Tyristori pääasiallinen toimintaperiaate. Tyristorit. Laite, toimintaperiaate, virta-jännite-ominaisuudet. Tyristorien yleiset parametrit

Nelikerroksisten p-n-p-n-puolijohdeelementtien tulo teki todellisen läpimurron tehoelektroniikassa. Tällaisia ​​laitteita kutsutaan "tyristoreiksi". Piiohjatut portit ovat yleisin tyristoriperhe.

Tämän tyyppisillä puolijohdelaitteilla on seuraava rakenne:

Kuten lohkokaaviosta näemme, tyristorissa on kolme liitintä - katodi, ohjauselektrodi ja anodi. Anodi ja katodi liitetään tehopiireihin ja ohjauselektrodi liitetään ohjausjärjestelmään (pienvirtaverkot) tyristorin ohjattua avaamista varten.

Piirikaavioissa tyristorilla on seuraava nimitys:

Virta-jännite-ominaisuus näkyy alla:

Tarkastellaanpa tätä ominaisuutta tarkemmin.

Käänteinen tunnushaara

Kolmannessa kvadrantissa diodien ja tyristorien ominaisuudet ovat samat. Jos anodille kohdistetaan negatiivinen potentiaali katodiin nähden, kohdissa J 1 ja J 3 syötetään käänteinen jännite ja J 2:een tasajännite, mikä saa aikaan käänteisen virran kulkemisen (se on hyvin pieni , yleensä useita milliampeeria). Kun tämä jännite kasvaa ns. läpilyöntijännitteeksi, tapahtuu lumivyörylisäys virrassa J 1 ja J 3 välillä. Tässä tapauksessa, jos tätä virtaa ei ole rajoitettu, risteyksen hajoaminen tapahtuu myöhemmän tyristorin vian seurauksena. Käänteisillä jännitteillä, jotka eivät ylitä läpilyöntijännitettä, tyristori käyttäytyy kuin vastus, jolla on suuri vastus.

Alhaisen johtavuuden vyöhyke

Tällä alueella asia on päinvastoin. Katodipotentiaali on negatiivinen suhteessa anodin potentiaaliin. Siksi J 1:een ja J 3:een syötetään tasajännite ja J 2:een käänteinen jännite. Tuloksena on hyvin pieni anodivirta.

Korkean johtavuuden vyöhyke

Jos jännite anodi-katodiosassa saavuttaa arvon, niin sanotun kytkentäjännitteen, tapahtuu J2-liitoksen lumivyöry ja tyristori siirtyy korkean johtavuuden tilaan. Tässä tapauksessa U a pienenee useista sadaista 1 - 2 volttiin. Se riippuu tyristorin tyypistä. Korkean johtavuuden vyöhykkeellä anodin läpi kulkeva virta riippuu ulkoisen elementin kuormituksesta, mikä mahdollistaa sen katsomisen tällä vyöhykkeellä suljettuna kytkimenä.

Jos johdat virtaa ohjauselektrodin läpi, tyristorin käynnistysjännite pienenee. Se riippuu suoraan ohjauselektrodin virrasta ja kun sen arvo on riittävän suuri, se on käytännössä yhtä suuri kuin nolla. Kun tyristori valitaan piirissä käytettäväksi, se valitaan siten, että paluu- ja myötäjännitteet eivät ylitä läpilyönti- ja kytkentäjännitteiden nimellisarvoja. Jos näitä ehtoja on vaikea täyttää tai elementtien parametreissa on suuri hajonta (esimerkiksi tarvitaan 6300 V tyristori ja sen lähimmät arvot ovat 1200 V), elementtien kytkeminen päälle on joskus käytetty.

Oikealla hetkellä ohjaamalla pulssin ohjauselektrodiin, voit siirtää tyristerin suljetusta tilasta korkean johtavuuden vyöhykkeelle. UE:n virran tulee pääsääntöisesti olla suurempi kuin pienin avausvirta ja se on noin 20-200 mA.

Kun anodivirta saavuttaa tietyn arvon, jossa tyristorin sammuttaminen on mahdotonta (kytkentävirta), ohjauspulssi voidaan poistaa. Nyt tyristori voi palata pois päältä vain pienentämällä virtaa pitovirran alapuolelle tai kohdistamalla siihen käänteisen napaisuuden jännite.

Video toiminnasta ja kaavioita transienttiprosesseista

Käänteinen lukitustila

Riisi. 3. Tyristorin käänteinen estotila

Kaksi päätekijää rajoittaa käänteisen ja eteenpäin tapahtuvan erittelyn järjestelmää:

1. Tyhjentyneen alueen puhkaisu.

Käänteisessä estotilassa laitteen anodiin syötetään jännite, negatiivinen katodin suhteen; liitokset J1 ja J3 ovat käänteisiä biasoituja ja risteys J2 on eteenpäin esijännitetty (katso kuva 3). Tässä tapauksessa suurin osa syötetystä jännitteestä laskee jossakin liitoksesta J1 tai J3 (eri alueiden seostusasteesta riippuen). Olkoon tämä siirtymä J1. Riippuen n1-kerroksen paksuudesta W n1, rikkoutuminen johtuu lumivyöryn lisääntymisestä (tyhjennysalueen paksuus rikkoontumisen aikana on pienempi kuin W n1) tai puhkaisusta (tyhjennyskerros leviää koko n1-alueelle, ja risteykset J1 ja J2 ovat kiinni).

Suora lukitustila

Suoralla lukituksella anodin jännite on positiivinen suhteessa katodiin ja vain liitos J2 on käänteinen esijännite. Liitokset J1 ja J3 ovat etusuuntaisia. Suurin osa käytetystä jännitteestä laskee liitoksessa J2. Liitoskohtien J1 ja J3 kautta injektoidaan vähemmistökantoaaltoja liitoksen J2 viereisille alueille, jotka vähentävät liitoksen J2 resistanssia, lisäävät sen läpi kulkevaa virtaa ja vähentävät jännitehäviötä sen yli. Myötäjännitteen kasvaessa tyristorin läpi kulkeva virta kasvaa aluksi hitaasti, mikä vastaa virta-jännite-ominaiskäyrän 0-1-osuutta. Tässä tilassa tyristorin voidaan katsoa olevan lukittu, koska liitoksen J2 vastus on edelleen erittäin korkea. Kun jännite tyristorin yli kasvaa, jännitteen osuus J2:ssa pienenee ja jännitteet J1:ssä ja J3:ssa kasvavat nopeammin, mikä saa tyristorin läpi kulkevan virran lisääntymään edelleen ja lisää vähemmistökantoaaltojen injektiota J2-alueelle. Tietyllä jännitearvolla (luokkaa kymmeniä tai satoja voltteja) sitä kutsutaan kytkentäjännitteeksi V BF(virta-jännite-ominaisuuden kohta 1), prosessi saa lumivyörymäisen luonteen, tyristori menee korkean johtavuuden omaavaan tilaan (päälle) ja siihen muodostuu virta, joka määräytyy lähdejännitteen ja resistanssin mukaan. ulkoisesta piiristä.

Kahden transistorin malli

Laitteen ominaisuuksien selittämiseksi suorassa estotilassa käytetään kahden transistorin mallia. Tyristoria voidaan pitää pnp-transistorin kytkentänä npn-transistoriin, jolloin kummankin kollektori on kytketty toisen kantaan, kuten kuvassa 10 on esitetty. 4 triodityristorille. Keskiliitos toimii liitoskohdan J1 injektoimien reikien ja liitoskohdan J3 ruiskuttamien elektronien kerääjänä. Emitterivirtojen välinen suhde Minä E, keräilijä Minä C ja pohjat I B ja staattisen virran vahvistus α1 p-n-p transistori on myös esitetty kuvassa. 4, jossa I Co on kollektori-kantaliitoksen käänteinen kyllästysvirta.

