Thyristor. Thiết bị, nguyên lý hoạt động, đặc tính dòng điện - điện áp

Để hiểu cách thức hoạt động của mạch điện, bạn cần biết hoạt động và mục đích của từng phần tử. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét nguyên lý hoạt động của thyristor, các loại và phương thức hoạt động, đặc điểm và chủng loại khác nhau. Chúng tôi sẽ cố gắng giải thích mọi thứ rõ ràng nhất có thể để nó rõ ràng ngay cả đối với người mới bắt đầu.

Thyristor là một phần tử bán dẫn chỉ có hai trạng thái: “mở” (dòng điện chạy qua) và “đóng” (không có dòng điện). Hơn nữa, cả hai trạng thái đều ổn định, nghĩa là quá trình chuyển đổi chỉ xảy ra trong những điều kiện nhất định. Bản thân việc chuyển đổi diễn ra rất nhanh, mặc dù không phải ngay lập tức.

Về phương thức hoạt động, nó có thể được so sánh với một công tắc hoặc một phím. Nhưng thyristor chuyển mạch bằng điện áp và tắt khi mất dòng điện hoặc loại bỏ tải. Vì vậy nguyên lý hoạt động của thyristor không có gì khó hiểu. Bạn có thể coi nó như một chiếc chìa khóa điều khiển bằng điện. Vâng, không thực sự.

Một thyristor thường có ba đầu ra. Một điều khiển và hai điều khiển mà dòng điện chạy qua. Bạn có thể thử mô tả ngắn gọn nguyên tắc hoạt động. Khi điện áp được cấp vào đầu ra điều khiển, mạch sẽ được chuyển qua bộ thu anode. Tức là nó có thể so sánh với một bóng bán dẫn. Sự khác biệt duy nhất là trong một bóng bán dẫn, lượng dòng điện chạy qua phụ thuộc vào điện áp đặt vào cực điều khiển. Và thyristor mở hoàn toàn hoặc đóng hoàn toàn.

Vẻ bề ngoài

Sự xuất hiện của thyristor phụ thuộc vào ngày sản xuất của nó. Các nguyên tố từ thời Liên Xô là kim loại, có dạng một “đĩa bay” với ba đầu. Hai cực - cực âm và điện cực điều khiển - được đặt ở “đáy” hoặc “nắp” (bạn nhìn vào bất kỳ phía nào). Hơn nữa, điện cực điều khiển có kích thước nhỏ hơn. Cực dương có thể được đặt ở phía đối diện của cực âm hoặc nhô ra một bên từ dưới vòng đệm trên thân.

Hai loại thyristor - hiện đại và Liên Xô, ký hiệu trên sơ đồ

Thyristor hiện đại trông khác nhau. Đây là một hình chữ nhật nhỏ bằng nhựa có tấm kim loại ở trên và ba chốt ở phía dưới. Trong phiên bản hiện đại có một điều bất tiện: bạn cần xem trong phần mô tả thiết bị đầu cuối nào là cực dương, đâu là cực âm và điện cực điều khiển. Thông thường, đầu tiên là cực dương, sau đó là cực âm và cái ở phía bên phải là điện cực. Nhưng điều này thường xảy ra, tức là không phải lúc nào cũng vậy.

Nguyên tắc hoạt động

Theo nguyên lý hoạt động, thyristor cũng có thể được so sánh với diode. Nó sẽ truyền dòng điện theo một hướng - từ cực dương đến cực âm, nhưng điều này sẽ chỉ xảy ra ở trạng thái “mở”. Trong sơ đồ, thyristor trông giống như một diode. Ngoài ra còn có cực dương và cực âm, nhưng cũng có một bộ phận bổ sung - điện cực điều khiển. Tất nhiên, có sự khác biệt về điện áp đầu ra (khi so sánh với diode).

Trong các mạch điện áp xoay chiều, thyristor sẽ chỉ truyền một nửa sóng - nửa sóng trên. Khi nửa sóng dưới đến, nó sẽ đặt lại về trạng thái “đóng”.

Nguyên lý hoạt động của thyristor một cách đơn giản

Hãy xem xét nguyên lý hoạt động của thyristor. Trạng thái bắt đầu của phần tử là đóng. “Tín hiệu” chuyển sang trạng thái “mở” là sự xuất hiện của điện áp giữa cực dương và cực điều khiển. Có hai cách để đưa thyristor về trạng thái “đóng”:

• loại bỏ tải;
• giảm dòng điện xuống dưới dòng giữ (một trong những đặc tính kỹ thuật).

Trong các mạch có điện áp thay đổi, theo quy luật, thyristor được đặt lại theo tùy chọn thứ hai. Dòng điện xoay chiều trong mạng gia đình có dạng hình sin khi giá trị của nó tiến tới 0 và xảy ra hiện tượng thiết lập lại. Trong các mạch được cấp nguồn bằng nguồn DC, cần phải cắt nguồn cưỡng bức hoặc loại bỏ tải.

Nghĩa là, thyristor hoạt động khác nhau trong các mạch có điện áp không đổi và xoay chiều. Trong mạch có điện áp không đổi, sau khi xuất hiện điện áp ngắn hạn giữa cực dương và cực điều khiển, phần tử sẽ chuyển sang trạng thái “mở”. Sau đó có thể có hai kịch bản:

• Trạng thái “mở” được duy trì ngay cả sau khi điện áp đầu ra điều khiển anode biến mất. Điều này có thể thực hiện được nếu điện áp cấp vào cực điều khiển cực dương cao hơn điện áp không mở khóa (dữ liệu này có trong thông số kỹ thuật). Dòng điện chạy qua thyristor thực chất chỉ bị dừng lại bằng cách ngắt mạch hoặc tắt nguồn điện. Hơn nữa, việc tắt/ngắt mạch có thể rất ngắn ngủi. Sau khi mạch được khôi phục, không có dòng điện nào chạy cho đến khi điện áp được cấp lại vào cực điều khiển anode.
• Sau khi loại bỏ điện áp (nhỏ hơn điện áp mở khóa), thyristor ngay lập tức chuyển sang trạng thái “đóng”.

