اصل کارکرد هدف اصلی تریستور تریستورها دستگاه، اصل کار، مشخصات جریان-ولتاژ. پارامترهای کلی تریستورها

ظهور عناصر نیمه هادی چهار لایه p-n-p-n باعث پیشرفت واقعی در الکترونیک قدرت شد. چنین دستگاه هایی "تریستور" نامیده می شوند. گیت های کنترل شده سیلیکونی رایج ترین خانواده تریستورها هستند.

این نوع دستگاه های نیمه هادی دارای ساختار زیر هستند:

همانطور که از بلوک دیاگرام می بینیم، تریستور دارای سه پایانه است - یک کاتد، یک الکترود کنترل و یک آند. آند و کاتد به مدارهای قدرت متصل می شوند و الکترود کنترل به سیستم کنترل (شبکه های جریان کم) برای باز شدن کنترل شده تریستور متصل می شود.

در نمودارهای مدار، تریستور دارای نام زیر است:

مشخصه جریان-ولتاژ در زیر نشان داده شده است:

بیایید نگاهی دقیق تر به این ویژگی بیندازیم.

شاخه مشخصه معکوس

در ربع سوم، مشخصات دیودها و تریستورها برابر است. اگر پتانسیل منفی به آند نسبت به کاتد اعمال شود، ولتاژ معکوس به J 1 و J 3 اعمال می شود و ولتاژ مستقیم به J 2 اعمال می شود که باعث ایجاد جریان معکوس می شود (خیلی کم است. ، معمولاً چندین میلی آمپر). هنگامی که این ولتاژ به ولتاژ شکست افزایش می یابد، یک افزایش بهمنی در جریان بین J 1 و J 3 رخ می دهد. در این حالت، اگر این جریان محدود نباشد، شکستگی اتصال با شکست بعدی تریستور رخ می دهد. در ولتاژهای معکوس که از ولتاژ شکست تجاوز نمی کنند، تریستور مانند یک مقاومت با مقاومت بالا رفتار می کند.

منطقه رسانایی کم

در این منطقه برعکس است. پتانسیل کاتد نسبت به پتانسیل آند منفی خواهد بود. بنابراین ولتاژ مستقیم به J 1 و J 3 و ولتاژ معکوس به J 2 اعمال خواهد شد. نتیجه یک جریان آند بسیار کم خواهد بود.

منطقه رسانایی بالا

اگر ولتاژ در قسمت آند-کاتد به مقداری برسد که اصطلاحاً به آن ولتاژ سوئیچینگ می گویند، در این صورت یک شکست بهمنی در اتصال J2 رخ می دهد و تریستور به حالت رسانایی بالا منتقل می شود. در این حالت، U a از چند صد به 1 - 2 ولت کاهش می یابد. بستگی به نوع تریستور دارد. در ناحیه ای با رسانایی بالا، جریان عبوری از آند به بار عنصر خارجی بستگی دارد که این امکان را فراهم می کند که در این ناحیه به عنوان یک کلید بسته در نظر گرفته شود.

اگر جریان را از الکترود کنترل عبور دهید، ولتاژ روشن شدن تریستور کاهش می یابد. این به طور مستقیم به جریان الکترود کنترل بستگی دارد و زمانی که مقدار آن به اندازه کافی بزرگ باشد، عملاً برابر با صفر است. هنگام انتخاب یک تریستور برای کار در مدار، به گونه ای انتخاب می شود که ولتاژهای معکوس و رو به جلو از مقادیر نامی ولتاژهای شکست و سوئیچینگ تجاوز نکند. اگر انجام این شرایط دشوار است، یا پراکندگی زیادی در پارامترهای عناصر وجود دارد (به عنوان مثال، یک تریستور 6300 ولت مورد نیاز است و نزدیکترین مقادیر آن 1200 ولت است)، گاهی اوقات روشن کردن عناصر انجام می شود. استفاده شده.

در زمان مناسب، با اعمال یک پالس به الکترود کنترل، می توانید تریستور را از حالت بسته به ناحیه رسانایی بالا منتقل کنید. جریان UE، به عنوان یک قاعده، باید بالاتر از حداقل جریان باز شود و حدود 20-200 میلی آمپر است.

هنگامی که جریان آند به مقدار مشخصی می رسد که در آن غیرممکن است تریستور را خاموش کنید (جریان سوئیچینگ)، پالس کنترل را می توان حذف کرد. اکنون تریستور فقط با کاهش جریان زیر جریان نگهدارنده یا اعمال ولتاژ قطبیت معکوس به آن می تواند به حالت خاموش برگردد.

ویدئوی عملیات و نمودارهای فرآیندهای گذرا

حالت قفل معکوس

برنج. 3. حالت مسدود کردن معکوس تریستور

دو عامل اصلی رژیم شکست معکوس و شکست رو به جلو را محدود می کند:

1. سوراخ شدن ناحیه تخلیه شده.

در حالت مسدود کردن معکوس، یک ولتاژ به آند دستگاه اعمال می شود که نسبت به کاتد منفی است. اتصالات J1 و J3 بایاس معکوس هستند و اتصال J2 بایاس رو به جلو هستند (شکل 3 را ببینید). در این حالت، بیشتر ولتاژ اعمال شده در یکی از اتصالات J1 یا J3 افت می کند (بسته به درجه دوپینگ مناطق مختلف). اجازه دهید این انتقال J1 باشد. بسته به ضخامت W n1 لایه n1، شکست ناشی از ضرب بهمن (ضخامت منطقه تخلیه در هنگام شکست کمتر از W n1 است) یا سوراخ شدن (لایه تخلیه در کل منطقه n1 و اتصالات J1 پخش می شود. و J2 بسته هستند).

حالت قفل مستقیم

با انسداد مستقیم، ولتاژ در آند نسبت به کاتد مثبت است و فقط اتصال J2 بایاس معکوس است. اتصالات J1 و J3 بایاس رو به جلو هستند. بیشتر ولتاژ اعمال شده در محل اتصال J2 کاهش می یابد. از طریق اتصالات J1 و J3، حامل های اقلیت به مناطق مجاور اتصال J2 تزریق می شوند که مقاومت اتصال J2 را کاهش می دهند، جریان عبوری از آن را افزایش می دهند و افت ولتاژ در آن را کاهش می دهند. با افزایش ولتاژ رو به جلو، جریان عبوری از تریستور در ابتدا به آرامی افزایش می‌یابد، که مربوط به بخش 0-1 در مشخصه ولتاژ جریان است. در این حالت، تریستور را می توان قفل در نظر گرفت، زیرا مقاومت اتصال J2 هنوز بسیار بالا است. با افزایش ولتاژ در تریستور، نسبت ولتاژ در دو طرف J2 کاهش می‌یابد و ولتاژهای J1 و J3 سریع‌تر افزایش می‌یابند که باعث می‌شود جریان عبوری از تریستور بیشتر افزایش یابد و تزریق حامل اقلیت به ناحیه J2 افزایش یابد. در یک مقدار ولتاژ معین (از مرتبه ده ها یا صدها ولت)، ولتاژ سوئیچینگ نامیده می شود. V BF(نقطه 1 در مشخصه ولتاژ جریان)، فرآیند یک ویژگی بهمن مانند به دست می آورد، تریستور به حالت رسانایی بالا می رود (روشن می شود) و جریانی در آن برقرار می شود که توسط ولتاژ منبع و مقاومت تعیین می شود. از مدار خارجی

مدل دو ترانزیستوری

برای توضیح ویژگی های دستگاه در حالت انسداد مستقیم از مدل دو ترانزیستوری استفاده شده است. تریستور را می توان به عنوان اتصال ترانزیستور pnp به ترانزیستور npn در نظر گرفت که کلکتور هر یک به پایه دیگری متصل است، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 4 برای تریستور تریود. اتصال مرکزی به عنوان جمع کننده سوراخ های تزریق شده توسط اتصال J1 و الکترون های تزریق شده توسط اتصال J3 عمل می کند. رابطه بین جریان های ساطع کننده من E، کلکسیونر مدار مجتمعو پایه ها من بو افزایش جریان ساکن ترانزیستور α 1 p-n-p نیز در شکل نشان داده شده است. 4، جایی که I Co جریان اشباع معکوس اتصال کلکتور-پایه است.