Riisi. 4. Triodityristorin kaksitransistorin malli, transistorien kytkentä ja virtasuhde pnp-transistoreissa.

Samanlaisia ​​suhteita voidaan saada n-p-n-transistorille, kun virtojen suunta on käänteinen. Kuvasta Kuviosta 4 seuraa, että n-p-n-transistorin kollektorivirta on samalla p-n-p-transistorin kantavirta. Vastaavasti p-n-p-transistorin kollektorivirta ja ohjausvirta Ig virtaa n-p-n-transistorin kantaan. Tämän seurauksena, kun kokonaisvahvistus suljetussa silmukassa ylittää 1, regeneratiivinen prosessi tulee mahdolliseksi.

Pnp-transistorin kantavirta on I B1= (1 - α 1) Minä A - Minä Co1. Tämä virta kulkee myös npn-transistorin kollektorin läpi. N-p-n-transistorin kollektorivirta, jonka vahvistus on α 2, on yhtä suuri kuin I C2= α 2 Minä K + ICo2.

Tasa-arvo I B1 Ja I C2, saamme (1 - α 1) Minä A - Minä Co1= α 2 Minä K + ICo2. Koska Minä K = Minä A + Ig, Tuo

Riisi. 5. Energiakaistakaavio myötäsuuntaisessa bias-tilassa: tasapainotila, myötäsuuntainen estotila ja eteenpäinvirtaustila.

Tämä yhtälö kuvaa laitteen staattisia ominaisuuksia jännitealueella rikkoutumiseen asti. Vian jälkeen laite toimii p-i-n-diodina. Huomaa, että kaikki termit yhtälön oikean puolen osoittajassa ovat pieniä, joten termi α 1 + α 2< 1, ток Minä A pieni (Kertoimet α1 ja α2 itse riippuvat Minä A ja yleensä kasvavat virran kasvaessa) Jos α1 + α2 = 1, niin osion nimittäjä menee nollaan ja tapahtuu suora rikkoutuminen (tai tyristori kytkeytyy päälle). On huomattava, että jos anodin ja katodin välisen jännitteen napaisuus on käänteinen, liitokset J1 ja J3 ovat käänteisiä ja J2 myötäjännitteisiä. Tällaisissa olosuhteissa hajoamista ei tapahdu, koska vain keskusliitos toimii emitterina ja regeneratiivinen prosessi tulee mahdottomaksi.

Tyhjennyskerrosten leveys ja energiakaistakaaviot tasapainotilassa suorassa esto- ja suorajohtamistilassa on esitetty kuvassa. 5. Tasapainotilassa kunkin siirtymän ehtymisalue ja kontaktipotentiaali määräytyvät epäpuhtauksien jakautumisprofiilin mukaan. Kun anodille syötetään positiivinen jännite, liitoksella J2 on taipumus olla käänteinen biasoitu, kun taas liitokset J1 ja J3 ovat taipuvaisia ​​myötäjännitteisiksi. Anodin ja katodin välinen jännitehäviö on yhtä suuri kuin siirtymien yli olevien jännitehäviöiden algebrallinen summa: V AK = V 1 + V 2 + V 3. Kun jännite kasvaa, laitteen läpi kulkeva virta kasvaa ja siten α1 ja α2 kasvavat. Näiden prosessien regeneratiivisen luonteen vuoksi laite menee lopulta avoimeen tilaan. Kun tyristori on kytketty päälle, sen läpi kulkevaa virtaa on rajoitettava ulkoisen kuormitusvastuksen avulla, muuten tyristori epäonnistuu, jos jännite on tarpeeksi korkea. Päällä-tilassa liitos J2 on biasoitu eteenpäin (kuva 5, c), ja jännitehäviö V AK = (V 1 - | V 2| + V 3) on suunnilleen yhtä suuri kuin yhden myötäsuuntaisen liittymän jännitteen ja kyllästyneen transistorin jännitteen summa.

Suora johtavuustila

Kun tyristori on päällä, kaikki kolme liitoskohtaa ovat eteenpäin esijännitetty. Reiät ruiskutetaan alueelta p1 ja elektronit ruiskutetaan alueelta n2, ja n1-p2-n2-rakenne käyttäytyy samalla tavalla kuin kyllästetty transistori diodikoskettimen ollessa poistettu alueelta n1. Siksi laite kokonaisuudessaan on samanlainen kuin p-i-n (p + -i-n +) diodi...

Tyristorien luokitus

• diodityristori (lisänimi "dinistor") - tyristori kahdella liittimellä
  • Diodityristori, ei-käänteinen johtava
  • diodityristori, joka johtaa vastakkaiseen suuntaan
  • Diodisymmetrinen tyristori (lisänimi "diac")
• triodityristori (lisänimi "tyristori") - tyristori, jossa on kolme liitintä
  • triodityristori, joka ei johda vastakkaiseen suuntaan (lisänimi "tyristori")
  • triodityristori, joka johtaa vastakkaiseen suuntaan (lisänimi "tyristori-diodi")
  • triodisymmetrinen tyristori (lisänimi "triac", epävirallinen nimi "triac")
  • triodityristori epäsymmetrinen
  • kytkettävä tyristori (lisänimi "triodi kytkettävä tyristori")

Ero dinistorin ja trinistorin välillä

Dinistorin ja trinistorin välillä ei kuitenkaan ole perustavaa laatua olevaa eroa, mutta jos dinistorin avautuminen tapahtuu, kun anodin ja katodin välillä saavutetaan tietty jännite, riippuen tietyn dinistorin tyypistä, niin trinistorissa avautumisjännite voidaan erityisesti vähentää kohdistamalla sen ohjauselektrodiin tietyn pituinen ja suuruinen virtapulssi, jolla on positiivinen potentiaaliero anodin ja katodin välillä, ja trinistorirakenne eroaa vain ohjauselektrodin läsnä ollessa. SCR:t ovat yleisimpiä laitteita "tyristorien" perheestä.

Ero triodityristorin ja sammutustyristorin välillä

Perinteisten tyristorien kytkentä suljettuun tilaan tapahtuu joko vähentämällä tyristorin läpi kulkevaa virtaa arvoon Ih tai muuttamalla katodin ja anodin välistä jännitteen napaisuutta.

Kytkettävät tyristorit, toisin kuin perinteiset tyristorit, voivat siirtyä ohjauselektrodin virran vaikutuksesta suljetusta tilasta avoimeen tilaan ja päinvastoin. Suljettavan tyristorin sulkemiseksi ohjauselektrodin läpi on johdettava virta, jonka polariteetti on vastakkainen kuin se napaisuus, joka aiheutti sen avautumisen.

Triac

Triac (symmetrinen tyristori) on puolijohdelaite, joka on rakenteeltaan analoginen kahden tyristorin peräkkäisen kytkennän kanssa. Pystyy kuljettamaan sähkövirtaa molempiin suuntiin.

Tyristoreiden ominaisuudet

Nykyaikaiset tyristorit valmistetaan virroille 1 mA - 10 kA; jännitteille useista volteista useisiin kV; eteenpäin suunnatun virran kasvunopeus niissä saavuttaa 10 9 A/s, jännite - 10 9 V/s, päällekytkentäaika vaihtelee useista kymmenyksistä useisiin kymmeniin mikrosekunteihin, sammutusaika vaihtelee useista yksiköistä useisiin satoihin mikrosekunteihin; Tehokkuus on 99 %.