Vì vậy, trong mạch DC có hai lựa chọn sử dụng thyristor - có và không giữ trạng thái mở. Nhưng loại đầu tiên được sử dụng thường xuyên hơn - khi nó vẫn mở.

Nguyên lý hoạt động của thyristor trong mạch điện xoay chiều là khác nhau. Ở đó, việc quay trở lại trạng thái khóa xảy ra “tự động” - khi dòng điện giảm xuống dưới ngưỡng giữ. Nếu điện áp được đặt liên tục vào cực dương-cathode thì ở đầu ra của thyristor, chúng ta thu được các xung dòng điện xuất hiện ở một tần số nhất định. Đây chính xác là cách các nguồn cung cấp năng lượng chuyển mạch được xây dựng. Sử dụng thyristor, họ chuyển đổi sóng hình sin thành xung.

Kiểm tra chức năng

Bạn có thể kiểm tra thyristor bằng đồng hồ vạn năng hoặc bằng cách tạo một mạch thử nghiệm đơn giản. Nếu bạn có các thông số kỹ thuật trước mắt khi thực hiện kiểm tra, bạn có thể đồng thời kiểm tra khả năng chống chuyển đổi.

Kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng

Đầu tiên, hãy phân tích bài kiểm tra tính liên tục bằng đồng hồ vạn năng. Chúng ta chuyển máy sang chế độ quay số.

Xin lưu ý rằng giá trị điện trở thay đổi theo từng dòng - bạn không nên đặc biệt chú ý đến điều này. Nếu bạn muốn kiểm tra điện trở của quá trình chuyển đổi, hãy xem các thông số kỹ thuật.

Hình ảnh cho thấy các sơ đồ thử nghiệm. Hình bên phải là phiên bản cải tiến với nút được lắp giữa cực âm và cực điều khiển. Để đồng hồ vạn năng ghi lại dòng điện chạy qua mạch, nhấn nhanh nút.

Sử dụng bóng đèn và nguồn DC (pin cũng sẽ hoạt động)

Nếu không có đồng hồ vạn năng, bạn có thể kiểm tra thyristor bằng bóng đèn và nguồn điện. Ngay cả pin thông thường hoặc bất kỳ nguồn điện áp không đổi nào khác cũng được. Nhưng điện áp phải đủ để thắp sáng bóng đèn. Bạn cũng sẽ cần điện trở hoặc một đoạn dây thông thường. Một mạch đơn giản được lắp ráp từ các phần tử sau:

• Điểm cộng từ nguồn điện được cung cấp cho cực dương.
• Chúng tôi kết nối một bóng đèn với cực âm và kết nối cực thứ hai của nó với cực âm của nguồn điện. Đèn không sáng vì nhiệt điện trở bị khóa.
• Tóm lại (sử dụng một đoạn dây hoặc điện trở) nối cực dương và cực điều khiển.
• Đèn bật sáng và tiếp tục sáng ngay cả khi đã tháo dây nối. Nhiệt điện trở vẫn mở.
• Nếu bạn tháo bóng đèn hoặc tắt nguồn điện thì bóng đèn sẽ tự động tắt.
• Nếu mạch/nguồn được khôi phục, nó sẽ không sáng.

Cùng với bài kiểm tra, mạch này cho phép bạn hiểu nguyên lý hoạt động của thyristor. Rốt cuộc, hình ảnh trở nên rất rõ ràng và dễ hiểu.

Các loại thyristor và tính chất đặc biệt của chúng

Công nghệ bán dẫn vẫn đang được phát triển và cải tiến. Trong nhiều thập kỷ, các loại thyristor mới đã xuất hiện, chúng có một số điểm khác biệt.

• Dinistor hoặc thyristor diode. Chúng khác nhau ở chỗ chúng chỉ có hai đầu ra. Chúng được mở bằng cách đặt điện áp cao vào cực dương và cực âm dưới dạng xung. Chúng còn được gọi là “thyristor không điều khiển được”.
• SCR hoặc thyristor triode. Chúng có điện cực điều khiển, nhưng xung điều khiển có thể được cung cấp:
  • Đến đầu ra điều khiển và cực âm. Tên - với điều khiển cực âm.
  • Đến điện cực điều khiển và cực dương. Theo đó, điều khiển anode.

Ngoài ra còn có các loại thyristor khác nhau tùy theo phương pháp khóa. Trong một trường hợp, chỉ cần giảm dòng điện anode xuống dưới mức dòng duy trì là đủ. Trong trường hợp khác, điện áp chặn được đặt vào điện cực điều khiển.

Bằng độ dẫn điện

Chúng ta đã nói rằng thyristor chỉ dẫn dòng điện theo một hướng. Không có sự dẫn truyền ngược lại. Những phần tử như vậy gọi là không dẫn điện ngược nhưng không chỉ có những phần tử như vậy. Có những lựa chọn khác:

• Chúng có điện áp ngược thấp và được gọi là dẫn điện ngược.
• Với độ dẫn ngược không chuẩn hóa. Chúng được lắp đặt trong các mạch không thể xảy ra điện áp ngược.
• Triac. Thyristor đối xứng Dẫn dòng điện theo cả hai hướng.

