Thyristoren. Apparaat, werkingsprincipe, stroom-spanningskarakteristieken

Om te begrijpen hoe het circuit werkt, moet je de actie en het doel van elk van de elementen kennen. In dit artikel zullen we het werkingsprincipe van een thyristor, verschillende soorten en werkingsmodi, kenmerken en typen bekijken. Wij zullen proberen alles zo duidelijk mogelijk uit te leggen, zodat het ook voor beginners duidelijk is.

Een thyristor is een halfgeleiderelement dat slechts twee toestanden heeft: "open" (stroom stroomt) en "gesloten" (geen stroom). Bovendien zijn beide toestanden stabiel, dat wil zeggen dat de overgang alleen onder bepaalde omstandigheden plaatsvindt. Het schakelen zelf gebeurt zeer snel, hoewel niet onmiddellijk.

Qua werking is het te vergelijken met een schakelaar of een sleutel. Maar de thyristor schakelt met behulp van spanning en wordt uitgeschakeld wanneer de stroom wegvalt of de belasting wordt verwijderd. Het werkingsprincipe van een thyristor is dus niet moeilijk te begrijpen. Je kunt het zien als een elektrisch bediende sleutel. Nou niet echt.

Een thyristor heeft meestal drie uitgangen. Eén besturing en twee waar stroom doorheen vloeit. U kunt proberen het werkingsprincipe kort te beschrijven. Wanneer er spanning op de stuuruitgang wordt gezet, wordt het circuit via de anode-collector geschakeld. Dat wil zeggen, het is vergelijkbaar met een transistor. Het enige verschil is dat in een transistor de hoeveelheid doorgelaten stroom afhangt van de spanning die op de stuuraansluiting wordt aangelegd. En de thyristor is volledig open of volledig gesloten.

Verschijning

Het uiterlijk van de thyristor hangt af van de productiedatum. De elementen uit de tijd van de Sovjet-Unie zijn van metaal, in de vorm van een ‘vliegende schotel’ met drie aansluitingen. Twee aansluitingen - de kathode en de stuurelektrode - bevinden zich op de "onderkant" of "afdekking" (naar welke kant u ook kijkt). Bovendien is de stuurelektrode kleiner van formaat. De anode kan zich aan de andere kant van de kathode bevinden, of zijdelings onder de sluitring op het lichaam uitsteken.

Twee soorten thyristors - modern en Sovjet, aanduiding op diagrammen

Moderne thyristors zien er anders uit. Dit is een kleine plastic rechthoek met een metalen plaat aan de bovenkant en drie pinnen aan de onderkant. In de moderne versie is er één ongemak: je moet in de beschrijving kijken welke van de aansluitingen de anode is, waar de kathode en de stuurelektrode zijn. Meestal is de eerste de anode, daarna de kathode en die uiterst rechts de elektrode. Maar dit is meestal het geval, dat wil zeggen, niet altijd.

Werkingsprincipe

Volgens het werkingsprincipe kan een thyristor ook worden vergeleken met een diode. Het zal stroom in één richting doorgeven - van de anode naar de kathode, maar dit zal alleen gebeuren in de "open" toestand. In de diagrammen ziet een thyristor eruit als een diode. Er is ook een anode en een kathode, maar er is ook een extra element: een stuurelektrode. Natuurlijk zijn er verschillen in de uitgangsspanning (vergeleken met een diode).

In wisselspanningscircuits passeert de thyristor slechts één halve golf: de bovenste. Wanneer de onderste halve golf arriveert, wordt deze gereset naar de “gesloten” toestand.

Het werkingsprincipe van een thyristor in eenvoudige woorden

Laten we het werkingsprincipe van een thyristor eens bekijken. De startstatus van het element is gesloten. Het “signaal” voor de overgang naar de “open” toestand is het verschijnen van spanning tussen de anode en de bedieningsterminal. Er zijn twee manieren om de thyristor terug te brengen naar de "gesloten" toestand:

• verwijder de lading;
• verminder de stroom tot onder de houdstroom (een van de technische kenmerken).

In circuits met variabele spanning wordt de thyristor in de regel gereset volgens de tweede optie. Wisselstroom in een huishoudelijk netwerk heeft een sinusvormige vorm wanneer de waarde nul nadert en er een reset plaatsvindt. In circuits die worden gevoed door gelijkstroombronnen, is het noodzakelijk om de stroom met geweld te verwijderen of de belasting te verwijderen.

Dat wil zeggen, de thyristor werkt anders in circuits met constante en wisselspanning. In een circuit met constante spanning gaat het element, nadat er een korte spanning is ontstaan ​​tussen de anode en de stuurterminal, naar de "open" toestand. Dan kunnen er twee scenario’s zijn:

• De “open” toestand blijft behouden, zelfs nadat de uitgangsspanning voor de anodebesturing is verdwenen. Dit is mogelijk als de spanning die wordt toegepast op de anodebedieningsterminal hoger is dan de niet-ontgrendelingsspanning (deze gegevens staan ​​in de technische specificaties). De stroom door de thyristor wordt gestopt, feitelijk alleen door het circuit te verbreken of de stroombron uit te schakelen. Bovendien kan het uitschakelen/onderbreken van het circuit van zeer korte duur zijn. Nadat het circuit is hersteld, vloeit er geen stroom totdat er weer spanning wordt aangelegd op de anodestuuraansluiting.
• Na het verwijderen van de spanning (deze is lager dan de ontgrendelingsspanning), gaat de thyristor onmiddellijk naar de "gesloten" toestand.