Sovellus

• Ohjatut tasasuuntaajat
• Muuntimet (invertterit)
• Tehonsäätimet (säätimet)

Katso myös

• CDI (kondensaattoripurkaussytytys)

Huomautuksia

Kirjallisuus

• GOST 15133-77.
• Kublanovsky. Ya.S. Tyristorilaitteet. - 2. painos, tarkistettu. ja ylimääräisiä - M.: Radio and Communications, 1987. - 112 s.: ill. - (Mass Radio Library. Numero 1104).

Linkit

• Tyristorit: toimintaperiaate, mallit, tyypit ja sisällyttämismenetelmät
• Tyristorien ja triakkien ohjaus mikro-ohjaimen tai digitaalipiirin kautta
• Muuntimet virransyöttöjärjestelmissä
• Rogachev K.D. Nykyaikaiset tehokytketyt tyristorit.
• Kotimaiset tuontityristorien analogit
• Hakemistot tyristoreista ja analogeista, Tyristorien vaihto, diodien vaihto Zener-diodit

Passiivinen kiinteä tila	Vastus Muuttuva vastus Trimmeri vastus Varistori Kondensaattori Muuttuva kondensaattori Trimmeri kondensaattori Induktori Kvartsi resonaattori· Sulake · Itsepalautuva sulake Muuntaja
Aktiivinen solid State	Diodi· LED · Valodiodi · Puolijohdelaser · Schottky diodi· Zener-diodi · Stabilisaattori · Varicap · Varicond Diodi silta · Lumivyörydiodi · Tunneli diodi · Gunn diodi Transistori · Bipolaarinen transistori · Kenttätransistori · CMOS-transistori ·

Kaavioissa ja teknisissä dokumentaatioissa käytetään usein erilaisia ​​termejä ja symboleja, mutta kaikki aloittelevat sähköasentajat eivät tiedä niiden merkitystä. Ehdotamme keskustelemaan, mitkä ovat hitsaustehotyristorit, niiden toimintaperiaate, näiden laitteiden ominaisuudet ja merkinnät.

Mikä on tyristori ja niiden tyypit

Monet ovat nähneet tyristoreita "Running Fire" -seppeleessä; tämä on yksinkertaisin esimerkki kuvatusta laitteesta ja sen toiminnasta. Piitasasuuntaaja tai tyristori on hyvin samanlainen kuin transistori. Tämä on monikerroksinen puolijohdelaite, jonka päämateriaali on pii, useimmiten muovikotelossa. Koska sen toimintaperiaate on hyvin samanlainen kuin tasasuuntaajadiodi (AC-tasasuuntauslaitteet tai dinistorit), kaavioiden nimitys on usein sama - tätä pidetään tasasuuntaajan analogina.

Valokuva – Juokseva seppelekaavio

On:

• ABB:n sammutustyristorit (GTO),
• standardi SEMIKRON,
• voimakas lumivyöry tyyppi TL-171,
• optoerottimet (esimerkiksi TO 142-12.5-600 tai MTOTO 80 moduuli),
• symmetrinen TS-106-10,
• matalataajuuksiset MTT:t,
• triac BTA 16-600B tai VT pesukoneille,
• taajuus TBC,
• ulkomainen TPS 08,
• TYN 208.

Mutta samaan aikaan IGBT- tai IGCT-tyyppisiä transistoreita käytetään suurjännitelaitteissa (uuneissa, työstökoneissa ja muussa teollisuusautomaatiossa).

Kuva – Tyristori

Mutta toisin kuin diodi, joka on kaksikerroksinen (PN) transistori (PNP, NPN), tyristori koostuu neljästä kerroksesta (PNPN) ja tämä puolijohdelaite sisältää kolme p-n-liitosta. Tässä tapauksessa dioditasasuuntaajista tulee vähemmän tehokkaita. Tämän osoittavat hyvin tyristorin ohjauspiiri sekä kaikki sähköasentajien hakuteokset (esimerkiksi kirjastossa voit lukea kirjailija Zamyatinin kirjan ilmaiseksi).

Tyristori on yksisuuntainen AC-muunnin, eli se johtaa virtaa vain yhteen suuntaan, mutta toisin kuin diodi, laite voidaan saada toimimaan avoimen piirin kytkimenä tai tasasuuntausdiodina. Toisin sanoen puolijohdetyristorit voivat toimia vain kytkentätilassa, eikä niitä voi käyttää vahvistuslaitteina. Tyristorin avain ei pysty liikkumaan suljettuun asentoon itsestään.

Piiohjattu tasasuuntaaja on yksi useista tehopuolijohdelaiteista, yhdessä triakkien, AC-diodien ja unijunction-transistoreiden kanssa, jotka voivat vaihtaa tilasta toiseen erittäin nopeasti. Tällaista tyristoria kutsutaan nopeaksi. Tietenkin laitteen luokalla on tässä suuri rooli.

Tyristorin käyttö

Tyristoreiden tarkoitus voi olla hyvin erilainen, esimerkiksi kotitekoinen tyristoreilla varustettu hitsausinvertteri, auton laturi (virtalähteessä oleva tyristori) ja jopa generaattori ovat erittäin suosittuja. Koska itse laite pystyy läpäisemään sekä pientaajuisia että suurtaajuisia kuormia, sitä voidaan käyttää myös hitsauskoneiden muuntajaksi (niiden silta käyttää juuri näitä osia). Osan toiminnan ohjaamiseksi tässä tapauksessa tarvitaan tyristorin jännitteensäädin.

Valokuva - käyttämällä tyristoria LATR:n sijaan

Älä unohda moottoripyörien sytytystyristoria.

Kuvaus suunnittelusta ja toimintaperiaatteesta

Tyristori koostuu kolmesta osasta: "Anodi", "Cathode" ja "Input", jotka koostuvat kolmesta p-n-liitoksesta, jotka voivat vaihtaa "ON"- ja "OFF"-asentojen välillä erittäin suurella nopeudella. Mutta samalla se voidaan myös kytkeä "ON"-asennosta eri pituuksiksi eli useiksi puolijaksoiksi, jotta kuormaan saadaan tietty määrä energiaa. Tyristorin toiminta voidaan selittää paremmin olettamalla, että se koostuu kahdesta toisiinsa kytketystä transistorista, kuten parista toisiaan täydentäviä regeneratiivisia kytkimiä.

Yksinkertaisimmissa mikropiireissä on kaksi transistoria, jotka yhdistetään siten, että kollektorivirta "Käynnistä"-komennon jälkeen virtaa NPN-transistorin TR 2 -kanaviin suoraan PNP-transistoriin TR 1. Tällä hetkellä TR:stä tuleva virta 1 virtaa kanaviin TR 2:n kannaksiin. Nämä kaksi toisiinsa kytkettyä transistoria on järjestetty siten, että kantaemitteri vastaanottaa virran toisen transistorin kollektori-emitteriltä. Tämä vaatii yhdensuuntaista sijoittelua.

Kuva – Tyristori KU221IM

Kaikista turvatoimenpiteistä huolimatta tyristori voi tahattomasti siirtyä asennosta toiseen. Tämä johtuu virran voimakkaasta hyppystä, lämpötilan muutoksista ja muista erilaisista tekijöistä. Siksi ennen kuin ostat tyristorin KU202N, T122 25, T 160, T 10 10, sinun ei tarvitse vain tarkistaa se testerillä (renkaalla), vaan myös tutustua toimintaparametreihin.

Tyypilliset tyristorin virta-jännite-ominaisuudet

Aloita keskustelu tästä monimutkaisesta aiheesta katsomalla tyristorin virta-jänniteominaisuuksien kaaviota:

Valokuva - tyristorin virta-jännite -ominaisuuden ominaisuudet

1. Segmentti 0:n ja (Vо,IL) välillä vastaa täysin laitteen suoraa lukitusta;
2. Vvo-osassa tyristori on "ON"-asennossa;
3. Vyöhykkeiden (Vvo, IL) ja (Vн,In) välinen segmentti on siirtymäkohta tyristorin päällä-tilassa. Juuri tällä alueella esiintyy niin kutsuttu dinistoriefekti;
4. Pisteet (Vн,In) puolestaan ​​osoittavat kaaviossa laitteen suoran avautumisen;
5. Pisteet 0 ja Vbr ovat alue, jossa tyristori on kytketty pois päältä;
6. Tätä seuraa segmentti Vbr - se osoittaa käänteisen jakotilan.