Thyristor có thể hoạt động ở chế độ chuyển mạch. Tức là khi có xung điều khiển đến, hãy cấp dòng điện cho tải. Tải, trong trường hợp này, được tính toán dựa trên điện áp mở. Sự tiêu tán công suất tối đa cũng phải được tính đến. Trong trường hợp này, tốt hơn là chọn các mô hình kim loại ở dạng "đĩa bay". Thật thuận tiện khi gắn bộ tản nhiệt vào chúng để làm mát nhanh hơn.

Phân loại theo chế độ vận hành đặc biệt

Các loại thyristor sau đây cũng có thể được phân biệt:

• Có thể khóa và không khóa. Nguyên lý hoạt động của thyristor có thể mở khóa hơi khác một chút. Nó ở trạng thái mở khi cực dương được áp vào cực dương, cực âm vào cực âm. Chuyển sang trạng thái đóng khi cực tính thay đổi.
• Phản ứng nhanh. Họ có thời gian chuyển tiếp ngắn từ trạng thái này sang trạng thái khác.
• Xung. Nó chuyển đổi rất nhanh từ trạng thái này sang trạng thái khác và được sử dụng trong các mạch có chế độ hoạt động xung.

Mục đích chính là bật và tắt tải mạnh bằng tín hiệu điều khiển công suất thấp

Lĩnh vực sử dụng chính của thyristor là làm chìa khóa điện tử dùng để đóng và mở mạch điện. Nhìn chung, nhiều thiết bị thông dụng được chế tạo dựa trên thyristor. Ví dụ, một vòng hoa có đèn chạy, bộ chỉnh lưu, nguồn dòng xung, bộ chỉnh lưu và nhiều thứ khác.

Đặc điểm và ý nghĩa của chúng

Một số thyristor có thể chuyển đổi dòng điện rất cao, trong trường hợp đó chúng được gọi là thyristor công suất. Chúng được làm trong vỏ kim loại để tản nhiệt tốt hơn. Các mẫu nhỏ có thân bằng nhựa thường là lựa chọn tiêu thụ điện năng thấp được sử dụng trong các mạch điện có dòng điện thấp. Nhưng, luôn có những ngoại lệ. Vì vậy, đối với từng mục đích cụ thể, tùy chọn bắt buộc được chọn. Tất nhiên, họ chọn theo thông số. Dưới đây là những cái chính:

Ngoài ra còn có một tham số động - thời gian chuyển từ trạng thái đóng sang trạng thái mở. Trong một số chương trình, điều này rất quan trọng. Loại tốc độ cũng có thể được chỉ định: theo thời gian mở khóa hoặc theo thời gian khóa.

Sự ra đời của các phần tử bán dẫn p-n-p-n bốn lớp đã tạo nên bước đột phá thực sự trong lĩnh vực điện tử công suất. Những thiết bị như vậy được gọi là “thyristor”. Cổng điều khiển bằng silicon là dòng thyristor phổ biến nhất.

Loại thiết bị bán dẫn này có cấu trúc như sau:

Như chúng ta có thể thấy từ sơ đồ khối, thyristor có ba cực - cực âm, điện cực điều khiển và cực dương. Cực dương và cực âm được kết nối với các mạch điện và điện cực điều khiển được kết nối với hệ thống điều khiển (mạng dòng điện thấp) để điều khiển việc mở thyristor.

Trên sơ đồ mạch, thyristor có ký hiệu sau:

Đặc tính dòng điện-điện áp được thể hiện dưới đây:

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn về đặc điểm này.

Nhánh đặc trưng ngược

Trong góc phần tư thứ ba, đặc tính của điốt và thyristor bằng nhau. Nếu một điện thế âm được đặt vào cực dương so với cực âm thì một điện áp ngược được đặt vào J 1 và J 3, và một điện áp một chiều được đặt vào J 2, điều này sẽ gây ra dòng điện ngược chạy qua (nó rất nhỏ). , thường là vài miliampe). Khi điện áp này tăng đến mức được gọi là điện áp đánh thủng, dòng điện tăng do tuyết lở giữa J 1 và J 3 sẽ xảy ra. Trong trường hợp này, nếu dòng điện này không bị giới hạn thì sự cố đứt mối nối sẽ xảy ra dẫn đến hỏng thyristor sau đó. Ở điện áp ngược không vượt quá điện áp đánh thủng, thyristor sẽ hoạt động giống như một điện trở có điện trở cao.

Vùng dẫn điện thấp

Trong khu vực này điều ngược lại là đúng. Điện thế catot sẽ âm so với điện thế anode. Do đó, điện áp một chiều sẽ được đặt vào J 1 và J 3, và điện áp ngược sẽ được đặt vào J 2. Kết quả sẽ là dòng điện cực dương rất nhỏ.

Vùng dẫn điện cao

Nếu điện áp ở phần anode-cathode đạt đến một giá trị gọi là điện áp chuyển mạch thì sẽ xảy ra hiện tượng đánh thủng tiếp giáp J2 và thyristor sẽ được chuyển sang trạng thái dẫn điện cao. Trong trường hợp này, U a sẽ giảm từ vài trăm xuống còn 1 - 2 volt. Nó sẽ phụ thuộc vào loại thyristor. Trong vùng có độ dẫn điện cao, dòng điện chạy qua cực dương sẽ phụ thuộc vào tải của phần tử bên ngoài, điều này có thể coi nó trong vùng này như một công tắc đóng.

Nếu bạn cho dòng điện chạy qua điện cực điều khiển, điện áp bật thyristor sẽ giảm. Nó phụ thuộc trực tiếp vào dòng điện của điện cực điều khiển và khi giá trị của nó đủ lớn thì thực tế bằng 0. Khi chọn thyristor để vận hành trong mạch, nó được chọn sao cho điện áp ngược và điện áp thuận không vượt quá giá trị định mức của điện áp đánh thủng và điện áp chuyển mạch. Nếu các điều kiện này khó thực hiện hoặc có sự phân tán lớn trong các tham số của các phần tử (ví dụ: cần có thyristor 6300 V và giá trị gần nhất của nó là 1200 V), thì đôi khi việc bật các phần tử là đã sử dụng.