In DC-circuits zijn er dus twee opties voor het gebruik van een thyristor: met en zonder de open toestand vast te houden. Maar vaker gebruiken ze het eerste type - wanneer het open blijft.

Het werkingsprincipe van een thyristor in wisselspanningscircuits is anders. Daar vindt de terugkeer naar de vergrendelde toestand “automatisch” plaats - wanneer de stroom onder de vasthouddrempel daalt. Als de spanning constant op de anode-kathode wordt aangelegd, verkrijgen we aan de uitgang van de thyristor stroompulsen die met een bepaalde frequentie optreden. Dit is precies hoe schakelende voedingen worden gebouwd. Met behulp van een thyristor zetten ze de sinusgolf om in pulsen.

Functionaliteitscontrole

U kunt de thyristor controleren met een multimeter of door een eenvoudig testcircuit te maken. Als je bij het maken van een test de technische specificaties voor ogen hebt, kun je tegelijkertijd de weerstand van de overgangen controleren.

Testen met een multimeter

Laten we eerst de continuïteitstest analyseren met een multimeter. We schakelen het apparaat naar de belmodus.

Houd er rekening mee dat de weerstandswaarde per serie verschillend is. Hier dient u geen speciale aandacht aan te besteden. Wil je de weerstand van de overgangen controleren, kijk dan bij de technische specificaties.

De afbeelding toont de testdiagrammen. De figuur uiterst rechts is een verbeterde versie met een knop die tussen de kathode en de bedieningsterminal is geïnstalleerd. Om ervoor te zorgen dat de multimeter de stroom registreert die door het circuit stroomt, drukt u kort op de knop.

Een gloeilamp en een gelijkstroombron gebruiken (een batterij werkt ook)

Als u geen multimeter heeft, kunt u de thyristor testen met een gloeilamp en een stroombron. Zelfs een gewone batterij of een andere constante spanningsbron is voldoende. Maar de spanning moet voldoende zijn om de lamp te laten branden. Je hebt ook weerstand of een gewoon stuk draad nodig. Een eenvoudig circuit is samengesteld uit deze elementen:

• Wij leveren plus vanaf de stroombron tot aan de anode.
• We verbinden een gloeilamp met de kathode en verbinden de tweede aansluiting met de minpool van de stroombron. Het lampje gaat niet branden omdat de thermistor vergrendeld is.
• Sluit kort (met behulp van een stuk draad of weerstand) de anode en de stuurterminal aan.
• Het lampje gaat branden en blijft branden, ook al is de jumper verwijderd. De thermistor blijft open.
• Als u de lamp losdraait of de stroombron uitschakelt, gaat de lamp vanzelf uit.
• Als het circuit/de stroom wordt hersteld, gaat het lampje niet branden.

Samen met de test kunt u met dit circuit het werkingsprincipe van de thyristor begrijpen. Het beeld blijkt immers heel duidelijk en begrijpelijk te zijn.

Typen thyristors en hun speciale eigenschappen

Halfgeleidertechnologieën worden nog steeds ontwikkeld en verbeterd. Gedurende tientallen jaren zijn er nieuwe typen thyristors verschenen, die enkele verschillen vertonen.

• Dinistors of diodethyristors. Ze verschillen doordat ze slechts twee uitgangen hebben. Ze worden geopend door een hoge spanning aan te leggen op de anode en kathode in de vorm van een puls. Ze worden ook wel “ongecontroleerde thyristors” genoemd.
• SCR's of triode-thyristors. Ze hebben een stuurelektrode, maar de stuurpuls kan worden geleverd:
  • Naar de stuuruitgang en kathode. Naam - met kathoderegeling.
  • Naar de stuurelektrode en anode. Dienovereenkomstig controle van de anode.

Er zijn ook verschillende soorten thyristors volgens de vergrendelingsmethode. In één geval is het voldoende om de anodestroom te verlagen tot onder het houdstroomniveau. In een ander geval wordt een blokkeerspanning op de stuurelektrode aangelegd.

Door geleidbaarheid

We zeiden dat thyristors stroom slechts in één richting geleiden. Er is geen omgekeerde geleiding. Dergelijke elementen worden omgekeerd-niet-geleidend genoemd, maar er zijn niet alleen dergelijke elementen. Er zijn andere opties:

• Ze hebben een lage sperspanning en worden omgekeerd geleidend genoemd.
• Met niet-gestandaardiseerde omgekeerde geleidbaarheid. Ze worden geïnstalleerd in circuits waar sperspanning niet kan optreden.
• Triacs. Symmetrische thyristors. Geleid stroom in beide richtingen.

Thyristors kunnen in schakelmodus werken. Dat wil zeggen: wanneer een stuurpuls arriveert, wordt er stroom aan de belasting geleverd. De belasting wordt in dit geval berekend op basis van de open spanning. Er moet ook rekening worden gehouden met het maximale vermogensverlies. In dit geval is het beter om metalen modellen te kiezen in de vorm van een "vliegende schotel". Voor snellere koeling is het handig om er een radiator aan te bevestigen.

Classificatie volgens speciale bedrijfsmodi

De volgende subtypen thyristors kunnen ook worden onderscheiden:

• Afsluitbaar en niet-afsluitbaar. Het werkingsprincipe van een ontgrendelbare thyristor is iets anders. Het bevindt zich in de open toestand wanneer de plus op de anode wordt aangebracht, de min op de kathode. Gaat naar de gesloten toestand wanneer de polariteit verandert.
• Snel reagerend. Ze hebben een korte overgangstijd van de ene staat naar de andere.
• Puls. Het gaat zeer snel over van de ene toestand naar de andere en wordt gebruikt in circuits met gepulseerde bedrijfsmodi.

