidā. Tos sauc arī par "nekontrolētiem tiristoriem".
• SCR vai triodes tiristori. Viņiem ir vadības elektrods, bet vadības impulsu var piegādāt:
  • Uz vadības izeju un katodu. Nosaukums - ar katoda vadību.
  • Uz vadības elektrodu un anodu. Attiecīgi anoda kontrole.

Ir arī dažādi tiristoru veidi atbilstoši bloķēšanas metodei. Vienā gadījumā ir pietiekami samazināt anoda strāvu zem turēšanas strāvas līmeņa. Citā gadījumā vadības elektrodam tiek pielikts bloķējošs spriegums.

Pēc vadītspējas

Mēs teicām, ka tiristori vada strāvu tikai vienā virzienā. Nav reversās vadīšanas. Šādus elementus sauc par apgrieztiem nevadošiem, taču ir ne tikai tādi elementi. Ir arī citas iespējas:

• Tiem ir zems reversais spriegums, un tos sauc par apgrieztām vadošām.
• Ar nestandartizētu reverso vadītspēju. Tie ir uzstādīti ķēdēs, kurās nevar rasties apgrieztais spriegums.
• Triacs. Simetriskie tiristori. Vada strāvu abos virzienos.

Tiristori var darboties slēdža režīmā. Tas ir, kad pienāk vadības impulss, piegādājiet slodzei strāvu. Slodze šajā gadījumā tiek aprēķināta, pamatojoties uz atvērto spriegumu. Jāņem vērā arī maksimālā jaudas izkliede. Šajā gadījumā labāk izvēlēties metāla modeļus “lidojošā šķīvīša” formā. Tiem ir ērti piestiprināt radiatoru ātrākai dzesēšanai.

Klasifikācija pēc īpašiem darbības režīmiem

Var izdalīt arī šādus tiristoru apakštipus:

• Slēdzams un neslēdzams. Atbloķējamā tiristora darbības princips ir nedaudz atšķirīgs. Tas ir atvērtā stāvoklī, kad plus tiek uzlikts uz anoda, mīnus ir uz katoda. Tas nonāk slēgtā stāvoklī, kad mainās polaritāte.
• Ātras darbības. Viņiem ir īss pārejas laiks no viena stāvokļa uz otru.
• Pulss. Tas ļoti ātri pāriet no viena stāvokļa uz otru, un to izmanto ķēdēs ar impulsa darbības režīmiem.

Galvenais mērķis ir ieslēgt un izslēgt spēcīgu slodzi, izmantojot mazjaudas vadības signālus

Tiristoru galvenā izmantošanas joma ir kā elektroniska atslēga, ko izmanto elektriskās ķēdes aizvēršanai un atvēršanai. Kopumā daudzas izplatītas ierīces ir veidotas uz tiristoriem. Piemēram, vītne ar gaitas gaismām, taisngriežiem, impulsu strāvas avotiem, taisngriežiem un daudziem citiem.

Raksturlielumi un to nozīme

Daži tiristori var pārslēgt ļoti lielas strāvas, un tādā gadījumā tos sauc par jaudas tiristoriem. Tie ir izgatavoti metāla korpusā labākai siltuma izkliedēšanai. Mazie modeļi ar plastmasas korpusu parasti ir mazjaudas opcijas, ko izmanto vājstrāvas ķēdēs. Tomēr vienmēr ir izņēmumi. Tātad katram konkrētajam mērķim tiek izvēlēta nepieciešamā opcija. Viņi izvēlas, protams, pēc parametriem. Šeit ir galvenie:

Ir arī dinamisks parametrs - pārejas laiks no slēgta uz atvērtu stāvokli. Dažās shēmās tas ir svarīgi. Var norādīt arī ātruma veidu: pēc atbloķēšanas laika vai bloķēšanas laika.