برنج. 4. مدل دو ترانزیستوری تریستور تریود، اتصال ترانزیستورها و نسبت جریان در ترانزیستور pnp.

روابط مشابهی را می توان برای یک ترانزیستور n-p-n به دست آورد که جهت جریان ها معکوس شود. از شکل در شکل 4 نتیجه می شود که جریان کلکتور ترانزیستور n-p-n در همان زمان جریان پایه ترانزیستور p-n-p است. به طور مشابه، جریان کلکتور ترانزیستور p-n-p و جریان کنترل Igجریان به پایه ترانزیستور n-p-n. در نتیجه، زمانی که بهره کل در حلقه بسته از 1 تجاوز کند، فرآیند احیا امکان پذیر می شود.

جریان پایه ترانزیستور pnp است من B1= (1 - α 1) من A - I Co1. این جریان از کلکتور ترانزیستور npn نیز عبور می کند. جریان کلکتور یک ترانزیستور n-p-n با بهره α 2 برابر است I C2= α 2 من ک + ICo2.

برابر کردن من B1و I C2، دریافت می کنیم (1 - α 1) من A - I Co1= α 2 من ک + ICo2. زیرا من ک = من A + Ig، آن

برنج. 5. نمودار نوار انرژی در حالت بایاس رو به جلو: حالت تعادل، حالت مسدود کردن رو به جلو و حالت هدایت به جلو.

این معادله خصوصیات استاتیکی دستگاه را در محدوده ولتاژ تا خرابی توصیف می کند. پس از خرابی، دستگاه به عنوان یک دیود p-i-n عمل می کند. توجه داشته باشید که تمام عبارت‌های موجود در صورت‌دهنده سمت راست معادله کوچک هستند، بنابراین، در حالی که عبارت α 1 + α 2< 1, ток من Aکم اهمیت (ضرایب α1 و α2 خود به این بستگی دارد من Aو معمولاً با افزایش جریان رشد می کنند) اگر α1 + α2 = 1، مخرج کسری به صفر می رسد و یک شکست مستقیم رخ می دهد (یا تریستور روشن می شود). لازم به ذکر است که اگر قطبیت ولتاژ بین آند و کاتد معکوس شود، اتصالات J1 و J3 بایاس معکوس و J2 بایاس رو به جلو خواهند بود. در چنین شرایطی، خرابی رخ نمی دهد، زیرا فقط اتصال مرکزی به عنوان یک قطره چکان عمل می کند و فرآیند بازسازی غیرممکن می شود.

عرض لایه‌های تخلیه و نمودارهای باند انرژی در حالت تعادل، در حالت مسدود کردن مستقیم و هدایت مستقیم در شکل نشان داده شده است. 5. در حالت تعادل، منطقه تخلیه هر انتقال و پتانسیل تماس با مشخصات توزیع ناخالصی تعیین می شود. هنگامی که یک ولتاژ مثبت به آند اعمال می شود، اتصال J2 تمایل به بایاس معکوس دارد، در حالی که اتصالات J1 و J3 تمایل به بایاس رو به جلو دارند. افت ولتاژ بین آند و کاتد برابر است با مجموع جبری افت ولتاژ در سراسر انتقال: V AK = V 1 + V 2 + V 3. با افزایش ولتاژ، جریان عبوری از دستگاه افزایش می یابد و در نتیجه α1 و α2 افزایش می یابد. با توجه به ماهیت احیا کننده این فرآیندها، دستگاه در نهایت به حالت باز می رود. هنگامی که تریستور روشن می شود، جریان عبوری از آن باید توسط مقاومت بار خارجی محدود شود، در غیر این صورت اگر ولتاژ به اندازه کافی بالا باشد تریستور از کار می افتد. در حالت روشن، اتصال J2 در جهت رو به جلو بایاس می شود (شکل 5، c)، و افت ولتاژ V AK = (V 1 - | V 2| + V 3) تقریباً برابر است با مجموع ولتاژ در یک اتصال بایاس رو به جلو و ولتاژ در ترانزیستور اشباع.

حالت هدایت مستقیم

هنگامی که تریستور در حالت روشن است، هر سه اتصال به سمت جلو بایاس می شوند. سوراخ‌ها از ناحیه p1 تزریق می‌شوند و الکترون‌ها از ناحیه n2 تزریق می‌شوند و ساختار n1-p2-n2 مشابه یک ترانزیستور اشباع شده با تماس دیود حذف شده به منطقه n1 رفتار می‌کند. بنابراین، دستگاه به طور کلی شبیه یک دیود p-i-n (p + -i-n +) است ...

طبقه بندی تریستورها

• تریستور دیود (نام اضافی "dinistor") - یک تریستور با دو پایانه
  • تریستور دیود، رسانایی غیر معکوس
  • تریستور دیود که در جهت مخالف هدایت می شود
  • تریستور متقارن دیود (نام اضافی "دیاک")
• تریستور تریود (نام اضافی "تریستور") - یک تریستور با سه پایانه
  • تریستور تریود که در جهت مخالف هدایت نمی شود (نام اضافی "تریستور")
  • تریستور تریود که در جهت مخالف هدایت می شود (نام اضافی "دیود تریستور")
  • تریستور متقارن تریود (نام اضافی "تریاک"، نام غیر رسمی "تریاک")
  • تریستور تریود نامتقارن
  • تریستور قابل تعویض (نام اضافی "تریستور قابل تعویض تریود")

تفاوت بین دینیستور و ترینیستور

هیچ تفاوت اساسی بین دینیستور و ترینیستور وجود ندارد، با این حال، اگر باز شدن دینیستور با رسیدن ولتاژ معینی بین پایانه های آند و کاتد، بسته به نوع دینیستور معین، رخ دهد، در ترینیستور ولتاژ باز شدن می توان به طور خاص با اعمال یک پالس جریان با مدت زمان و بزرگی معین به الکترود کنترل آن با اختلاف پتانسیل مثبت بین آند و کاتد کاهش داد و طراحی ترینیستور فقط در حضور الکترود کنترل متفاوت است. SCR ها رایج ترین دستگاه ها از خانواده "تریستور" هستند.

تفاوت بین تریستور تریود و تریستور خاموش

تغییر به حالت بسته تریستورهای معمولی یا با کاهش جریان عبوری از تریستور به مقدار انجام می شود. آیه، یا با تغییر قطبیت ولتاژ بین کاتد و آند.

تریستورهای قابل تعویض، بر خلاف تریستورهای معمولی، تحت تأثیر جریان الکترود کنترل می توانند از حالت بسته به حالت باز و بالعکس تبدیل شوند. برای بستن یک تریستور خاموش، لازم است جریانی با قطبیت مخالف از الکترود کنترل عبور داده شود تا قطبی که باعث باز شدن آن شده است.

تریاک

تریاک (تریستور متقارن) یک دستگاه نیمه هادی است که در ساختار آن مشابه اتصال پشت به پشت دو تریستور است. قابلیت عبور جریان الکتریکی در هر دو جهت.

ویژگی های تریستورها

تریستورهای مدرن برای جریان های 1 میلی آمپر تا 10 کیلو آمپر تولید می شوند. برای ولتاژهای چند ولت تا چند کیلوولت؛ سرعت افزایش جریان رو به جلو در آنها به 109 A/s می رسد، ولتاژ - 109 V/s، زمان روشن از چند دهم تا چند ده میکروثانیه متغیر است، زمان خاموشی از چند واحد تا چند صد میکروثانیه متغیر است. راندمان به 99 درصد می رسد.

