Sơ đồ hoạt động của thyristor. Các thyristor có thể khóa điện hiện đại

Việc tạo ra các thiết bị bán dẫn cho điện tử công suất bắt đầu vào năm 1953, khi người ta có thể thu được silicon có độ tinh khiết cao và sự hình thành của các đĩa silicon kích thước lớn. Năm 1955, một thiết bị điều khiển bán dẫn có cấu trúc bốn lớp và được đặt tên là "thyristor" lần đầu tiên được tạo ra.

Nó được bật bằng cách đặt một xung vào điện cực điều khiển ở điện áp dương giữa cực dương và cực âm. Thyristor được tắt bằng cách giảm dòng chuyển tiếp chạy qua nó về 0, vì vậy nhiều loại mạch chuyển mạch điện dung cảm ứng đã được phát triển. Chúng không chỉ làm tăng chi phí của bộ chuyển đổi mà còn làm xấu đi trọng lượng và kích thước của nó, đồng thời giảm độ tin cậy của nó.

Do đó, đồng thời với việc tạo ra thyristor, nghiên cứu bắt đầu nhằm đảm bảo nó tắt thông qua điện cực điều khiển. Vấn đề chính là đảm bảo tái hấp thụ nhanh các hạt mang điện tích trong các vùng cơ sở.

Các thyristor đầu tiên như vậy xuất hiện vào năm 1960 ở Hoa Kỳ. Chúng được gọi là Gate Turn Off (GTO). Ở nước ta, chúng được biết đến nhiều hơn với tên gọi là thyristor có thể khóa hoặc tắt.

Vào giữa những năm 90, một thyristor có thể khóa được với đầu nối vòng của điện cực cổng đã được phát triển. Nó được đặt tên là Gate Commutated Thyristor (GCT) và trở thành một bước phát triển tiếp theo của công nghệ GTO.

Thyristor GTO

Thiết bị

Thyristor có thể khóa là một linh kiện bán dẫn được điều khiển hoàn toàn dựa trên cấu trúc bốn lớp cổ điển. Bật và tắt nó bằng cách áp dụng các xung dòng điện dương và âm vào điện cực điều khiển. Trong bộ lễ phục. 1 hiển thị ký hiệu thông thường (a) và sơ đồ khối (b) của thyristor được tắt. Giống như một thyristor thông thường, nó có cực âm K, cực dương A và điện cực cổng G. Sự khác biệt trong cấu trúc của các thiết bị bao gồm sự sắp xếp khác nhau của các lớp ngang và dọc với độ dẫn điện n và p.

Thiết kế của lớp cực âm n đã trải qua sự thay đổi lớn nhất. Nó được chia thành vài trăm ô cơ bản, phân bố đều trên khu vực và được kết nối song song với nhau. Thiết kế này là do mong muốn đảm bảo dòng điện giảm đồng đều trên toàn bộ diện tích của cấu trúc bán dẫn khi thiết bị được tắt.

Lớp cơ sở p, mặc dù thực tế là nó được làm tổng thể, có một số lượng lớn các tiếp điểm điện cực điều khiển (xấp xỉ bằng số lượng tế bào catốt), cũng được phân bố đều trên diện tích và được kết nối song song. Lớp cơ bản n được làm tương tự như lớp tương ứng của một thyristor thông thường.

Lớp anot p có các shunts (n vùng) nối đế n với tiếp điểm anot thông qua các điện trở phân bố nhỏ. Anode shunts được sử dụng trong các thyristor không có khả năng chặn ngược. Chúng được thiết kế để giảm thời gian tắt thiết bị bằng cách cải thiện các điều kiện trích xuất điện tích từ vùng cơ sở n.

Thiết kế cơ bản của GTO thyristor là một loại máy tính bảng với một tấm silicon bốn lớp được kẹp qua các đĩa molypden bù nhiệt độ giữa hai đế đồng để tăng khả năng dẫn nhiệt và dẫn điện. Một điện cực điều khiển, có một dây dẫn trong thân bằng sứ, tiếp xúc với tấm silicon. Thiết bị được kẹp bởi các bề mặt tiếp xúc giữa hai nửa bộ làm mát, cách ly với nhau và có thiết kế được xác định theo loại hệ thống làm mát.

Nguyên tắc hoạt động

Trong chu kỳ hoạt động của thyristor GTO, người ta phân biệt 4 pha: trạng thái bật, trạng thái dẫn điện, trạng thái tắt và trạng thái chặn.

Trong một phần sơ đồ của cấu trúc thyristor (Hình 1, b), cực dưới của cấu trúc là cực dương. Lớp tiếp xúc cực dương p Sau đó từ dưới lên trên theo: lớp cơ bản n, lớp cơ sở p (có cổng của điện cực cổng), lớp n tiếp xúc trực tiếp với cực âm cực. Bốn lớp tạo thành ba tiếp giáp p-n: j1 giữa lớp p và lớp n; j2 giữa các lớp n và p; j3 giữa các lớp p và n.

Giai đoạn 1- bật lên. Việc chuyển đổi cấu trúc thyristor từ trạng thái chặn sang trạng thái dẫn (bật) chỉ có thể thực hiện được khi đặt điện áp trực tiếp giữa anốt và catốt. Các chuyển tiếp j1 và j3 được dịch chuyển theo hướng thuận và không cản trở sự chuyển động của các hạt tải điện. Tất cả điện áp được đặt vào điểm nối giữa j2, được phân cực theo chiều ngược lại. Gần sự chuyển tiếp j2, một vùng thiếu hạt tải điện được hình thành, vùng này được gọi là vùng điện tích không gian. Để bật GTO của thyristor, một điện áp có cực tính dương U G được đặt vào cổng và cực âm qua mạch điều khiển (chân "+" đối với lớp p). Kết quả là dòng điện bật I G chạy qua đoạn mạch.

Các thyristor có thể khóa cổng đặt ra các yêu cầu nghiêm ngặt về độ dốc của cạnh dIG / dt và biên độ IGM của dòng điều khiển. Qua tiếp giáp j3, ngoài dòng điện rò, dòng điện bật I G bắt đầu chạy. Các điện tử tạo ra dòng điện này sẽ được tiêm từ lớp n vào lớp p. Hơn nữa, một số trong số chúng sẽ được chuyển bởi điện trường của chuyển tiếp cơ sở j2 sang lớp n.

Đồng thời, việc bơm ngược các lỗ từ lớp p vào lớp n và xa hơn vào lớp p sẽ tăng lên, tức là sẽ có sự gia tăng dòng điện do các sóng mang điện tích thiểu số tạo ra.

Tổng dòng điện đi qua điểm nối cơ sở j2 vượt quá dòng điện bật, thyristor mở ra, sau đó các hạt tải điện sẽ tự do đi qua cả bốn vùng của nó.