Vào đúng thời điểm, bằng cách đưa xung vào điện cực điều khiển, bạn có thể chuyển thyristor từ trạng thái đóng sang vùng dẫn điện cao. Dòng điện UE, theo quy định, phải cao hơn dòng mở tối thiểu và khoảng 20-200 mA.

Khi dòng điện cực dương đạt đến một giá trị nhất định mà tại đó không thể tắt thyristor (dòng chuyển mạch), xung điều khiển có thể được loại bỏ. Bây giờ thyristor chỉ có thể quay trở lại trạng thái tắt bằng cách giảm dòng điện xuống dưới dòng điện duy trì hoặc bằng cách đặt một điện áp phân cực ngược vào nó.

Video hoạt động và đồ thị các quá trình nhất thời

Thyristor là các công tắc điện tử công suất không được điều khiển hoàn toàn. Thông thường trong sách kỹ thuật, bạn có thể thấy một tên khác cho thiết bị này - thyristor hoạt động đơn. Nói cách khác, dưới tác động của tín hiệu điều khiển, nó được chuyển sang một trạng thái - dẫn điện. Để cụ thể hơn, nó bật mạch. Để tắt nó, cần tạo điều kiện đặc biệt để dòng điện thuận trong mạch giảm xuống 0.

Đặc điểm của thyristor

Công tắc thyristor chỉ dẫn dòng điện theo chiều thuận và ở trạng thái đóng, nó không chỉ chịu được điện áp thuận mà còn chịu được điện áp ngược. Cấu trúc thyristor có bốn lớp, có ba đầu ra:

1. Cực dương (ký hiệu là chữ A).
2. Cực âm (chữ C hoặc K).
3. Điện cực điều khiển (U hoặc G).

Thyristor có cả một nhóm đặc tính dòng điện-điện áp, từ đó người ta có thể đánh giá trạng thái của phần tử. Thyristor là công tắc điện tử rất mạnh; chúng có khả năng chuyển mạch trong đó điện áp có thể đạt tới 5000 volt và dòng điện có thể đạt tới 5000 ampe (trong khi tần số không vượt quá 1000 Hz).

Hoạt động của thyristor trong mạch DC

Thyristor thông thường được bật bằng cách cấp một xung dòng điện vào cực điều khiển. Hơn nữa, nó phải dương (so với cực âm). Thời lượng của quá trình nhất thời phụ thuộc vào bản chất của tải (cảm ứng, tích cực), biên độ và tốc độ tăng của mạch điều khiển xung dòng điện, nhiệt độ của tinh thể bán dẫn, cũng như dòng điện và điện áp đặt vào thyristor có mặt trong mạch. Các đặc tính của mạch phụ thuộc trực tiếp vào loại phần tử bán dẫn được sử dụng.

Trong mạch đặt thyristor, tốc độ tăng điện áp cao là không thể chấp nhận được. Cụ thể là giá trị mà tại đó phần tử tự động bật (ngay cả khi không có tín hiệu trong mạch điều khiển). Nhưng đồng thời, tín hiệu điều khiển phải có độ dốc rất cao.

Phương pháp tắt máy

Có thể phân biệt hai loại chuyển mạch thyristor:

1. Tự nhiên.
2. Bị ép.

Và bây giờ chi tiết hơn về từng loại. Tự nhiên xảy ra khi thyristor hoạt động trong mạch điện xoay chiều. Hơn nữa, sự chuyển đổi này xảy ra khi dòng điện giảm xuống 0. Nhưng việc chuyển đổi cưỡng bức có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau. Việc lựa chọn điều khiển thyristor nào là tùy thuộc vào người thiết kế mạch, nhưng cần nói riêng về từng loại.

Phương pháp chuyển mạch cưỡng bức điển hình nhất là kết nối tụ điện đã được sạc trước đó bằng nút (phím). Mạch LC nằm trong mạch điều khiển thyristor. Chuỗi này chứa một tụ điện được sạc đầy. Trong quá trình quá độ, sự dao động dòng điện xảy ra trong mạch tải.

Phương pháp chuyển đổi cưỡng bức

Có một số loại chuyển đổi cưỡng bức khác. Người ta thường sử dụng mạch điện chuyển mạch có cực tính ngược. Ví dụ, tụ điện này có thể được kết nối với mạch điện bằng cách sử dụng một số loại thyristor phụ. Trong trường hợp này, thyristor chính (đang hoạt động) sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện. Điều này sẽ dẫn đến thực tế là tụ điện có dòng điện hướng về phía dòng điện thuận của thyristor chính, điều này sẽ giúp giảm dòng điện trong mạch xuống bằng 0. Kết quả là thyristor sẽ tắt. Điều này xảy ra bởi vì thiết kế thyristor có những đặc điểm riêng của nó.

Ngoài ra còn có các mạch trong đó mạch LC được kết nối. Họ xả (và có biến động). Lúc đầu, dòng phóng điện chạy về phía công nhân và sau khi giá trị của chúng được cân bằng, thyristor sẽ tắt. Dòng điện sau đó chạy từ mạch dao động qua thyristor vào diode bán dẫn. Trong trường hợp này, miễn là có dòng điện chạy qua thì một phần điện áp sẽ được đặt vào thyristor. Độ lớn của nó bằng với điện áp rơi trên diode.