Het belangrijkste doel is om een ​​krachtige belasting in en uit te schakelen met behulp van stuursignalen met laag vermogen

Het belangrijkste toepassingsgebied van thyristors is als een elektronische sleutel die wordt gebruikt om een ​​elektrisch circuit te sluiten en te openen. Over het algemeen zijn veel gangbare apparaten op thyristors gebouwd. Bijvoorbeeld een slinger met looplichten, gelijkrichters, gepulseerde stroombronnen, gelijkrichters en vele andere.

Kenmerken en hun betekenis

Sommige thyristors kunnen zeer hoge stromen schakelen, in dat geval worden ze vermogensthyristors genoemd. Ze zijn gemaakt in een metalen behuizing voor een betere warmteafvoer. Kleine modellen met een plastic behuizing zijn meestal opties met een laag vermogen die worden gebruikt in circuits met lage stroomsterkte. Maar er zijn altijd uitzonderingen. Voor elk specifiek doel wordt dus de gewenste optie geselecteerd. Ze selecteren uiteraard op basis van parameters. Dit zijn de belangrijkste:

Er is ook een dynamische parameter: de overgangstijd van een gesloten naar een open toestand. Bij sommige regelingen is dit belangrijk. Ook kan het type snelheid worden aangegeven: door ontgrendelingstijd of door vergrendeltijd.

De komst van vierlaagse pnpn-halfgeleiderelementen zorgde voor een echte doorbraak in de vermogenselektronica. Dergelijke apparaten worden "thyristoren" genoemd. Siliciumgestuurde poorten zijn de meest voorkomende familie van thyristors.

Dit type halfgeleiderapparaten heeft de volgende structuur:

Zoals we in het blokdiagram kunnen zien, heeft de thyristor drie aansluitingen: een kathode, een stuurelektrode en een anode. De anode en kathode zijn verbonden met de stroomcircuits en de stuurelektrode is verbonden met het besturingssysteem (laagstroomnetwerken) voor gecontroleerde opening van de thyristor.

Op schakelschema's heeft de thyristor de volgende aanduiding:

De stroom-spanningskarakteristiek wordt hieronder weergegeven:

Laten we dit kenmerk eens nader bekijken.

Omgekeerde karakteristieke tak

In het derde kwadrant zijn de karakteristieken van diodes en thyristors gelijk. Als er een negatieve potentiaal wordt aangelegd op de anode ten opzichte van de kathode, wordt er een sperspanning aangelegd op J 1 en J 3, en wordt er een gelijkspanning aangelegd op J 2, waardoor er een tegenstroom zal vloeien (deze is erg klein , meestal enkele milliampère). Wanneer deze spanning stijgt tot de zogenaamde doorslagspanning, zal er een lawinetoename van de stroom tussen J1 en J3 optreden. In dit geval, als deze stroom niet wordt beperkt, zal er een doorbraak van de junctie optreden met daaropvolgende uitval van de thyristor. Bij sperspanningen die de doorslagspanning niet overschrijden, zal de thyristor zich gedragen als een weerstand met hoge weerstand.

Zone met lage geleidbaarheid

In deze zone is het tegenovergestelde waar. De kathodepotentiaal zal negatief zijn ten opzichte van de anodepotentiaal. Daarom wordt gelijkspanning toegepast op J 1 en J 3, en sperspanning op J 2. Het resultaat zal een zeer kleine anodestroom zijn.

Zone met hoge geleidbaarheid

Als de spanning in het anode-kathodegedeelte een waarde bereikt, de zogenaamde schakelspanning, zal er een lawine-doorslag van de J2-overgang optreden en zal de thyristor naar een toestand met hoge geleidbaarheid worden overgebracht. In dit geval zal Ua afnemen van enkele honderden tot 1 - 2 volt. Het zal afhangen van het type thyristor. In een zone met hoge geleidbaarheid zal de stroom die door de anode vloeit afhangen van de belasting van het externe element, waardoor het in deze zone als een gesloten schakelaar kan worden beschouwd.

Als u stroom door de stuurelektrode laat lopen, neemt de inschakelspanning van de thyristor af. Het hangt rechtstreeks af van de stroom van de stuurelektrode en is, wanneer de waarde groot genoeg is, praktisch gelijk aan nul. Bij het kiezen van een thyristor voor gebruik in een circuit, wordt deze zo gekozen dat de tegen- en voorwaartse spanningen de nominale waarden van de doorslag- en schakelspanningen niet overschrijden. Als aan deze voorwaarden moeilijk te voldoen is, of als er een grote spreiding is in de parameters van de elementen (er is bijvoorbeeld een thyristor van 6300 V nodig en de dichtstbijzijnde waarden zijn 1200 V), dan is het soms inschakelen van de elementen gebruikt.

Op het juiste moment kunt u, door een puls op de stuurelektrode aan te leggen, de thyristor van de gesloten toestand naar de zone met hoge geleidbaarheid overbrengen. De UE-stroom moet in de regel hoger zijn dan de minimale openingsstroom en bedraagt ​​ongeveer 20-200 mA.