کاربرد

• یکسو کننده های کنترل شده
• مبدل (اینورتر)
• تنظیم کننده های قدرت (دیمر)

همچنین ببینید

• CDI (اشتعال تخلیه خازن)

یادداشت

ادبیات

• GOST 15133-77.
• کوبلانوفسکی دستگاه های تریستور Ya. S. - ویرایش دوم، تجدید نظر شده. و اضافی - م.: رادیو و ارتباطات، 1366. - 112 ص: ill. - (کتابخانه رادیو جمعی. شماره 1104).

پیوندها

• تریستورها: اصل عملکرد، طرح ها، انواع و روش های گنجاندن
• کنترل تریستورها و تریاک ها از طریق میکروکنترلر یا مدار دیجیتال
• دستگاه های مبدل در سیستم های منبع تغذیه
• روگاچف K.D. تریستورهای سوئیچ برق مدرن.
• آنالوگ های داخلی تریستورهای وارداتی
• فهرست راهنمای تریستورها و آنالوگ ها، جایگزینی تریستورها، جایگزینی دیودها. دیودهای زنر

حالت جامد غیرفعال	مقاومت متغیر مقاومت تریمر مقاومت واریستور خازن خازن متغیر سلف خازن تریمر تشدید کننده کوارتز· فیوز · فیوز خود تنظیم شوندهتبدیل کننده
حالت جامد فعال	دیود· LED · فتودیود · لیزر نیمه هادی · دیود شاتکی· دیود زنر · استابلایستور · واریکاپ · واریکوند · پل دیودی · دیود بهمن · دیود تونل · دیود گان ترانزیستور · ترانزیستور دوقطبی · ترانزیستور اثر میدانی · ترانزیستور CMOS ·

اصطلاحات و نمادهای مختلفی اغلب در نمودارها و مستندات فنی استفاده می شود، اما همه برقکاران تازه کار معنای آنها را نمی دانند. ما پیشنهاد می کنیم در مورد قدرت تریستورهای جوشکاری، اصل عملکرد آنها، ویژگی ها و برچسب زدن این دستگاه ها بحث کنیم.

تریستور چیست و انواع آنها

بسیاری از تریستورها را در گلدسته "Running Fire" دیده اند؛ این ساده ترین نمونه از دستگاه توصیف شده و نحوه عملکرد آن است. یکسو کننده سیلیکونی یا تریستور بسیار شبیه ترانزیستور است. این یک دستگاه نیمه هادی چند لایه است که ماده اصلی آن سیلیکون است که اغلب در یک محفظه پلاستیکی قرار دارد. با توجه به این واقعیت که اصل عملکرد آن بسیار شبیه به یک دیود یکسو کننده (دستگاه های یکسو کننده AC یا دیستورهای) است، نامگذاری روی نمودارها اغلب یکسان است - این یک آنالوگ یکسو کننده در نظر گرفته می شود.

عکس – نمودار گلدسته آتش در حال اجرا

وجود دارد:

• تریستورهای خاموش کننده ABB (GTO)
• SEMIKRON استاندارد،
• بهمن قدرتمند از نوع TL-171،
• کوپلرهای نوری (مثلاً ماژول TO 142-12.5-600 یا MTOTO 80)،
• متقارن TS-106-10،
• MTTهای فرکانس پایین،
• triac BTA 16-600B یا VT برای ماشین لباسشویی،
• فرکانس TBC،
• TPS 08 خارجی،
• TYN 208.

اما در عین حال، ترانزیستورهای نوع IGBT یا IGCT برای دستگاه های ولتاژ بالا (کوره، ماشین ابزار و سایر اتوماسیون های صنعتی) استفاده می شوند.

عکس – تریستور

اما بر خلاف دیود که یک ترانزیستور دو لایه (PN) (PNP, NPN) است، تریستور از چهار لایه (PNPN) تشکیل شده است و این دستگاه نیمه هادی شامل سه اتصال p-n است. در این حالت یکسو کننده های دیود کارایی کمتری دارند. این را مدار کنترل تریستور و همچنین هر کتاب مرجع برقکارها به خوبی نشان می دهد (به عنوان مثال، در کتابخانه می توانید کتابی از نویسنده Zamyatin را به صورت رایگان بخوانید).

تریستور یک مبدل AC یک طرفه است، به این معنی که جریان را فقط در یک جهت هدایت می کند، اما برخلاف دیود، دستگاه می تواند به عنوان یک کلید مدار باز یا به عنوان یک دیود یکسو کننده DC عمل کند. به عبارت دیگر تریستورهای نیمه هادی فقط می توانند در حالت سوئیچینگ کار کنند و نمی توان از آنها به عنوان دستگاه تقویت کننده استفاده کرد. کلید روی تریستور به تنهایی قادر به حرکت به حالت بسته نیست.

یکسو کننده کنترل شده سیلیکونی یکی از چندین دستگاه نیمه هادی قدرت است، همراه با تریاک، دیودهای متناوب و ترانزیستورهای تک اتصال که می توانند خیلی سریع از یک حالت به حالت دیگر تغییر کنند. چنین تریستوری با سرعت بالا نامیده می شود. البته کلاس دستگاه در اینجا نقش زیادی دارد.

کاربرد تریستور

هدف تریستورها می تواند بسیار متفاوت باشد، به عنوان مثال، یک اینورتر جوش خانگی با استفاده از تریستور، یک شارژر برای ماشین (تریستور در منبع تغذیه) و حتی یک ژنراتور بسیار محبوب هستند. با توجه به اینکه خود دستگاه می تواند هم بارهای فرکانس پایین و هم بارهای فرکانس بالا را عبور دهد، می توان از آن برای ترانسفورماتور دستگاه های جوشکاری نیز استفاده کرد (در پل آنها دقیقا از این قطعات استفاده می شود). برای کنترل عملکرد قطعه در این حالت به یک تنظیم کننده ولتاژ روی تریستور نیاز است.

عکس - استفاده از تریستور به جای LATR

تریستور احتراق موتور سیکلت را فراموش نکنید.

شرح طراحی و اصل عملیات

تریستور از سه بخش "آند"، "کاتد" و "ورودی" تشکیل شده است که از سه اتصال p-n تشکیل شده است که می تواند بین موقعیت های "روشن" و "خاموش" با سرعت بسیار بالا سوئیچ کند. اما در عین حال، می‌توان آن را برای مدت‌های مختلف، یعنی در طی چند نیم چرخه، از وضعیت «روشن» تغییر داد تا مقدار مشخصی انرژی به بار تحویل دهد. عملکرد یک تریستور را می توان با این فرض که از دو ترانزیستور متصل به یکدیگر تشکیل شده است، مانند یک جفت کلید احیا کننده مکمل، بهتر توضیح داد.

ساده‌ترین ریزمدارها دو ترانزیستور را نشان می‌دهند که به‌گونه‌ای با هم ترکیب شده‌اند که جریان کلکتور پس از دستور «شروع» به کانال‌های ترانزیستور NPN TR 2 مستقیماً به ترانزیستور PNP TR 1 می‌رود. در این زمان، جریان TR 1 به کانال ها در پایه های TR 2 جریان می یابد. این دو ترانزیستور به هم پیوسته طوری چیده شده اند که بیس-امیتر جریان را از کلکتور-امیتر ترانزیستور دیگر دریافت کند. این مستلزم قرار دادن موازی است.

عکس – تریستور KU221IM

با وجود تمام اقدامات ایمنی، تریستور ممکن است به طور غیرارادی از یک موقعیت به موقعیت دیگر حرکت کند. این به دلیل جهش شدید جریان، تغییرات دما و سایر عوامل مختلف رخ می دهد. بنابراین، قبل از خرید تریستور KU202N، T122 25، T 160، T 10 10، نه تنها باید آن را با یک تستر (حلقه) بررسی کنید، بلکه با پارامترهای عملیاتی نیز آشنا شوید.