Hoạt động của thyristor trong mạch điện xoay chiều

Nếu thyristor được nối với mạch điện xoay chiều, có thể thực hiện các thao tác sau:

1. Bật hoặc tắt mạch điện có tải hoạt động hoặc điện trở hoạt động.
2. Thay đổi giá trị trung bình và hiệu dụng của dòng điện đi qua tải nhờ khả năng điều chỉnh thời điểm tín hiệu điều khiển được áp dụng.

Công tắc thyristor có một tính năng - chúng chỉ dẫn dòng điện theo một hướng. Vì vậy, nếu cần sử dụng chúng trong các mạch điện thì nhất thiết phải sử dụng các kết nối back-to-back. Giá trị dòng điện hiệu dụng và trung bình có thể khác nhau do thời điểm tín hiệu được đưa vào thyristor là khác nhau. Trong trường hợp này, công suất của thyristor phải đáp ứng yêu cầu tối thiểu.

Phương pháp điều khiển pha

Với phương pháp điều khiển pha có chuyển mạch cưỡng bức, tải được điều chỉnh bằng cách thay đổi góc giữa các pha. Chuyển mạch nhân tạo có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các mạch đặc biệt hoặc cần sử dụng thyristor được điều khiển hoàn toàn (có thể khóa). Dựa trên chúng, theo quy luật, chúng được tạo ra cho phép điều chỉnh tùy thuộc vào mức sạc của pin.

Kiểm soát độ rộng xung

Nó còn được gọi là điều chếPWM. Khi thyristor mở, tín hiệu điều khiển sẽ được gửi đi. Các mối nối mở và có một số điện áp trên tải. Trong quá trình đóng (trong toàn bộ quá trình nhất thời), không có tín hiệu điều khiển nào được cung cấp, do đó, thyristor không dẫn dòng điện. Khi thực hiện điều khiển pha, đường cong dòng điện không phải là hình sin; hình dạng của tín hiệu điện áp nguồn thay đổi. Do đó, công việc của những người tiêu dùng nhạy cảm với nhiễu tần số cao cũng bị gián đoạn (xuất hiện sự không tương thích). Bộ điều chỉnh dựa trên thyristor có thiết kế đơn giản, cho phép bạn thay đổi giá trị cần thiết mà không gặp vấn đề gì. Và không cần phải sử dụng LATR lớn.

Thyristor có thể khóa

Thyristor là thiết bị chuyển mạch điện tử rất mạnh được sử dụng để chuyển đổi điện áp và dòng điện cao. Nhưng họ có một nhược điểm rất lớn - việc quản lý chưa đầy đủ. Cụ thể hơn, điều này được thể hiện ở chỗ để tắt thyristor, cần phải tạo điều kiện để dòng điện thuận giảm về 0.

Chính tính năng này đã đặt ra một số hạn chế trong việc sử dụng thyristor và cũng làm phức tạp các mạch dựa trên chúng. Để khắc phục những nhược điểm này, người ta đã phát triển các thiết kế đặc biệt của thyristor được khóa bằng tín hiệu dọc theo một điện cực điều khiển. Chúng được gọi là thyristor hai thao tác hoặc có thể khóa được.

Thiết kế thyristor tắt

Cấu trúc p-p-p-p bốn lớp của thyristor có những đặc điểm riêng. Chúng làm cho chúng khác biệt với các thyristor thông thường. Bây giờ chúng ta đang nói về khả năng kiểm soát hoàn toàn của phần tử. Đặc tính dòng điện-điện áp (tĩnh) theo hướng thuận giống như đặc tính của thyristor đơn giản. Nhưng dòng điện một chiều mà thyristor có thể truyền qua có giá trị lớn hơn nhiều. Nhưng chức năng chặn điện áp ngược lớn không được cung cấp cho thyristor ngắt. Vì vậy, cần phải kết nối nó song song với

Một tính năng đặc trưng của thyristor ngắt là điện áp chuyển tiếp giảm đáng kể. Để tắt, một xung dòng điện mạnh (âm, theo tỷ lệ 1:5 so với giá trị dòng điện một chiều) phải được cấp vào cực điều khiển. Nhưng chỉ có thời lượng xung phải càng ngắn càng tốt - 10... 100 μs. Thyristor ngắt mạch có điện áp và giá trị dòng điện tối đa thấp hơn so với thyristor thông thường. Sự khác biệt là khoảng 25-30%.

Các loại thyristor

Những loại có thể khóa được đã được thảo luận ở trên, nhưng còn nhiều loại thyristor bán dẫn khác cũng đáng được đề cập. Một số loại thyristor được sử dụng trong nhiều thiết kế khác nhau (bộ sạc, công tắc, bộ điều chỉnh nguồn). Ở đâu đó, việc điều khiển được yêu cầu phải được thực hiện bằng cách cung cấp một luồng ánh sáng, nghĩa là sử dụng optothyristor. Điểm đặc biệt của nó là mạch điều khiển sử dụng tinh thể bán dẫn nhạy cảm với ánh sáng. Các thông số của thyristor là khác nhau, chúng đều có những đặc điểm riêng chỉ có ở chúng. Do đó, ít nhất bạn cần có ý tưởng chung về những loại chất bán dẫn này tồn tại và nơi chúng có thể được sử dụng. Vì vậy, đây là toàn bộ danh sách và các tính năng chính của từng loại:

1. Điốt thyristor. Thiết bị tương đương với phần tử này là một thyristor, trong đó một diode bán dẫn được kết nối ngược chiều.
2. Dinistor (diode thyristor). Nó có thể dẫn điện hoàn toàn nếu vượt quá một mức điện áp nhất định.
3. Triac (thyristor đối xứng). Tương đương với nó là hai thyristor được mắc nối tiếp nhau.
4. Thyristor biến tần tốc độ cao có tốc độ chuyển mạch cao (5... 50 μs).
5. Thyristor được điều khiển Bạn thường có thể tìm thấy các thiết kế dựa trên bóng bán dẫn MOS.
6. Thyristor quang được điều khiển bởi dòng ánh sáng.