Wanneer de anodestroom een ​​bepaalde waarde bereikt waarbij het onmogelijk is om de thyristor uit te schakelen (schakelstroom), kan de stuurpuls worden verwijderd. Nu kan de thyristor alleen teruggaan naar de uit-toestand door de stroom te verminderen tot onder de houdstroom, of door er een spanning met omgekeerde polariteit op aan te leggen.

Video van de werking en grafieken van voorbijgaande processen

Thyristors zijn vermogenselektronische schakelaars die niet volledig worden bestuurd. Vaak zie je in technische boeken een andere naam voor dit apparaat: thyristor met enkele werking. Met andere woorden, onder invloed van een stuursignaal wordt het overgebracht naar één toestand: geleidend. Om specifieker te zijn: het schakelt het circuit in. Om het uit te schakelen, is het noodzakelijk om speciale omstandigheden te creëren die ervoor zorgen dat de voorwaartse stroom in het circuit tot nul daalt.

Kenmerken van thyristors

Thyristorschakelaars geleiden elektrische stroom alleen in voorwaartse richting en zijn in gesloten toestand niet alleen bestand tegen voorwaartse maar ook tegengestelde spanning. De thyristorstructuur is vierlaags, er zijn drie uitgangen:

1. Anode (aangeduid met de letter A).
2. Kathode (letter C of K).
3. Stuurelektrode (U of G).

Thyristors hebben een hele familie van stroom-spanningskarakteristieken, waaruit men de toestand van het element kan beoordelen. Thyristors zijn zeer krachtige elektronische schakelaars; ze zijn in staat circuits te schakelen waarin de spanning 5000 volt kan bereiken en de stroom 5000 ampère kan bereiken (terwijl de frequentie niet hoger is dan 1000 Hz).

Thyristorwerking in gelijkstroomcircuits

Een conventionele thyristor wordt ingeschakeld door een stroompuls op de stuurterminal aan te leggen. Bovendien moet het positief zijn (ten opzichte van de kathode). De duur van het transiënte proces hangt af van de aard van de belasting (inductief, actief), de amplitude en snelheid van toename in het stroompulsregelcircuit, de temperatuur van het halfgeleiderkristal, evenals de aangelegde stroom en spanning op de thyristors aanwezig in de kringloop. De kenmerken van de schakeling zijn rechtstreeks afhankelijk van het gebruikte type halfgeleiderelement.

In het circuit waarin de thyristor zich bevindt, is een hoge spanningsstijging onaanvaardbaar. Namelijk de waarde waarbij het element spontaan wordt ingeschakeld (zelfs als er geen signaal in het stuurcircuit is). Maar tegelijkertijd moet het stuursignaal een zeer hoge helling hebben.

Afsluitmethoden

Er kunnen twee soorten thyristorschakelingen worden onderscheiden:

1. Natuurlijk.
2. Gedwongen.

En nu meer in detail over elk type. Natuurlijk treedt op wanneer de thyristor in een wisselstroomcircuit werkt. Bovendien vindt dit schakelen plaats wanneer de stroom tot nul daalt. Maar geforceerd schakelen kan op een groot aantal verschillende manieren worden bereikt. Welke thyristorbesturing je moet kiezen, is aan de circuitontwerper, maar het is de moeite waard om elk type afzonderlijk te bespreken.

De meest typische methode van geforceerd schakelen is het aansluiten van een condensator die eerder is opgeladen met behulp van een knop (sleutel). Het LC-circuit is opgenomen in het thyristorregelcircuit. Deze keten bevat een volledig opgeladen condensator. Tijdens het transiënte proces treden stroomschommelingen op in het belastingscircuit.

Geforceerde schakelmethoden

Er zijn verschillende andere soorten gedwongen schakelen. Vaak wordt een circuit gebruikt dat gebruik maakt van een schakelcondensator met omgekeerde polariteit. Deze condensator kan bijvoorbeeld op het circuit worden aangesloten met behulp van een soort hulpthyristor. In dit geval zal er een ontlading plaatsvinden naar de hoofd(werkende) thyristor. Dit zal ertoe leiden dat de condensator een stroom heeft die is gericht op de voorwaartse stroom van de hoofdthyristor, wat zal helpen de stroom in het circuit tot nul terug te brengen. Bijgevolg wordt de thyristor uitgeschakeld. Dit gebeurt omdat het thyristorontwerp zijn eigen kenmerken heeft die uniek zijn.

Er zijn ook circuits waarin LC-circuits zijn aangesloten. Ze ontladen (en met schommelingen). Helemaal aan het begin stroomt de ontlaadstroom naar de werknemer en nadat hun waarden gelijk zijn gemaakt, wordt de thyristor uitgeschakeld. De stroom vloeit vervolgens van het oscillatiecircuit door de thyristor naar de halfgeleiderdiode. In dit geval wordt, zolang de stroom vloeit, een bepaalde spanning op de thyristor aangelegd. Deze is in grootte gelijk aan de spanningsval over de diode.

Thyristorwerking in wisselstroomcircuits

Als de thyristor op een wisselstroomcircuit is aangesloten, kunnen de volgende handelingen worden uitgevoerd:

1. Schakel een elektrisch circuit in of uit met een actief-resistieve of actieve belasting.
2. Verander de gemiddelde en effectieve waarde van de stroom die door de belasting gaat, dankzij de mogelijkheid om het moment te regelen waarop het stuursignaal wordt toegepast.

