Moderne thyristors. Thyristors: werkingsprincipe, ontwerpen, typen en methoden van opname

Een thyristor is een halfgeleiderschakelaar waarvan het ontwerp uit vier lagen bestaat. Ze hebben het vermogen om van de ene toestand naar de andere te gaan – van gesloten naar open en omgekeerd.

De informatie in dit artikel zal helpen een uitgebreid antwoord te geven op de vraag over dit apparaat.

Het werkingsprincipe van een thyristor

In de gespecialiseerde literatuur wordt dit apparaat ook wel een thyristor met enkele werking genoemd. Deze naam is te danken aan het feit dat het apparaat is niet volledig beheersbaar. Met andere woorden: wanneer het een signaal van het besturingsobject ontvangt, kan het alleen in de aan-statusmodus gaan. Om het apparaat uit te schakelen, zal een persoon aanvullende acties moeten uitvoeren, wat zal leiden tot een daling van het spanningsniveau tot nul.

De werking van dit apparaat is gebaseerd op het gebruik van een elektrisch veld. Om het van de ene toestand naar de andere te brengen, wordt besturingstechnologie gebruikt die bepaalde signalen uitzendt. In dit geval kan de stroom door de thyristor slechts in één richting bewegen. Wanneer uitgeschakeld, is dit apparaat bestand tegen zowel voorwaartse als omgekeerde spanning.

Methoden voor het in- en uitschakelen van een thyristor

De overgang naar de bedrijfstoestand van een dergelijk standaardapparaat vindt plaats door het ontvangen van een stroomspanningspuls met een bepaalde polariteit. Over de inschakelsnelheid en hoe deze vervolgens zal werken, de volgende factoren zijn van invloed:

De thyristor uitschakelen kan op verschillende manieren:

1. Natuurlijke afsluiting. In de technische literatuur bestaat er ook zoiets als natuurlijk schakelen - het is vergelijkbaar met natuurlijk uitschakelen.
2. Geforceerde uitschakeling (geforceerd schakelen).

De natuurlijke uitschakeling van dit apparaat vindt plaats tijdens de werking ervan in circuits met wisselstroom, wanneer het stroomniveau tot nul daalt.

Geforceerde uitschakeling omvat een groot aantal verschillende methoden. De meest voorkomende is de volgende methode.

De condensator, aangeduid met de Latijnse letter C, is verbonden met de sleutel. Het moet gemarkeerd zijn met een S. In dit geval moet de condensator worden opgeladen voordat deze wordt gesloten.

Belangrijkste soorten thyristors

Momenteel zijn er een aanzienlijk aantal thyristors, die van elkaar verschillen qua technische kenmerken: werkingssnelheid, controlemethoden en -processen, stroomrichtingen in geleidende toestand, enz.

Meest voorkomende soorten

1. Thyristor-diode. Zo'n apparaat is vergelijkbaar met een apparaat dat een anti-parallelle diode in de aan-modus heeft.
2. Diode-thyristor. Een andere naam is dinistor. Een onderscheidend kenmerk van dit apparaat is dat de overgang naar de geleidende modus plaatsvindt op het moment dat het stroomniveau wordt overschreden.
3. Vergrendelbare thyristor.
4. Symmetrisch. Het wordt ook wel een triac genoemd. Het ontwerp van dit apparaat is vergelijkbaar met twee apparaten met back-to-back diodes in de bedrijfsmodus.
5. Hoge snelheid of omvormer. Dit type apparaat heeft het vermogen om in een recordkorte tijd in een inactieve toestand te gaan - van 5 tot 50 microseconden.
6. Optothyristor. Het werk wordt uitgevoerd met behulp van een lichtstroom.
7. Thyristor onder veldcontrole via de leidende elektrode.

Bescherming bieden

Thyristors zijn opgenomen in de lijst met kritieke apparaten invloed hebben op de snelheidsverandering toenemende voorwaartse stroom. Zowel dioden als thyristors worden gekenmerkt door de stroom van omgekeerde herstelstroom. Een scherpe snelheidsverandering en een daling naar nul leiden tot een verhoogd risico op overspanning.

Bovendien kan overspanning in het ontwerp van dit apparaat optreden als gevolg van het volledig verdwijnen van spanning in verschillende componenten van het systeem, bijvoorbeeld in kleine installatie-inductanties.

Om bovengenoemde redenen worden in de overgrote meerderheid van de gevallen verschillende CFTP-schema's gebruikt om een ​​betrouwbare bescherming van deze apparaten te garanderen. Deze circuits helpen, in de dynamische modus, het apparaat te beschermen tegen het optreden van onaanvaardbare spanningswaarden.