Luonnollisesti nykyaikaiset suurtaajuiset radiokomponentit piirissä voivat vaikuttaa virta-jännite-ominaisuuksiin merkityksettömällä tavalla (jäähdyttimet, vastukset, releet). Myös symmetrisillä fototyristoreilla, SMD-zener-diodeilla, optotyristoreilla, triodeilla, optoerottimilla, optoelektroniikalla ja muilla moduuleilla voi olla erilaiset virta-jännite-ominaisuudet.

Valokuva - tyristorin virta-jänniteominaisuus

Lisäksi kiinnitämme huomiosi siihen, että tässä tapauksessa laitesuojaus suoritetaan kuormitustulossa.

Tyristorin tarkistus

Ennen kuin ostat laitteen, sinun on tiedettävä kuinka testata tyristori yleismittarilla. Mittauslaite voidaan kytkeä vain ns. testeriin. Alla on kaavio, jolla tällainen laite voidaan koota:

Kuva – tyristoritesteri

Kuvauksen mukaan anodille on syötettävä positiivinen jännite ja katodille negatiivinen jännite. On erittäin tärkeää käyttää arvoa, joka vastaa tyristorin resoluutiota. Piirustuksessa on esitetty vastukset, joiden nimellisjännite on 9 - 12 volttia, mikä tarkoittaa, että testerin jännite on hieman korkeampi kuin tyristorin. Kun olet koonnut laitteen, voit aloittaa tasasuuntaajan tarkistamisen. Sinun on painettava pulssisignaaleja lähettävää painiketta kytkeäksesi sen päälle.

Tyristorin testaus on hyvin yksinkertaista: painike lähettää lyhyesti avaussignaalin (positiivisen suhteessa katodiin) ohjauselektrodille. Tämän jälkeen, jos tyristorin ajovalot syttyvät, laitteen katsotaan olevan epäkunnossa, mutta tehokkaat laitteet eivät aina reagoi heti kuorman saapumisen jälkeen.

Valokuva - testauspiiri tyristoreille

Laitteen tarkastuksen lisäksi on suositeltavaa käyttää myös erikoissäätimiä tai tyristoreille ja triaceille OWEN BOOST tai muiden merkkien ohjausyksikköä, joka toimii suunnilleen samalla tavalla kuin tyristorin tehonsäädin. Suurin ero on laajempi jännitealue.

Video: tyristorin toimintaperiaate

Tekniset tiedot

Tarkastellaan KU 202e -sarjan tyristorin teknisiä parametreja. Tämä sarja esittelee kotitalouksien pienitehoisia laitteita, joiden pääasiallinen käyttö on rajoitettu kodinkoneisiin: sitä käytetään sähköuunien, lämmittimien jne.

Alla olevassa piirustuksessa on esitetty tyristorin liitin ja pääosat.

Kuva – ku 202

1. Aseta käänteinen jännite (max) 100 V
2. Suljettu jännite 100 V
3. Pulssi avoimessa asennossa – 30 A
4. Toistuva pulssi avoimessa asennossa 10 A
5. Keskijännite<=1,5 В
6. Avaamaton jännite >=0,2 V
7. Aseta virta avoimeen asentoon<=4 мА
8. Käänteinen virta<=4 мА
9. Vakiotyyppinen lukituksen avausvirta<=200 мА
10. Aseta vakiojännite<=7 В
11. Ajallaan<=10 мкс
12. Sammutusaika<=100 мкс

Laite käynnistyy mikrosekunnissa. Jos sinun on vaihdettava kuvattu laite, ota yhteyttä sähköliikkeen myyntikonsulttiin - hän voi valita analogin kaavion mukaan.

Valokuva – tyristori Ku202n

Tyristorin hinta riippuu sen merkistä ja ominaisuuksista. Suosittelemme kotimaan laitteiden ostamista - ne ovat kestävämpiä ja edullisempia. Spontaanimarkkinoilla voit ostaa laadukkaan, tehokkaan muuntimen jopa sadalla ruplalla.

Puolijohdelaitteiden luominen tehoelektroniikkaan aloitettiin vuonna 1953, jolloin tuli mahdolliseksi saada erittäin puhdasta piitä ja muodostaa suurikokoisia piilevyjä. Vuonna 1955 luotiin ensimmäistä kertaa puolijohdeohjattu laite, jolla oli nelikerroksinen rakenne ja jota kutsuttiin "tyristoriksi".

Se kytkettiin päälle kohdistamalla pulssi ohjauselektrodiin positiivisella jännitteellä anodin ja katodin välillä. Tyristorin sammuttaminen varmistetaan vähentämällä sen läpi kulkeva tasavirta nollaan, jota varten on kehitetty monia induktiivis-kapasitiivisten kytkentäpiirien piirejä. Ne eivät ainoastaan ​​lisää muuntimen kustannuksia, vaan heikentävät myös sen painoa ja mittoja ja heikentävät luotettavuutta.

Siksi samanaikaisesti tyristorin luomisen kanssa aloitettiin tutkimus, jonka tavoitteena oli varmistaa sen sammuttaminen ohjauselektrodin kautta. Suurin ongelma oli varauksenkuljettajien nopean resorption varmistaminen perusalueilla.

Ensimmäiset tällaiset tyristorit ilmestyivät vuonna 1960 Yhdysvalloissa. Niitä kutsuttiin Gate Turn Off (GTO). Maassamme ne tunnetaan paremmin lukittavina tai kytkettävinä tyristoreina.

90-luvun puolivälissä kehitettiin sammutettava tyristori, jossa oli rengasliitin ohjauselektrodille. Sitä kutsuttiin Gate Commutated Tyristoriksi (GCT) ja siitä tuli GTO-tekniikan jatkokehitys.

Tyristorit GTO

Laite

Sammutustyristori on täysin ohjattava puolijohdelaite, joka perustuu klassiseen nelikerroksiseen rakenteeseen. Se kytketään päälle ja pois kohdistamalla positiivisia ja negatiivisia virtapulsseja ohjauselektrodiin. Kuvassa Kuvassa 1 on esitetty poiskytketyn tyristorin symboli (a) ja lohkokaavio (b). Perinteisen tyristorin tapaan siinä on katodi K, anodi A ja ohjauselektrodi G. Erot laitteiden rakenteissa ovat n- ja p-johtavuuden omaavien vaaka- ja pystykerrosten erilaisessa järjestelyssä.

Katodikerroksen n rakenne on kokenut suurimman muutoksen. Se on jaettu useisiin satoihin perussoluihin, jotka on jaettu tasaisesti alueelle ja kytketty rinnan. Tämä rakenne johtuu halusta varmistaa tasainen virran väheneminen koko puolijohderakenteen alueella, kun laite sammutetaan.

Pohjakerroksessa p, huolimatta siitä, että se on valmistettu yhtenä yksikkönä, on suuri määrä ohjauselektrodikoskettimia (suunnilleen yhtä suuri kuin katodikentojen lukumäärä), myös tasaisesti jakautuneina alueelle ja kytkettynä rinnan. Pohjakerros n on valmistettu samalla tavalla kuin tavanomaisen tyristorin vastaava kerros.