مشخصات ولتاژ جریان تریستور معمولی

برای شروع بحث در مورد این موضوع پیچیده، به نمودار مشخصات جریان-ولتاژ یک تریستور نگاه کنید:

عکس - مشخصات مشخصه جریان-ولتاژ تریستور

1. بخش بین 0 و (Vо,IL) به طور کامل با قفل مستقیم دستگاه مطابقت دارد.
2. در بخش Vvo، تریستور در موقعیت "ON" قرار دارد.
3. بخش بین مناطق (Vvo, IL) و (Vн,In) موقعیت انتقال در حالت روشن تریستور است. در این منطقه است که به اصطلاح اثر dinistor رخ می دهد.
4. به نوبه خود نقاط (Vн,In) باز شدن مستقیم دستگاه را روی نمودار نشان می دهند.
5. نقاط 0 و Vbr بخشی هستند که تریستور در آن خاموش است.
6. پس از آن بخش Vbr دنبال می شود - حالت شکست معکوس را نشان می دهد.

به طور طبیعی، اجزای رادیویی با فرکانس بالا مدرن در یک مدار می توانند بر ویژگی های ولتاژ جریان به روشی ناچیز تأثیر بگذارند (کولرها، مقاومت ها، رله ها). همچنین، فتوتریستورهای متقارن، دیودهای زنر SMD، اپتوتریستورها، تریود، اپتوکوپلرها، نوری الکترونیکی و سایر ماژول‌ها ممکن است ویژگی‌های ولتاژ جریان متفاوتی داشته باشند.

عکس - مشخصه جریان-ولتاژ یک تریستور

علاوه بر این، توجه شما را به این واقعیت جلب می کنیم که در این حالت حفاظت از دستگاه در ورودی بار انجام می شود.

چک تریستور

قبل از خرید دستگاه، باید بدانید که چگونه تریستور را با مولتی متر تست کنید. دستگاه اندازه گیری فقط می تواند به یک تستر متصل شود. نموداری که با آن می توان چنین دستگاهی را مونتاژ کرد در زیر ارائه شده است:

عکس – تستر تریستور

با توجه به توضیحات، لازم است یک ولتاژ مثبت به آند و یک ولتاژ منفی به کاتد اعمال شود. استفاده از مقداری که با وضوح تریستور مطابقت داشته باشد بسیار مهم است. در نقاشی مقاومت هایی با ولتاژ اسمی 9 تا 12 ولت نشان داده شده است که به این معنی است که ولتاژ تستر کمی بالاتر از تریستور است. پس از مونتاژ دستگاه، می توانید شروع به بررسی یکسو کننده کنید. برای روشن کردن آن باید دکمه ای را فشار دهید که سیگنال های پالس می فرستد.

آزمایش تریستور بسیار ساده است؛ یک دکمه به طور خلاصه سیگنال باز شدن (مثبت نسبت به کاتد) را به الکترود کنترل می فرستد. پس از این، اگر چراغ های روشن تریستور روشن شود، دستگاه غیرفعال در نظر گرفته می شود، اما دستگاه های قدرتمند همیشه بلافاصله پس از رسیدن بار واکنش نشان نمی دهند.

عکس - مدار تستر تریستور

علاوه بر بررسی دستگاه، استفاده از کنترل کننده های مخصوص یا واحد کنترل برای تریستورها و تریاک های OWEN BOOST یا مارک های دیگر نیز توصیه می شود؛ تقریباً مانند یک تنظیم کننده برق در تریستور عمل می کند. تفاوت اصلی در محدوده وسیع تری از ولتاژها است.

ویدئو: اصل عملکرد یک تریستور

مشخصات فنی

بیایید پارامترهای فنی تریستور سری KU 202e را در نظر بگیریم. این مجموعه دستگاه های کم مصرف خانگی را ارائه می دهد که استفاده اصلی از آنها محدود به لوازم خانگی است: برای راه اندازی کوره های برقی، بخاری و غیره استفاده می شود.

نقشه زیر پین اوت و قسمت های اصلی تریستور را نشان می دهد.

عکس – ku 202

1. ولتاژ حالت معکوس (حداکثر) 100 ولت را تنظیم کنید
2. ولتاژ بسته 100 ولت
3. نبض در حالت باز - 30 A
4. ضربان مکرر در موقعیت باز 10 A
5. ولتاژ متوسط<=1,5 В
6. ولتاژ باز نشدن >=0.2 ولت
7. جریان را در موقعیت باز تنظیم کنید<=4 мА
8. جریان معکوس<=4 мА
9. جریان باز کردن قفل نوع ثابت<=200 мА
10. تنظیم ولتاژ ثابت<=7 В
11. به موقع<=10 мкс
12. زمان خاموش شدن<=100 мкс

دستگاه در عرض میکروثانیه روشن می شود. اگر نیاز به تعویض دستگاه توصیف شده دارید، سپس با یک مشاور فروش در فروشگاه برق مشورت کنید - او می تواند آنالوگ را مطابق نمودار انتخاب کند.

عکس – تریستور Ku202n

قیمت تریستور به برند و مشخصات آن بستگی دارد. ما خرید دستگاه های خانگی را توصیه می کنیم - آنها بادوام تر و مقرون به صرفه تر هستند. در بازارهای خود به خود می توانید یک مبدل با کیفیت بالا و قدرتمند را تا صد روبل خریداری کنید.

ایجاد دستگاه های نیمه هادی برای الکترونیک قدرت در سال 1953 آغاز شد، زمانی که امکان بدست آوردن سیلیکون با خلوص بالا و تشکیل دیسک های سیلیکونی با اندازه بزرگ فراهم شد. در سال 1955، برای اولین بار یک دستگاه کنترل نیمه هادی با ساختار چهار لایه و به نام تریستور ساخته شد.

با اعمال یک پالس به الکترود کنترل در یک ولتاژ مثبت بین آند و کاتد روشن شد. خاموش کردن تریستور با کاهش جریان مستقیم عبوری از آن به صفر تضمین می شود، که برای آن مدارهای زیادی از مدارهای سوئیچینگ القایی-خازنی ایجاد شده است. آنها نه تنها هزینه مبدل را افزایش می دهند، بلکه وزن و ابعاد آن را بدتر کرده و قابلیت اطمینان را کاهش می دهند.

بنابراین، همزمان با ایجاد تریستور، تحقیقاتی با هدف اطمینان از خاموش شدن آن از طریق الکترود کنترل آغاز شد. مشکل اصلی اطمینان از جذب سریع حامل های بار در نواحی پایه بود.

اولین تریستورهای این چنینی در سال 1960 در ایالات متحده ظاهر شدند. آنها را خاموش کردن دروازه (GTO) می نامیدند. در کشور ما بیشتر به تریستورهای قفل شونده یا سوئیچ شونده معروف هستند.

در اواسط دهه 90، یک تریستور خاموش با یک ترمینال حلقه برای الکترود کنترل ساخته شد. آن را Gate Commutated Thyristor (GCT) نامیدند و به توسعه بیشتر فناوری GTO تبدیل شد.

Thyristors GTO

دستگاه

تریستور خاموش کننده یک دستگاه نیمه هادی کاملا قابل کنترل بر اساس ساختار چهار لایه کلاسیک است. با اعمال پالس های جریان مثبت و منفی به الکترود کنترل روشن و خاموش می شود. در شکل 1 نماد (a) و بلوک دیاگرام (b) تریستور خاموش را نشان می دهد. مانند یک تریستور معمولی، دارای یک کاتد K، یک آند A و یک الکترود کنترل G است. تفاوت‌ها در ساختار دستگاه‌ها در آرایش متفاوت لایه‌های افقی و عمودی با رسانایی n و p است.

طراحی لایه کاتدی n بیشترین تغییر را داشته است. به چند صد سلول ابتدایی تقسیم می شود که به طور مساوی در منطقه توزیع شده و به صورت موازی به هم متصل می شوند. این طراحی به دلیل تمایل به اطمینان از کاهش یکنواخت جریان در کل منطقه ساختار نیمه هادی هنگام خاموش شدن دستگاه ایجاد می شود.