Een betrouwbaar beschermingsmiddel is dat ook gebruik van varistoren. Dit apparaat is verbonden met de uitgangspunten van de inductieve belasting.

In de meest algemene vorm kan het gebruik van een apparaat zoals een thyristor dat zijn verdeeld in de volgende groepen:

Thyristor-beperkingen

Wanneer u met welk type apparaat dan ook werkt, moet u bepaalde veiligheidsmaatregelen in acht nemen en rekening houden met enkele noodzakelijke beperkingen.

Bijvoorbeeld bij inductieve belasting bij het bedienen van een type apparaat zoals een triac. In deze situatie hebben de beperkingen betrekking op de mate van verandering in het spanningsniveau tussen twee hoofdelementen: de anodes en de bedrijfsstroom. Om de invloed van stroom en overbelasting te beperken Er wordt gebruik gemaakt van een RC-circuit.

Thyristors voor dummies

• Elektronica voor beginners

Goedenavond habr. Laten we het hebben over zo'n apparaat als een thyristor. Een thyristor is een bistabiele halfgeleiderinrichting met drie of meer op elkaar inwerkende gelijkrichtverbindingen. Qua functionaliteit zijn ze te vergelijken met elektronische sleutels. Maar er is één kenmerk in de thyristor: hij kan niet in de gesloten toestand gaan, in tegenstelling tot een gewone sleutel. Daarom is deze meestal te vinden onder de naam - niet volledig beheerde sleutel.

De figuur toont een typisch aanzicht van een thyristor. Het bestaat uit vier afwisselende soorten elektrische geleidbaarheid van halfgeleidergebieden en heeft drie aansluitingen: anode, kathode en stuurelektrode.
De anode staat in contact met de buitenste p-laag, de kathode staat in contact met de buitenste n-laag.
Je kunt je geheugen opfrissen over het p-n-knooppunt.

Classificatie

Werkingsprincipe

In verband met dit patroon kunnen de buitenste gebieden emitter worden genoemd en de centrale junctie collector.
Om te begrijpen hoe een thyristor werkt, moet je naar de stroom-spanningskarakteristiek kijken.


Op de anode van de thyristor wordt een kleine positieve spanning aangelegd. De emitterovergangen zijn in voorwaartse richting verbonden en de collectorovergangen in achterwaartse richting. (in wezen zal alle spanning daarop rusten). Het gedeelte van nul tot één op de stroom-spanningskarakteristiek zal ongeveer gelijk zijn aan de omgekeerde tak van de diodekarakteristiek. Deze modus kan de gesloten statusmodus van de thyristor worden genoemd.
Naarmate de anodespanning toeneemt, worden meerderheidsdragers in het basisgebied geïnjecteerd, waardoor elektronen en gaten worden verzameld, wat equivalent is aan het potentiaalverschil op de collectorovergang. Naarmate de stroom door de thyristor toeneemt, zal de spanning op de collectorovergang beginnen af ​​te nemen. En wanneer deze tot een bepaalde waarde daalt, zal onze thyristor in een staat van negatieve differentiële weerstand terechtkomen (sectie 1-2 in de figuur).
Hierna zullen alle drie de overgangen in voorwaartse richting verschuiven, waardoor de thyristor naar de open toestand wordt overgebracht (sectie 2-3 in de figuur).
De thyristor blijft in de open toestand zolang de collectorovergang in voorwaartse richting is voorgespannen. Als de thyristorstroom wordt verminderd, zal als resultaat van recombinatie het aantal niet-evenwichtsdragers in de basisgebieden afnemen en zal de collectorovergang in de tegenovergestelde richting worden voorgespannen en zal de thyristor in de uit-toestand gaan.
Wanneer de thyristor omgekeerd wordt ingeschakeld, zal de stroom-spanningskarakteristiek vergelijkbaar zijn met die van twee in serie geschakelde diodes. De sperspanning wordt in dit geval begrensd door de doorslagspanning.

Algemene parameters van thyristors

Conclusie

Het werkingsprincipe van een thyristor

Een thyristor is een elektronische vermogensschakelaar die niet volledig wordt bestuurd. Daarom wordt het in de technische literatuur soms een thyristor met enkele werking genoemd, die alleen door een stuursignaal in een geleidende toestand kan worden geschakeld, d.w.z. ingeschakeld. Om het uit te schakelen (bij werking op gelijkstroom), moeten speciale maatregelen worden genomen om ervoor te zorgen dat de voorwaartse stroom tot nul daalt.