Giai đoạn 2- trạng thái tiến hành. Ở chế độ dòng điện thuận, không cần dòng điện điều khiển I G nếu dòng điện trong mạch anốt vượt quá dòng điện giữ. Tuy nhiên, trong thực tế, để tất cả các cơ cấu của thyristor được ngắt liên tục ở trạng thái dẫn điện, vẫn cần phải duy trì dòng điện cung cấp cho một chế độ nhiệt độ nhất định. Do đó, tất cả thời gian bật và trạng thái dẫn, hệ thống điều khiển tạo ra một xung dòng điện có cực tính dương.

Ở trạng thái dẫn điện, tất cả các vùng của cấu trúc bán dẫn cung cấp chuyển động đồng đều của các hạt tải điện (các điện tử từ catốt đến anốt, các lỗ trống - theo hướng ngược lại). Dòng điện cực dương chạy qua quá trình chuyển đổi j1, j2 và tổng dòng điện cực dương và điện cực điều khiển chạy qua quá trình chuyển đổi j3.

Giai đoạn 3- tắt. Để tắt GTO thyristor có cực tính điện áp không đổi U T (xem Hình 3), một điện áp âm UGR được đặt vào cổng và catốt thông qua mạch điều khiển. Nó gây ra dòng điện tắt, dòng chảy của nó dẫn đến sự hấp thụ lại các hạt tải điện đa số (lỗ trống) trong lớp cơ sở p. Nói cách khác, có sự tái kết hợp của các lỗ trống đi vào lớp p từ lớp n cơ sở và các điện tử đi vào cùng lớp đó thông qua điện cực điều khiển.

Khi điểm nối j2 cơ bản được giải phóng khỏi chúng, thyristor bắt đầu tắt. Quá trình này được đặc trưng bởi sự giảm mạnh dòng điện thuận I T của thyristor trong một khoảng thời gian ngắn đến một giá trị nhỏ của I TQT (xem Hình 2). Ngay sau khi quá trình chuyển đổi cơ sở j2 bị chặn, quá trình chuyển đổi j3 bắt đầu đóng lại, tuy nhiên, do năng lượng được lưu trữ trong điện cảm của các mạch điều khiển, nó vẫn ở trạng thái hơi mở trong một thời gian.

Lúa gạo. 2. Đồ thị của dòng điện cực dương (iT) và dòng điện cổng (iG)

Sau khi đã tiêu thụ hết năng lượng tích trong phần cảm của mạch điều khiển thì tiếp giáp j3 ở phía catốt bị chặn hoàn toàn. Kể từ lúc này, dòng điện qua thyristor bằng dòng điện rò chạy từ cực dương sang cực âm qua mạch cổng.

Quá trình kết hợp lại và do đó, tắt thyristor cổng tắt phụ thuộc phần lớn vào độ dốc của dIGQ / dt phía trước và biên độ I GQ của dòng điều khiển ngược. Để cung cấp độ dốc và biên độ yêu cầu của dòng điện này, điện áp UG phải được đặt vào điện cực cổng, không được vượt quá giá trị cho phép đối với quá trình chuyển tiếp j3.

Giai đoạn 4- trạng thái chặn Ở chế độ trạng thái chặn, điện áp phân cực âm U GR từ khối điều khiển vẫn được áp dụng cho cổng và cực âm. Tổng dòng điện I GR chạy qua mạch điều khiển, bao gồm dòng điện rò thyristor và dòng điện điều khiển ngược đi qua tiếp giáp j3. Quá độ j3 được dịch chuyển theo hướng ngược lại. Do đó, trong GTO thyristor, ở trạng thái chặn thuận, hai chuyển tiếp (j2 và j3) được dịch chuyển theo hướng ngược lại và hai vùng điện tích không gian được hình thành.

Tất cả thời gian tắt và trạng thái chặn, hệ thống điều khiển tạo ra một xung phân cực âm.

Mạch bảo vệ

Việc sử dụng các thyristor GTO yêu cầu sử dụng các mạch bảo vệ đặc biệt. Chúng làm tăng trọng lượng và kích thước, giá thành của bộ chuyển đổi, đôi khi chúng yêu cầu các thiết bị làm mát bổ sung, nhưng chúng cần thiết cho hoạt động bình thường của các thiết bị.

Mục đích của bất kỳ mạch bảo vệ nào là để hạn chế tốc độ tăng của một trong hai thông số của năng lượng điện khi chuyển mạch thiết bị bán dẫn. Trong trường hợp này, các tụ điện của CB mạch bảo vệ (Hình 3) được nối song song với thiết bị được bảo vệ T. Chúng giới hạn tốc độ tăng của điện áp thuận dUT / dt khi thyristor được tắt.

Các cuộn cảm LE được lắp nối tiếp với thiết bị T. Chúng giới hạn tốc độ tăng của dòng điện thuận dIT / dt khi bật thyristor. Các giá trị dUT / dt và dIT / dt cho mỗi thiết bị được chuẩn hóa, chúng được chỉ ra trong sách hướng dẫn sử dụng và dữ liệu hộ chiếu cho các thiết bị.

Lúa gạo. 3. Sơ đồ mạch bảo vệ

Ngoài tụ điện và cuộn cảm, các phần tử bổ sung được sử dụng trong mạch bảo vệ để đảm bảo sự phóng điện và tích điện của các phần tử phản kháng. Chúng bao gồm: diode DB đóng điện trở RB khi tắt thyristor T và tụ điện CB được tích điện, điện trở RB hạn chế dòng phóng của tụ CB khi bật thyristor T.

Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển (CS) bao gồm các khối chức năng sau: một mạch chuyển mạch gồm mạch tạo xung mở khóa và nguồn tín hiệu để duy trì thyristor ở trạng thái mở; một vòng lặp để tạo ra một tín hiệu chặn; mạch duy trì thyristor ở trạng thái đóng.

Không phải tất cả các loại hệ thống điều khiển đều yêu cầu tất cả các khối trên, nhưng mỗi hệ thống điều khiển phải chứa các đường bao của sự hình thành xung mở khóa và khóa. Trong trường hợp này, cần đảm bảo cách ly điện của mạch điều khiển và mạch nguồn của thyristor để đóng cắt.

Để điều khiển hoạt động của thyristor được tắt, hai hệ thống điều khiển chính được sử dụng, khác nhau về phương pháp cung cấp tín hiệu đến điện cực điều khiển. Trong trường hợp được hiển thị trong Hình. 4, các tín hiệu được tạo ra bởi khối logic St bị cô lập về mặt điện (tách điện thế), sau đó chúng được đưa qua các phím SE và SA đến điện cực điều khiển của thyristor T. để tắt. Trong trường hợp thứ hai, tín hiệu đầu tiên tác động lên các phím SE (bật) và SA (tắt), có cùng điện thế với hệ thống điều khiển, sau đó được đưa qua các thiết bị cách ly galvanic UE và UA đến điện cực điều khiển.