Anodikerroksessa p on shuntit (vyöhykkeet n), jotka yhdistävät n-kannan anodikoskettimeen pienten hajaresistanssien kautta. Anodishuntteja käytetään tyristoreissa, joilla ei ole käänteisen eston kykyä. Ne on suunniteltu lyhentämään laitteen sammutusaikaa parantamalla ehtoja varausten poistamiselle perusalueelta n.

GTO-tyristoreiden päärakenne on tablettityyppinen, ja siinä on nelikerroksinen piikiekko, joka on sijoitettu lämpötilaa kompensoivien molybdeenilevyjen läpi kahden kuparipohjan väliin, joilla on parannettu lämmön- ja sähkönjohtavuus. Ohjauselektrodi, jonka liitin on keraamisessa kotelossa, on kosketuksessa piikiekon kanssa. Laite on kiinnitetty kosketuspinnoilla kahden jäähdyttimen puolikkaan välillä, jotka on eristetty toisistaan ​​ja joiden rakenne määräytyy jäähdytysjärjestelmän tyypin mukaan.

Toimintaperiaate

GTO-tyristorisyklissä on neljä vaihetta: päällä, johtava, pois päältä ja esto.

Tyristorirakenteen kaavamaisessa osassa (kuva 1, b) rakenteen alempi napa on anodi. Anodi on kosketuksessa kerrokseen p. Sitten alhaalta ylöspäin ovat: pohjakerros n, pohjakerros p (jossa ohjauselektrodiliitin), kerros n, joka on suorassa kosketuksessa katodin liittimeen. Neljä kerrosta muodostavat kolme p-n-liitosta: j1 kerrosten p ja n välillä; j2 kerrosten n ja p välillä, j3 kerrosten p ja n välillä.

Vaihe 1- sisällyttäminen. Tyristorirakenteen siirtyminen estotilasta johtavaan tilaan (päällekytkentä) on mahdollista vain, kun anodin ja katodin väliin syötetään tasajännite. Siirtymät j1 ja j3 ovat siirtyneet eteenpäin eivätkä häiritse varauksenkuljettajien kulkua. Koko jännite syötetään keskiliitokseen j2, joka on käänteinen esijännite. Lähelle j2-siirtymää muodostuu varauksenkuljettajista tyhjentynyt vyöhyke, jota kutsutaan avaruusvarausalueeksi. GTO-tyristorin käynnistämiseksi positiivisen napaisuuden U G jännite johdetaan ohjauselektrodille ja katodille ohjauspiirin kautta ("+"-napa p-kerrokseen). Tämän seurauksena kytkentävirta I G kulkee piirin läpi.

Sammutustyristoreilla on tiukat vaatimukset dIG/dt-reunan kulmakertoimelle ja IGM-ohjausvirran amplitudille. Liitoksen j3 kautta alkaa vuotovirran lisäksi virrata käynnistysvirta I G. Tämän virran muodostavat elektronit ruiskutetaan kerroksesta n kerrokseen p. Seuraavaksi osa niistä siirtyy kantasiirtymän j2 sähkökentän avulla kerrokseen n.

Samalla kasvaa reikien vastaruiskutus kerroksesta p kerrokseen n ja sitten kerrokseen p, ts. Vähemmistövarauksenkantajien luoma virta kasvaa.

Kantaliitoksen j2 läpi kulkeva kokonaisvirta ylittää käynnistysvirran, tyristori avautuu, minkä jälkeen varauksenkuljettajat kulkevat vapaasti sen kaikkien neljän alueen läpi.

Vaihe 2- johtava tila. Tasavirtatilassa ohjausvirtaa I G ei tarvita, jos anodipiirin virta ylittää pitovirran. Käytännössä kuitenkin, jotta kaikki poiskytketyn tyristorin rakenteet olisivat jatkuvasti johtavassa tilassa, on silti tarpeen ylläpitää tietylle lämpötilajärjestelmälle tarjottua virtaa. Siten ohjausjärjestelmä generoi koko päällekytkentä- ja johtamistilan ajan positiivisen napaisuuden omaavan virtapulssin.

Johtavassa tilassa puolijohderakenteen kaikki alueet varmistavat varauksenkuljettajien tasaisen liikkeen (elektronit katodista anodille, reiät vastakkaiseen suuntaan). Anodivirta kulkee siirtymien j1, j2 kautta ja anodin ja ohjauselektrodin kokonaisvirta siirtymän j3 kautta.

Vaihe 3- sammuttaa. GTO-tyristorin sammuttamiseksi vakiojännitteellä U T (katso kuva 3) ohjauselektrodille ja katodille syötetään negatiivisen napaisuuden jännite UGR ohjauspiirin kautta. Se aiheuttaa katkaisuvirran, jonka virtaus johtaa päävarauksen kantajien (reikien) resorptioon pohjakerroksessa p. Toisin sanoen on olemassa rekombinaatio, jotka ovat tulleet kerrokseen p pohjakerroksesta n, ja elektronit, jotka tulivat samaan kerrokseen ohjauselektrodin kautta.

Kun kantaliitos j2 vapautuu niistä, tyristori alkaa sammua. Tälle prosessille on tunnusomaista tyristorin myötävirran I T jyrkkä lasku lyhyessä ajassa pieneen arvoon I TQT (katso kuva 2). Välittömästi kantasiirtymän j2 lukittumisen jälkeen siirtymä j3 alkaa sulkeutua, mutta säätöpiirien induktiivisuuteen varastoitunutta energiaa johtuen se pysyy jonkin aikaa hieman avoimessa tilassa.

Riisi. 2. Kuvaajat anodivirran (iT) ja ohjauselektrodin (iG) muutoksista

Kun kaikki ohjauspiirin induktanssiin varastoitu energia on kulutettu, katodipuolen liitos j3 kytketään kokonaan pois päältä. Tästä eteenpäin tyristorin läpi kulkeva virta on yhtä suuri kuin vuotovirta, joka virtaa anodista katodille ohjauselektrodipiirin kautta.

Rekombinaatioprosessi ja siten sammutustyristorin sammuttaminen riippuu suurelta osin etuosan dIGQ/dt:n jyrkkyydestä ja käänteisen ohjausvirran amplitudista I GQ. Tämän virran vaaditun jyrkkyyden ja amplitudin varmistamiseksi ohjauselektrodiin on kytkettävä jännite UG, joka ei saa ylittää siirtymälle j3 sallittua arvoa.

Vaihe 4- estotila.. Estotilassa ohjausyksikön negatiivinen polariteettijännite UGR jää kytkettynä ohjauselektrodille ja katodille. Kokonaisvirta I GR kulkee ohjauspiirin läpi, joka koostuu tyristorin vuotovirrasta ja käänteissäätövirrasta, joka kulkee liitoksen j3 kautta. Siirtymä j3 on käänteinen biasoitu. Näin ollen eteenpäin estävässä GTO-tyristorissa kaksi liitoskohtaa (j2 ja j3) on käänteisesijännitetty ja kaksi tilavarausaluetta muodostuu.

Koko sammutus- ja estotilan aikana ohjausjärjestelmä tuottaa negatiivisen napaisuuden pulssin.

Turvapiirit

GTO-tyristorien käyttö edellyttää erityisten suojapiirien käyttöä. Ne lisäävät painoa ja mittoja, muuntimen kustannuksia ja vaativat joskus lisäjäähdytyslaitteita, mutta ovat välttämättömiä laitteiden normaalille toiminnalle.

Minkä tahansa suojapiirin tarkoituksena on rajoittaa toisen kahdesta sähköenergian parametrista nousunopeutta puolijohdelaitetta vaihdettaessa. Tässä tapauksessa suojapiirin CB kondensaattorit (kuva 3) on kytketty rinnan suojatun laitteen T kanssa. Ne rajoittavat lähtöjännitteen dUT/dt nousunopeutta, kun tyristori kytketään pois päältä.