Thực hiện bảo vệ phần tử

Thyristor là thiết bị quan trọng đối với tốc độ tăng của dòng điện thuận và điện áp thuận. Chúng, giống như điốt bán dẫn, được đặc trưng bởi dòng điện phục hồi ngược, giảm rất nhanh và mạnh về 0, do đó làm trầm trọng thêm khả năng quá điện áp. Sự quá điện áp này là hậu quả của việc dòng điện dừng đột ngột ở tất cả các phần tử của mạch có độ tự cảm (ngay cả những đặc điểm có độ tự cảm cực thấp khi lắp đặt - dây dẫn, rãnh bo mạch). Để thực hiện bảo vệ, cần sử dụng nhiều loại mạch cho phép bảo vệ khỏi điện áp và dòng điện cao ở chế độ vận hành động.

Theo quy định, nguồn điện áp đưa vào mạch của thyristor đang hoạt động có một giá trị quá đủ để tránh đưa thêm một số điện cảm vào mạch trong tương lai. Vì lý do này, trong thực tế, chuỗi hình thành quỹ đạo chuyển mạch thường được sử dụng hơn, điều này làm giảm đáng kể tốc độ và mức độ quá điện áp trong mạch khi tắt thyristor. Mạch điện trở thường được sử dụng nhất cho những mục đích này. Chúng được kết nối song song với thyristor. Có khá nhiều loại sửa đổi mạch của các mạch như vậy, cũng như các phương pháp tính toán, thông số hoạt động của thyristor ở các chế độ và điều kiện khác nhau. Nhưng mạch hình thành quỹ đạo chuyển mạch của thyristor tắt sẽ giống như mạch của bóng bán dẫn.

Chế độ khóa ngược

Cơm. 3. Chế độ chặn ngược Thyristor

Hai yếu tố chính hạn chế chế độ phân tích ngược và phân tích thuận:

1. Đâm thủng khu vực cạn kiệt.

Ở chế độ chặn ngược, một điện áp được đặt vào cực dương của thiết bị, âm đối với cực âm; điểm nối J1 và J3 được phân cực ngược và điểm nối J2 được phân cực thuận (xem Hình 3). Trong trường hợp này, phần lớn điện áp đặt vào giảm xuống tại một trong các điểm nối J1 hoặc J3 (tùy thuộc vào mức độ pha tạp của các vùng khác nhau). Gọi đây là sự chuyển tiếp J1. Tùy thuộc vào độ dày Wn1 của lớp n1, sự cố xảy ra do sự nhân lên của tuyết lở (độ dày của vùng suy giảm trong quá trình đánh thủng nhỏ hơn W n1) hoặc bị thủng (lớp suy giảm trải rộng trên toàn bộ vùng n1 và các điểm nối J1 và J2 bị đóng).

Chế độ khóa trực tiếp

Với việc chặn trực tiếp, điện áp ở cực dương dương so với cực âm và chỉ có điểm nối J2 bị phân cực ngược. Các tiếp điểm J1 và J3 được phân cực thuận. Phần lớn điện áp đặt vào giảm tại điểm nối J2. Thông qua các mối nối J1 và J3, các hạt mang điện thiểu số được đưa vào các vùng tiếp giáp với mối nối J2, làm giảm điện trở của mối nối J2, tăng dòng điện qua nó và giảm điện áp rơi trên nó. Khi điện áp thuận tăng, dòng điện qua thyristor ban đầu tăng chậm, tương ứng với phần 0-1 trên đặc tính dòng điện-điện áp. Ở chế độ này, thyristor có thể được coi là bị khóa vì điện trở của điểm nối J2 vẫn rất cao. Khi điện áp trên thyristor tăng, tỷ lệ điện áp trên J2 giảm và điện áp trên J1 và J3 tăng nhanh hơn, khiến dòng điện qua thyristor tăng thêm và tăng lượng hạt tải điện thiểu số được đưa vào vùng J2. Ở một giá trị điện áp nhất định (cỡ hàng chục, hàng trăm vôn) gọi là điện áp chuyển mạch V BF(điểm 1 về đặc tính dòng điện-điện áp), quá trình này có đặc tính giống như tuyết lở, thyristor chuyển sang trạng thái có độ dẫn điện cao (bật) và một dòng điện được thiết lập trong đó, được xác định bởi điện áp nguồn và điện trở của mạch ngoài.

Mô hình hai bóng bán dẫn

Để giải thích các đặc tính của thiết bị ở chế độ chặn trực tiếp, mô hình hai bóng bán dẫn được sử dụng. Thyristor có thể được coi là một kết nối của bóng bán dẫn pnp với bóng bán dẫn npn, với cực góp của mỗi bóng bán dẫn được kết nối với đế của bóng bán dẫn kia, như trong Hình 2. 4 cho thyristor triode. Mối nối trung tâm hoạt động như một bộ thu các lỗ được đưa vào bởi mối nối J1 và các electron được đưa vào bởi mối nối J3. Mối quan hệ giữa dòng phát I E, người sưu tầm tôi C và căn cứ tôi B và độ lợi dòng điện tĩnh của bóng bán dẫn α 1 p-n-p cũng được thể hiện trong hình. 4, trong đó I Co là dòng bão hòa ngược của điểm nối cực góp-đế.

Cơm. 4. Mô hình hai bóng bán dẫn của thyristor ba cực, cách đấu nối các bóng bán dẫn và tỉ số dòng điện trong bóng bán dẫn pnp.

