Werkingsschema van de thyristor. Moderne thyristors met uitschakeling

De creatie van halfgeleiderapparaten voor vermogenselektronica begon in 1953 mogelijk te ontvangen hoogzuiver silicium en de vorming van grote siliciumschijven. In 1955 werd voor het eerst een door halfgeleiders bestuurd apparaat gemaakt, met een vierlaagse structuur en een zogenaamde "thyristor".

Het werd ingeschakeld door een puls aan te leggen op de stuurelektrode bij een positieve spanning tussen de anode en kathode. Het uitschakelen van de thyristor wordt verzekerd door de gelijkstroom die er doorheen vloeit tot nul te reduceren, waarvoor veel circuits van inductief-capacitieve schakelcircuits zijn ontwikkeld. Ze verhogen niet alleen de kosten van de converter, maar verslechteren ook het gewicht en de afmetingen en verminderen de betrouwbaarheid.

Daarom begon gelijktijdig met de creatie van de thyristor onderzoek om ervoor te zorgen dat deze via de stuurelektrode werd uitgeschakeld. Het grootste probleem was het verzekeren van een snelle resorptie van ladingsdragers in de basisgebieden.

De eerste dergelijke thyristors verschenen in 1960 in de VS. Ze werden Poort genoemd Uitschakelen(GTO). In ons land staan ​​ze beter bekend als afsluitbare of schakelbare thyristors.

Halverwege de jaren 90 werd een uitschakelthyristor met een ringaansluiting voor de stuurelektrode ontwikkeld. Het heette Gate Commutated Thyristor (GCT) en werd een verdere ontwikkeling van de GTO-technologie.

Thyristoren GTO

Apparaat

Een uitschakelthyristor is een volledig regelbaar halfgeleiderapparaat gebaseerd op een klassieke vierlaagsstructuur. Het wordt in- en uitgeschakeld door positieve en negatieve stroompulsen op de stuurelektrode aan te leggen. In afb. 1 worden gegeven symbool(a) en blokschema (b) van een uitgeschakelde thyristor. Net als een conventionele thyristor heeft hij een kathode K, een anode A en een stuurelektrode G. De verschillen in de structuur van de apparaten liggen in een andere opstelling van horizontale en verticale lagen met n- en p-geleidingen.

Het ontwerp van de kathodelaag n heeft de grootste verandering ondergaan. Het is verdeeld in enkele honderden elementaire cellen, gelijkmatig verdeeld over het gebied en parallel verbonden. Dit ontwerp wordt veroorzaakt door de wens om een ​​uniforme stroomvermindering over het gehele gebied van de halfgeleiderstructuur te garanderen wanneer het apparaat is uitgeschakeld.

De basislaag p heeft, ondanks het feit dat deze als één geheel is gemaakt, een groot aantal stuurelektrodecontacten (ongeveer gelijk aan het aantal kathodecellen), eveneens gelijkmatig verdeeld over het gebied en parallel geschakeld. De basislaag n is op soortgelijke wijze gemaakt als de overeenkomstige laag van een conventionele thyristor.

De anodelaag p heeft shunts (zones n) die de n-basis verbinden met het anodecontact via kleine verdeelde weerstanden. Anode-shunts worden gebruikt in thyristors die geen omgekeerd blokkeervermogen hebben. Ze zijn ontworpen om de uitschakeltijd van het apparaat te verkorten door de omstandigheden voor het extraheren van ladingen uit het basisgebied n te verbeteren.

Het hoofdontwerp van GTO-thyristoren is van het tablettype met een vierlaagse siliciumwafel ingeklemd door temperatuurcompenserende molybdeenschijven tussen twee koperen bases met verhoogde thermische en elektrische geleidbaarheid. De stuurelektrode, die een aansluiting in een keramische behuizing heeft, staat in contact met de siliciumwafel. Het apparaat wordt geklemd door contactoppervlakken tussen twee helften koelers, geïsoleerd van elkaar en met een ontwerp dat wordt bepaald door het type koelsysteem.

Operatie principe

De GTO-thyristorcyclus heeft vier fasen: aan, geleidend, uit en blokkerend.

In het schematische gedeelte van de thyristorstructuur (Fig. 1, b) is de onderste aansluiting van de structuur een anode. De anode staat in contact met laag p. Vervolgens zijn er van onder naar boven: basislaag n, basislaag p (met een stuurelektrode-aansluiting), laag n, die in direct contact staat met de kathode-aansluiting. Vier lagen vormen drie p-n-overgang a: j1 tussen lagen p en n; j2 tussen lagen n en p; j3 tussen lagen p en n.

Fase 1- inclusie. De overgang van de thyristorstructuur van de blokkerende toestand naar de geleidende toestand (inschakelen) is alleen mogelijk als er een gelijkspanning wordt aangelegd tussen de anode en de kathode. Overgangen j1 en j3 zijn in voorwaartse richting verschoven en interfereren niet met de doorgang van ladingsdragers. De gehele spanning wordt aangelegd aan de middelste junctie j2, die in tegengestelde richting is voorgespannen. Nabij de j2-overgang wordt een zone gevormd waar geen ladingsdragers meer aanwezig zijn, die het ruimteladingsgebied wordt genoemd. Om de GTO-thyristor in te schakelen, wordt een spanning met positieve polariteit U G aangelegd op de stuurelektrode en kathode via het stuurcircuit (de "+" aansluiting op de p-laag). Als gevolg hiervan stroomt de schakelstroom IG door het circuit.

Uitschakelthyristors stellen strenge eisen aan de helling van de dIG/dt-flank en de amplitude van de IGM-stuurstroom. Via knooppunt j3 begint, naast de lekstroom, de inschakelstroom IG te stromen. De elektronen die deze stroom creëren, worden vanuit laag n in laag p geïnjecteerd. Vervolgens zullen sommige ervan door het elektrische veld van de basisovergang j2 worden overgedragen naar laag n.

Tegelijkertijd zal de tegeninjectie van gaten van laag p naar laag n en vervolgens naar laag p toenemen, d.w.z. Er zal een toename zijn van de stroom gecreëerd door minderheidsladingdragers.