لایه پایه p، علیرغم اینکه به صورت یک واحد ساخته شده است، دارای تعداد زیادی تماس الکترود کنترل (تقریباً برابر با تعداد سلول های کاتد) است، همچنین به طور مساوی در سطح منطقه توزیع شده و به صورت موازی به هم متصل می شوند. لایه پایه n مشابه لایه مربوط به یک تریستور معمولی ساخته شده است.

لایه آند p دارای شنت ها (مناطق n) است که پایه n را از طریق مقاومت های توزیع شده کوچک به تماس آند متصل می کند. در تریستورهایی که قابلیت مسدودسازی معکوس ندارند از شنت آند استفاده می شود. آنها برای کاهش زمان خاموش شدن دستگاه با بهبود شرایط استخراج شارژ از ناحیه پایه n طراحی شده اند.

طراحی اصلی تریستورهای GTO از نوع قرص با ویفر سیلیکونی چهار لایه است که از طریق دیسک های مولیبدنی جبران کننده دما بین دو پایه مسی با افزایش رسانایی حرارتی و الکتریکی قرار گرفته است. الکترود کنترل که دارای یک ترمینال در محفظه سرامیکی است با ویفر سیلیکونی در تماس است. این دستگاه توسط سطوح تماس بین دو نیمه کولر، جدا شده از یکدیگر و دارای طرحی که بر اساس نوع سیستم خنک کننده تعیین می شود، بسته می شود.

اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

چرخه تریستور GTO چهار مرحله دارد: روشن، هدایت، خاموش و مسدود کردن.

در بخش شماتیک سازه تریستور (شکل 1، ب) ترمینال پایینی سازه آند است. آند با لایه p در تماس است سپس از پایین به بالا عبارتند از: لایه پایه n، لایه پایه p (دارای ترمینال الکترود کنترل)، لایه n که در تماس مستقیم با ترمینال کاتد است. چهار لایه سه اتصال p-n را تشکیل می دهند: j1 بین لایه های p و n. j2 بین لایه های n و p؛ j3 بین لایه های p و n.

فاز 1- شمول. انتقال ساختار تریستور از حالت انسداد به حالت رسانا (روشن شدن) تنها زمانی امکان پذیر است که ولتاژ مستقیم بین آند و کاتد اعمال شود. انتقال های j1 و j3 در جهت رو به جلو جابجا می شوند و با عبور حامل های شارژ تداخلی ندارند. کل ولتاژ به اتصال میانی j2 اعمال می شود که بایاس معکوس است. در نزدیکی انتقال j2، یک منطقه خالی از حامل های بار تشکیل می شود که به آن منطقه بار فضایی می گویند. برای روشن کردن تریستور GTO، یک ولتاژ با قطب مثبت U G از طریق مدار کنترل (ترمینال "+" به لایه p) به الکترود کنترل و کاتد اعمال می شود. در نتیجه جریان سوئیچینگ I G از مدار عبور می کند.

تریستورهای خاموش کننده الزامات سختگیرانه ای برای شیب لبه dIG/dt و دامنه جریان کنترل IGM دارند. از طریق اتصال j3، علاوه بر جریان نشتی، جریان روشن I G شروع به جریان می کند. الکترون های ایجاد کننده این جریان از لایه n به لایه p تزریق می شوند. سپس برخی از آنها توسط میدان الکتریکی انتقال پایه j2 به لایه n منتقل می شوند.

در همان زمان، تزریق متقابل سوراخ ها از لایه p به لایه n و سپس به لایه p افزایش می یابد، یعنی. جریان ایجاد شده توسط حامل های شارژ اقلیت افزایش خواهد یافت.

کل جریان عبوری از اتصال پایه j2 از جریان روشن شدن فراتر می رود، تریستور باز می شود، پس از آن حامل های شارژ آزادانه از هر چهار ناحیه آن عبور می کنند.

فاز 2- حالت هدایت در حالت جریان مستقیم، اگر جریان در مدار آند از جریان نگهدارنده بیشتر شود، نیازی به جریان کنترل I G نیست. با این حال، در عمل، برای اینکه تمام ساختارهای تریستور خاموش به طور مداوم در حالت رسانا باشند، همچنان لازم است جریان ارائه شده برای یک رژیم دمایی معین حفظ شود. بنابراین، در طول کل حالت روشن و هدایت، سیستم کنترل یک پالس جریان با قطب مثبت تولید می کند.

در حالت رسانا، تمام مناطق ساختار نیمه هادی حرکت یکنواخت حامل های بار (الکترون ها از کاتد به آند، سوراخ ها در جهت مخالف) را تضمین می کنند. جریان آند از طریق انتقال j1، j2 و جریان کل آند و الکترود کنترل از طریق انتقال j3 عبور می کند.

فاز 3- خاموش شدن برای خاموش کردن تریستور GTO با قطبیت ولتاژ ثابت U T (نگاه کنید به شکل 3)، یک ولتاژ با قطبیت منفی UGR از طریق مدار کنترل به الکترود کنترل و کاتد اعمال می شود. این باعث یک جریان خاموش می شود که جریان آن منجر به جذب حامل های بار اصلی (سوراخ ها) در لایه پایه p می شود. به عبارت دیگر، بازترکیبی از سوراخ هایی که از لایه پایه n وارد لایه p شده اند و الکترون هایی که از طریق الکترود کنترل وارد همان لایه شده اند وجود دارد.

همانطور که اتصال پایه j2 از آنها آزاد می شود، تریستور شروع به خاموش شدن می کند. این فرآیند با کاهش شدید جریان I T تریستور در یک دوره زمانی کوتاه به مقدار کوچک I TQT مشخص می شود (شکل 2 را ببینید). بلافاصله پس از قفل شدن انتقال پایه j2، انتقال j3 شروع به بسته شدن می کند، اما به دلیل انرژی ذخیره شده در اندوکتانس مدارهای کنترل، برای مدتی در حالت کمی باز باقی می ماند.

برنج. 2. نمودار تغییرات در جریان آند (iT) و الکترود کنترل (iG)

پس از مصرف تمام انرژی ذخیره شده در اندوکتانس مدار کنترل، اتصال j3 در سمت کاتد کاملاً خاموش می شود. از این نقطه به بعد، جریان عبوری از تریستور برابر با جریان نشتی است که از طریق مدار الکترود کنترل از آند به کاتد می گذرد.

فرآیند نوترکیب و در نتیجه خاموش کردن تریستور خاموش تا حد زیادی به شیب dIGQ/dt جلو و دامنه I GQ جریان کنترل معکوس بستگی دارد. برای اطمینان از شیب و دامنه مورد نیاز این جریان، یک ولتاژ UG باید به الکترود کنترل اعمال شود، که نباید از مقدار مجاز برای انتقال j3 تجاوز کند.

فاز 4- حالت انسداد در حالت مسدود کردن، ولتاژ قطبی منفی U GR از واحد کنترل به الکترود کنترل و کاتد اعمال می شود. جریان کل I GR از مدار کنترل عبور می کند که شامل جریان نشتی تریستور و جریان کنترل معکوس است که از اتصال j3 می گذرد. انتقال j3 دارای سوگیری معکوس است. بنابراین، در یک تریستور GTO در حالت مسدود کردن جلو، دو اتصال (j2 و j3) بایاس معکوس هستند و دو ناحیه بار فضایی تشکیل می‌شوند.

در تمام حالت خاموش شدن و مسدود شدن، سیستم کنترل یک پالس قطبی منفی تولید می کند.

مدارهای ایمنی

استفاده از تریستورهای GTO مستلزم استفاده از مدارهای محافظ ویژه است. آنها وزن و ابعاد، هزینه مبدل را افزایش می دهند و گاهی اوقات نیاز به دستگاه های خنک کننده اضافی دارند، اما برای عملکرد عادی دستگاه ها ضروری هستند.