Tùy thuộc vào vị trí của các khóa SE và SA, các lược đồ điều khiển tiềm năng thấp (NPSU) và tiềm năng cao (NPSU, Hình 4) được phân biệt.

Lúa gạo. 4. Tùy chọn mạch điều khiển

Hệ thống điều khiển của NPSU có cấu trúc đơn giản hơn VPSU, nhưng khả năng của nó bị hạn chế liên quan đến việc hình thành các tín hiệu điều khiển có thời lượng dài, hoạt động ở chế độ chạy qua thyristor dòng điện một chiều, cũng như đảm bảo độ dốc của các xung điều khiển. Để tạo ra tín hiệu có thời lượng dài, các mạch đẩy kéo đắt tiền hơn phải được sử dụng ở đây.

Trong VPSU, độ dốc cao và thời gian tăng của tín hiệu điều khiển đạt được dễ dàng hơn. Ngoài ra, ở đây tín hiệu điều khiển được sử dụng đầy đủ, trong khi trong NPSU giá trị của nó bị giới hạn bởi thiết bị phân tách tiềm năng (ví dụ, máy biến áp xung).

Tín hiệu thông tin - lệnh bật hoặc tắt - thường được cung cấp cho mạch thông qua bộ chuyển đổi quang điện tử.

Thyristor GCT

Vào giữa những năm 90, ABB và Mitsubishi đã phát triển một loại Gate Commutated Thyristor (GCT) mới. Trên thực tế, GCT là một cải tiến hơn nữa của GTO, hoặc hiện đại hóa của nó. Tuy nhiên, thiết kế mới về cơ bản của điện cực điều khiển, cũng như các quá trình khác nhau đáng chú ý xảy ra khi thiết bị tắt, khiến người ta cần xem xét nó.

GCT được thiết kế để tránh những thiếu sót của GTO, vì vậy trước tiên cần tập trung vào các vấn đề nảy sinh với GTO.

Nhược điểm chính của GTO nằm ở tổn thất năng lượng lớn trong các mạch bảo vệ của thiết bị khi nó được chuyển mạch. Việc tăng tần số làm tăng tổn hao, do đó, trong thực tế, các thyristor GTO được đóng cắt ở tần số không quá 250-300 Hz. Tổn thất chính phát sinh trong điện trở RB (xem Hình 3) khi thyristor T bị tắt và do đó, CB tụ điện bị phóng điện.

Tụ điện CB được thiết kế để hạn chế tốc độ tăng của điện áp thuận dv / dt khi thiết bị được ngắt. Bằng cách làm cho thyristor không nhạy cảm với hiệu ứng du / dt, chúng tôi có thể loại bỏ mạch snubber (mạch để hình thành đường chuyển mạch), được thực hiện trong thiết kế GCT.

Tính năng điều khiển và thiết kế

Tính năng chính của thyristor GCT, so với các thiết bị GTO, là tắt nhanh, đạt được bằng cách thay đổi nguyên tắc điều khiển và cải tiến thiết kế thiết bị. Hiện tượng tắt nhanh được thực hiện bằng cách biến đổi cấu trúc thyristor thành một bóng bán dẫn khi thiết bị tắt, điều này làm cho thiết bị không nhạy cảm với hiệu ứng du / dt.

GCT trong các giai đoạn bật, dẫn và chặn được kiểm soát theo cách tương tự như GTO. Khi tắt, điều khiển GCT có hai tính năng:

• dòng điều khiển Ig bằng hoặc vượt quá dòng anốt Ia (đối với các thyristor GTO Ig nhỏ hơn 3 - 5 lần);
• điện cực điều khiển có độ tự cảm thấp, giúp có thể đạt được tốc độ tăng của dòng điều khiển đào / dt, bằng 3000 A / μs và hơn thế nữa (đối với các thyristor GTO, giá trị dig / dt là 30 - 40 A / μs).

Lúa gạo. 5. Phân bố dòng điện trong cấu trúc của thyristor GCT khi tắt máy

Trong bộ lễ phục. 5 cho thấy sự phân bố của dòng điện trong cấu trúc của thyristor GCT khi thiết bị được tắt. Như đã chỉ ra, quá trình bật tương tự như bật các thyristor GTO. Quá trình tắt máy là khác nhau. Sau khi áp dụng một xung điều khiển âm (-Ig) có biên độ bằng với giá trị của dòng điện cực dương (Ia), toàn bộ dòng điện thuận đi qua thiết bị bị lệch vào hệ thống điều khiển và đến cực âm, bỏ qua quá trình chuyển đổi j3 (giữa các vùng p và n). Mối nối j3 được phân cực ngược và bóng bán dẫn cực âm npn tắt. Việc tắt thêm GCT cũng tương tự như tắt bất kỳ bóng bán dẫn lưỡng cực nào, điều này không yêu cầu giới hạn bên ngoài về tốc độ tăng của điện áp thuận du / dt và do đó, cho phép không có chuỗi snubber.

Sự thay đổi trong thiết kế GCT là do các quá trình động xảy ra trong thiết bị khi nó được tắt nhanh hơn từ một đến hai bậc so với trong GTO. Vì vậy, nếu thời gian tắt và chặn tối thiểu cho GTO là 100 μs, thì đối với GCT, giá trị này không vượt quá 10 μs. Tốc độ tăng của dòng điều khiển khi tắt GCT là 3000 A / μs, GTO không vượt quá 40 A / μs.

Để đảm bảo tính năng động cao của các quá trình chuyển mạch, chúng tôi đã thay đổi thiết kế đầu ra của điện cực điều khiển và kết nối của thiết bị với bộ tạo hình xung của hệ thống điều khiển. Đầu ra được làm hình khuyên, bao quanh thiết bị trong một vòng tròn. Vòng đi qua thân gốm của thyristor và tiếp xúc: bên trong với các ô của điện cực điều khiển; bên ngoài - với một tấm kết nối điện cực điều khiển với máy tạo xung.

Hiện nay, các thyristor GTO được sản xuất bởi một số công ty lớn ở Nhật Bản và Châu Âu: Toshiba, Hitachi, Mitsubishi, ABB, Eupec. Các thông số của thiết bị về điện áp UDRM: 2500 V, 4500 V, 6000 V; ITGQM hiện tại (dòng điện có thể khóa lặp lại tối đa): 1000 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A, 4000 A, 6000 A.

Thyristor GCT do Mitsubishi và ABB sản xuất. Các thiết bị được thiết kế cho điện áp UDRM lên đến 4500 V và dòng điện ITGQM lên đến 4000 A.