De totale stroom die door de basisovergang j2 gaat, overschrijdt de inschakelstroom, de thyristor gaat open, waarna ladingsdragers vrijelijk door alle vier de gebieden kunnen gaan.

Fase 2- uitvoerende staat. In de gelijkstroommodus is er geen stuurstroom I G nodig als de stroom in het anodecircuit de houdstroom overschrijdt. Om ervoor te zorgen dat alle structuren van de uitgeschakelde thyristor constant in een geleidende toestand zijn, is het in de praktijk echter nog steeds noodzakelijk om de hiervoor geleverde stroom te handhaven temperatuur regime. Gedurende de gehele inschakel- en geleidingstoestand genereert het besturingssysteem dus een stroompuls met positieve polariteit.

In geleidende toestand zorgen alle delen van de halfgeleiderstructuur voor een uniforme beweging van ladingsdragers (elektronen van de kathode naar de anode, gaten in de tegenovergestelde richting). De anodestroom vloeit door de overgangen j1, j2, en de totale stroom van de anode en de stuurelektrode vloeit door de overgang j3.

Fase 3- afsluiten. Om de GTO-thyristor met een constante spanningspolariteit UT (zie figuur 3) uit te schakelen, wordt via het stuurcircuit een spanning met negatieve polariteit UGR aangelegd op de stuurelektrode en kathode. Het veroorzaakt een uitschakelstroom, waarvan de stroming leidt tot de resorptie van de belangrijkste ladingsdragers (gaten) in de basislaag p. Met andere woorden, er is een recombinatie van gaten die laag p binnenkwamen vanuit de basislaag n, en elektronen die dezelfde laag binnenkwamen via de stuurelektrode.

Naarmate de basisverbinding j2 hiervan wordt bevrijd, begint de thyristor uit te schakelen. Dit proces wordt gekenmerkt door een scherpe afname van de voorwaartse stroom IT van de thyristor in korte tijd tot een kleine waarde ITQT (zie figuur 2). Onmiddellijk nadat de basisovergang j2 is vergrendeld, begint de overgang j3 te sluiten, maar vanwege de energie die is opgeslagen in de inductantie van de stuurcircuits blijft deze enige tijd in een enigszins open toestand.

Rijst. 2. Grafieken van veranderingen in de anodestroom (iT) en stuurelektrode (iG)

Nadat alle in de inductantie van het stuurcircuit opgeslagen energie is verbruikt, wordt knooppunt j3 aan de kathodezijde volledig uitgeschakeld. Vanaf dit punt is de stroom door de thyristor gelijk aan de lekstroom die van de anode naar de kathode vloeit via het stuurelektrodecircuit.

Het proces van recombinatie en dus het uitschakelen van de uitschakelthyristor hangt grotendeels af van de helling van de voorste dIGQ/dt en de amplitude I GQ tegenstroom beheer. Om de vereiste helling en amplitude van deze stroom te garanderen, moet op de stuurelektrode een spanning UG worden aangelegd, die de voor overgang j3 toegestane waarde niet mag overschrijden.

Fase 4- blokkeertoestand. In de blokkeertoestand blijft de negatieve polariteitsspanning UGR van de besturingseenheid aangelegd op de besturingselektrode en kathode. De totale stroom IGR vloeit door het stuurcircuit, bestaande uit de thyristorlekstroom en de omgekeerde stuurstroom die door knooppunt j3 loopt. Overgang j3 heeft een tegengestelde bias. In een GTO-thyristor in de voorwaartse blokkeertoestand zijn dus twee knooppunten (j2 en j3) in tegengestelde richting voorgespannen en worden twee ruimteladingsgebieden gevormd.

Tijdens de gehele uitschakel- en blokkeerstatus genereert het besturingssysteem een ​​puls met negatieve polariteit.

Veiligheidscircuits

Het gebruik van GTO-thyristors vereist het gebruik van speciale beveiligingscircuits. Ze verhogen het gewicht en de afmetingen, de kosten van de converter en vereisen soms extra koelapparaten, maar zijn noodzakelijk voor de normale werking van de apparaten.

Het doel van elk beveiligingscircuit is om de stijgingssnelheid van een van de twee parameters te beperken elektrische energie bij het schakelen van een halfgeleiderapparaat. In dit geval zijn de condensatoren van het beveiligingscircuit CB (figuur 3) parallel verbonden met het beschermde apparaat T. Ze beperken de snelheid waarmee de voorwaartse spanning dUT/dt toeneemt wanneer de thyristor is uitgeschakeld.

LE-smoorspoelen worden in serie met apparaat T geïnstalleerd. Ze beperken de stijgingssnelheid van de voorwaartse stroom dIT/dt wanneer de thyristor wordt ingeschakeld. De dUT/dt- en dIT/dt-waarden voor elk apparaat zijn gestandaardiseerd; ze worden aangegeven in naslagwerken en paspoortgegevens voor de apparaten.

Rijst. 3. Beveiligingsschema

Naast condensatoren en smoorspoelen worden ook beveiligingscircuits gebruikt aanvullende elementen, zorgt voor ontlading en lading van reactieve elementen. Deze omvatten: diode DB, die weerstand RB omzeilt wanneer thyristor T is uitgeschakeld en condensator CB is opgeladen, weerstand RB, die de ontlaadstroom van condensator CB beperkt wanneer thyristor T is ingeschakeld.

Controle systeem

Het besturingssysteem (CS) bevat het volgende functie blokken: een schakelcircuit bestaande uit een circuit voor het genereren van een ontgrendelingspuls en een signaalbron om de thyristor in de open toestand te houden; schakeling voor het genereren van een blokkeersignaal; circuit om de thyristor in gesloten toestand te houden.

Niet alle soorten besturingssystemen vereisen alle genoemde blokken, maar elk besturingssysteem moet circuits bevatten voor het genereren van ontgrendelings- en vergrendelpulsen. In dit geval is het noodzakelijk om galvanische isolatie van het stuurcircuit en het stroomcircuit van de uitgeschakelde thyristor te garanderen.