LE-kuristimet asennetaan sarjaan laitteen T kanssa. Ne rajoittavat myötävirran dIT/dt nousunopeutta, kun tyristori kytketään päälle. Kunkin laitteen dUT/dt- ja dIT/dt-arvot ovat standardoituja, ne on ilmoitettu hakuteoksissa ja laitteiden passitiedoissa.

Riisi. 3. Suojapiirikaavio

Kondensaattorien ja kuristimien lisäksi suojapiireissä käytetään lisäelementtejä reaktiivisten elementtien purkamisen ja varauksen varmistamiseksi. Näitä ovat: diodi DB, joka ohittaa vastuksen RB, kun tyristori T sammutetaan ja kondensaattori CB on ladattu, vastus RB, joka rajoittaa kondensaattorin CB purkausvirtaa, kun tyristori T on kytketty päälle.

Ohjausjärjestelmä

Ohjausjärjestelmä (CS) sisältää seuraavat toiminnalliset lohkot: aktivointipiirin, joka koostuu piiristä avauspulssin muodostamiseksi ja signaalilähteestä tyristorin pitämiseksi avoimessa tilassa; piiri lukitussignaalin muodostamiseksi; piiri tyristorin pitämiseksi suljetussa tilassa.

Kaikki ohjausjärjestelmätyypit eivät vaadi kaikkia lueteltuja lohkoja, mutta jokaisessa ohjausjärjestelmässä on oltava piirit lukituksen avaus- ja lukituspulssien muodostamiseksi. Tässä tapauksessa on varmistettava ohjauspiirin ja poiskytketyn tyristorin tehopiirin galvaaninen eristys.

Pois päältä kytketyn tyristorin toiminnan ohjaamiseen käytetään kahta pääohjausjärjestelmää, jotka eroavat tavasta, jolla ne syöttävät signaalin ohjauselektrodille. Kuvassa esitetyssä tapauksessa Kuviossa 4 loogisen lohkon St generoimat signaalit ovat galvaanisen eristyksen (potentiaalierotuksen) alaisia, minkä jälkeen ne syötetään näppäinten SE ja SA kautta poiskytketyn tyristorin T ohjauselektrodille. Toisessa tapauksessa signaalit Paina ensin näppäimiä SE (päällä) ja SA (pois), jotka ovat samassa potentiaalissa kuin ohjausyksikkö, ja syötetään sitten ohjauselektrodille galvaanisten eristyslaitteiden UE ja UA kautta.

SE- ja SA-näppäinten sijainnista riippuen erotetaan matalan potentiaalin (NPSU) ja korkean potentiaalin (VPSU, kuva 4) ohjausjärjestelmät.

Riisi. 4. Ohjauspiirin vaihtoehto

NPSU-ohjausjärjestelmä on rakenteellisesti yksinkertaisempi kuin VPSU, mutta sen ominaisuudet ovat rajalliset tyristorin läpi kulkevan tasavirran tilassa toimivien pitkäkestoisten ohjaussignaalien tuottamisessa sekä ohjauspulssien jyrkkyyden varmistamisessa. Pitkäkestoisten signaalien muodostamiseksi on käytettävä kalliimpia push-pull-piirejä.

VPSU:ssa korkea kaltevuus ja ohjaussignaalin pitempi kesto saavutetaan helpommin. Lisäksi tässä ohjaussignaalia käytetään kokonaan, kun taas NPSU:ssa sen arvoa rajoittaa potentiaalierotuslaite (esimerkiksi pulssimuuntaja).

Tietosignaali - komento kytkeä päälle tai pois - syötetään yleensä piiriin optoelektronisen muuntimen kautta.

Tyristorit GCT

90-luvun puolivälissä ABB ja Mitsubishi kehittivät uuden tyyppisen Gate Commutated Tyristorin (GCT). Itse asiassa GCT on GTO:n lisäparannus tai sen modernisointi. Ohjauselektrodin pohjimmiltaan uusi muotoilu sekä huomattavasti erilaiset prosessit, jotka tapahtuvat, kun laite sammutetaan, tekevät sen kuitenkin harkitsemisen arvoiseksi.

GCT on suunniteltu olemaan vapaa GTO:n puutteista, joten meidän on ensin puututtava GTO:n kanssa ilmeneviin ongelmiin.

GTO:n suurin haittapuoli on suuret energiahäviöt laitteen suojapiireissä sen kytkemisen aikana. Taajuuden lisääminen lisää häviöitä, joten käytännössä GTO-tyristoreita kytketään enintään 250-300 Hz:n taajuudella. Tärkeimmät häviöt syntyvät vastuksessa RB (katso kuva 3), kun tyristori T kytketään pois päältä ja näin ollen kondensaattori CB purkautuu.

Kondensaattori CB on suunniteltu rajoittamaan eteenpäin suunnatun jännitteen du/dt nousunopeutta, kun laite sammutetaan. Tekemällä tyristori epäherkäksi du/dt-ilmiölle, oli mahdollista luopua snubber-piiristä (kytkentäpolun muodostuspiiri), joka toteutettiin GCT-suunnittelussa.

Ohjaus- ja suunnitteluominaisuudet

GCT-tyristoreiden pääominaisuus verrattuna GTO-laitteisiin on nopea sammutus, joka saavutetaan sekä ohjausperiaatetta muuttamalla että parantamalla laitteen rakennetta. Nopea sammutus toteutetaan muuntamalla tyristorirakenne transistorirakenteeksi, kun laite sammutetaan, mikä tekee laitteesta herkkä du/dt-efektille.

Käynnistys-, johtava- ja estovaiheen GCT:tä ohjataan samalla tavalla kuin GTO:ta. Kun GCT-ohjaus on sammutettu, siinä on kaksi ominaisuutta:

• ohjausvirta Ig on yhtä suuri tai suurempi kuin anodivirta Ia (GTO-tyristoreilla Ig on 3 - 5 kertaa pienempi);
• ohjauselektrodilla on pieni induktanssi, mikä mahdollistaa ohjausvirran nousunopeuden dig/dt 3000 A/µs tai enemmän (GTO-tyristoreilla dig/dt-arvo on 30-40 A/µs).

Riisi. 5. Virtojen jakautuminen GCT-tyristorin rakenteessa sammutettuna

Kuvassa Kuvassa 5 on esitetty virtojen jakautuminen GCT-tyristorin rakenteessa, kun laite on kytketty pois päältä. Kuten todettiin, käynnistysprosessi on samanlainen kuin GTO-tyristorien käynnistys. Sammutusprosessi on erilainen. Kun negatiivinen ohjauspulssi (-Ig) on ​​yhtä suuri kuin anodivirran (Ia) amplitudi, kaikki laitteen läpi kulkeva tasavirta poikkeutetaan ohjausjärjestelmään ja saavuttaa katodin ohittaen siirtymän j3 (alueiden p ja välillä). n). Liitos j3 on käänteinen esijännite ja katoditransistori npn sammuu. GCT:n sammuttaminen edelleen on samanlainen kuin minkä tahansa bipolaarisen transistorin sammuttaminen, mikä ei vaadi ulkoista rajoitusta lähtöjännitteen du/dt nousunopeudelle ja mahdollistaa siten vaimennusketjun puuttumisen.

GCT-suunnittelun muutos johtuu siitä, että dynaamiset prosessit, jotka tapahtuvat laitteessa sammutettuna, etenevät yhdestä kahteen suuruusluokkaa nopeammin kuin GTO:ssa. Joten jos GTO:n pienin sammutus- ja estoaika on 100 μs, GCT:n osalta tämä arvo ei ylitä 10 μs. Ohjausvirran nousunopeus GCT:tä sammutettaessa on 3000 A/µs, GTO - ei ylitä 40 A/µs.