Hiện tại, thyristor GCT và GTO đã được làm chủ tại công ty Electrovypryamitel OJSC (Saransk) của Nga. Thyristor của dòng TZ-243, TZ-253, TZ-273, ZTA-173, ZTA-193, ZTF-193 (tương tự GCT ), v.v. với đường kính tấm silicon lên đến 125 mm và dải điện áp UDRM 1200 - 6000 V và dòng điện ITGQM 630 - 4000 A.

Song song với các thyristor có thể khóa và để sử dụng trong một bộ với chúng, Electrovypryamitel OJSC đã phát triển và thành thạo trong việc sản xuất hàng loạt điốt cài đặt nhanh cho mạch giảm chấn (snubber) và điốt dòng điện ngược, cũng như bóng bán dẫn xung mạnh mẽ cho các giai đoạn đầu ra của trình điều khiển (hệ thống điều khiển).

Thyristor IGCT

Nhờ khái niệm kiểm soát chặt chẽ (kiểm soát tốt các cấu hình doping, công nghệ trung tính, chiếu xạ proton và điện tử để tạo ra sự phân bố đặc biệt của các trung tâm tái tổ hợp được kiểm soát, công nghệ được gọi là bộ phát trong suốt hoặc mỏng, việc sử dụng một lớp đệm trong n -khu vực cơ sở, v.v.), có thể đạt được sự cải thiện đáng kể về các đặc tính của GTO khi tắt máy. Bước tiến lớn tiếp theo trong công nghệ HD GTO về thiết bị, điều khiển và ứng dụng là ý tưởng về các thiết bị được điều khiển dựa trên "Tích hợp cổng nối tiếp giáp (IGCT)" mới ... Nhờ công nghệ điều khiển cứng nhắc, việc chuyển đổi đồng nhất mở rộng phạm vi hoạt động an toàn của IGCT đến giới hạn tuyết lở, tức là đối với các khả năng vật lý của silicon. Không cần mạch bảo vệ du / dt. Kết hợp với việc cải thiện tổn thất điện năng, các ứng dụng mới trong phạm vi kilohertz đã được tìm thấy. Công suất cần thiết để lái xe giảm 5 lần so với GTO tiêu chuẩn, chủ yếu là do thiết kế trong suốt của cực dương. Dòng thiết bị IGCT mới, với các điốt công suất cao tích hợp nguyên khối, đã được phát triển cho các ứng dụng trong phạm vi 0,5 - 6 MV * A. Với khả năng kỹ thuật hiện có của kết nối nối tiếp và song song, các thiết bị IGCT cho phép tăng mức công suất lên đến vài trăm megavolts - ampe.

Với bộ điều khiển tích hợp, dòng điện catốt sẽ giảm xuống trước khi điện áp anốt bắt đầu tăng. Điều này đạt được là do điện cảm cổng rất thấp của mạch cổng, đạt được nhờ kết nối điện cực cổng đồng trục kết hợp với khối điều khiển nhiều lớp PCB. Kết quả là có thể đạt được giá trị của tốc độ dòng cắt là 4 kA / μs. Với điện áp điều khiển UGK = 20 V. Khi dòng điện catốt bằng không, dòng điện anốt còn lại được chuyển đến thiết bị điều khiển, lúc này có điện trở thấp. Điều này giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng của thiết bị điều khiển.

Làm việc với điều khiển "cứng", thyristor chuyển từ trạng thái p-n-p-n sang chế độ p-n-p trong quá trình chặn trong 1 μs. Việc tắt máy xảy ra hoàn toàn ở chế độ bóng bán dẫn, loại bỏ mọi khả năng gây ra hiệu ứng kích hoạt.

Giảm độ dày của thiết bị đạt được bằng cách sử dụng một lớp đệm ở phía cực dương. Lớp đệm của chất bán dẫn công suất cải thiện đặc tính của các phần tử truyền thống bằng cách giảm độ dày của chúng đi 30% ở cùng một điện áp đánh thủng thuận. Ưu điểm chính của phần tử mỏng là cải tiến các đặc tính công nghệ với tổn thất tĩnh và động thấp. Lớp đệm như vậy trong thiết bị bốn lớp đòi hỏi phải loại bỏ các ngắn mạch anốt, nhưng đồng thời vẫn giữ được hiệu quả giải phóng các điện tử trong quá trình tắt. IGCT mới kết hợp lớp đệm với bộ phát cực dương trong suốt. Cực dương trong suốt là một điểm tiếp giáp pn với hiệu suất phát được kiểm soát hiện tại.

Để có khả năng chống ồn tối đa và nhỏ gọn, hộp điều khiển bao quanh IGCT, tạo thành một cấu trúc duy nhất với bộ làm mát và chỉ chứa phần mạch cần thiết để điều khiển IGCT. Do đó, số lượng phần tử của khối điều khiển được giảm bớt, giảm các thông số về tản nhiệt, quá tải điện và nhiệt. Do đó, chi phí của bộ phận điều khiển và tỷ lệ hỏng hóc cũng được giảm đáng kể. IGCT, với hộp điều khiển tích hợp, dễ dàng gắn vào mô-đun và kết nối chính xác với nguồn cấp điện và nguồn tín hiệu điều khiển thông qua cáp quang. Chỉ cần mở lò xo, nhờ vào hệ thống tiếp điểm kẹp phức tạp, một lực kẹp được tính toán chính xác sẽ được áp dụng vào IGCT, tạo ra tiếp xúc điện và nhiệt. Do đó, đạt được sự dễ dàng lắp ráp và độ tin cậy cao nhất. Khi chạy IGCT mà không có snubber, diode flyback cũng phải hoạt động mà không có snubber. Những yêu cầu này được đáp ứng bởi một diode kẹp công suất cao với hiệu suất được cải thiện, được sản xuất bằng quy trình chiếu xạ kết hợp với quy trình cổ điển. Khả năng di / dt được xác định bởi hoạt động của diode (xem Hình 6).

Lúa gạo. 6. Sơ đồ đơn giản của bộ nghịch lưu ba pha trên IGCT

Nhà sản xuất chính của IGCT là "ABB". Các thông số của thyristor cho điện áp U DRM: 4500 V, 6000 V; ITGQM hiện tại: 3000 A, 4000 A.

Phần kết luận

Sự phát triển nhanh chóng vào đầu những năm 90 của công nghệ bóng bán dẫn công suất đã dẫn đến sự xuất hiện của một loại thiết bị mới - Bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện (IGBTs). Ưu điểm chính của IGBT là tần số hoạt động cao, hiệu quả, đơn giản và gọn nhẹ của mạch điều khiển (do dòng điều khiển thấp).

Sự xuất hiện trong những năm gần đây của IGBT với điện áp hoạt động lên đến 4500 V và khả năng chuyển dòng lên đến 1800 A đã dẫn đến sự dịch chuyển của các thyristor hoạt động cổng (GTO) trong các thiết bị có công suất lên đến 1 MW và điện áp đến 3,5 kV.