Om de werking van de uitgeschakelde thyristor te regelen, worden twee hoofdbesturingssystemen gebruikt, die verschillen in de manier waarop ze een signaal aan de stuurelektrode leveren. In het geval gepresenteerd in Fig. 4 worden de door het logische blok St gegenereerde signalen onderworpen aan galvanische isolatie (potentiaalscheiding), waarna ze via de toetsen SE en SA worden toegevoerd aan de stuurelektrode van de uitgeschakelde thyristor T. In het tweede geval worden de signalen handel eerst op de toetsen SE (aan) en SA (uit), die onder hetzelfde potentieel staan ​​als het besturingssysteem, en vervolgens via de apparaten galvanische isolatie UE en UA worden aan de stuurelektrode toegevoerd.

Afhankelijk van de locatie van de SE- en SA-sleutels worden besturingsschema's met een laag potentieel (NPSU) en een hoog potentieel (VPSU, figuur 4) onderscheiden.

Rijst. 4. Optie stuurcircuit

Het NPSU-besturingssysteem is structureel eenvoudiger dan de VPSU, maar de mogelijkheden ervan zijn beperkt in termen van het genereren van langdurige stuursignalen die werken in de modus van gelijkstroom die door de thyristor stroomt, en in het garanderen van de steilheid van stuurpulsen. Om signalen met een lange duur te genereren, is het noodzakelijk duurdere push-pull-circuits te gebruiken.

Bij VPSU worden een hoge helling en langere duur van het stuursignaal gemakkelijker bereikt. Bovendien wordt hier het stuursignaal volledig gebruikt, terwijl bij de NPSU de waarde ervan wordt beperkt door een potentiaalscheidingsapparaat (bijvoorbeeld een pulstransformator).

Een informatiesignaal - een commando om in of uit te schakelen - wordt meestal via een opto-elektronische omzetter aan het circuit geleverd.

Thyristoren GCT

Halverwege de jaren negentig ontwikkelden ABB en Mitsubishi zich de nieuwe soort Gate-gecommuteerde thyristor (GCT). Eigenlijk is GCT een verdere verbetering van de GTO, of de modernisering ervan. Het is echter van fundamenteel belang nieuw ontwerp de stuurelektrode, evenals de merkbaar verschillende processen die plaatsvinden wanneer het apparaat wordt uitgeschakeld, maken het raadzaam om dit te overwegen.

De GCT is ontworpen om vrij te zijn van de tekortkomingen van de GTO, dus eerst moeten we de problemen aanpakken die zich met de GTO voordoen.

Het grootste nadeel van GTO zijn de grote energieverliezen in de beveiligingscircuits van het apparaat tijdens het schakelen. Het verhogen van de frequentie verhoogt de verliezen, dus in de praktijk worden GTO-thyristors geschakeld met een frequentie van niet meer dan 250-300 Hz. De belangrijkste verliezen treden op in de weerstand RB (zie figuur 3) wanneer de thyristor T wordt uitgeschakeld en dientengevolge de condensator CB wordt ontladen.

Condensator CB is ontworpen om de snelheid waarmee de voorwaartse spanning du/dt toeneemt te beperken wanneer het apparaat is uitgeschakeld. Door de thyristor ongevoelig te maken voor het du/dt-effect, was het mogelijk om het snubbercircuit (het schakelpadvormingscircuit), dat in het GCT-ontwerp was geïmplementeerd, achterwege te laten.

Controle- en ontwerpfuncties

Het belangrijkste kenmerk van GCT-thyristors, in vergelijking met GTO-apparaten, is een snelle uitschakeling, wat wordt bereikt door zowel het besturingsprincipe te veranderen als door het ontwerp van het apparaat te verbeteren. Een snelle uitschakeling wordt gerealiseerd door de thyristorstructuur om te zetten in een transistorstructuur wanneer het apparaat wordt uitgeschakeld, waardoor het apparaat ongevoelig wordt voor het du/dt-effect.

De GCT in de aan-, conductieve en blokkeerfase wordt op dezelfde manier aangestuurd als de GTO. Wanneer uitgeschakeld heeft de GCT-bediening twee functies:

• stuurstroom Ig is gelijk aan of groter dan de anodestroom Ia (voor GTO-thyristors is Ig 3 - 5 keer minder);
• de stuurelektrode heeft een lage inductantie, waardoor het mogelijk is een stuurstroomstijgsnelheid dig/dt van 3000 A/µs of meer te bereiken (voor GTO-thyristors is de dig/dt-waarde 30-40 A/µs).

Rijst. 5. Verdeling van stromen in de structuur van de GCT-thyristor wanneer uitgeschakeld

In afb. Figuur 5 toont de verdeling van stromen in de structuur van de GCT-thyristor wanneer het apparaat is uitgeschakeld. Zoals gezegd is het inschakelproces vergelijkbaar met het inschakelen van GTO-thyristors. Het afsluitproces is anders. Na het toepassen van een negatieve stuurpuls (-Ig) die qua amplitude gelijk is aan de waarde van de anodestroom (Ia), wordt alle gelijkstroom die door het apparaat gaat, afgebogen naar het besturingssysteem en bereikt de kathode, waarbij overgang j3 (tussen de gebieden p en N). Verbinding j3 is tegengesteld voorgespannen, en de kathode transistor npn sluit. Het verder uitschakelen van de GCT is vergelijkbaar met het uitschakelen van een bipolaire transistor, waarvoor geen externe beperking van de stijgsnelheid van de voorwaartse spanning du/dt vereist is en daarom de afwezigheid van een snubberketen mogelijk maakt.

De verandering in het GCT-ontwerp is te wijten aan het feit dat dynamische processen, die optreden in het apparaat wanneer het is uitgeschakeld, gaan een tot twee ordes van grootte sneller dan in de GTO. Dus als de minimale uitschakel- en blokkeertijd voor GTO 100 μs bedraagt, bedraagt ​​deze waarde voor GCT niet meer dan 10 μs. De snelheid waarmee de stuurstroom stijgt bij het uitschakelen van GCT is 3000 A/μs, GTO - is niet groter dan 40 A/μs.