Thyristorschakelaars hebben één kenmerk: ze geleiden stroom slechts in één richting. Daarom, als het nodig is om ze in circuits te gebruiken, is het noodzakelijk om back-to-back-verbindingen te gebruiken. De effectieve en gemiddelde stroomwaarden kunnen variëren vanwege het feit dat het moment waarop het signaal op de thyristors wordt toegepast verschillend is. In dit geval moet het vermogen van de thyristor aan de minimale vereisten voldoen.

Fasecontrolemethode

Bij de fasecontrolemethode met gedwongen schakeling wordt de belasting aangepast door de hoeken tussen de fasen te veranderen. Kunstmatige schakeling kan worden uitgevoerd met behulp van speciale circuits, of het is noodzakelijk om volledig gecontroleerde (vergrendelbare) thyristors te gebruiken. Op basis daarvan worden ze in de regel gemaakt, waardoor aanpassing mogelijk is afhankelijk van het laadniveau van de batterij.

Controle van de pulsbreedte

Het wordt ook wel PWM-modulatie genoemd. Wanneer de thyristors openen, wordt een stuursignaal verzonden. De kruispunten zijn open en er staat enige spanning over de belasting. Tijdens het sluiten (tijdens het gehele transiënte proces) wordt er geen stuursignaal geleverd, daarom geleiden de thyristors geen stroom. Bij het implementeren van fasecontrole is de stroomcurve niet sinusvormig; Er is dus ook sprake van verstoring van het werk van consumenten die gevoelig zijn voor hoogfrequente interferentie (incompatibiliteit blijkt). De op thyristor gebaseerde regelaar heeft een eenvoudig ontwerp, waardoor u de gewenste waarde zonder problemen kunt wijzigen. En het is niet nodig om enorme LATR's te gebruiken.

Vergrendelbare thyristors

Thyristors zijn zeer krachtige elektronische schakelaars die worden gebruikt voor het schakelen van hoge spanningen en stromen. Maar ze hebben één groot nadeel: het beheer is onvolledig. Meer specifiek komt dit tot uiting in het feit dat om de thyristor uit te schakelen, het noodzakelijk is omstandigheden te creëren waaronder de voorwaartse stroom tot nul zal afnemen.

Het is deze functie die enkele beperkingen oplegt aan het gebruik van thyristors, en ook de daarop gebaseerde circuits compliceert. Om van dit soort tekortkomingen af ​​te komen, zijn er speciale ontwerpen van thyristors ontwikkeld die worden vergrendeld door een signaal langs één stuurelektrode. Ze worden thyristors met twee werkingen of afsluitbare thyristors genoemd.

Uitschakel-thyristorontwerp

De vierlaagse pppp-structuur van thyristors heeft zijn eigen kenmerken. Ze onderscheiden ze van conventionele thyristors. We hebben het nu over volledige beheersbaarheid van het element. De stroom-spanningskarakteristiek (statisch) in voorwaartse richting is dezelfde als die van eenvoudige thyristors. Maar de gelijkstroom die de thyristor kan doorlaten is veel groter in waarde. Maar de functie van het blokkeren van grote sperspanningen is niet voorzien voor uitschakelthyristors. Daarom is het noodzakelijk om het contraparallel aan te sluiten

Een karakteristiek kenmerk van een uitschakelthyristor is een aanzienlijke daling van de voorwaartse spanningen. Om uit te schakelen moet een krachtige stroompuls (negatief, in een verhouding van 1:5 tot de gelijkstroomwaarde) naar de bedieningsterminal worden gestuurd. Maar alleen de pulsduur moet zo kort mogelijk zijn: 10...100 μs. Uitschakelthyristors hebben een lagere maximale spanning en stroomwaarde dan conventionele thyristors. Het verschil bedraagt ​​ongeveer 25-30%.

Soorten thyristors

Afsluitbare exemplaren zijn hierboven besproken, maar er zijn nog veel meer soorten halfgeleiderthyristors die ook het vermelden waard zijn. Bepaalde typen thyristors worden in verschillende ontwerpen gebruikt (laders, schakelaars, stroomregelaars). Ergens is het nodig dat de controle wordt uitgevoerd door het leveren van een lichtstroom, wat betekent dat er een optothyristor wordt gebruikt. De eigenaardigheid is dat het stuurcircuit een halfgeleiderkristal gebruikt dat gevoelig is voor licht. De parameters van thyristors zijn verschillend, ze hebben allemaal hun eigen kenmerken die alleen kenmerkend voor hen zijn. Daarom moet u op zijn minst een algemeen idee hebben van welke soorten van deze halfgeleiders er bestaan ​​en waar ze kunnen worden gebruikt. Hier is dus de volledige lijst en de belangrijkste kenmerken van elk type:

1. Thyristor-diode. Het equivalent van dit element is een thyristor, waarop een halfgeleiderdiode met de ruggen tegen elkaar is aangesloten.
2. Dinistor (diodethyristor). Het kan in volledige geleiding gaan als een bepaald spanningsniveau wordt overschreden.
3. Triac (symmetrische thyristor). Het equivalent ervan is twee thyristors die met de ruggen tegen elkaar zijn aangesloten.
4. De snelle inverter-thyristor heeft een hoge schakelsnelheid (5...50 μs).
5. Gecontroleerde thyristors Je kunt vaak ontwerpen vinden die zijn gebaseerd op MOS-transistors.
6. Optische thyristors die worden bestuurd door lichtstromen.