هدف هر مدار حفاظتی محدود کردن نرخ افزایش یکی از دو پارامتر انرژی الکتریکی هنگام تعویض یک دستگاه نیمه هادی است. در این حالت، خازن های مدار محافظ CB (شکل 3) به صورت موازی به دستگاه محافظت شده T متصل می شوند. آنها سرعت افزایش ولتاژ جلو dUT/dt را در هنگام خاموش شدن تریستور محدود می کنند.

چوک های LE به صورت سری با دستگاه T نصب می شوند. آنها سرعت افزایش جریان رو به جلو dIT/dt را هنگام روشن شدن تریستور محدود می کنند. مقادیر dUT/dt و dIT/dt برای هر دستگاه استاندارد شده است؛ آنها در کتاب های مرجع و اطلاعات پاسپورت دستگاه ها نشان داده شده اند.

برنج. 3. نمودار مدار محافظ

علاوه بر خازن ها و چوک ها، از عناصر اضافی در مدارهای محافظ برای اطمینان از تخلیه و شارژ عناصر راکتیو استفاده می شود. اینها عبارتند از: دیود DB، که هنگام خاموش شدن تریستور T مقاومت RB را دور می زند و خازن CB شارژ می شود، مقاومت RB، که جریان تخلیه خازن CB را هنگام روشن شدن تریستور T محدود می کند.

سیستم کنترل

سیستم کنترل (CS) شامل بلوک های عملکردی زیر است: یک مدار فعال کننده شامل یک مدار برای تولید یک پالس باز کردن قفل و یک منبع سیگنال برای حفظ تریستور در حالت باز. مدار برای تولید سیگنال قفل؛ مدار برای نگهداری تریستور در حالت بسته.

همه انواع سیستم های کنترل به همه بلوک های ذکر شده نیاز ندارند، اما هر سیستم کنترلی باید دارای مدارهایی برای تولید پالس های باز کردن و قفل کردن باشد. در این مورد، لازم است از جداسازی گالوانیکی مدار کنترل و مدار قدرت تریستور خاموش شده اطمینان حاصل شود.

برای کنترل عملکرد تریستور خاموش، از دو سیستم کنترل اصلی استفاده می شود که در نحوه ارسال سیگنال به الکترود کنترل متفاوت است. در مورد ارائه شده در شکل. 4، سیگنال های تولید شده توسط بلوک منطقی St در معرض انزوا گالوانیکی (جدایی پتانسیل) قرار می گیرند، پس از آن از طریق کلیدهای SE و SA به الکترود کنترل تریستور خاموش T عرضه می شوند. در حالت دوم، سیگنال ها ابتدا بر روی کلیدهای SE (روشن) و SA (خاموش) که تحت پتانسیل واحد کنترل هستند، عمل کنید، سپس از طریق دستگاه های عایق گالوانیکی UE و UA به الکترود کنترل عرضه می شود.

بسته به محل کلیدهای SE و SA، طرح های کنترل کم پتانسیل (NPSU) و با پتانسیل بالا (VPSU، شکل 4) متمایز می شوند.

برنج. 4. گزینه مدار کنترل

سیستم کنترل NPSU از نظر ساختاری ساده‌تر از VPSU است، اما توانایی‌های آن از نظر تولید سیگنال‌های کنترلی طولانی مدت که در حالت جریان مستقیم از تریستور جریان می‌یابد و همچنین در حصول اطمینان از تند بودن پالس‌های کنترل محدود است. برای تولید سیگنال های طولانی مدت، لازم است از مدارهای فشار کش گران تری استفاده شود.

در VPSU، شیب زیاد و افزایش مدت زمان سیگنال کنترل راحت تر به دست می آید. علاوه بر این، در اینجا سیگنال کنترل به طور کامل استفاده می شود، در حالی که در NPSU مقدار آن توسط یک دستگاه جداسازی پتانسیل (به عنوان مثال، یک ترانسفورماتور پالس) محدود می شود.

یک سیگنال اطلاعاتی - فرمانی برای روشن یا خاموش کردن - معمولاً از طریق مبدل نوری به مدار عرضه می شود.

تریستور GCT

در اواسط دهه 90، ABB و میتسوبیشی نوع جدیدی از تریستور متحرک دروازه (GCT) را توسعه دادند. در واقع، GCT بهبود بیشتر GTO یا نوسازی آن است. با این حال، طراحی اساساً جدید الکترود کنترل، و همچنین فرآیندهای قابل توجه متفاوتی که هنگام خاموش شدن دستگاه رخ می دهد، توجه به آن را توصیه می کند.

GCT به گونه ای طراحی شده است که عاری از کاستی های GTO باشد، بنابراین ابتدا باید به مسائلی که در GTO ایجاد می شود بپردازیم.

عیب اصلی GTO تلفات انرژی زیاد در مدارهای حفاظتی دستگاه در هنگام تعویض آن است. افزایش فرکانس باعث افزایش تلفات می شود، بنابراین در عمل تریستورهای GTO با فرکانس حداکثر 250-300 هرتز سوئیچ می شوند. تلفات اصلی در مقاومت RB رخ می دهد (شکل 3 را ببینید) زمانی که تریستور T خاموش می شود و در نتیجه خازن CB تخلیه می شود.

خازن CB طوری طراحی شده است که سرعت افزایش ولتاژ پیشروی du/dt را هنگام خاموش شدن دستگاه محدود کند. با غیر حساس کردن تریستور به اثر du/dt، می‌توان مدار snubber (مدار تشکیل مسیر سوئیچینگ) را که در طراحی GCT پیاده‌سازی شد، رها کرد.

ویژگی های کنترل و طراحی

ویژگی اصلی تریستورهای GCT در مقایسه با دستگاه های GTO، خاموش شدن سریع است که هم با تغییر اصل کنترل و هم با بهبود طراحی دستگاه به دست می آید. خاموش شدن سریع با تبدیل ساختار تریستور به ساختار ترانزیستوری در هنگام خاموش شدن دستگاه محقق می شود که باعث می شود دستگاه نسبت به اثر du/dt حساس نباشد.

GCT در فازهای روشن، رسانا و مسدود کننده به همان روشی که GTO کنترل می شود. هنگامی که کنترل GCT خاموش است، دو ویژگی دارد:

• جریان کنترل Ig برابر یا بیشتر از جریان آند Ia است (برای تریستورهای GTO Ig 3 تا 5 برابر کمتر است).
• الکترود کنترل دارای اندوکتانس پایینی است که دستیابی به نرخ افزایش جریان کنترلی dig/dt 3000 A/μs یا بیشتر را ممکن می سازد (برای تریستورهای GTO مقدار dig/dt 30-40 A/μs است).

برنج. 5. توزیع جریان در ساختار تریستور GCT هنگام خاموش شدن

در شکل شکل 5 توزیع جریان ها را در ساختار تریستور GCT هنگام خاموش شدن دستگاه نشان می دهد. همانطور که گفته شد، فرآیند روشن کردن شبیه به روشن شدن تریستورهای GTO است. روند خاموش شدن متفاوت است. پس از اعمال یک پالس کنترل منفی (-Ig) در دامنه برابر با مقدار جریان آند (Ia)، تمام جریان مستقیم عبوری از دستگاه به سیستم کنترل منحرف شده و به کاتد می رسد و از انتقال j3 (بین مناطق p و n). اتصال j3 بایاس معکوس است و ترانزیستور کاتدی npn خاموش می شود. خاموش کردن بیشتر GCT مشابه خاموش کردن هر ترانزیستور دوقطبی است، که نیازی به محدودیت خارجی در نرخ افزایش ولتاژ رو به جلو du/dt ندارد و بنابراین، امکان عدم وجود یک زنجیره اسنابر را فراهم می کند.

تغییر در طراحی GCT به این دلیل است که فرآیندهای دینامیکی که در دستگاه هنگام خاموش شدن رخ می دهد یک تا دو مرتبه بزرگتر از GTO انجام می شود. بنابراین، اگر حداقل زمان خاموش و مسدود برای GTO 100 میکرو ثانیه باشد، برای GCT این مقدار از 10 میکرو ثانیه تجاوز نمی کند. سرعت افزایش جریان کنترل هنگام خاموش کردن GCT 3000 A/μs است، GTO - از 40 A/μs تجاوز نمی کند.