Mối quan hệ tương tự có thể đạt được đối với bóng bán dẫn n-p-n khi chiều của dòng điện đảo ngược. Từ hình. 4 cho thấy dòng điện thu của bóng bán dẫn n-p-n đồng thời là dòng điện cơ sở của bóng bán dẫn p-n-p. Tương tự, dòng thu của bóng bán dẫn p-n-p và dòng điều khiển Ig chảy vào đế của bóng bán dẫn n-p-n. Kết quả là, khi tổng mức tăng trong vòng kín vượt quá 1, quá trình tái tạo sẽ có thể thực hiện được.

Dòng cơ sở của bóng bán dẫn pnp là Tôi B1= (1 - α 1) tôi A - Tôi Co1. Dòng điện này cũng chạy qua cực thu của bóng bán dẫn npn. Dòng thu của bóng bán dẫn n-p-n có mức tăng α 2 bằng tôi C2= α 2 tôi K + ICo2.

Phương trình Tôi B1 Và tôi C2, ta được (1 - α 1) tôi A - Tôi Co1= α 2 tôi K + ICo2. Bởi vì tôi K = tôi A + Ig, Cái đó

Cơm. 5. Sơ đồ dải năng lượng ở chế độ phân cực thuận: trạng thái cân bằng, chế độ chặn thuận và chế độ dẫn thuận.

Phương trình này mô tả các đặc tính tĩnh của thiết bị trong dải điện áp cho đến khi đánh thủng. Sau khi hỏng, thiết bị hoạt động như một diode p-i-n. Lưu ý rằng tất cả các số hạng ở tử số của vế phải của phương trình đều nhỏ, do đó, trong khi số hạng α 1 + α 2< 1, ток tôi A bé nhỏ (Bản thân các hệ số α1 và α2 phụ thuộc vào tôi A và thường tăng khi dòng điện ngày càng tăng) Nếu α1 ​​+ α2 = 1, thì mẫu số của phân số sẽ về 0 và xảy ra sự cố trực tiếp (hoặc bật thyristor). Cần lưu ý rằng nếu cực tính của điện áp giữa cực dương và cực âm bị đảo ngược thì các mối nối J1 và J3 sẽ bị phân cực ngược và J2 sẽ bị phân cực thuận. Trong những điều kiện như vậy, sự cố không xảy ra vì chỉ có điểm nối trung tâm đóng vai trò là bộ phát và quá trình tái tạo trở nên không thể thực hiện được.

Độ rộng của các lớp suy giảm và sơ đồ dải năng lượng ở trạng thái cân bằng, ở chế độ chặn trực tiếp và dẫn trực tiếp được thể hiện trên hình 2. 5. Ở trạng thái cân bằng, vùng cạn kiệt của mỗi quá trình chuyển đổi và điện thế tiếp xúc được xác định bởi cấu hình phân bố tạp chất. Khi đặt một điện áp dương vào cực dương, điểm nối J2 có xu hướng bị phân cực ngược và điểm nối J1 và J3 có xu hướng bị phân cực thuận. Độ sụt áp giữa cực dương và cực âm bằng tổng đại số của điện áp rơi trên các điểm chuyển tiếp: V AK = V 1 + V 2 + V 3. Khi điện áp tăng, dòng điện qua thiết bị tăng và do đó, α1 và α2 tăng. Do tính chất tái tạo của các quá trình này, thiết bị cuối cùng sẽ chuyển sang trạng thái mở. Khi thyristor được bật, dòng điện chạy qua nó phải được giới hạn bởi điện trở tải bên ngoài, nếu không thyristor sẽ hỏng nếu điện áp đủ cao. Ở trạng thái bật, tiếp giáp J2 bị phân cực thuận (Hình 5, c) và điện áp rơi V AK = (V 1 - | V 2| + V 3) xấp xỉ bằng tổng điện áp trên một tiếp giáp phân cực thuận và điện áp trên Transistor bão hòa.

Chế độ dẫn trực tiếp

Khi thyristor ở trạng thái bật, cả ba điểm nối đều được phân cực thuận. Các lỗ trống được đưa vào từ vùng p1, và các electron được đưa vào từ vùng n2, và cấu trúc n1-p2-n2 hoạt động tương tự như một bóng bán dẫn bão hòa với tiếp điểm diode được loại bỏ sang vùng n1. Do đó, toàn bộ thiết bị tương tự như một diode p-i-n (p + -i-n +)...

Phân loại thyristor

• thyristor diode (tên bổ sung "dinistor") - một thyristor có hai cực
  • Diode thyristor, dẫn điện không đảo ngược
  • diode thyristor, dẫn điện theo chiều ngược lại
  • Thyristor đối xứng điốt (tên bổ sung "diac")
• thyristor triode (tên bổ sung "thyristor") - thyristor có ba cực
  • thyristor triode, không dẫn điện theo chiều ngược lại (tên bổ sung là "thyristor")
  • thyristor triode, dẫn điện theo chiều ngược lại (tên bổ sung "thyristor-diode")
  • thyristor đối xứng triode (tên bổ sung "triac", tên không chính thức "triac")
  • triode thyristor không đối xứng
  • Thyristor có thể chuyển đổi (tên bổ sung "thyristor có thể chuyển đổi triode")

Sự khác biệt giữa dinistor và trinistor

Tuy nhiên, không có sự khác biệt cơ bản giữa một dinistor và một trinistor, nếu việc mở một dinistor xảy ra khi đạt đến một điện áp nhất định giữa các cực anode và cathode, tùy thuộc vào loại của một dinistor nhất định, thì trong một trinistor điện áp mở có thể được giảm đi một cách đặc biệt bằng cách đặt một xung dòng điện có thời lượng và cường độ nhất định vào điện cực điều khiển của nó với hiệu điện thế dương giữa cực dương và cực âm, và thiết kế ba điện trở chỉ khác khi có điện cực điều khiển. SCR là thiết bị phổ biến nhất thuộc dòng “thyristor”.