Elementbescherming implementeren

Thyristors zijn apparaten die cruciaal zijn voor de snelheid waarmee de voorwaartse stroom en voorwaartse spanning stijgen. Ze worden, net als halfgeleiderdiodes, gekenmerkt door de stroom van tegengestelde herstelstromen, die zeer snel en scherp naar nul dalen, waardoor de kans op overspanning wordt vergroot. Deze overspanning is een gevolg van het feit dat de stroom abrupt stopt in alle elementen van het circuit die inductantie hebben (zelfs ultra-lage inductanties die kenmerkend zijn voor installatie - draden, printplaten). Om bescherming te implementeren, is het noodzakelijk om een ​​verscheidenheid aan circuits te gebruiken die bescherming tegen hoge spanningen en stromen in dynamische bedrijfsmodi mogelijk maken.

In de regel heeft de spanningsbron die is opgenomen in het circuit van een werkende thyristor een zodanige waarde dat deze ruim voldoende is om in de toekomst te voorkomen dat er enige extra inductie in het circuit wordt opgenomen. Om deze reden wordt in de praktijk vaker een schakeltrajectvormingsketen gebruikt, die de snelheid en het niveau van overspanning in het circuit aanzienlijk vermindert wanneer de thyristor is uitgeschakeld. Voor deze doeleinden worden meestal capacitief-resistieve circuits gebruikt. Ze zijn parallel verbonden met de thyristor. Er zijn nogal wat soorten circuitmodificaties van dergelijke circuits, evenals methoden voor hun berekeningen, parameters voor de werking van thyristors in verschillende modi en omstandigheden. Maar het circuit voor het vormen van het schakelpad van een uitschakelthyristor zal hetzelfde zijn als dat van transistors.

Omgekeerde vergrendelingsmodus

Rijst. 3. Omgekeerde blokkeermodus van de thyristor

Twee belangrijke factoren beperken het regime van omgekeerde afbraak en voorwaartse afbraak:

1. Punctie van het uitgeputte gebied.

In de omgekeerde blokkeermodus wordt een spanning aangelegd op de anode van het apparaat, negatief ten opzichte van de kathode; de knooppunten J1 en J3 zijn in tegengestelde richting voorgespannen, en knooppunt J2 in voorwaartse richting (zie figuur 3). In dit geval daalt het grootste deel van de aangelegde spanning op een van de knooppunten J1 of J3 (afhankelijk van de mate van dotering van de verschillende gebieden). Laat dit transitie J1 zijn. Afhankelijk van de dikte W n1 van de n1-laag wordt de afbraak veroorzaakt door lawinevermenigvuldiging (de dikte van het uitputtingsgebied tijdens doorslag is kleiner dan W n1) of lekke band (de uitputtingslaag verspreidt zich over het gehele n1-gebied en de knooppunten J1 en J2 zijn gesloten).

Directe vergrendelingsmodus

Bij directe blokkering is de spanning aan de anode positief ten opzichte van de kathode en is alleen knooppunt J2 in tegengestelde richting voorgespannen. De knooppunten J1 en J3 zijn voorwaarts gericht. Het grootste deel van de aangelegde spanning daalt op knooppunt J2. Via knooppunten J1 en J3 worden minderheidsdragers geïnjecteerd in de gebieden grenzend aan knooppunt J2, die de weerstand van knooppunt J2 verminderen, de stroom er doorheen vergroten en de spanningsval erover verminderen. Naarmate de voorwaartse spanning toeneemt, neemt de stroom door de thyristor aanvankelijk langzaam toe, wat overeenkomt met het 0-1-gedeelte van de stroom-spanningskarakteristiek. In deze modus kan de thyristor als vergrendeld worden beschouwd, aangezien de weerstand van junctie J2 nog steeds erg hoog is. Naarmate de spanning over de thyristor toeneemt, neemt het spanningsaandeel over J2 af en nemen de spanningen over J1 en J3 sneller toe, waardoor de stroom door de thyristor verder toeneemt en de injectie van minderheidsdragers in het gebied van J2 toeneemt. Bij een bepaalde spanningswaarde (in de orde van tientallen of honderden volts) wordt dit de schakelspanning genoemd V BF(punt 1 over de stroom-spanningskarakteristiek), het proces krijgt een lawineachtig karakter, de thyristor gaat in een toestand met hoge geleidbaarheid (gaat aan) en er wordt een stroom in opgebouwd, bepaald door de bronspanning en de weerstand van het externe circuit.

Model met twee transistoren

Om de kenmerken van het apparaat in directe blokkeermodus uit te leggen, wordt een model met twee transistoren gebruikt. Een thyristor kan worden beschouwd als een verbinding van een pnp-transistor met een npn-transistor, waarbij de collector van elk is verbonden met de basis van de ander, zoals weergegeven in figuur 2. 4 voor triode-thyristor. Het centrale knooppunt fungeert als een collector van gaten geïnjecteerd door knooppunt J1 en elektronen geïnjecteerd door knooppunt J3. Verband tussen emitterstromen ik E, verzamelaar ik C en basen ik B en de statische stroomversterking α1 p-n-p-transistor wordt ook getoond in Fig. 4, waarbij I Co de omgekeerde verzadigingsstroom van de collector-basisovergang is.

Rijst. 4. Twee-transistormodel van een triode-thyristor, aansluiting van transistors en stroomverhouding in een pnp-transistor.