برای اطمینان از دینامیک بالای فرآیندهای سوئیچینگ، طراحی خروجی الکترود کنترل و اتصال دستگاه به شکل دهنده پالس سیستم کنترل تغییر کرد. خروجی در یک حلقه ساخته می شود و دستگاه را در یک دایره احاطه می کند. حلقه از بدنه سرامیکی تریستور عبور می کند و در تماس است: داخل با سلول های الکترود کنترل. خارج - با صفحه ای که الکترود کنترل را به شکل دهنده پالس متصل می کند.

اکنون تریستورهای GTO توسط چندین شرکت بزرگ در ژاپن و اروپا تولید می شوند: توشیبا، هیتاچی، میتسوبیشی، ABB، Eupec. پارامترهای دستگاه برای ولتاژ UDRM: 2500 ولت، 4500 ولت، 6000 ولت؛ بر اساس ITGQM فعلی (حداکثر جریان قفل تکراری): 1000 A، 2000 A، 2500 A، 3000 A، 4000 A، 6000 A.

تریستورهای GCT توسط میتسوبیشی و ABB تولید می شوند. دستگاه ها برای ولتاژ UDRM تا 4500 ولت و جریان ITGQM تا 4000 A طراحی شده اند.

در حال حاضر تریستورهای GCT و GTO در شرکت روسی Elektrovypryamitel OJSC (سارانسک) تولید می شوند و تریستورهای سری TZ-243، TZ-253، TZ-273، ZTA-173، ZTA-193، ZTF-193 تولید می شوند (مشابه با GCT ) و غیره با قطر ویفر سیلیکونی تا 125 میلی متر و محدوده ولتاژ UDRM 1200 - 6000 V و جریان ITGQM 630 - 4000 A.

به موازات تریستورهای خاموش کننده و برای استفاده همراه با آنها، JSC Elektrovypryamitel دیودهای بازیابی سریع را برای مدارهای میرایی (snubber) و دیودهای جریان معکوس، و همچنین یک ترانزیستور پالس قدرتمند برای مراحل خروجی توسعه داده و در تولید سریال قرار داده است. درایور کنترل (سیستم کنترل).

تریستورهای IGCT

به لطف مفهوم کنترل دقیق (کنترل دقیق پروفیل های آلیاژی، فناوری mesa، تابش پروتون و الکترون برای ایجاد توزیع ویژه مراکز نوترکیب کنترل شده، فناوری به اصطلاح ساطع کننده های شفاف یا نازک، استفاده از یک لایه بافر در منطقه پایه n و غیره) هنگام خاموش شدن می توان به بهبود قابل توجهی در ویژگی های GTO دست یافت. پیشرفت بزرگ بعدی در فناوری HD GTO از منظر دستگاه، کنترل و کاربرد، ایده دستگاه‌های کنترل‌شده بر اساس تریستور جدید یکپارچه با تغییر دروازه (IGCT) بود. به لطف فناوری کنترل محکم، سوئیچینگ یکنواخت منطقه عملیاتی ایمن IGCT را تا حد محدود شده توسط شکست بهمن افزایش می دهد. به توانایی های فیزیکی سیلیکون. هیچ مدار حفاظتی در برابر بیش از دو/dt لازم نیست. همراه با بهبود عملکرد از دست دادن توان، کاربردهای جدیدی در محدوده کیلوهرتز یافت شده است. توان مورد نیاز برای کنترل در مقایسه با GTOهای استاندارد ضریب 5 کاهش می یابد که عمدتاً به دلیل طراحی آند شفاف است. خانواده جدید دستگاه های IGCT، با دیودهای توان بالا یکپارچه یکپارچه، برای کاربردهایی در محدوده 0.5 - 6 MV*A توسعه یافته است. با قابلیت های فنی موجود اتصال سریال و موازی، دستگاه های IGCT اجازه می دهند تا سطح توان را تا چند صد مگا ولت - آمپر افزایش دهند.

با یک واحد کنترل یکپارچه، جریان کاتد قبل از شروع افزایش ولتاژ آند کاهش می یابد. این به دلیل اندوکتانس بسیار کم مدار الکترود کنترل است که از طریق اتصال کواکسیال الکترود کنترل در ترکیب با یک برد کنترل چند لایه محقق می شود. در نتیجه، دستیابی به سرعت جریان خاموش 4 kA/μs امکان پذیر شد. در ولتاژ کنترل UGK=20 V. وقتی جریان کاتد صفر می شود، جریان آند باقیمانده به واحد کنترل می رود که در این لحظه مقاومت کمی دارد. به همین دلیل مصرف انرژی واحد کنترل به حداقل می رسد.

با کار با کنترل "سخت"، تریستور، هنگامی که روشن می شود، از حالت p-n-p-n به حالت p-n-p در 1 میکرو ثانیه سوئیچ می کند. خاموش شدن به طور کامل در حالت ترانزیستور رخ می دهد و هر گونه امکان اثر ماشه را از بین می برد.

کاهش ضخامت دستگاه با استفاده از یک لایه بافر در سمت آند حاصل می شود. لایه بافر نیمه هادی های قدرت عملکرد عناصر سنتی را با کاهش ضخامت آنها تا 30 درصد در همان ولتاژ شکست رو به جلو بهبود می بخشد. مزیت اصلی عناصر نازک بهبود ویژگی های تکنولوژیکی با تلفات استاتیکی و دینامیکی کم است. چنین لایه بافری در یک دستگاه چهار لایه نیاز به حذف شورت آند دارد، اما همچنان به طور موثر الکترون ها را در حین خاموش شدن آزاد می کند. دستگاه جدید IGCT یک لایه بافر را با یک امیتر آند شفاف ترکیب می کند. آند شفاف یک اتصال p-n با راندمان امیتر کنترل شده با جریان است.

برای حداکثر مصونیت نویز و فشردگی، واحد کنترل IGCT را احاطه می کند و یک ساختار واحد را با خنک کننده تشکیل می دهد و فقط شامل آن قسمت از مدار است که برای کنترل خود IGCT ضروری است. در نتیجه، تعداد عناصر واحد کنترل کاهش می یابد، پارامترهای اتلاف گرما، اضافه بارهای الکتریکی و حرارتی کاهش می یابد. بنابراین هزینه واحد کنترل و میزان خرابی نیز به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. IGCT با واحد کنترل یکپارچه خود به راحتی در ماژول ثابت می شود و دقیقاً از طریق فیبر نوری به منبع تغذیه و سیگنال کنترل متصل می شود. با آزاد کردن فنر به سادگی، یک نیروی گیره محاسبه شده دقیق به IGCT اعمال می شود و به لطف یک سیستم تماس گیره که با دقت طراحی شده است، تماس الکتریکی و حرارتی ایجاد می کند. این امر حداکثر سهولت مونتاژ و حداکثر قابلیت اطمینان را تضمین می کند. هنگام کار با IGCT بدون اسنابر، دیود چرخ آزاد نیز باید بدون اسنابر کار کند. این الزامات توسط یک دیود پرقدرت در یک بسته گیره با ویژگی های بهبود یافته که با استفاده از فرآیند تابش در ترکیب با فرآیندهای کلاسیک تولید می شود برآورده می شود. توانایی ارائه di/dt با عملکرد دیود تعیین می شود (شکل 6 را ببینید).

برنج. 6. نمودار ساده شده یک اینورتر سه فاز در IGCT

سازنده اصلی IGCT ABB است پارامترهای ولتاژ تریستور U DRM: 4500 V, 6000 V; ITGQM فعلی: 3000 A، 4000 A.