Kytkentäprosessien korkean dynamiikan varmistamiseksi muutettiin ohjauselektrodin lähdön rakennetta ja laitteen liitäntää ohjausjärjestelmän pulssinmuotoilijaan. Tulostus tehdään renkaana, joka ympäröi laitteen ympyrän. Rengas kulkee tyristorin keraamisen rungon läpi ja on kosketuksessa: sisällä ohjauselektrodin kennojen kanssa; ulkopuolella - levyllä, joka yhdistää ohjauselektrodin pulssinmuodostimeen.

Nyt GTO-tyristoreita valmistavat useat suuret yritykset Japanissa ja Euroopassa: Toshiba, Hitachi, Mitsubishi, ABB, Eupec. Laiteparametrit jännitteelle UDRM: 2500 V, 4500 V, 6000 V; virran ITGQM (maksimi toistuva lukitusvirta): 1000 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A, 4000 A, 6000 A.

GCT-tyristoreita valmistavat Mitsubishi ja ABB. Laitteet on suunniteltu UDRM-jännitteelle 4500 V asti ja ITGQM-virralle 4000 A asti.

Tällä hetkellä GCT- ja GTO-tyristoreita valmistetaan venäläisessä Elektrovypryamitel OJSC:ssä (Saransk) TZ-243-, TZ-253-, TZ-273-, ZTA-173-, ZTA-193-, ZTF-193-sarjojen tyristoreita valmistetaan (samankaltaisia ​​kuin GCT) jne. piikiekon halkaisija on enintään 125 mm ja jännitealue UDRM 1200 - 6000 V ja virta ITGQM 630 - 4000 A.

Sammutustyristorien rinnalla ja niiden kanssa käytettäväksi JSC Elektrovypryamitel on kehittänyt ja asettanut sarjatuotantoon nopeasti palautuvia diodeja vaimennuspiireihin (snubber) ja käänteisvirtadiodeihin sekä tehokkaan pulssitransistorin lähtöasteisiin. ohjausohjaimen (ohjausjärjestelmä).

Tyristorit IGCT

Tiukan valvonnan käsitteen ansiosta (seosprofiilien hienosäätö, mesatekniikka, protoni- ja elektronisäteilytys ohjattujen rekombinaatiokeskusten erityisjakauman luomiseksi, ns. läpinäkyvien tai ohuiden emitterien teknologia, puskurikerroksen käyttö n-kantaalue jne.) GTO:n ominaisuuksissa oli mahdollista saavuttaa merkittävä parannus, kun se oli sammutettu. Seuraava suuri edistysaskel HD GTO -tekniikassa laite-, ohjaus- ja sovellusnäkökulmasta oli ajatus ohjatuista laitteista, jotka perustuvat uuteen Integrated Gate-Commutated Thyristor (IGCT) -tekniikkaan. Tiukan ohjaustekniikan ansiosta tasainen kytkentä lisää IGCT:n turvallisen toiminta-alueen lumivyöryn rajoittamiin rajoihin, ts. piin fyysisiin ominaisuuksiin. Suojapiirejä ei vaadita du/dt:n ylitystä vastaan. Yhdessä parannetun tehohäviön suorituskyvyn kanssa on löydetty uusia sovelluksia kilohertsialueelta. Ohjaukseen tarvittava teho on 5-kertainen tavallisiin GTO:ihin verrattuna pääasiassa läpinäkyvän anodin ansiosta. Uusi IGCT-laitteiden perhe monoliittisilla integroiduilla suuritehoisilla diodeilla on kehitetty sovelluksille alueella 0,5 - 6 MV*A. Nykyisillä sarja- ja rinnakkaisliitäntöjen teknisillä ominaisuuksilla IGCT-laitteet mahdollistavat tehotason nostamisen useisiin satoihin megavotteihin - ampeeriin.

Integroidulla ohjausyksiköllä katodivirta pienenee ennen kuin anodin jännite alkaa nousta. Tämä saavutetaan ohjauselektrodipiirin erittäin alhaisen induktanssin ansiosta, joka on toteutettu ohjauselektrodin koaksiaaliliitännällä yhdessä monikerroksisen ohjauskortin kanssa. Tuloksena tuli mahdolliseksi saavuttaa 4 kA/µs katkaisuvirran nopeus. Ohjausjännitteellä UGK = 20 V. katodivirran ollessa nolla, jäljellä oleva anodivirta menee ohjausyksikköön, jolla on tällä hetkellä pieni resistanssi. Tämän ansiosta ohjausyksikön energiankulutus on minimoitu.

Työskentely "kovalla" ohjauksella, tyristori kytkeytyy päälle kytkettynä p-n-p-n-tilasta p-n-p-tilaan 1 μs:ssa. Katkaisu tapahtuu kokonaan transistoritilassa, mikä eliminoi liipaisuvaikutuksen mahdollisuuden.

Laitteen paksuuden pienentäminen saavutetaan käyttämällä anodin puolella puskurikerrosta. Tehopuolijohteiden puskurikerros parantaa perinteisten elementtien suorituskykyä vähentämällä niiden paksuutta 30 % samalla läpilyöntijännitteellä. Ohuiden elementtien tärkein etu on parannetut tekniset ominaisuudet alhaisilla staattisilla ja dynaamisilla häviöillä. Tällainen puskurikerros nelikerroksisessa laitteessa vaatii anodien oikosulkujen poistamisen, mutta vapauttaa silti tehokkaasti elektroneja sammutuksen aikana. Uusi IGCT-laite yhdistää puskurikerroksen läpinäkyvän anodilähettimen kanssa. Läpinäkyvä anodi on p-n-liitos, jossa on virtaohjattu emitterin hyötysuhde.

Maksimaalisen melunsietokyvyn ja tiiviyden saavuttamiseksi ohjausyksikkö ympäröi IGCT:tä muodostaen yhtenäisen rakenteen jäähdyttimen kanssa ja sisältää vain sen osan piiristä, joka on tarpeen itse IGCT:n ohjaamiseen. Seurauksena on, että ohjausyksikön elementtien lukumäärä vähenee, lämmönpoistoparametrit, sähkö- ja lämpöylikuormitukset vähenevät. Siksi myös ohjausyksikön kustannukset ja vikatiheys vähenevät merkittävästi. Integroidulla ohjausyksiköllä varustettu IGCT on helppo kiinnittää moduuliin ja liittää tarkasti virtalähteeseen ja ohjaussignaalilähteeseen optisen kuidun kautta. Yksinkertaisesti vapauttamalla jousi, tarkasti laskettu puristusvoima kohdistetaan IGCT:hen, mikä luo sähkö- ja lämpökontaktin huolellisesti suunnitellun puristuskosketinjärjestelmän ansiosta. Tämä takaa maksimaalisen helpon asennuksen ja maksimaalisen luotettavuuden. Käytettäessä IGCT:tä ilman vaimenninta, myös vapaakäyntidiodin on toimittava ilman vaimenninta. Nämä vaatimukset täyttävät suuren tehon diodi kiristyspakkauksessa, jossa on parannetut ominaisuudet ja joka on valmistettu käyttämällä säteilytysprosessia yhdessä klassisten prosessien kanssa. Mahdollisuus tuottaa di/dt määräytyy diodin toiminnan perusteella (katso kuva 6).

Riisi. 6. Yksinkertaistettu kaavio kolmivaiheisesta invertteristä IGCT:ssä

IGCT:n päävalmistaja on ABB Tyristorijänniteparametrit U DRM: 4500 V, 6000 V; nykyinen ITGQM: 3000 A, 4000 A.