Een thyristorschakelaar kan slechts stroom in één richting geleiden en is in gesloten toestand bestand tegen zowel voorwaartse als sperspanning.

De thyristor heeft een vierlaagse p-n-p-n-structuur met drie aansluitingen: anode (A), kathode (C) en stuurelektrode (G), zoals weergegeven in Fig. 1

Rijst. 1. Conventionele thyristor: a) – grafische aanduiding; b) – stroom-spanningskarakteristiek.

In afb. Figuur 1b toont een familie van statische uitgangsstroom-spanningskarakteristieken bij verschillende waarden van de stuurstroom iG. De maximale voorwaartse spanning die de thyristor kan weerstaan ​​zonder hem in te schakelen heeft maximale waarden bij iG = 0. Naarmate de stroom iG toeneemt, neemt de voorwaartse spanning af die de thyristor kan weerstaan. De aan-toestand van de thyristor komt overeen met tak II, de uit-toestand komt overeen met tak I en het schakelproces komt overeen met tak III. De houdstroom of houdstroom is gelijk aan de minimaal toegestane waarde van de voorwaartse stroom iA waarbij de thyristor in geleidende toestand blijft. Deze waarde komt tevens overeen met de minimaal mogelijke waarde van de voorwaartse spanningsval over de ingeschakelde thyristor.

Tak IV vertegenwoordigt de afhankelijkheid van de lekstroom van de sperspanning. Wanneer de sperspanning de UBO-waarde overschrijdt, begint een scherpe toename van de sperstroom, geassocieerd met het uitvallen van de thyristor. De aard van de storing kan overeenkomen met een onomkeerbaar proces of een lawine-doorslagproces dat kenmerkend is voor de werking van een halfgeleider-zenerdiode.

Thyristors zijn de krachtigste elektronische schakelaars, die circuits met spanningen tot 5 kV en stromen tot 5 kA kunnen schakelen met een frequentie van niet meer dan 1 kHz.

Het ontwerp van thyristors wordt getoond in Fig. 2.

Rijst. 2. Ontwerp van thyristorbehuizingen: a) – tablettype; b) – pinnen

Thyristor in een gelijkstroomcircuit

Een conventionele thyristor wordt ingeschakeld door een stroompuls aan het stuurcircuit toe te voeren met positieve polariteit ten opzichte van de kathode. De duur van het transiënte proces wanneer ingeschakeld, wordt aanzienlijk beïnvloed door de aard van de belasting (actief, inductief, enz.), De amplitude en stijgsnelheid van de stuurstroompuls iG, de temperatuur van de halfgeleiderstructuur van de thyristor, de aangelegde spanning en belastingsstroom. In een circuit met een thyristor mogen geen onaanvaardbare waarden van de doorlaatspanningsstijgsnelheid duAC/dt voorkomen, waarbij spontaan inschakelen van de thyristor kan optreden bij afwezigheid van een stuursignaal iG en een stroomstijgsnelheid diA/dt . Tegelijkertijd moet de helling van het stuursignaal hoog zijn.

Onder de methoden voor het uitschakelen van thyristors is het gebruikelijk om onderscheid te maken tussen natuurlijk uitschakelen (of natuurlijk schakelen) en geforceerd schakelen (of kunstmatig schakelen). Natuurlijk schakelen vindt plaats wanneer thyristors in wisselstroomcircuits werken op het moment dat de stroom tot nul daalt.

Methoden voor geforceerd schakelen zijn zeer divers. De meest typische zijn de volgende: een voorgeladen condensator aansluiten met sleutel S (Figuur 3, a); een LC-circuit verbinden met een voorgeladen condensator CK (Figuur 3 b); gebruik van de oscillerende aard van het tijdelijke proces in het belastingscircuit (Figuur 3, c).

Rijst. 3. Methoden voor het kunstmatig schakelen van thyristors: a) – via een geladen condensator C; b) – door een oscillerende ontlading van het LC-circuit; c) – vanwege de oscillerende aard van de belasting

Bij het schakelen volgens het schema in Fig. 3, en het verbinden van een schakelcondensator met omgekeerde polariteit, bijvoorbeeld met een andere hulpthyristor, zal ervoor zorgen dat deze zich ontlaadt naar de geleidende hoofdthyristor. Omdat de ontlaadstroom van de condensator tegengesteld is gericht aan de voorwaartse stroom van de thyristor, neemt deze laatste af tot nul en wordt de thyristor uitgeschakeld.