نتیجه

توسعه سریع فناوری ترانزیستورهای قدرت در اوایل دهه 90 منجر به ظهور کلاس جدیدی از دستگاه ها - ترانزیستورهای دوقطبی گیت عایق شده (IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistors) شد. از مزایای اصلی IGBT می توان به فرکانس کاری بالا، کارایی، سادگی و فشرده بودن مدارهای کنترلی (به دلیل جریان کنترل کم) اشاره کرد.

ظهور IGBT ها در سال های اخیر با ولتاژ کاری تا 4500 ولت و قابلیت سوئیچ جریان تا 1800 A منجر به جابجایی تریستورهای خاموش کننده دروازه ای (GTO) در دستگاه هایی با توان تا 1 مگاوات و ولتاژ تا حداکثر شده است. 3.5 کیلو ولت

با این حال، دستگاه‌های جدید IGCT، که قادرند در فرکانس‌های سوئیچینگ از 500 هرتز به 2 کیلوهرتز کار کنند و عملکرد بالاتری نسبت به IGBT ارائه می‌دهند، ترکیبی بهینه از فن‌آوری تریستور اثبات‌شده را با تلفات کم ذاتی آن، و فناوری خاموش‌کننده بدون اسناببر و بسیار کارآمد ترکیب می‌کنند. الکترود کنترل امروزه IGCT راه حل ایده آلی برای کاربردهای الکترونیک قدرت ولتاژ متوسط ​​و بالا است.

مشخصات کلیدهای برق قدرتمند مدرن با هیت سینک دو طرفه در جدول آورده شده است. 1.

جدول 1. ویژگی های کلیدهای برق قدرتمند مدرن با هیت سینک دو طرفه

نوع وسیله	مزایای	ایرادات	مناطق استفاده
تریستور سنتی (SCR)	کمترین تلفات در حالت روشن. بالاترین ظرفیت اضافه بار قابلیت اطمینان بالا. به راحتی به صورت موازی و سری به هم متصل می شوند.	قابلیت قفل اجباری از طریق الکترود کنترل را ندارد. فرکانس کاری پایین	درایو DC؛ منابع تغذیه قدرتمند؛ جوشکاری؛ ذوب و گرم شدن؛ جبران کننده های ساکن کلیدهای AC
GTO	قابلیت قفل کنترل شده ظرفیت اضافه بار نسبتاً بالا. امکان اتصال سریال. فرکانس کاری تا 250 هرتز در ولتاژ تا 4 کیلو ولت.	تلفات زیاد در حالت روشن. تلفات بسیار زیاد در سیستم کنترل. سیستم های پیچیده برای کنترل و تامین انرژی به پتانسیل. تلفات بزرگ سوئیچینگ	درایو الکتریکی؛ جبران کننده های ساکن، توان راکتیو. سیستم های منبع تغذیه بدون وقفه؛ گرمایش القایی
IGCT	قابلیت قفل کنترل شده ظرفیت اضافه بار برابر با GTO است. تلفات کم سوئیچینگ در حالت. فرکانس کاری - تا واحد، کیلوهرتز. واحد کنترل داخلی (درایور). امکان اتصال سریال.	به دلیل عدم تجربه عملیاتی شناسایی نشده است	منابع تغذیه قدرتمند ( پست های اینورتر و یکسو کننده خطوط انتقال DC)؛ درایو الکتریکی (اینورترهای ولتاژ برای مبدل های فرکانس و درایوهای الکتریکی برای اهداف مختلف)
IGBT	قابلیت قفل کنترل شده بالاترین فرکانس کاری (تا 10 کیلوهرتز). سیستم کنترل ساده و کم مصرف درایور داخلی.	تلفات بسیار بالا در حالت روشن.	درایو الکتریکی (چاپپر)؛ سیستم های منبع تغذیه بدون وقفه؛ جبران کننده های استاتیک و فیلترهای فعال؛ منابع تغذیه کلیدی

برای اینکه کار را به وضوح تصور کنید، لازم است ایده ای از ماهیت کار یک تریستور ارائه شود.

یک هادی کنترل شده متشکل از چهار اتصال نیمه هادی P-N-P-N. اصل عملکرد آن شبیه دیود است و زمانی انجام می شود که جریان الکتریکی به الکترود کنترل وارد شود.

عبور جریان از تریستور تنها در صورتی امکان پذیر است که پتانسیل آند از پتانسیل کاتد بیشتر باشد. جریان عبوری از تریستور زمانی که مقدار جریان به آستانه بسته شدن کاهش می یابد، از عبور می ایستد. جریانی که به الکترود کنترل می گذرد بر مقدار جریان در قسمت اصلی تریستور تأثیر نمی گذارد و علاوه بر این، در حالت اصلی تریستور نیازی به پشتیبانی ثابت ندارد، فقط برای باز کردن تریستور مورد نیاز است.

چندین ویژگی تعیین کننده تریستور وجود دارد

در حالت باز، مطلوب برای عملکرد حمل جریان، تریستور با شاخص های زیر مشخص می شود:

• افت ولتاژ، با استفاده از مقاومت داخلی به عنوان ولتاژ آستانه تعیین می شود.
• حداکثر مقدار جریان مجاز حداکثر تا 5000 A است، مقدار rms معمولی برای قوی ترین قطعات.

در حالت قفل تریستور این است:

• حداکثر ولتاژ مجاز مستقیم (بیشتر از 5000A).
• به طور کلی، مقادیر ولتاژ رو به جلو و معکوس یکسان است.
• زمان خاموشی یا زمانی با حداقل مقدار که در طی آن تریستور تحت تأثیر مقدار مثبت ولتاژ آند نسبت به کاتد قرار نمی گیرد، در غیر این صورت تریستور به طور خود به خود قفل باز می شود.
• کنترل مشخصه جریان قسمت اصلی باز تریستور.

تریستورهایی وجود دارند که برای کار در مدارهایی که برای فرکانس های پایین و مدارهایی با فرکانس های بالا طراحی شده اند طراحی شده اند. اینها اصطلاحاً تریستورهای پرسرعت هستند؛ دامنه کاربرد آنها برای چندین کیلوهرتز طراحی شده است. تریستورهای پرسرعت با استفاده از ولتاژهای نابرابر جلو و عقب مشخص می شوند.

برای افزایش مقدار ولتاژ ثابت

برنج. شماره 1. ابعاد کلی اتصال و ترسیم تریستور. متر 1, متر 2- نقاط کنترلی که ولتاژ پالس در حالت باز اندازه گیری می شود. L 1 دقیقه - کوچکترین شکاف هوا (فاصله) در هوا بین پایانه های آند و الکترود کنترل. L 2 دقیقه - حداقل طول عبور جریان از راه دور نشت می کند بین پایانه ها

انواع تریستور

• – تریستور دیود، دارای دو ترمینال آند و کاتد.
• SCR - یک تریستور تریود مجهز به یک الکترود کنترل اضافی است.
• ترایاک یک تریستور متقارن است؛ اتصال ضد سری تریستورها است و قابلیت عبور جریان را در جهت جلو و عقب دارد.

برنج. شماره 2. ساختار (a) و مشخصه جریان-ولتاژ (مشخصه ولت آمپر) تریستور.

تریستورها برای کار در مدارهایی با مرزهای فرکانس متفاوت طراحی شده اند، در کاربردهای معمولی تریستورها را می توان به دیودهایی متصل کرد که به صورت پشت سر هم به هم متصل می شوند، از این خاصیت برای افزایش ولتاژ DC استفاده می شود که قطعه می تواند در حالت خاموش برای مدارهای پیشرفته استفاده می شود تریستورGTO (دروازه دور زدن اوه – تریستور قفل شونده)، کاملا قابل مدیریت است. قفل شدن آن از طریق الکترود کنترل اتفاق می افتد. استفاده از این نوع تریستورها در مبدل های بسیار قدرتمند کاربرد پیدا کرده است، زیرا می تواند جریان های بالایی را عبور دهد.

نظرات، اضافات به مقاله را بنویسید، شاید چیزی را از دست داده ام. نگاهی به آن بیندازید، خوشحال می شوم اگر چیز دیگری برای من مفید باشد.