Soortgelijke relaties kunnen worden verkregen voor een n-p-n-transistor wanneer de richting van de stromen wordt omgekeerd. Vanaf afb. Uit figuur 4 volgt dat de collectorstroom van de n-p-n-transistor tegelijkertijd de basisstroom van de p-n-p-transistor is. Op soortgelijke wijze de collectorstroom van de pnp-transistor en de stuurstroom Ig stromen naar de basis van de n-p-n-transistor. Als gevolg hiervan wordt een regeneratief proces mogelijk wanneer de totale winst in de gesloten lus groter is dan 1.

De basisstroom van de pnp-transistor is ik B1= (1 - α 1) IA - Ik Co1. Deze stroom vloeit ook door de collector van de npn-transistor. De collectorstroom van een n-p-n-transistor met versterking α 2 is gelijk aan ik C2= α 2 ik K + ICO2.

Gelijkstellen ik B1 En ik C2, we krijgen (1 - α 1) IA - Ik Co1= α 2 ik K + ICO2. Omdat ik K = IA + Ig, Dat

Rijst. 5. Energiebanddiagram in voorwaartse voorspanningsmodus: evenwichtstoestand, voorwaartse blokkeringsmodus en voorwaartse geleidingsmodus.

Deze vergelijking beschrijft de statische kenmerken van het apparaat in het spanningsbereik tot aan de doorslag. Na een storing werkt het apparaat als een p-i-n-diode. Merk op dat alle termen in de teller aan de rechterkant van de vergelijking daarom klein zijn, terwijl de term α 1 + α 2< 1, ток IA klein (De coëfficiënten α1 en α2 zijn zelf afhankelijk van IA en meestal groeien met toenemende stroom) Als α1 + α2 = 1, dan gaat de noemer van de breuk naar nul en vindt er een directe doorslag plaats (of wordt de thyristor ingeschakeld). Opgemerkt moet worden dat als de polariteit van de spanning tussen de anode en de kathode wordt omgekeerd, de knooppunten J1 en J3 in tegengestelde richting zullen worden voorgespannen, en J2 in voorwaartse richting. Onder dergelijke omstandigheden vindt er geen afbraak plaats, omdat alleen de centrale kruising als emitter fungeert en het regeneratieve proces onmogelijk wordt.

De breedte van de uitputtingslagen en energiebanddiagrammen bij evenwicht, in de directe blokkerings- en directe geleidingsmodi worden getoond in Fig. 5. In evenwicht worden het uitputtingsgebied van elke overgang en het contactpotentieel bepaald door het onzuiverheidsverdelingsprofiel. Wanneer een positieve spanning op de anode wordt aangelegd, heeft knooppunt J2 de neiging in tegengestelde richting te zijn ingesteld, en hebben knooppunten J1 en J3 de neiging in voorwaartse richting te zijn ingesteld. De spanningsval tussen de anode en kathode is gelijk aan de algebraïsche som van de spanningsdalingen over de overgangen: VAK = V 1 + V 2 + V3. Naarmate de spanning toeneemt, neemt de stroom door het apparaat toe en daarom nemen α1 en α2 toe. Vanwege de regeneratieve aard van deze processen zal het apparaat uiteindelijk in een open toestand terechtkomen. Zodra de thyristor is ingeschakeld, moet de stroom die er doorheen vloeit worden beperkt door de externe belastingsweerstand, anders zal de thyristor uitvallen als de spanning hoog genoeg is. In de aan-toestand is knooppunt J2 voorgespannen in de voorwaartse richting (Fig. 5, c), en de spanningsval VAK = (V 1 - | V 2| + V 3) is ongeveer gelijk aan de som van de spanning over één voorwaarts voorgespannen knooppunt en de spanning over de verzadigde transistor.

Directe geleidingsmodus

Wanneer de thyristor aan staat, zijn alle drie de knooppunten voorwaarts voorgespannen. Gaten worden geïnjecteerd vanuit gebied pl, en elektronen worden geïnjecteerd vanuit gebied n2, en de n1-p2-n2-structuur gedraagt ​​zich op dezelfde manier als een verzadigde transistor waarbij het diodecontact is verwijderd naar gebied nl. Daarom is het apparaat als geheel vergelijkbaar met een p-i-n (p + -i-n +) diode...

Classificatie van thyristors

• diodethyristor (extra naam "dinistor") - een thyristor met twee aansluitingen
  • Diodethyristor, niet-retourgeleidend
  • diode-thyristor, die in de tegenovergestelde richting geleidt
  • Diode symmetrische thyristor (extra naam "diac")
• triode thyristor (extra naam "thyristor") - een thyristor met drie aansluitingen
  • triode thyristor, niet geleidend in de tegenovergestelde richting (extra naam "thyristor")
  • triode-thyristor, geleidend in de tegenovergestelde richting (extra naam "thyristor-diode")
  • triode symmetrische thyristor (extra naam "triac", informele naam "triac")
  • triode-thyristor asymmetrisch
  • schakelbare thyristor (extra naam "triode schakelbare thyristor")

Het verschil tussen een dinistor en een trinistor

Er zijn echter geen fundamentele verschillen tussen een dinistor en een trinistor. Als de opening van een dinistor plaatsvindt wanneer een bepaalde spanning wordt bereikt tussen de anode- en kathode-aansluitingen, afhankelijk van het type van een bepaalde dinistor, dan is in een trinistor de openingsspanning kan speciaal worden verminderd door een stroompuls van een bepaalde duur en grootte aan te leggen op de stuurelektrode met een positief potentiaalverschil tussen de anode en kathode, en het trinistorontwerp verschilt alleen in de aanwezigheid van een stuurelektrode. SCR's zijn de meest voorkomende apparaten uit de 'thyristor'-familie.