Om een ​​hoge dynamiek van schakelprocessen te garanderen, werden het ontwerp van de stuurelektrode-uitgang en de aansluiting van het apparaat op de pulsvormer van het besturingssysteem gewijzigd. De uitvoer wordt gemaakt in een ring, die het apparaat in een cirkel omringt. De ring gaat door het keramische lichaam van de thyristor en is in contact: binnen met de cellen van de stuurelektrode; buiten - met een plaat die de stuurelektrode verbindt met de pulsvormer.

Nu worden GTO-thyristors geproduceerd door verschillende grote bedrijven in Japan en Europa: Toshiba, Hitachi, Mitsubishi, ABB, Eupec. Apparaatparameters voor spanning UDRM: 2500 V, 4500 V, 6000 V; door huidige ITGQM (maximale repetitieve blokkeerstroom): 1000 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A, 4000 A, 6000 A.

GCT-thyristors worden geproduceerd door Mitsubishi en ABB. De apparaten zijn ontworpen voor UDRM-spanning tot 4500 V en ITGQM-stroom tot 4000 A.

Momenteel worden GCT- en GTO-thyristors vervaardigd bij de Russische onderneming Elektrovypryamitel OJSC (Saransk). Thyristors van de series TZ-243, TZ-253, TZ-273, ZTA-173, ZTA-193, ZTF-193 worden geproduceerd. GCT ) enz. met een siliciumwafeldiameter tot 125 mm en een spanningsbereik UDRM 1200 - 6000 V en stroom ITGQM 630 - 4000 A.

Parallel aan de uitschakelthyristors en voor gebruik in combinatie daarmee heeft JSC Elektrovypryamitel snelhersteldiodes ontwikkeld en in serieproductie gebracht voor dempingscircuits (snubbercircuits) en tegenstroomdiodes, evenals een krachtige pulstransistor voor de eindtrappen. van de besturingsdriver (besturingssysteem).

Thyristoren IGCT

Dankzij het concept strakke controle(fijnregeling van legeringsprofielen, mesatechnologie, protonen- en elektronenbestraling om een ​​speciale verdeling van gecontroleerde recombinatiecentra te creëren, de technologie van zogenaamde transparante of dunne emitters, het gebruik van een bufferlaag in het n-basisgebied, enz. ) wist te verwezenlijken aanzienlijke verbetering kenmerken van de GTO wanneer deze is uitgeschakeld. De volgende grote vooruitgang in de HD GTO-technologie vanuit het perspectief van apparaten, besturing en toepassingen was het idee van bestuurde apparaten op basis van de nieuwe Integrated Gate-Commutated Thyristor (IGCT). Dankzij strakke besturingstechnologie vergroot uniform schakelen het oppervlak veilig werken IGCT tot aan de limieten beperkt door lawinebreuk, d.w.z. aan de fysieke mogelijkheden van silicium. Er zijn geen beveiligingscircuits tegen het overschrijden van du/dt vereist. Gecombineerd met verbeterde vermogensverliesprestaties zijn er nieuwe toepassingen gevonden in het kilohertzbereik. Het benodigde vermogen voor de regeling wordt met een factor 5 verminderd in vergelijking met standaard GTO's, voornamelijk vanwege het transparante anodeontwerp. De nieuwe familie IGCT-apparaten, met monolithisch geïntegreerde hoogvermogendiodes, is ontwikkeld voor toepassingen in het bereik van 0,5 - 6 MV*A. Met het bestaande technische haalbaarheid consistent en parallelle verbinding Met IGCT-apparaten kunt u het vermogensniveau verhogen tot enkele honderden megavolt-ampère.

Met een geïntegreerde regeleenheid neemt de kathodestroom af voordat de anodespanning begint te stijgen. Dit wordt bereikt dankzij de zeer lage inductantie van het stuurelektrodecircuit, gerealiseerd door de coaxiale aansluiting van de stuurelektrode in combinatie met een meerlaagse besturingskaart. Hierdoor werd het mogelijk een uitschakelstroomsnelheid van 4 kA/µs te bereiken. Bij stuurspanning UGK = 20 V. wanneer de kathodestroom nul wordt, gaat de resterende anodestroom naar de stuureenheid, die op dit moment een lage weerstand heeft. Hierdoor wordt het energieverbruik van de besturingseenheid geminimaliseerd.

Werkend met “harde” controle, gaat de thyristor uit p-n-p-n-toestanden V pnp-modus voor 1 µs. Het uitschakelen gebeurt volledig in de transistormodus, waardoor elke mogelijkheid van een triggereffect wordt geëlimineerd.

Het verminderen van de dikte van het apparaat wordt bereikt door een bufferlaag aan de anodezijde te gebruiken. De bufferlaag van vermogenshalfgeleiders verbetert de prestaties van traditionele elementen door hun dikte met 30% te verminderen bij dezelfde voorwaartse doorslagspanning. Het belangrijkste voordeel van dunne elementen zijn verbeterde technologische kenmerken met lage statische en dynamische verliezen. Een dergelijke bufferlaag in een vierlaags apparaat vereist het verwijderen van anodekortsluitingen, maar laat nog steeds effectief elektronen vrij tijdens het uitschakelen. Het nieuwe IGCT-apparaat combineert een bufferlaag met een transparante anode-emitter. De transparante anode is een pn-overgang met stroomgestuurde emitterefficiëntie.

Voor maximale ruisimmuniteit en compactheid omringt de besturingseenheid de IGCT, vormt een enkele structuur met de koeler en bevat alleen dat deel van de circuits dat nodig is om de IGCT zelf te besturen. Als gevolg hiervan wordt het aantal elementen van de besturingseenheid verminderd, worden de parameters van warmtedissipatie, elektrische en thermische overbelastingen verminderd. Daarom worden de kosten van de besturingseenheid en het uitvalpercentage ook aanzienlijk verlaagd. De IGCT, met zijn geïntegreerde besturingseenheid, kan eenvoudig in de module worden bevestigd en wordt via glasvezel nauwkeurig verbonden met de voeding en de stuursignaalbron. Door simpelweg de veer los te laten, wordt een nauwkeurig berekende klemkracht op de IGCT uitgeoefend, waardoor elektrisch en thermisch contact ontstaat, dankzij een zorgvuldig ontworpen klemcontactsysteem. Dit zorgt voor maximaal montagegemak en maximale betrouwbaarheid. Bij gebruik van de IGCT zonder snubber moet de vrijloopdiode ook zonder snubber werken. Aan deze eisen wordt voldaan door een hoogvermogendiode in een klempakket met verbeterde eigenschappen, geproduceerd met behulp van een bestralingsproces in combinatie met klassieke processen. Het vermogen om di/dt te leveren wordt bepaald door de werking van de diode (zie figuur 6).