In het diagram in afb. 3b veroorzaakt de aansluiting van de LC-schakeling een oscillerende ontlading van de schakelcondensator Sk. In dit geval stroomt de ontlaadstroom in het begin door de thyristor in tegengestelde richting van de voorwaartse stroom. Wanneer ze gelijk worden, wordt de thyristor uitgeschakeld. Vervolgens gaat de LC-circuitstroom van de thyristor VS naar de diode VD. Zolang de lusstroom door de diode VD vloeit, zal er een sperspanning worden aangelegd aan de thyristor VS die gelijk is aan de spanningsval over de on-diode.

In het diagram in afb. 3 zal het inschakelen van de VS-thyristor voor een complexe RLC-belasting een tijdelijk proces veroorzaken. Onder bepaalde belastingsparameters kan dit proces een oscillerend karakter hebben met een verandering in de polariteit van de belastingsstroom. In dit geval wordt, na het uitschakelen van de thyristor VS, de diode VD ingeschakeld, die stroom met de tegenovergestelde polariteit begint te geleiden. Soms wordt deze schakelmethode quasi-natuurlijk genoemd, omdat deze gepaard gaat met een verandering in de polariteit van de belastingsstroom.

Thyristor in AC-circuit

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

Het in- en uitschakelen van een elektrisch circuit met een actieve en actief-reactieve belasting;

verandering in de gemiddelde en effectieve waarden van de stroom door de belasting vanwege het feit dat het mogelijk is om het moment van levering van het stuursignaal te regelen.

Omdat een thyristorschakelaar elektrische stroom slechts in één richting kan geleiden, zijn ze, om thyristors op wisselstroom te gebruiken, met de ruggen aan elkaar verbonden (Fig. 4a).

Rijst. 4. Back-to-back-verbinding van thyristors (a) en stroomvorm met een actieve belasting (b)

Gemiddeld en variëren als gevolg van veranderingen in het moment van levering van openingssignalen aan thyristors VS1 en VS2, d.w.z. als gevolg van het veranderen van de hoek en (Fig. 4, b). De waarden van deze hoek voor thyristors VS1 en VS2 tijdens de regeling veranderen gelijktijdig met behulp van het besturingssysteem. De hoek wordt de stuurhoek of de schiethoek van de thyristor genoemd.

De meest gebruikte in vermogenselektronische apparaten zijn fase- (Fig. 4, a, b) en pulsbreedteregeling van thyristors(Fig. 4, c).

Rijst. 5. Type spanning op de belasting met: a) – faseregeling van de thyristor; b) – fasecontrole van een thyristor met geforceerde commutatie; c) – pulsbreedteregeling van een thyristor

Met de fasemethode voor het besturen van een thyristor met geforceerde commutatie Belastingstroomregeling is mogelijk door de hoek te veranderenα en hoek θ . Kunstmatige schakeling wordt uitgevoerd met behulp van speciale eenheden of met behulp van volledig gecontroleerde (afsluitbare) thyristors.

Met pulsbreedteregeling (pulsbreedtemodulatie - PWM) Gedurende de tijd Totkr wordt er een stuursignaal naar de thyristors gestuurd, deze zijn open en er wordt spanning Un op de belasting toegepast. Gedurende de tijd Tclose is er geen stuursignaal en bevinden de thyristors zich in een niet-geleidende toestand. Effectieve stroomwaarde in de belasting

waar In.m. – belastingstroom bij Tclosed = 0.

De stroomcurve in de belasting tijdens fasecontrole van thyristors is niet-sinusvormig, wat vervorming van de voedingsspanningsgolfvorm en verstoringen in de werking van consumenten veroorzaakt die gevoelig zijn voor hoogfrequente interferentie - er treedt zogenaamde elektromagnetische incompatibiliteit op.

Vergrendelbare thyristors

Thyristors zijn de krachtigste elektronische schakelaars die worden gebruikt voor het schakelen van hoogspannings- en hogestroomcircuits (hoge stroomsterkte). Ze hebben echter een belangrijk nadeel: onvolledige beheersbaarheid, die tot uiting komt in het feit dat het voor het uitschakelen ervan noodzakelijk is voorwaarden te scheppen om de voorwaartse stroom tot nul terug te brengen. Dit beperkt en compliceert in veel gevallen het gebruik van thyristors.

Om dit nadeel te elimineren zijn thyristors ontwikkeld die worden gestuurd door een signaal via de stuurelektrode G. Dergelijke thyristors worden gated (GTO - Gate turn-off thyristor) of twee-operationeel genoemd.