Sự khác biệt giữa thyristor triode và thyristor ngắt

Việc chuyển sang trạng thái đóng của thyristor thông thường được thực hiện bằng cách giảm dòng điện qua thyristor về giá trị tôi h hoặc bằng cách thay đổi cực tính điện áp giữa cực âm và cực dương.

Thyristor có thể chuyển đổi, không giống như thyristor thông thường, dưới tác động của dòng điện điện cực điều khiển có thể chuyển từ trạng thái đóng sang trạng thái mở và ngược lại. Để đóng một thyristor tắt, cần phải truyền một dòng điện có cực tính ngược nhau qua điện cực điều khiển so với cực tính khiến nó mở.

triac

Triac (thyristor đối xứng) là một thiết bị bán dẫn, về cấu tạo nó tương tự như kết nối ngược của hai thyristor. Có khả năng cho dòng điện chạy theo cả hai chiều.

Đặc điểm của thyristor

Thyristor hiện đại được sản xuất cho dòng điện từ 1 mA đến 10 kA; đối với điện áp từ vài V đến vài kV; tốc độ tăng dòng điện thuận trong chúng đạt 10 9 A/s, điện áp - 10 9 V/s, thời gian bật dao động từ vài phần mười đến vài chục micro giây, thời gian tắt dao động từ vài đơn vị đến vài trăm micro giây; Hiệu quả đạt 99%.

Ứng dụng

• Bộ chỉnh lưu có điều khiển
• Bộ chuyển đổi (biến tần)
• Bộ điều chỉnh điện năng (bộ điều chỉnh độ sáng)

Xem thêm

• CDI (Đánh lửa phóng điện bằng tụ điện)

Ghi chú

Văn học

• GOST 15133-77.
• Kublanovsky. Ya. Thiết bị Thyristor. - Tái bản lần thứ 2, có sửa đổi. và bổ sung - M.: Đài phát thanh và Truyền thông, 1987. - 112 tr.: ill. - (Thư viện phát thanh đại chúng. Số 1104).

Liên kết

• Thyristor: nguyên lý hoạt động, thiết kế, chủng loại và phương pháp đưa vào
• Điều khiển thyristor và triac thông qua vi điều khiển hoặc mạch kỹ thuật số
• Thiết bị chuyển đổi trong hệ thống cung cấp điện
• Rogachev K.D. Thyristor chuyển mạch điện hiện đại.
• Các chất tương tự trong nước của Thyristor nhập khẩu
• Thư mục về thyristor và các chất tương tự, Thay thế thyristor, thay thế điốt Zener.

Thyristor là một công tắc điện tử được điều khiển một phần bằng điện. Thiết bị này, với sự trợ giúp của tín hiệu điều khiển, chỉ có thể ở trạng thái dẫn điện, nghĩa là được bật. Để tắt nó, cần thực hiện các biện pháp đặc biệt để đảm bảo dòng điện phía trước giảm xuống 0. Nguyên lý hoạt động của thyristor là dẫn điện một chiều; khi đóng lại, nó không chỉ chịu được điện áp thuận mà còn chịu được điện áp ngược.

Đặc tính thyristor

Theo chất lượng của chúng, thyristor thuộc về thiết bị bán dẫn. Tấm bán dẫn của chúng chứa các lớp liền kề với các loại độ dẫn khác nhau. Như vậy, mỗi thyristor là một thiết bị có cấu trúc p-p-p-p bốn lớp.

Cực dương của nguồn điện áp được nối với vùng cực trị của cấu trúc p. Vì vậy, khu vực này được gọi là cực dương. Vùng đối diện của loại n, nơi nối cực âm, được gọi là cực âm. Đầu ra từ vùng bên trong được thực hiện bằng điện cực điều khiển p.

Mô hình thyristor cổ điển bao gồm hai loại có độ dẫn điện khác nhau. Theo mạch này, đế và bộ thu của cả hai bóng bán dẫn được kết nối. Kết quả của kết nối này là đế của mỗi bóng bán dẫn được cấp nguồn bằng dòng điện thu của bóng bán dẫn kia. Vì vậy, thu được một mạch có phản hồi dương.

Nếu không có dòng điện trong điện cực điều khiển thì các bóng bán dẫn ở vị trí đóng. Không có dòng điện chạy qua tải và thyristor vẫn đóng. Khi dòng điện được cung cấp trên một mức nhất định, phản hồi tích cực sẽ có hiệu lực. Quá trình này trở thành một trận tuyết lở, sau đó cả hai bóng bán dẫn đều mở. Cuối cùng, sau khi thyristor mở, trạng thái ổn định của nó sẽ xảy ra, ngay cả khi nguồn cung cấp hiện tại bị gián đoạn.

Thyristor hoạt động ở dòng điện không đổi

Xét một thyristor điện tử có nguyên lý hoạt động dựa trên dòng điện một chiều, cần lưu ý rằng nó hoạt động ở dòng điện không đổi.

Thyristor thông thường được bật bằng cách cấp một xung dòng điện vào mạch điều khiển. Việc cung cấp này được thực hiện từ phía cực dương, đối diện với cực âm.

Trong quá trình bật, thời lượng của quá trình nhất thời được xác định bởi tính chất của tải, biên độ và tốc độ mà xung dòng điều khiển tăng lên. Ngoài ra, quá trình này còn phụ thuộc vào nhiệt độ của cấu trúc bên trong thyristor, dòng điện tải và điện áp đặt vào. Trong mạch lắp đặt thyristor, không được có tốc độ tăng điện áp không thể chấp nhận được, điều này có thể dẫn đến việc kích hoạt tự phát của nó.