Het verschil tussen een triode-thyristor en een uitschakelthyristor

Het overschakelen naar de gesloten toestand van conventionele thyristors wordt uitgevoerd door de stroom door de thyristor tot de waarde te verlagen Ik, of door de spanningspolariteit tussen de kathode en anode te veranderen.

Schakelbare thyristors kunnen, in tegenstelling tot conventionele thyristors, onder invloed van de stuurelektrodestroom overgaan van een gesloten toestand naar een open toestand, en omgekeerd. Om een ​​uitschakelthyristor te sluiten, is het nodig om een ​​stroom met tegengestelde polariteit door de stuurelektrode te laten gaan dan de polariteit waardoor deze werd geopend.

Triac

Een triac (symmetrische thyristor) is een halfgeleiderapparaat, de structuur is analoog aan de back-to-back-verbinding van twee thyristors. In staat om elektrische stroom in beide richtingen door te laten.

Kenmerken van thyristors

Moderne thyristors worden vervaardigd voor stromen van 1 mA tot 10 kA; voor spanningen van enkele V tot enkele kV; de snelheid waarmee de voorwaartse stroom daarin toeneemt, bereikt 10,9 A/s, de spanning - 10,9 V/s, de aan-tijd varieert van enkele tienden tot enkele tientallen microseconden, de uit-tijd varieert van enkele eenheden tot enkele honderden microseconden; De efficiëntie bereikt 99%.

Sollicitatie

• Gecontroleerde gelijkrichters
• Converters (omvormers)
• Vermogensregelaars (dimmers)

zie ook

• CDI (condensatorontladingsontsteking)

Opmerkingen

Literatuur

• GOST 15133-77.
• Kublanovsky. Ya. S. Thyristor-apparaten. - 2e druk, herzien. en extra - M.: Radio en Communicatie, 1987. - 112 p.: ill. - (Massradiobibliotheek. Uitgave 1104).

Koppelingen

• Thyristors: werkingsprincipe, ontwerpen, typen en methoden van opname
• Aansturing van thyristors en triacs via een microcontroller of digitaal circuit
• Converterapparaten in voedingssystemen
• Rogachev K.D. Moderne stroomgeschakelde thyristors.
• Binnenlandse analogen van geïmporteerde thyristors
• Folders over thyristors en analogen, Thristors vervangen, zenerdiodes vervangen

Een thyristor is een gedeeltelijk elektronisch gestuurde schakelaar. Dit apparaat kan met behulp van een stuursignaal alleen in een geleidende toestand zijn, dat wil zeggen worden ingeschakeld. Om het uit te schakelen, is het noodzakelijk om speciale maatregelen uit te voeren die ervoor zorgen dat de voorwaartse stroom tot nul daalt. Het werkingsprincipe van een thyristor is eenrichtingsgeleiding; wanneer hij gesloten is, is hij niet alleen bestand tegen voorwaartse maar ook tegengestelde spanning.

Thyristor-eigenschappen

Volgens hun kwaliteiten behoren thyristors tot halfgeleiderapparaten. Hun halfgeleiderwafel bevat aangrenzende lagen met verschillende soorten geleidbaarheid. Elke thyristor is dus een apparaat met een vierlaagse p-p-p-p-structuur.

De positieve pool van de spanningsbron is verbonden met het uiterste gebied van de p-structuur. Daarom wordt dit gebied de anode genoemd. Het tegenovergestelde gebied van het n-type, waar de negatieve pool is verbonden, wordt de kathode genoemd. Uitvoer vanuit het interne gebied wordt uitgevoerd met behulp van een p-stuurelektrode.

Het klassieke thyristormodel bestaat uit twee met verschillende graden van geleidbaarheid. Volgens dit circuit zijn de basis en de collector van beide transistoren verbonden. Als resultaat van deze verbinding wordt de basis van elke transistor gevoed met behulp van de collectorstroom van de andere transistor. Zo wordt een circuit met positieve feedback verkregen.

Als er geen stroom in de stuurelektrode staat, bevinden de transistors zich in de gesloten positie. Er vloeit geen stroom door de belasting en de thyristor blijft gesloten. Wanneer stroom boven een bepaald niveau wordt geleverd, treedt positieve feedback in werking. Het proces wordt een lawine, waarna beide transistors opengaan. Uiteindelijk, nadat de thyristor is geopend, vindt zijn stabiele toestand plaats, zelfs als de stroomtoevoer wordt onderbroken.

Thyristorwerking bij constante stroom

Als we een elektronische thyristor beschouwen waarvan het werkingsprincipe is gebaseerd op de eenrichtingsstroom van stroom, moet worden opgemerkt dat deze met constante stroom werkt.

Een conventionele thyristor wordt ingeschakeld door een stroompuls op het stuurcircuit aan te leggen. Deze voeding vindt plaats vanaf de kant met positieve polariteit, tegenovergesteld aan de kathode.

Tijdens het inschakelen wordt de duur van het transiënte proces bepaald door de aard van de belasting, de amplitude en de snelheid waarmee de stuurstroompuls toeneemt. Bovendien hangt dit proces af van de temperatuur van de interne structuur van de thyristor, de belastingsstroom en de aangelegde spanning. In het circuit waarin de thyristor is geïnstalleerd, mag er geen onaanvaardbare spanningsstijging optreden, die tot spontane activering zou kunnen leiden.