Vergrendelbare thyristors(ZT) hebben een vierlaagse p-p-p-p-structuur, maar hebben tegelijkertijd een aantal belangrijke ontwerpkenmerken die hen een eigenschap van volledige beheersbaarheid geven die fundamenteel verschilt van traditionele thyristors. De statische stroom-spanningskarakteristiek van uitgeschakelde thyristors in voorwaartse richting is identiek aan de stroom-spanningskarakteristiek van conventionele thyristors. Een uitschakelthyristor is echter meestal niet in staat grote sperspanningen te blokkeren en is vaak verbonden met een back-to-back diode. Bovendien worden uitschakelthyristors gekenmerkt door aanzienlijke spanningsdalingen in de voorwaartse richting. Om een ​​schakelbare thyristor uit te schakelen, is het noodzakelijk om een ​​krachtige negatieve stroompuls (ongeveer 1:5 ten opzichte van de waarde van de uitgeschakelde gelijkstroom), maar van korte duur (10-100 μs) in de stuurelektrode te sturen. circuit.

Uitschakelthyristors hebben ook lagere spannings- en stroomlimieten (ongeveer 20-30%) vergeleken met conventionele thyristors.

Belangrijkste soorten thyristors

Naast uitschakelthyristoren er is een breed scala aan thyristors van verschillende typen ontwikkeld, die verschillen in snelheid, regelprocessen, richting van stromen in de geleidende toestand enz. Onder hen moeten de volgende typen worden opgemerkt:

thyristordiode, die equivalent is aan een thyristor met een anti-parallel geschakelde diode (Fig. 6.12,a);

diode-thyristor (dinistor), transformerend in een geleidende toestand wanneer een bepaald spanningsniveau tussen A en C wordt overschreden (Fig. 6,b);

thyristor uitschakelen(Fig. 6.12,c);

symmetrische thyristor of triac, wat overeenkomt met twee back-to-back thyristors (Fig. 6.12,d);

snelwerkende inverter-thyristor(uitschakeltijd 5-50 µs);

thyristor met veldregeling door stuurelektrode bijvoorbeeld gebaseerd op een combinatie van een MOS-transistor met een thyristor;

Optothyristor gecontroleerd door lichtstroom.

Rijst. 6. Grafische aanduiding van thyristors: a) – thyristordiode; b) – diodethyristor (dinistor); c) – schakel de thyristor uit; d) - triac

Thyristor-bescherming

Thyristors zijn apparaten die cruciaal zijn voor de stijgsnelheid van de voorwaartse stroom diA/dt en de voorwaartse spanning duAC/dt. Thyristors worden, net als diodes, gekenmerkt door de stroom van omgekeerde herstelstroom, waarvan een scherpe daling naar nul de mogelijkheid van overspanningen met een hoge duAC/dt-waarde verergert. Dergelijke overspanningen zijn een gevolg van een plotselinge stopzetting van de stroom in de inductieve elementen van het circuit, inclusief de installatie. Om thyristors te beschermen worden daarom meestal verschillende CFTP-circuits gebruikt, die in dynamische modi beschermen tegen onaanvaardbare waarden van diA/dt en duAC/dt.

In de meeste gevallen blijkt de interne inductieve reactantie van de spanningsbronnen in het circuit van de ingeschakelde thyristor voldoende te zijn om geen extra inductantie LS te introduceren. Daarom is er in de praktijk vaak behoefte aan CFTP's die het niveau en de snelheid van overspanningen tijdens het uitschakelen verminderen (Fig. 7).

Rijst. 7. Typisch thyristorbeveiligingscircuit

Voor dit doel worden meestal RC-circuits gebruikt die parallel zijn aangesloten op de thyristor. Er zijn verschillende circuitmodificaties van RC-circuits en methoden voor het berekenen van hun parameters voor verschillende omstandigheden bij het gebruik van thyristors.

Voor uitschakelthyristors worden schakeltrajectvormingscircuits gebruikt, vergelijkbaar in circuitontwerp met CFTP-transistoren.

Voordat u het onderwerp 'thyristor - werkingsprincipe' begrijpt, moet u begrijpen wat dit kleine apparaat is. In wezen is dit een aan/uit-sleutel, alleen bevindt deze zich altijd in de open staat. Daarom wordt het vaak een niet-volledig beheerde sleutel genoemd.

Opgemerkt moet worden dat een thyristor qua ontwerp lijkt op een gewone transistor of diode. Toegegeven, er zijn aanzienlijke verschillen. Een diode is bijvoorbeeld een tweelaags, op silicium gebaseerd halfgeleiderelement (PN), een transistor is een drielaags (PNP of NPN) en een thyristor is een vierlaags (PNPN). Dat wil zeggen, het heeft drie p-n-overgangen. Dit is de reden waarom diodegelijkrichters vóór thyristorgelijkrichters minder efficiënt zijn. Dit is duidelijk zichtbaar in het thyristorbesturingsdiagram.