Tuy nhiên, các IGCT mới, có khả năng chuyển đổi tần số từ 500 Hz sang 2 kHz và hiệu suất cao hơn các bóng bán dẫn IGBT, kết hợp sự kết hợp tối ưu của các công nghệ thyristor đã được chứng minh với mức suy hao thấp vốn có của chúng và khả năng tắt máy hiệu quả cao điện cực điều khiển. IGCT là giải pháp lý tưởng cho các ứng dụng điện tử công suất trung bình và cao áp ngày nay.

Các đặc điểm của công tắc nguồn mạnh mẽ hiện đại có tản nhiệt hai mặt được đưa ra trong bảng. 1.

Bảng 1. Đặc điểm của công tắc nguồn mạnh hiện đại có tản nhiệt hai mặt

- thiết bị có các đặc tính của chất bán dẫn, thiết kế dựa trên chất bán dẫn đơn tinh thể với ba tiếp giáp pn trở lên.

Công việc của nó ngụ ý sự hiện diện của hai giai đoạn ổn định:

• "Đóng" (mức độ dẫn điện thấp);
• "Mở" (mức độ dẫn điện cao).

Thyristor là thiết bị thực hiện các chức năng của công tắc điện tử công suất. Tên khác của chúng là thyristor hoạt động đơn lẻ. Thiết bị này cho phép bạn điều chỉnh tác động của tải trọng mạnh bằng các xung lực nhỏ.

Theo đặc tính dòng điện-điện áp của thyristor, sự gia tăng dòng điện trong nó sẽ dẫn đến giảm điện áp, tức là, một điện trở chênh lệch âm sẽ xuất hiện.

Ngoài ra, các thiết bị bán dẫn này có thể kết hợp các mạch điện có điện áp đến 5000 Vôn và dòng điện đến 5000 Ampe (ở tần số không quá 1000 Hz).

Thyristor có hai và ba cực thích hợp hoạt động với cả dòng điện một chiều và xoay chiều. Thông thường, nguyên tắc hoạt động của chúng được so sánh với hoạt động của một diode chỉnh lưu và người ta tin rằng chúng là một chất tương tự chính thức của bộ chỉnh lưu, theo nghĩa thậm chí còn hiệu quả hơn.

Các loại thyristor khác nhau:

• Cách thức kiểm soát.
• Độ dẫn điện (một mặt hoặc hai mặt).

Nguyên tắc quản lý chung

Cấu trúc thyristor có 4 lớp bán dẫn mắc nối tiếp (p-n-p-n). Tiếp điểm đưa đến lớp p ngoài cùng là cực dương, đến lớp n ngoài cùng là cực âm. Kết quả là, với một cụm tiêu chuẩn, thyristor có thể có tối đa hai điện cực điều khiển, được gắn vào các lớp bên trong. Theo lớp được kết nối, các dây dẫn, theo kiểu điều khiển, được chia thành các dây dẫn cực âm và cực dương. Giống đầu tiên được sử dụng thường xuyên hơn.

Dòng điện trong các thyristor chạy về phía cực âm (từ cực dương), do đó, kết nối với nguồn hiện tại được thực hiện giữa cực dương và cực dương, cũng như giữa cực âm và cực âm.

Các thyristor cổng có thể là:

• Có thể khóa được;
• Đã mở khóa.

Một đặc tính chỉ ra của các thiết bị đã mở khóa là chúng không phản hồi với tín hiệu từ điện cực điều khiển. Cách duy nhất để đóng chúng là giảm mức dòng điện chạy qua chúng sao cho nó thấp hơn cường độ của dòng điện đang giữ.

Khi điều khiển thyristor, cần lưu ý một số điểm. Một thiết bị loại này thay đổi các giai đoạn hoạt động từ “tắt” sang “bật” và trở lại đột ngột và chỉ trong điều kiện có tác động bên ngoài: với sự trợ giúp của dòng điện (thao tác với điện áp) hoặc photon (trong trường hợp có máy đo quang).

Để hiểu rõ điểm này, cần nhớ rằng thyristor chủ yếu có 3 đầu ra (trinistor): cực dương, cực âm và điện cực điều khiển.

Ue (điện cực điều khiển) giống nhau chịu trách nhiệm bật và tắt thyristor. Việc mở thyristor xảy ra trong điều kiện điện áp đặt vào giữa A (anốt) và K (catốt) trở nên bằng hoặc vượt quá thể tích của điện áp SCR. Đúng, trong trường hợp thứ hai, tác động của một xung có cực tính dương giữa U và K.

Với nguồn điện áp cung cấp không đổi, thyristor có thể mở vô hạn.

Để đặt nó ở trạng thái đóng, bạn có thể:

• Giảm mức điện áp giữa A và K bằng không;
• Giảm giá trị của dòng điện A để dòng điện giữ lớn hơn;
• Nếu hoạt động của mạch dựa trên hoạt động của dòng điện xoay chiều, thiết bị sẽ tắt mà không có sự can thiệp từ bên ngoài khi mức dòng điện tự giảm về 0;
• Áp dụng điện áp chặn cho UE (chỉ phù hợp với các loại thiết bị bán dẫn có thể khóa được).

Trạng thái đóng cũng kéo dài vô thời hạn cho đến khi xảy ra xung động kích hoạt.

Các phương pháp kiểm soát cụ thể

• Biên độ .

Biểu diễn nguồn cung cấp một hiệu điện thế dương có cường độ thay đổi Ue. Việc mở thyristor xảy ra khi điện áp đủ để đánh thủng đường giao nhau điều khiển của dòng chỉnh lưu (Isp.). Bằng cách thay đổi điện áp trên UE, có thể thay đổi thời gian mở thyristor.

Hạn chế chính của phương pháp này là ảnh hưởng mạnh mẽ của yếu tố nhiệt độ. Ngoài ra, mỗi loại thyristor sẽ yêu cầu một loại điện trở khác nhau. Điểm này không làm tăng thêm tính dễ sử dụng. Ngoài ra, thời gian mở của thyristor chỉ có thể được hiệu chỉnh trong khi 1/2 chu kỳ tích cực đầu tiên của mạng kéo dài.

• Giai đoạn.

Nó bao gồm thay đổi pha Ucont (liên quan đến điện áp ở cực dương). Trong trường hợp này, một cầu chuyển pha được sử dụng. Nhược điểm chính là độ dốc của Ucont thấp, do đó chỉ có thể ổn định mômen mở của thyristor trong thời gian ngắn.

• Pha-xung .

Được thiết kế để khắc phục những nhược điểm của phương pháp pha. Với mục đích này, một xung điện áp có mặt trước dốc được áp dụng cho Ue. Cách tiếp cận này hiện là phổ biến nhất.