Johtopäätös

Tehotransistoritekniikan nopea kehitys 90-luvun alussa johti uuden laiteluokan syntymiseen - eristetyt hila-bipolaaritransistorit (IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistors). IGBT:n tärkeimmät edut ovat korkea toimintataajuus, tehokkuus, yksinkertaisuus ja ohjauspiirien tiiviys (pienen ohjausvirran vuoksi).

Viime vuosina jopa 4500 V:n käyttöjännitteellä ja jopa 1800 A:n virtojen kytkentäkyvyllä varustettujen IGBT:iden ilmaantuminen on johtanut aidattujen sammutustyristorien (GTO) siirtymiseen laitteissa, joiden teho on enintään 1 MW ja jännite enintään 3,5 kV.

Kuitenkin uudet IGCT-laitteet, jotka pystyvät toimimaan 500 Hz:n ja 2 kHz:n kytkentätaajuuksilla ja tarjoavat paremman suorituskyvyn kuin IGBT:t, yhdistävät optimaalisen yhdistelmän todistettua tyristoritekniikkaa sen luontaisesti pieniin häviöihin ja vaimeaseen, erittäin tehokkaaseen poiskytkentätekniikkaan. ohjauselektrodi IGCT on nykyään ihanteellinen ratkaisu keski- ja suurjännitetehoelektroniikkasovelluksiin.

Nykyaikaisten, kaksipuolisella jäähdytyslevyllä varustettujen tehokytkimien ominaisuudet on esitetty taulukossa. 1.

Taulukko 1. Nykyaikaisten tehokkaiden virtakytkimien ominaisuudet kaksipuolisella jäähdytyslevyllä

Laitetyyppi	Edut	Vikoja	Käyttöalueet
Perinteinen tyristori (SCR)	Alhaisimmat häviöt päällä olevassa tilassa. Korkein ylikuormituskyky. Korkea luotettavuus. Helppo kytkeä rinnan ja sarjaan.	Ei pysty pakotettuun lukitsemiseen ohjauselektrodin kautta. Matala toimintataajuus.	DC-asema; tehokkaat virtalähteet; hitsaus; sulatus ja lämmitys; staattiset kompensaattorit; AC avaimet
GTO	Hallittu lukituskyky. Suhteellisen korkea ylikuormituskyky. Mahdollisuus sarjaliitäntään. Toimintataajuudet 250 Hz asti jännitteillä 4 kV asti.	Suuret tappiot päällä olevassa tilassa. Erittäin suuret häviöt ohjausjärjestelmässä. Monimutkaiset järjestelmät energian ohjaamiseen ja syöttämiseen potentiaaliin. Suuret kytkentähäviöt.	Sähkökäyttöinen asema; staattiset kompensaattorit, loisteho; keskeytymättömät virransyöttöjärjestelmät, induktiolämmitys
IGCT	Hallittu lukituskyky. Ylikuormituskyky on sama kuin GTO:ssa. Pienet tilan kytkentähäviöt. Toimintataajuus - yksikköihin asti, kHz. Sisäänrakennettu ohjausyksikkö (ohjain). Mahdollisuus sarjaliitäntään.	Ei tunnistettu käyttökokemuksen puutteen vuoksi	Tehokkaat virtalähteet (DC-siirtolinjojen invertteri- ja tasasuuntaaja-asemat); sähkökäyttö (jänniteinvertterit taajuusmuuttajiin ja sähkökäyttöjä eri tarkoituksiin)
IGBT	Hallittu lukituskyky. Korkein toimintataajuus (jopa 10 kHz). Yksinkertainen, vähän virtaa kuluttava ohjausjärjestelmä. Sisäänrakennettu ohjain.	Erittäin suuret tappiot päällä olevassa tilassa.	Sähkökäyttö (chopperit); keskeytymättömät virtalähdejärjestelmät; staattiset kompensaattorit ja aktiiviset suodattimet; tärkeimmät virtalähteet

Teoksen selkeäksi kuvittelemiseksi on tarpeen antaa käsitys tyristorin työn olemuksesta.

Ohjattu johdin, joka koostuu neljästä puolijohdeliitoksesta P-N-P-N. Sen toimintaperiaate on samanlainen kuin diodilla ja se suoritetaan, kun ohjauselektrodille syötetään sähkövirtaa.

Virran kulku tyristorin läpi on mahdollista vain, jos anodipotentiaali on suurempi kuin katodipotentiaali. Tyristorin läpi kulkeva virta lakkaa kulkemasta, kun virran arvo putoaa sulkeutumiskynnykseen. Ohjauselektrodille virtaava virta ei vaikuta tyristorin pääosan virran arvoon ja lisäksi se ei tarvitse jatkuvaa tukea tyristorin päätilassa, sitä tarvitaan vain tyristorin avaamiseen.

Tyristorilla on useita ratkaisevia ominaisuuksia

Avoimessa tilassa, joka on suotuisa virtaa johtavalle toiminnalle, tyristorille on tunnusomaista seuraavat indikaattorit:

• Jännitehäviö, se määritetään kynnysjännitteeksi sisäisen resistanssin avulla.
• Suurin sallittu virta-arvo on jopa 5000 A, rms-arvo tyypillinen tehokkaimmille komponenteille.

Tyristorin lukitussa tilassa se on:

• Suora suurin sallittu jännite (yli 5000A).
• Yleensä myötä- ja taaksepäin jännitearvot ovat samat.
• Katkaisuaika tai aika minimiarvolla, jonka aikana anodijännitteen positiivinen arvo katodiin nähden ei vaikuta tyristoriin, muuten tyristori aukeaa itsestään.
• Tyristorin avoimen pääosan ohjausvirtaominaisuus.

On olemassa tyristoreita, jotka on suunniteltu toimimaan matalille taajuuksille ja korkeille taajuuksille suunnitelluissa piireissä. Nämä ovat ns. suurnopeuksisia tyristoreita, joiden käyttöalue on suunniteltu useille kilohertseille. Suurinopeuksisille tyristoreille on ominaista epätasaisten myötä- ja taaksepäin suuntautuvien jännitteiden käyttö.

Vakiojännitearvon lisäämiseksi

Riisi. Nro 1. Tyristorin kytkentämitat ja piirustus. m 1, m 2 – ohjauspisteet, joissa pulssijännite mitataan avoimen tilan aikana. L 1 min – pienin ilmarako (etäisyys) ilmassa anodin ja ohjauselektrodin napojen välillä; L 2 min – minimietäisyysvirran kulkupituus vuotoja terminaalien välillä.

Tyristoreiden tyypit

• – diodityristori, jossa on kaksi liitintä anodi ja katodi.
• SCR – triodityristori on varustettu ylimääräisellä ohjauselektrodilla.
• Triac on symmetrinen tyristori; se on tyristorien vasta-sarjaliitäntä ja sillä on kyky siirtää virtaa eteen- ja taaksepäin.

Riisi. Nro 2. Tyristorin rakenne (a) ja virta-jännite-ominaisuus (voltti-ampeeriominaisuus).

Tyristorit on suunniteltu toimimaan eri taajuusrajoilla olevissa piireissä, normaaleissa sovelluksissa tyristorit voidaan kytkeä diodeihin, jotka on kytketty peräkkäin, tätä ominaisuutta käytetään lisäämään DC-jännitettä, jonka komponentti kestää. pois tilasta. Edistyneille piireille sitä käytetään tyristoriGTO (Portti Vuoro Oee - lukittava tyristori), se on täysin hallittavissa. Sen lukitus tapahtuu ohjauselektrodin kautta. Tällaisten tyristorien käyttö on löytänyt sovellusta erittäin tehokkaissa muuntimissa, koska ne voivat läpäistä suuria virtoja.

Kirjoita kommentteja, lisäyksiä artikkeliin, ehkä missasin jotain. Katso, olen iloinen, jos löydät jotain muuta hyödyllistä minun.