Waar worden thyristors gebruikt?

Het toepassingsgebied van thyristors is uitgebreid. Je kunt ze bijvoorbeeld gebruiken voor het monteren van een omvormer voor het lassen of een autolader. Sommige vakmensen assembleren zelfs generatoren met hun eigen handen. Het belangrijkste is dat thyristors zowel hoogfrequente als laagfrequente stromen door zichzelf kunnen doorgeven. Daarom is het door het samenstellen van een brug van deze apparaten mogelijk om een ​​transformator voor een lasapparaat te maken.

Ontwerp en werkingsprincipe

De thyristorschakelaar bestaat uit drie delen:

• Anode.
• Kathode.
• Ingang.

Deze laatste bestaat uit drie pn-overgangen. In dit geval worden overgangen met een zeer hoge snelheid geschakeld. Over het algemeen kan het werkingsprincipe van een thyristor beter worden uitgelegd als we een circuit beschouwen dat twee parallel geschakelde transistors verbindt, zoals schakelaars met complementaire regeneratieve werking.

Dus het eenvoudigste circuit van twee transistoren, zo gecombineerd dat bij het starten de collectorstroom via de NPN-kanalen van het eerste naar de NPN van het tweede apparaat vloeit. Tegelijkertijd reist de stroom terug via de eerste transistor naar de tweede. In wezen krijgen we een vrij eenvoudige verbinding waarbij de basis-emitter van een van de transistors, in ons geval de tweede, stroom ontvangt van de collector-emitter van een ander apparaat, dat wil zeggen de eerste.

DC-circuit

In een gelijkstroomcircuit werkt een thyristor volgens het principe van het leveren van een puls met positieve polariteit, uiteraard ten opzichte van de kathode. De duur van de overgang van de ene toestand naar de andere wordt sterk beïnvloed door een aantal kenmerken. Namelijk:

• Type belasting (inductief, actief, enz.).
• De stijgsnelheid van de puls en zijn amplitude, dat wil zeggen de belastingsstroom.
• De omvang van de huidige belasting zelf.
• Spanning in het circuit.
• De temperatuur van het apparaat zelf.

Het belangrijkste hierbij is dat er geen plotselinge spanningsstijging optreedt in het netwerk waar dit apparaat is geïnstalleerd. In dit geval kan de thyristor spontaan worden ingeschakeld en zal het stuursignaal op dit moment afwezig zijn.

AC-circuit

In dit netwerk werkt de thyristorschakelaar iets anders. Dit apparaat maakt het mogelijk om verschillende soorten bewerkingen uit te voeren. Bijv.:

• Het in- en uitschakelen van een circuit waarin een actieve of actief-reactieve belasting werkt.
• U kunt de waarde van de effectieve belasting en de gemiddelde waarde ervan wijzigen dankzij de mogelijkheid om de levering van het stuursignaal zelf te wijzigen (aan te passen).

Maar houd er rekening mee dat een thyristorschakelaar een signaal slechts in één richting kan doorgeven. Daarom worden de thyristors zelf als het ware in een anti-parallelle verbinding in het circuit geïnstalleerd.

Thyristor-controle

In vermogenselektronische apparaten wordt meestal fase- of pulsbreedte-thyristorregeling gebruikt.

In het eerste geval kan de huidige belasting worden aangepast door de hoeken α of θ te wijzigen. Dit verwijst naar geforceerde belasting. De kunstmatige belasting kan alleen worden aangepast met behulp van een gestuurde thyristor, ook wel uitschakelthyristor genoemd.

Met PWM (pulsbreedtemodulatie) wordt tijdens Totkr het signaal geleverd, wat betekent dat het apparaat zelf zich in de open toestand bevindt, dat wil zeggen dat de stroom wordt geleverd met spanning Un. Tijdens de Tclose-tijdsperiode is er geen signaal en bevindt het apparaat zelf zich in een niet-geleidende toestand.

Thyristor-LED's

Meestal worden een thyristor en een LED niet in dezelfde lamp geïnstalleerd. De plaats ervan is vervangen door een diode, die zowel aan als uit werkt, net als een gewone sleutel. Dit heeft verschillende redenen, waarvan de belangrijkste het ontwerp en het werkingsprincipe van het apparaat zelf zijn, dat zich altijd in de open toestand bevindt. Momenteel hebben wetenschappers de zogenaamde thyristor-LED uitgevonden.