Thyristor và an toàn

Do xung tác động của chúng và sự hiện diện của dòng phục hồi ngược, các thyristor làm tăng đáng kể nguy cơ quá áp trong hoạt động của thiết bị. Ngoài ra, nguy cơ quá áp trong vùng bán dẫn là cao nếu không có điện áp nào ở các phần khác của mạch.

Do đó, để tránh những hậu quả tiêu cực, theo thói quen, người ta thường sử dụng các chương trình CFTF. Chúng ngăn chặn sự xuất hiện và duy trì các giá trị điện áp tới hạn.

Mô hình thyristor hai bóng bán dẫn

Từ hai bóng bán dẫn, hoàn toàn có thể lắp ráp một dinistor (thyristor với hai đạo trình) hoặc một trinistor (thyristor với ba đạo trình). Để làm được điều này, một trong số chúng phải có độ dẫn p-n-p, chất còn lại - độ dẫn n-p-n. Bóng bán dẫn có thể được làm bằng cả silicon và germani.

Kết nối giữa chúng được thực hiện qua hai kênh:

• Cực dương từ bóng bán dẫn thứ 2 + Điện cực điều khiển từ bóng bán dẫn thứ 1;
• Cực âm từ bóng bán dẫn thứ nhất + Điện cực điều khiển từ bóng bán dẫn thứ hai.

Nếu bạn làm mà không sử dụng điện cực điều khiển, thì đầu ra sẽ là một ống dẫn.

Khả năng tương thích của các bóng bán dẫn đã chọn được xác định bởi cùng một khối lượng công suất. Trong trường hợp này, số đọc dòng điện và điện áp nhất thiết phải cao hơn giá trị yêu cầu đối với hoạt động bình thường của thiết bị. Điện áp đánh thủng và dữ liệu dòng điện giữ phụ thuộc vào chất lượng cụ thể của bóng bán dẫn được sử dụng.

Viết bình luận, bổ sung cho bài viết, có thể tôi đã bỏ sót điều gì đó. Hãy xem qua, tôi sẽ rất vui nếu bạn tìm thấy thứ khác hữu ích trên của tôi.

1.1 Định nghĩa, các loại thyristor

1.2 Nguyên lý hoạt động

1.3 Các thông số của Thyristor

Chương 2. Ứng dụng của thyristor trong bộ điều chỉnh công suất

2.1 Thông tin chung về các cơ quan quản lý khác nhau

2.2 Quá trình điều khiển điện áp sử dụng thyristor

2.3 Chỉnh lưu thyristor có điều khiển

Chương 3. Thực tiễn phát triển bộ điều chỉnh công suất thyristor

3.1 Bộ điều chỉnh điện áp Thyristor KU201K

3.2 Bộ chỉnh lưu điều khiển thyristor mạnh mẽ

Phần kết luận

Văn học

Giới thiệu

Trong công việc này, một số lựa chọn cho các thiết bị được xem xét, trong đó các phần tử thyristor được sử dụng làm bộ điều chỉnh điện áp và làm bộ chỉnh lưu. Mô tả lý thuyết và thực tế về nguyên lý hoạt động của thyristor và các thiết bị, mạch của các thiết bị này được đưa ra.

Bộ chỉnh lưu có điều khiển trên thyristor - phần tử có hệ số khuếch đại công suất cao, cho phép bạn nhận dòng cao trong tải với công suất nhỏ sử dụng trong mạch điều khiển thyristor.

Trong bài báo này, hai tùy chọn cho các bộ chỉnh lưu như vậy được xem xét, cung cấp dòng tải tối đa lên đến 6 A với giới hạn điều chỉnh điện áp từ 0 đến 15 V và từ 0,5 đến 15 V và một thiết bị để điều chỉnh điện áp trên một và tải cảm ứng được cung cấp từ mạng dòng điện xoay chiều có hiệu điện thế 127 và 220 V có giới hạn điều chỉnh từ 0 đến điện áp định mức của mạng.

Chương 1. Khái niệm về thyristor. Các loại thyristor. Nguyên tắc hoạt động

1.1 Định nghĩa, các loại thyristor

Thyristor là một linh kiện bán dẫn dựa trên cấu trúc bốn lớp có khả năng chuyển từ trạng thái đóng sang trạng thái mở và ngược lại. Thyristor được thiết kế để điều khiển chính các tín hiệu điện ở chế độ đóng - mở (diode điều khiển).

Thyristor đơn giản nhất là một dinistor - một diode chuyển mạch không điều khiển, là một cấu trúc bốn lớp của loại p-n-p-n (Hình 1.1.2). Ở đây, cũng như trong các loại thyristor khác, các điểm nối cực n-p-n-n được gọi là cực phát và điểm nối p-n ở giữa được gọi là bộ góp. Các khu vực bên trong của cấu trúc nằm giữa các quá trình chuyển đổi được gọi là cơ sở. Điện cực cung cấp kết nối điện với vùng n bên ngoài được gọi là cực âm và với vùng p bên ngoài là cực dương.

Không giống như thyristor không đối xứng (dynistors, trinistors) trong thyristor đối xứng, nhánh ngược của đặc tuyến I - V có dạng một nhánh thuận. Điều này đạt được bằng cách kết nối hai cấu trúc bốn lớp giống nhau theo kiểu chống song song hoặc bằng cách sử dụng cấu trúc năm lớp với bốn tiếp giáp p-n (triac).

Lúa gạo. 1.1.1 Các ký hiệu trên sơ đồ: a) triac b) dinistor c) trinistor.

Lúa gạo. 1.1.2 Cấu trúc dinistor.

Lúa gạo. 1.1.3 Cấu trúc SCR.

1.2 Nguyên lý hoạt động

Khi bật ống hút theo mạch như hình. 1, điểm nối pn cực thu bị đóng, và điểm nối bộ phát đang mở. Điện trở của các mối nối hở là nhỏ, vì vậy hầu như tất cả điện áp của nguồn điện đều được áp dụng cho mối nối cực thu, nơi có điện trở cao. Trong trường hợp này, một dòng điện nhỏ chạy qua thyristor (phần 1 trong Hình 1.2.3).

Lúa gạo. 1.2.1. Sơ đồ để kết nối một thyristor không điều khiển được (dinistor) với mạch.

Lúa gạo. 1.2.2. Sơ đồ để kết nối một thyristor được điều khiển (SCR) với mạch.

Hình 1.2.3. Đặc tính điện áp-dòng điện của dinistor.

Hình 1.2.4. Đặc tính vôn-ampe của thyristor.