Rijst. 6. Vereenvoudigd diagram van een driefasige omvormer op IGCT

De belangrijkste fabrikant van IGCT is ABB. Thyristor-spanningsparameters U DRM: 4500 V, 6000 V; huidige ITGQM: 3000 A, 4000 A.

Conclusie

De snelle ontwikkeling van de vermogenstransistortechnologie begin jaren negentig leidde tot de opkomst van een nieuwe klasse apparaten: bipolaire transistors met geïsoleerde poort (IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistors). De belangrijkste voordelen van IGBT zijn hoge waarden werkfrequentie, efficiëntie, eenvoud en compactheid van stuurcircuits (vanwege de lage stuurstroom).

Verschijning binnen afgelopen jaren IGBT's met bedrijfsspanningen tot 4500 V en de mogelijkheid om stromen tot 1800 A te schakelen hebben geleid tot de verplaatsing van gated turn-off thyristors (GTO's) in apparaten tot 1 MW en spanningen tot 3,5 kV.

De nieuwe IGCT-apparaten, die kunnen werken op schakelfrequenties van 500 Hz tot 2 kHz en hogere prestaties bieden dan IGBT's, combineren echter een optimale combinatie van bewezen thyristortechnologie met de inherente lage verliezen, en snubberloze, zeer efficiënte uitschakeltechnologie. controle-elektrode IGCT-apparaat vandaag - perfecte oplossing voor toepassingen in midden- ena.

De kenmerken van moderne krachtige stroomschakelaars met dubbelzijdig koellichaam worden gegeven in de tabel. 1.

Tabel 1. Kenmerken van moderne krachtige stroomschakelaars met dubbelzijdig koellichaam

- een apparaat met de eigenschappen van een halfgeleider, waarvan het ontwerp is gebaseerd op een monokristallijne halfgeleider met drie of meer p-n-overgangen.

De werking ervan impliceert de aanwezigheid van twee stabiele fasen:

• “gesloten” (geleidingsniveau is laag);
• “open” (geleidingsniveau is hoog).

Thyristors zijn apparaten die stroomfuncties uitvoeren elektronische sleutels. Een andere naam voor hen zijn thyristors met één werking. Met dit apparaat kunt u de impact van krachtige belastingen regelen via kleine impulsen.

Volgens stroom-spanningskarakteristiek thyristor, een toename van de stroom daarin zal een verlaging van de spanning veroorzaken, dat wil zeggen dat er een negatieve differentiële weerstand zal verschijnen.

Bovendien kunnen deze halfgeleiderapparaten circuits verbinden met spanningen tot 5000 Volt en stromen tot 5000 Ampère (bij een frequentie van niet meer dan 1000 Hz).

Thyristors met twee en drie aansluitingen zijn geschikt voor gebruik met zowel constante als wisselstroom. Meestal wordt het principe van hun werking vergeleken met de werking van een gelijkrichtdiode en men gelooft dat ze een volwaardige analoog van een gelijkrichter zijn, in zekere zin zelfs effectiever.

De typen thyristors verschillen van elkaar:

• Controle methode.
• Geleidbaarheid (unilateraal of bilateraal).

Algemene managementprincipes

De thyristorstructuur bestaat uit 4 halfgeleiderlagen seriële verbinding(p-n-p-n). Het contact dat is verbonden met de buitenste p-laag is de anode, en het contact dat is verbonden met de buitenste n-laag is de kathode. Hierdoor kan een thyristor bij een standaard montage maximaal twee stuurelektroden hebben, die aan de interne lagen zijn bevestigd. Volgens de verbonden laag zijn de geleiders verdeeld in kathode en anode op basis van het type besturing. Het eerste type wordt het vaakst gebruikt.

De stroom in thyristors stroomt naar de kathode (vanaf de anode), dus de verbinding met de stroombron wordt gemaakt tussen de anode en de positieve pool, evenals tussen de kathode en de negatieve pool.

Thyristors met een stuurelektrode kunnen zijn:

• Afsluitbaar;
• Ontgrendelbaar.

Een indicatieve eigenschap van niet-vergrendelende apparaten is hun gebrek aan reactie op een signaal van de stuurelektrode. De enige manier het sluiten ervan betekent het verminderen van het stroomniveau dat er doorheen vloeit, zodat dit inferieur is aan de sterkte van de houdstroom.

Bij het aansturen van een thyristor moet met enkele punten rekening worden gehouden. Apparaat van dit type verandert de werkingsfasen van “uit” naar “aan” en terug abrupt en alleen onder de gegeven omstandigheden externe invloed: gebruik maken van stroom (spanningsmanipulatie) of fotonen (in gevallen met een fotothyristor).

Begrijpen op dit moment het is noodzakelijk om te onthouden dat een thyristor hoofdzakelijk 3 uitgangen heeft (thyristor): anode, kathode en stuurelektrode.

De UE (stuurelektrode) is precies verantwoordelijk voor het in- en uitschakelen van de thyristor. Het openen van de thyristor vindt plaats onder de voorwaarde dat de aangelegde spanning tussen A (anode) en K (kathode) gelijk wordt aan of groter wordt dan de bedrijfsspanning van de thyristor. Het is waar dat in het tweede geval blootstelling aan een puls met positieve polariteit tussen Ue en K vereist is.

Bij een constante toevoer van voedingsspanning kan de thyristor voor onbepaalde tijd open zijn.