Ten eerste bevat een thyristor-LED naast silicium ook gallium, aluminium, indium, arseen en antimoon. Ten tweede creëert het emissiespectrum tijdens n-overgangen tussen materialen een golf met een lengte van 1,95 micron. En dit is een behoorlijk groot optisch vermogen vergeleken met een diode-element dat lichtgolven in hetzelfde bereik produceert.

Inhoud:

De ontdekking van de eigenschappen van halfgeleiderovergangen kan met recht een van de belangrijkste van de twintigste eeuw worden genoemd. Als gevolg hiervan verschenen de eerste halfgeleiderapparaten: diodes en transistors. Evenals de schema's waarin ze worden gebruikt. Eén zo'n circuit is de verbinding van twee bipolaire transistors van tegengestelde typen - p-n-p C n-p-n. Dit circuit wordt hieronder weergegeven in afbeelding (b). Het illustreert wat een thyristor is en het principe van zijn werking. Het bevat positieve feedback. Als resultaat vergroot elke transistor de versterkingseigenschappen van de andere transistor.

Transistor-equivalent

In dit geval neemt elke verandering in de geleidbaarheid van transistors in welke richting dan ook toe als een lawine en eindigt in een van de grenstoestanden. Ze zijn vergrendeld of ontgrendeld. Dit effect wordt triggering genoemd. En toen de micro-elektronica zich ontwikkelde, werden beide transistors in 1958 op hetzelfde substraat gecombineerd, waardoor de gelijknamige overgangen werden gegeneraliseerd. Het resultaat was een nieuw halfgeleiderapparaat, een thyristor genaamd. Het werkingsprincipe van een thyristor is gebaseerd op de interactie van twee transistors. Door het combineren van overgangen heeft hij hetzelfde aantal pinnen als transistor (a).

In het diagram is de stuurelektrode de basis van de transistorstructuur n-p-n. Het is de basisstroom van de transistor die de geleidbaarheid tussen de collector en de emitter verandert. Maar controle kan ook op basis plaatsvinden p-n-p transistor. Dit is het apparaat van een thyristor. De keuze van de stuurelektrode wordt bepaald door de kenmerken ervan, inclusief de uitgevoerde taken. Sommigen gebruiken bijvoorbeeld helemaal geen stuursignalen. Waarom daarom stuurelektroden gebruiken...

Dinistor

Dit zijn taken waarbij thyristors met twee elektroden, dinistoren, worden gebruikt. Ze bevatten weerstanden die zijn verbonden met de emitter en de basis van elke transistor. Verderop in het diagram zijn dit R1 en R3. Voor elk elektronisch apparaat zijn er beperkingen op de hoeveelheid aangelegde spanning. Daarom houden de genoemde weerstanden, tot een bepaalde waarde, elk van de transistoren in een vergrendelde toestand. Maar bij een verdere toename van de spanning verschijnen er lekstromen via de collector-emitterovergangen.

Ze worden opgepikt door positieve feedback en beide transistors, dat wil zeggen de dinistor, zijn ontgrendeld. Voor degenen die willen experimenteren, wordt hieronder een afbeelding met een diagram en componentwaarden weergegeven. U kunt het in elkaar zetten en de werking ervan controleren. Laten we aandacht besteden aan weerstand R2, die verschilt in de selectie van de gewenste waarde. Het complementeert het lekeffect en daarmee de triggerspanning. Een dinistor is dus een thyristor, waarvan het werkingsprincipe wordt bepaald door de grootte van de voedingsspanning. Als het relatief groot is, wordt het ingeschakeld. Natuurlijk is het ook interessant om te weten hoe je het kunt uitschakelen.

Moeilijk uit te schakelen

Het uitschakelen van de thyristors was, zoals ze zeggen, moeilijk. Om deze reden waren de typen thyristors lange tijd beperkt tot alleen de twee hierboven genoemde structuren. Tot het midden van de jaren negentig van de twintigste eeuw werden alleen deze twee typen thyristors gebruikt. Feit is dat het uitschakelen van de thyristor alleen kan gebeuren als een van de transistors is uitgeschakeld. En voor een bepaalde tijd. Het wordt bepaald door de snelheid waarmee ladingen verdwijnen die overeenkomen met de gated transitie. De meest betrouwbare manier om deze ladingen te ‘spijkeren’ is door de stroom die door de thyristor vloeit volledig uit te schakelen.