Nếu bạn tăng điện áp của nguồn điện, dòng điện thyristor tăng nhẹ cho đến khi điện áp này đạt đến một giá trị tới hạn nhất định, bằng với điện áp bật Uin. Ở điện áp Uvkl trong hộp chứa, các điều kiện được tạo ra cho sự nhân lên của các hạt mang điện tích trong vùng tiếp giáp bộ thu. Xảy ra sự cố điện có thể đảo ngược của điểm nối cực thu (phần 2 trong Hình 1.2.3). Trong vùng n của tiếp giáp cực thu, nồng độ electron dư thừa được hình thành và trong vùng p, nồng độ lỗ trống dư thừa. Với sự gia tăng các nồng độ này, các rào cản tiềm năng của tất cả các quá trình chuyển đổi của chất dinistor giảm xuống. Việc tiêm các chất mang thông qua các điểm giao nhau của bộ phát tăng lên. Quá trình này có bản chất giống như tuyết lở và đi kèm với việc chuyển giao điểm thu sang trạng thái mở. Sự gia tăng dòng điện xảy ra đồng thời với sự giảm điện trở của tất cả các khu vực của thiết bị. Do đó, dòng điện qua thiết bị tăng lên kèm theo sự giảm hiệu điện thế giữa anốt và catốt. Trên đặc tuyến I - V, phần này được ký hiệu bằng số 3. Ở đây thiết bị có điện trở vi sai âm. Điện áp trên điện trở tăng và dinistor chuyển đổi.

Sau khi chuyển tiếp cực thu sang trạng thái mở, đặc tuyến I - V có dạng tương ứng với nhánh trực tiếp của diode (mục 4). Sau khi chuyển đổi, điện áp trên bộ giảm xuống 1 V. Nếu bạn tiếp tục tăng điện áp của nguồn điện hoặc giảm điện trở của biến trở R, thì dòng điện đầu ra sẽ tăng lên, như trong mạch thông thường với một diode với kết nối trực tiếp.

Khi điện áp nguồn giảm, điện trở mối nối cực thu cao được khôi phục. Thời gian phục hồi sức đề kháng của quá trình chuyển đổi này có thể là hàng chục micro giây.

Điện áp Uvkl mà tại đó dòng điện bắt đầu tăng giống như tuyết lở có thể được giảm xuống bằng cách đưa các hạt mang điện không phải chính vào bất kỳ lớp nào tiếp giáp với đường giao nhau của bộ thu. Các hạt mang điện tích bổ sung được đưa vào thyristor với một điện cực phụ được cấp điện từ nguồn điện áp điều khiển độc lập (Ucont). Một thyristor có điện cực điều khiển phụ được gọi là triode, hoặc SCR. Trong thực tế, khi thuật ngữ "thyristor" được sử dụng, nó là phần tử có nghĩa. Mạch chuyển mạch của một thyristor như vậy được thể hiện trong Hình. 1.2.2. Khả năng giảm điện áp U khi tăng dòng điều khiển được thể hiện bằng họ đặc tính I - V (Hình 1.2.4).

Nếu một điện áp cung cấp có cực tính ngược lại được đặt vào thyristor (Hình 1.2.4), thì các điểm nối bộ phát sẽ được đóng lại. Trong trường hợp này, CVC của thyristor giống như nhánh ngược lại của đặc tính của điốt thông thường. Ở điện áp ngược rất cao, người ta quan sát thấy sự đánh thủng không thể đảo ngược của thyristor.

Sự ra đời của các nguyên tố bán dẫn p-n-p-n bốn lớp đã tạo ra một bước đột phá thực sự trong lĩnh vực điện tử công suất. Các thiết bị như vậy được gọi là "thyristor". Van điều khiển bằng silicon là họ thyristor phổ biến nhất.

Loại linh kiện bán dẫn này có cấu tạo như sau:

Như bạn có thể thấy từ sơ đồ cấu trúc, thyristor có ba đầu ra - cực âm, điện cực điều khiển và cực dương. Cực dương và cực âm phải được kết nối với các mạch nguồn, và điện cực điều khiển được kết nối với hệ thống điều khiển (mạng dòng điện thấp) để mở thyristor có điều khiển.

Trong sơ đồ giản đồ, thyristor có ký hiệu sau:

Đặc tính dòng điện-điện áp được hiển thị dưới đây:

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn đặc điểm này.

Đặc tính nhánh ngược

Trong góc phần tư thứ ba, các đặc tính của điốt và thyristor bằng nhau. Nếu một điện thế âm được đặt vào anốt so với catốt, thì một điện áp ngược được đặt vào J 1 và J 3, và một điện áp thuận được đặt vào J 2, điều này sẽ gây ra dòng điện ngược (nó rất nhỏ, thường là vài miliampe). Khi điện áp này tăng lên đến mức được gọi là điện áp đánh thủng, dòng điện tăng do tuyết lở sẽ xảy ra giữa J 1 và J 3. Trong trường hợp này, nếu dòng điện này không được giới hạn, thì sự cố chuyển tiếp sẽ xảy ra, kéo theo sự cố của thyristor. Với 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 của catốt sẽ âm so với điện thế của anốt. Do đó, một điện áp thuận sẽ được đặt vào J 1 và J 3, và một điện áp ngược sẽ được đặt vào J 2. Kết quả là một dòng điện cực dương rất thấp.

Vùng dẫn điện cao

Nếu điện áp ở phần anốt - catốt đạt đến một giá trị thì gọi là điện áp chuyển mạch, khi đó sẽ xảy ra sự cố tuyết lở ở chỗ nối J 2 và thyristor sẽ được chuyển sang trạng thái có độ dẫn điện cao. Trong trường hợp này, U a sẽ giảm từ vài trăm xuống 1 - 2 vôn. 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 trong vùng này là một công tắc đóng.

Nếu bạn cho dòng điện chạy qua điện cực điều khiển, thì điện áp bật thyristor sẽ giảm. Nó phụ thuộc trực tiếp vào dòng điện của điện cực điều khiển và thực tế bằng không ở một giá trị đủ lớn. Khi chọn một thyristor cho hoạt động trong mạch, thì nó được chọn sao cho điện áp ngược và điện áp thuận không vượt quá giá trị hộ chiếu 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 thông số của các phần tử (ví dụ: cần một thyristor 6300 V và các giá trị gần nhất của nó là 1200 V), thì đôi khi các phần tử được bật .

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

Khi dòng điện cực dương đạt đến một giá trị nào đó mà tại đó thyristor không thể tắt được (chuyển dòng) thì có thể loại bỏ xung điều khiển. Bây giờ thyristor có thể chuyển trở lại trạng thái đóng chỉ khi dòng điện giảm xuống thấp hơn dòng điện giữ hoặc khi đặt một điện áp ngược cực vào nó.

Video về công việc và đồ thị về quá độ

Thyristor là một linh kiện bán dẫn được thiết kế để hoạt động như một công tắc. Nó có ba điện cực và cấu trúc p-n-p-n của bốn lớp bán dẫn. Các điện cực được gọi là cực dương, cực âm và điện cực cổng. Cấu trúc p-n-p-n về mặt chức năng tương tự như một điện trở phi tuyến tính, có thể có hai trạng thái:

• với sức đề kháng rất cao, tắt;
• với sức đề kháng rất thấp, bao gồm.