Om het naar een gesloten status te schakelen, kunt u:

• Verlaag het spanningsniveau tussen A en K tot nul;
• Verlaag de A-stroomwaarde zodat de houdstroomsterkte groter is;
• Als de werking van het circuit gebaseerd is op de werking van wisselstroom, wordt het apparaat uitgeschakeld zonder tussenkomst van buitenaf wanneer het stroomniveau zelf tot nul daalt;
• Breng een blokkeerspanning aan op de UE (alleen relevant voor vergrendelbare typen halfgeleiderapparaten).

De gesloten toestand duurt ook voor onbepaalde tijd totdat er een triggerimpuls optreedt.

Specifieke controlemethoden

• Amplitude .

Het vertegenwoordigt de levering van een positieve spanning van verschillende grootte aan de Ue. Het openen van de thyristor vindt plaats wanneer de spanningswaarde voldoende is om de stuurovergang van de gelijkrichtstroom (Irect) te doorbreken. Door de spanning op de UE te veranderen, wordt het mogelijk om de openingstijd van de thyristor te veranderen.

Het grootste nadeel van deze methode is de sterke invloed van de temperatuurfactor. Bovendien heeft elk type thyristor een ander type weerstand nodig. Dit punt voegt geen gebruiksgemak toe. Bovendien kan de openingstijd van de thyristor alleen worden aangepast zolang de eerste 1/2 van de positieve halve cyclus van het netwerk duurt.

• Fase.

Het bestaat uit het veranderen van de fase Ucontrol (ten opzichte van de spanning aan de anode). In dit geval wordt een faseverschuivingsbrug gebruikt. Het grootste nadeel is de lage helling van Ucontrol, waardoor het slechts voor een korte tijd mogelijk is om het openingsmoment van de thyristor te stabiliseren.

• Puls-fase .

Ontworpen om tekortkomingen te overwinnen fase methode. Hiertoe wordt aan Ue een spanningspuls met een steile flank aangeboden. Deze aanpak momenteel de meest voorkomende.

Thyristors en veiligheid

Vanwege het impulskarakter van hun werking en de aanwezigheid van tegengestelde herstelstroom, verhogen thyristors het risico op overspanning bij de werking van het apparaat aanzienlijk. Bovendien is het gevaar van overspanning in de halfgeleiderzone groot als er in andere delen van de schakeling helemaal geen spanning aanwezig is.

Om negatieve gevolgen te voorkomen is het daarom gebruikelijk om gebruik te maken van CFTP-regelingen. Ze voorkomen het ontstaan ​​en vasthouden ervan kritische waarden Spanning.

Thyristormodel met twee transistoren

Van twee transistors is het heel goed mogelijk om een ​​dinistor (thyristor met twee aansluitingen) of een trinistor (thyristor met drie aansluitingen) samen te stellen. Om dit te doen, moet een van hen p-n-p-geleiding hebben, de andere - n-p-n-geleiding. Transistors kunnen gemaakt zijn van silicium of germanium.

De verbinding tussen hen wordt uitgevoerd via twee kanalen:

• Anode van de 2e transistor + Stuurelektrode van de 1e transistor;
• Kathode van de 1e transistor + Stuurelektrode van de 2e transistor.

Als u geen stuurelektroden gebruikt, is de uitvoer een dinistor.

De compatibiliteit van de geselecteerde transistoren wordt bepaald door dezelfde hoeveelheid vermogen. In dit geval moeten de stroom- en spanningswaarden noodzakelijkerwijs groter zijn dan die nodig zijn voor de normale werking van het apparaat. Gegevens over doorslagspanning en houdstroom zijn afhankelijk van de specifieke eigenschappen van de gebruikte transistors.

Schrijf opmerkingen, aanvullingen op het artikel, misschien heb ik iets gemist. Kijk eens, ik zal blij zijn als je nog iets nuttigs over de mijne vindt.

1.1 Definitie, soorten thyristors

1.2 Werkingsprincipe

1.3 Thyristorparameters

Hoofdstuk 2. Toepassing van thyristors in vermogensregelaars

2.1 Algemene informatie over diverse toezichthouders

2.2 Het proces van spanningsregeling met behulp van een thyristor

2.3 Geregelde thyristorgelijkrichter

Hoofdstuk 3. Praktische ontwikkeling van vermogensregelaars op basis van thyristoren

3.1 Spanningsregelaar op de KU201K-thyristor

3.2 Krachtige gestuurde gelijkrichter met thyristors

Conclusie

Literatuur

Invoering

Dit artikel onderzoekt verschillende varianten van apparaten die thyristorelementen gebruiken als spanningsregelaars en als gelijkrichters. Er worden theoretische en praktische beschrijvingen gegeven van het werkingsprincipe van thyristors en apparaten, evenals diagrammen van deze apparaten.

Een gecontroleerde gelijkrichter op basis van thyristors - elementen met een hoge vermogensversterking - maakt het mogelijk om grote stromen in de belasting te verkrijgen met weinig vermogen dat wordt verbruikt in het thyristorregelcircuit.

Dit artikel bespreekt twee opties voor dergelijke gelijkrichters, die een maximale belastingsstroom leveren van maximaal 6 A met een spanningsregellimiet van 0 tot 15 V en van 0,5 tot 15 V, en een apparaat voor het aanpassen van de spanning op actieve en inductieve belastingen die worden aangedreven van het netwerk AC-spanning 127 en 220 V met aanpassingslimieten van 0 tot nominale netwerkspanning.

Hoofdstuk 1. Het concept van een thyristor. Soorten thyristors. Operatie principe

1.1 Definitie, soorten thyristors

Een thyristor is een halfgeleiderapparaat gebaseerd op een vierlaagse structuur dat kan overschakelen van een gesloten toestand naar een open toestand en omgekeerd. Thyristors zijn ontworpen voor de belangrijkste controle van elektrische signalen in open-gesloten modus (gestuurde diode).

De eenvoudigste thyristor is een dinistor - een ongecontroleerde schakeldiode, die een vierlaagse structuur heeft p-n-p-n-type(Afb. 1.1.2). Hier worden, net als bij andere typen thyristors, de buitenste n-p-n-overgangen emitter genoemd en de middelste p-n-overgang collector. De interne gebieden van de structuur die tussen overgangen liggen, worden bases genoemd. De elektrode die voor elektrische verbinding zorgt met het buitenste n-gebied wordt de kathode genoemd, en met het buitenste p-gebied wordt de anode genoemd.