De meeste van hen werken op deze manier. Niet op gelijkstroom, maar op gelijkgerichte stroom, overeenkomend met de spanning zonder filtering. Het verandert van nul naar de amplitudewaarde en neemt vervolgens weer af naar nul. En zo verder, afhankelijk van de frequentie van de gelijkgerichte wisselspanning. Op een gegeven moment tussen nulspanningswaarden wordt een signaal naar de stuurelektrode gestuurd en wordt de thyristor ontgrendeld. En wanneer de spanning nul passeert, wordt deze weer vergrendeld.

Om hem uit te schakelen bij een constante spanning en stroom, waarbij er geen nulwaarde is, is een shunt nodig die een bepaalde tijd werkt. In de eenvoudigste vorm is het een knop die is verbonden met de anode en kathode, of in serie is verbonden. Als het apparaat ontgrendeld is, staat er restspanning op. Door op de knop te drukken wordt deze op nul gezet en stopt de stroom er doorheen. Maar als de knop geen speciaal apparaat bevat en de contacten open zijn, zal de thyristor zeker weer inschakelen.

Dit apparaat moet een condensator zijn die parallel is aangesloten op de thyristor. Het beperkt de snelheid waarmee de spanning over het apparaat stijgt. Deze parameter is het meest betreurenswaardig bij het gebruik van deze halfgeleiderapparaten, omdat de werkfrequentie waarmee de thyristor de belasting kan schakelen, wordt verminderd, en dienovereenkomstig het geschakelde vermogen. Dit fenomeen treedt op vanwege de interne capaciteiten die kenmerkend zijn voor elk van de modellen van deze halfgeleiderapparaten.

Het ontwerp van elk halfgeleiderapparaat vormt onvermijdelijk een groep condensatoren. Hoe sneller de spanning toeneemt, hoe groter de stromen die ze opladen. Bovendien komen ze in alle elektroden voor. Als een dergelijke stroom in de stuurelektrode een bepaalde drempelwaarde overschrijdt, wordt de thyristor ingeschakeld. Daarom wordt voor alle modellen de parameter dU/dt gegeven.

• Het uitschakelen van de thyristor, als gevolg van het passeren van de voedingsspanning door nul, wordt natuurlijk genoemd. De overige afsluitopties worden geforceerd of kunstmatig genoemd.

Verscheidenheid aan modellen

Deze schakelopties voegen complexiteit toe aan thyristorschakelaars en verminderen hun betrouwbaarheid. Maar de ontwikkeling van de thyristorvariëteit bleek zeer vruchtbaar.

Tegenwoordig is de industriële productie van een groot aantal variëteiten thyristors onder de knie. Hun toepassingsgebied omvat niet alleen krachtige stroomcircuits (waarin afsluitbare en diode-thyristor, triac), maar ook stuurcircuits (dinistor, optothyristor). De thyristor in het diagram wordt weergegeven zoals hieronder weergegeven.

Onder hen zijn er modellen waarvan de bedrijfsspanningen en stromen de hoogste zijn van alle halfgeleiderapparaten. Omdat industriële stroomvoorziening zonder transformatoren ondenkbaar is, is de rol van thyristoren in de verdere ontwikkeling ervan van fundamenteel belang. Vergrendelbare hoogfrequente modellen in omvormers zorgen voor het opwekken van wisselspanning. Bovendien kan de waarde ervan 10 kV bereiken met een frequentie van 10 kilohertz bij een stroomsterkte van 10 kA. De afmetingen van de transformatoren zijn meerdere malen verkleind.

De schakelbare thyristor wordt uitsluitend in- en uitgeschakeld door de stuurelektrode met speciale signalen te beïnvloeden. De polariteit komt overeen met de specifieke structuur van dit elektronische apparaat. Dit is een van de eenvoudigste variëteiten, ook wel GTO genoemd. Daarnaast worden complexere uitschakelthyristors met ingebouwde besturingsstructuren gebruikt. Deze modellen worden GCT en ook IGCT genoemd. Het gebruik van veldeffecttransistors in deze structuren classificeert uitschakelthyristors als apparaten van de MCT-familie.

We hebben geprobeerd onze recensie niet alleen informatief te maken voor goedgelezen bezoekers van onze site, maar ook voor dummies. Nu we bekend zijn met hoe een thyristor werkt, kunnen we deze kennis in de praktijk brengen. Bijvoorbeeld bij eenvoudige reparaties van huishoudelijke elektrische apparaten. Het belangrijkste is dat u, terwijl u zich laat meeslepen door uw werk, de veiligheidsmaatregelen niet vergeet!