Lượt xem

Trên thyristor được bật, điện áp khoảng một hoặc vài vôn vẫn còn, sẽ tăng nhẹ khi dòng điện chạy qua nó tăng lên. Tùy thuộc vào loại dòng điện và điện áp đặt vào mạch điện có thyristor, nó sử dụng một trong ba loại hiện đại của các thiết bị bán dẫn này. Làm việc trên dòng điện một chiều:

• bao gồm các SCR;
• ba loại thyristor có thể khóa được, được gọi là

Triacs hoạt động trên dòng điện xoay chiều và một chiều. Tất cả các thyristor này đều chứa một cổng và hai điện cực khác để dòng tải chạy qua. Đối với SCR và thyristor có thể khóa, đây là cực dương và cực âm, đối với triac, tên gọi của các điện cực này là do việc xác định chính xác các thuộc tính của tín hiệu điều khiển được cung cấp cho điện cực điều khiển.

Sự hiện diện của cấu trúc p-n-p-n trong thyristor cho phép nó được chia thành hai vùng có điều kiện, mỗi vùng là một bóng bán dẫn lưỡng cực có độ dẫn điện tương ứng. Do đó, các bóng bán dẫn được kết nối với nhau này tương đương với một thyristor, trông giống như một mạch trong hình bên trái. SCR là những người đầu tiên xuất hiện trên thị trường.

Thuộc tính và đặc điểm

Trên thực tế, đây là một chất tương tự của một rơ le tự khóa với một tiếp điểm thường mở, vai trò của tiếp điểm này được thực hiện bởi một cấu trúc bán dẫn nằm giữa cực dương và cực âm. Sự khác biệt so với rơ le là một số phương pháp bật và tắt có thể được áp dụng cho thiết bị bán dẫn này. Tất cả các phương pháp này được giải thích bằng bóng bán dẫn tương đương với SCR.

Hai bóng bán dẫn tương đương được bao phủ bởi phản hồi tích cực. Nó nhân lên bất kỳ thay đổi nào về dòng điện trong các điểm nối bán dẫn của chúng. Do đó, có một số loại tác động lên các điện cực SCR để bật và tắt nó. Hai phương pháp đầu tiên cho phép bật dọc theo cực dương.

• Nếu điện áp ở cực dương tăng lên, ở một giá trị nhất định, ảnh hưởng của sự đánh thủng ban đầu cấu trúc bán dẫn của bóng bán dẫn sẽ bắt đầu ảnh hưởng. Dòng điện ban đầu xuất hiện sẽ tăng lên như tuyết lở bởi phản hồi tích cực và cả hai bóng bán dẫn sẽ bật.
• Với sự gia tăng đủ nhanh của điện áp ở cực dương, các dung lượng điện cực được tích điện, có trong bất kỳ linh kiện điện tử nào. Trong trường hợp này, dòng điện sạc có công suất này xuất hiện trong các điện cực, được thu nhận bởi phản hồi tích cực và mọi thứ kết thúc với sự bao gồm của một trinistor.

Nếu không có thay đổi điện áp nào được liệt kê ở trên, hiện tượng bật thường xảy ra với dòng điện cơ bản của bóng bán dẫn NPN tương đương. Bạn có thể tắt SCR theo một trong hai cách, điều này cũng trở nên rõ ràng do sự tương tác của các bóng bán dẫn tương đương. Phản hồi tích cực trong chúng hoạt động, bắt đầu từ một số giá trị của dòng điện chạy trong cấu trúc p-n-p-n. Nếu giá trị của dòng điện được tạo ra nhỏ hơn các giá trị này, thì phản hồi tích cực sẽ hoạt động trên sự biến mất nhanh chóng của dòng điện.

Một cách khác để tắt là ngắt hồi tiếp dương bằng xung điện áp đảo ngược cực ở cực dương và cực âm. Với hiệu ứng này, hướng của dòng điện giữa các điện cực bị đảo ngược và SCR bị tắt. Vì hiện tượng hiệu ứng quang điện là đặc trưng của vật liệu bán dẫn nên có quang tử và quang tử, trong đó việc bật lên có thể do sự chiếu sáng của cửa sổ nhận hoặc đèn LED trong thân của thiết bị bán dẫn này.

Ngoài ra còn có cái gọi là dinistors (thyristor không điều khiển). Các thiết bị bán dẫn này không có cấu trúc điện cực điều khiển. Về bản chất, đây là một ống đựng trinistor bị thiếu một chốt. Do đó, trạng thái của chúng chỉ phụ thuộc vào điện áp của cực dương và cực âm và chúng không thể được bật bằng tín hiệu điều khiển. Phần còn lại của các quy trình trong chúng tương tự như SCR thông thường. Điều tương tự cũng áp dụng cho triac, về cơ bản là hai SCR được kết nối song song. Vì vậy, chúng được sử dụng để điều khiển dòng điện xoay chiều mà không cần điốt bổ sung.

Thyristor có thể khóa được

Nếu các vùng của cấu trúc p-n-p-n được tạo ra theo một cách nhất định gần chân đế của các bóng bán dẫn tương đương, thì có thể đạt được khả năng điều khiển hoàn toàn của thyristor từ phía của điện cực cổng. Thiết kế cấu trúc p-n-p-n như vậy được thể hiện trong hình bên trái. Một thyristor như vậy có thể được bật và tắt với các tín hiệu thích hợp bất kỳ lúc nào bằng cách cung cấp chúng vào điện cực điều khiển. Phần còn lại của các phương pháp chuyển mạch áp dụng cho SCR cũng phù hợp với các thyristor có thể khóa được.

Tuy nhiên, những phương pháp này không áp dụng cho các thiết bị bán dẫn như vậy. Ngược lại, chúng bị loại trừ bởi một số giải pháp mạch điện nhất định. Mục đích là chỉ sử dụng điện cực điều khiển để bật và tắt đáng tin cậy. Điều này là cần thiết để sử dụng các thyristor như vậy trong các bộ biến tần cao tần công suất lớn. GTOs hoạt động ở tần số lên đến 300 Hertz, trong khi IGCTs có khả năng ở tần số cao hơn đáng kể, đạt tới 2 kHz. Dòng điện danh định có thể là vài nghìn ampe, và điện áp là vài kilovolt.

So sánh các thyristor khác nhau được hiển thị trong bảng dưới đây.

Thyristor được sản xuất cho nhiều loại dòng điện và điện áp. Thiết kế của chúng được xác định bởi kích thước của cấu trúc p-n-p-n và nhu cầu thu được nhiệt loại bỏ đáng tin cậy từ nó. Các thyristor hiện đại, cũng như các chỉ định của chúng trong các mạch điện, được hiển thị trong các hình ảnh dưới đây.