In tegenstelling tot asymmetrische thyristors (dinistors, trinistors) heeft bij symmetrische thyristors de omgekeerde tak van de stroom-spanningskarakteristiek de vorm van een directe tak. Dit wordt bereikt door twee identieke vierlaagse structuren met de ruggen tegen elkaar te verbinden of door vijflaagse structuren met vier p-n-overgangen (triacs) te gebruiken.

Rijst. 1.1.1 Aanduiding op de schema's: a) triac b) dinistor c) trinistor.

Rijst. 1.1.2 Structuur van de dinistor.

Rijst. 1.1.3 SCR-structuur.

1.2 Werkingsprincipe

Wanneer de dinistor wordt ingeschakeld volgens het diagram in Fig. 1.2.1, de pn-overgang van de collector is gesloten en de emitterovergangen zijn open. Weerstand open doorgangen zijn klein, dus bijna alle voedingsspanning wordt toegepast op de collectorovergang, die een hoge weerstand heeft. In dit geval vloeit er een kleine stroom door de thyristor (sectie 1 in figuur 1.2.3).

Rijst. 1.2.1. Schema voor het aansluiten van een ongecontroleerde thyristor (dinistor) op het circuit.

Rijst. 1.2.2. Schema voor het aansluiten van een gestuurde thyristor (thyristor) op het circuit.

Afb.1.2.3. Stroom-spanningskarakteristiek van de dinistor.

Afb.1.2.4. Stroom-spanningskarakteristiek van een thyristor.

Als u de spanning van de stroombron verhoogt, neemt de thyristorstroom enigszins toe totdat deze spanning een bepaalde kritische waarde nadert die gelijk is aan de inschakelspanning Uon. Bij spanning Uon in de dinistor worden voorwaarden geschapen voor lawinevermenigvuldiging van ladingsdragers in het gebied van de collectorovergang. Er treedt een omkeerbare elektrische storing van de collectorovergang op (sectie 2 in figuur 1.2.3). Er wordt een overmatige concentratie aan elektronen gevormd in het n-gebied van de collectorovergang, en een overmatige concentratie aan gaten in het p-gebied. Naarmate deze concentraties toenemen, nemen de potentiële barrières van alle dinistor-overgangen af. De injectie van dragers via de emitterovergangen neemt toe. Het proces is lawineachtig van aard en gaat gepaard met het omschakelen van de collectorovergang naar de open toestand. De stroom neemt gelijktijdig toe met een afname van de weerstand van alle delen van het apparaat. Daarom gaat een toename van de stroom door het apparaat gepaard met een afname van de spanning tussen de anode en kathode. Op de stroom-spanningskarakteristiek wordt dit gedeelte aangegeven met het cijfer 3. Hier heeft het apparaat een negatieve differentiële weerstand. De spanning over de weerstand neemt toe en de dinistor schakelt.

Na de overgang van de collectorovergang naar de open toestand heeft de stroom-spanningskarakteristiek de vorm die overeenkomt met de directe tak van de diode (sectie 4). Na het schakelen neemt de spanning op de dynistor af tot 1 V. Als u doorgaat met het verhogen van de spanning van de voeding of het verlagen van de weerstand van weerstand R, zal een toename van de uitgangsstroom worden waargenomen, zoals in een conventioneel circuit met een diode bij directe aansluiting.

Wanneer de voedingsspanning afneemt, wordt de hoge weerstand van de collectorovergang hersteld. De hersteltijd van de weerstand van deze junctie kan tientallen microseconden bedragen.

De spanning Uon waarbij een lawine-achtige toename van de stroom begint, kan worden verminderd door ladingsdragers die niet de meerderheid vormen, te introduceren in een van de lagen grenzend aan de collectorovergang. Extra ladingsdragers worden in de thyristor geïntroduceerd door een hulpelektrode die wordt gevoed door een onafhankelijke stuurspanningsbron (Ucontrol). Een thyristor met een hulpstuurelektrode wordt een triode of trinistor genoemd. In de praktijk wordt bij het gebruik van de term ‘thyristor’ precies het element bedoeld. Het aansluitschema voor een dergelijke thyristor wordt getoond in Fig. 1.2.2. De mogelijkheid om de spanning U te verlagen met toenemende stuurstroom wordt getoond door de familie van stroom-spanningskarakteristieken (Fig. 1.2.4).

Als een voedingsspanning met de tegenovergestelde polariteit op de thyristor wordt toegepast (Fig. 1.2.4), worden de emitterovergangen gesloten. In dit geval lijkt de stroom-spanningskarakteristiek van de thyristor op de omgekeerde tak van de karakteristiek van een conventionele diode. Bij zeer hoge sperspanningen wordt een onomkeerbare doorslag van de thyristor waargenomen.

De opkomst van vier lagen p-n-p-n halfgeleider elements heeft een echte doorbraak bereikt vermogenselektronica. Dergelijke apparaten worden "thyristoren" genoemd. Siliciumgestuurde poorten zijn de meest voorkomende familie van thyristors.

Dit type halfgeleiderapparaten heeft de volgende structuur:

Zoals we zien vanaf blokdiagram De thyristor heeft 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 De thyristor heeft 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 sterk geleidende zone zal de stroom die door de anode vloeit afhankelijk zijn van de belasting extern element, waardoor het in deze zone als een gesloten sleutel 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.

IN juiste moment Door een puls op de stuurelektrode aan te leggen, kunt u 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 de thyristor niet kan worden uitgeschakeld (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

Een thyristor is een halfgeleiderapparaat dat is ontworpen om als sleutel te werken. Het heeft drie elektroden en een p-n-p-n-structuur van vier lagen halfgeleider. De elektroden worden anode, kathode en stuurelektrode genoemd. De pnpn-structuur is functioneel vergelijkbaar met een niet-lineaire weerstand, die twee toestanden kan accepteren:

• met zeer hoge weerstand, uitgeschakeld;
• met zeer lage weerstand, ingeschakeld.

Soorten

De ingeschakelde thyristor handhaaft een spanning van ongeveer één of meerdere volt, die enigszins toeneemt naarmate de stroom erdoorheen vloeit. Afhankelijk van het type stroom en spanning dat met een thyristor op het elektrische circuit wordt toegepast, gebruikt het een van de drie moderne variëteiten deze halfgeleiderapparaten. Op gelijkstroom werk:

• schakelbare thyristors;
• drie soorten uitschakelthyristors, ook wel genoemd

Triacs werken op wissel- en gelijkstroom. Al deze thyristors bevatten een stuurelektrode en twee andere elektroden waar de belastingsstroom doorheen vloeit. Voor SCR's en uitschakelthyristors zijn dit de anode en kathode; voor triacs wordt de naam van deze elektroden bepaald door de juiste bepaling van de eigenschappen van het stuursignaal dat aan de stuurelektrode wordt geleverd.

Aanwezigheid in thyristor p-n-p-n-structuren stelt ons in staat het voorwaardelijk in twee gebieden te verdelen, die elk hetzelfde zijn bipolaire transistor passende geleidbaarheid. Deze onderling verbonden transistors zijn dus het equivalent van een thyristor, zoals weergegeven in het diagram links. SCR's waren de eersten die op de markt verschenen.

Eigenschappen en kenmerken

In wezen is dit een analoog van een zelfvergrendelend relais met één normaal open contact, waarvan de rol wordt gespeeld door een halfgeleiderstructuur die zich tussen de anode en de kathode bevindt. Het verschil met een relais is dat dit halfgeleiderapparaat meerdere schakelmethoden kan hebben. Al deze methoden worden verklaard door het transistorequivalent van de SCR.

Twee equivalente transistors worden gedekt door positieve feedback. Het vermenigvuldigt eventuele huidige veranderingen in hun halfgeleiderovergangen. Daarom zijn er verschillende soorten invloed op de elektroden van de thyristor om deze aan en uit te zetten. Met de eerste twee methoden kunt u de anode inschakelen.

• Als de spanning aan de anode tot een bepaalde waarde wordt verhoogd, zullen de effecten van de beginnende doorslag van de halfgeleiderstructuren van transistors invloed gaan uitoefenen. De initiële stroom die verschijnt, wordt versterkt door positieve feedback en beide transistors worden ingeschakeld.
• Bij een voldoende snelle toename van de spanning aan de anode ontstaat er een lading tussen de interelektrodecapaciteiten, die aanwezig zijn in elke elektronische componenten. In dit geval verschijnen er elektroden laadstromen deze condensatoren, die worden opgepikt door positieve feedback en het eindigt allemaal met het inschakelen van de SCR.

Als de bovengenoemde spanningsveranderingen ontbreken, vindt het schakelen meestal plaats met de basisstroom equivalent n-p-n transistor. Je kunt de thyristor op twee manieren uitschakelen, wat ook duidelijk wordt door de interactie van equivalente transistors. Positieve feedback daarin werkt vanaf bepaalde waarden van stromen die in de p-n-p-n-structuur stromen. Als de huidige waarde lager wordt gemaakt dan deze waarden, zal positieve feedback ervoor zorgen dat de stromen snel verdwijnen.

Een andere afsluitmethode is het gebruik van positieve interrupt feedback een spanningspuls die de polariteit aan de anode en kathode verandert. Met dit effect verandert de richting van de stromen tussen de elektroden in de tegenovergestelde richting en wordt de thyristor uitgeschakeld. Omdat halfgeleidermaterialen worden gekenmerkt door het fenomeen foto-elektrisch effect, zijn er foto- en optothyristors, waarbij het inschakelen kan worden veroorzaakt door verlichting van het ontvangvenster of de LED in de behuizing van dit halfgeleiderapparaat.

Er zijn ook zogenaamde dinistoren (ongecontroleerde thyristors). Deze halfgeleiderapparaten hebben standaard geen stuurelektrode. In de kern is het een thyristor met één ontbrekende terminal. Daarom hangt hun toestand alleen af ​​van de spanning van de anode en kathode en kunnen ze niet worden ingeschakeld door een stuursignaal. Anders zijn de processen daarin vergelijkbaar met conventionele thyristors. Hetzelfde geldt voor triacs, die in wezen twee parallel geschakelde thyristors zijn. Daarom worden ze gebruikt om wisselstroom te regelen zonder extra diodes.

Vergrendelbare thyristors

Als je op een bepaalde manier gebieden van de p-n-p-n-structuur nabij de bases van equivalente transistors vervaardigt, kun je volledige bestuurbaarheid van de thyristor bereiken vanaf de stuurelektrode. Dit pnpn-structuurontwerp wordt weergegeven in de afbeelding aan de linkerkant. Een dergelijke thyristor kan op elk moment worden in- en uitgeschakeld met behulp van geschikte signalen door deze naar de stuurelektrode te voeren. Andere schakelmethoden die op thyristors worden toegepast, zijn ook geschikt voor uitschakelthyristors.

Deze methoden zijn hierop echter niet van toepassing halfgeleider apparaten. Integendeel, ze worden door bepaalde circuitoplossingen uitgesloten. Het doel is om betrouwbaar in- en uitschakelen te bereiken met alleen de stuurelektrode. Dit is nodig voor het gebruik van dergelijke thyristors in krachtige hoogfrequente omvormers. GTO's werken op frequenties tot 300 Hertz, en IGCT's kunnen aanzienlijk meer hoge frequenties, tot 2 kHz. Nominale stromen kunnen enkele duizenden ampères bedragen, en spanningen kunnen enkele kilovolts bedragen.

Een vergelijking van verschillende thyristors wordt gegeven in de onderstaande tabel.

Thyristors worden vervaardigd voor een breed scala aan stromen en spanningen. Hun ontwerp wordt bepaald door de afmetingen van de p-n-p-n-structuur en de noodzaak om daaruit een betrouwbare warmteafvoer te verkrijgen. Moderne thyristors, evenals hun aanduidingen op elektrische schema's weergegeven in de onderstaande afbeeldingen.