Tiristori so napajalni elektronski ključi, ki niso popolnoma nadzorovani. Pogosto v tehničnih knjigah lahko vidite drugo ime te naprave - tiristor z enim delovanjem. Z drugimi besedami, pod vplivom krmilnega signala se prenese v eno stanje - prevodnost. Natančneje, vključuje vezje. Za izklop je potrebno ustvariti posebne pogoje, ki zagotavljajo, da enosmerni tok v tokokrogu pade na nič.
Lastnosti tiristorjev
Tiristorski ključi prevajajo električni tok samo v smeri naprej, v zaprtem stanju pa lahko prenese ne samo naprej, ampak tudi povratno napetost. Struktura tiristorja je štirislojna, obstajajo trije izhodi:
- Anoda (označena s črko A).
- katoda (črka C ali K).
- Kontrolna elektroda (U ali G).
Tiristorji imajo celo družino tokovno-napetostnih značilnosti, z njimi je mogoče presojati stanje elementa. Tiristorji so zelo zmogljivi elektronski ključi, sposobni so preklapljati vezja, v katerih lahko napetost doseže 5000 voltov in jakost toka - 5000 amperov (medtem ko frekvenca ne presega 1000 Hz).
Delovanje tiristorja vDC vezja
Konvencionalni tiristor se vklopi z uporabo tokovnega impulza na krmilnem izhodu. Poleg tega mora biti pozitiven (glede na katodo). Trajanje prehodnega procesa je odvisno od narave obremenitve (induktivna, aktivna), amplitude in hitrosti naraščanja tokovnega impulznega krmilnega vezja, temperature polprevodniškega kristala ter uporabljenega toka in napetosti na tiristorjih. na voljo v vezju. Značilnosti vezja so neposredno odvisne od vrste uporabljenega polprevodniškega elementa.
V vezju, v katerem se nahaja tiristor, je pojav visoke stopnje dviga napetosti nesprejemljiv. Namreč taka vrednost, pri kateri se element spontano vklopi (tudi če v krmilnem vezju ni signala). Toda hkrati mora imeti krmilni signal zelo velik naklon.
Načini izklopa
Ločimo dve vrsti tiristorskega preklapljanja:
- Naravno.
- Prisilno.
In zdaj podrobneje o vsaki vrsti. Naravno se pojavi, ko tiristor deluje v tokokrogu izmeničnega toka. Poleg tega se to preklapljanje zgodi, ko tok pade na nič. Toda za izvajanje prisilnega preklapljanja je lahko veliko različnih načinov. Kateri tiristorski krmilnik izbrati, je odvisno od oblikovalca vezja, vendar je vredno govoriti o vsaki vrsti posebej.
Najbolj značilen način prisilnega preklapljanja je povezavakondenzator, ki je bil predhodno napolnjen s pomočjo gumba (ključa). LC-vezje je vključeno v krmilno vezje tiristorja. To vezje vsebuje popolnoma napolnjen kondenzator. Med prehodnim procesom tok niha v tokokrogu obremenitve.
Metode prisilnega preklopa
Obstaja več drugih vrst prisilnega preklapljanja. Pogosto se uporablja vezje, ki uporablja preklopni kondenzator z obrnjeno polarnostjo. Na primer, ta kondenzator je mogoče priključiti na vezje s pomočjo neke vrste pomožnega tiristorja. V tem primeru bo prišlo do praznjenja na glavnem (delovnem) tiristorju. To bo privedlo do dejstva, da bo na kondenzatorju tok, usmerjen proti enosmernemu toku glavnega tiristorja, pomagal zmanjšati tok v vezju na nič. Zato se tiristor izklopi. To se zgodi zato, ker ima tiristorska naprava svoje značilnosti, ki so značilne samo zanjo.
Obstajajo tudi sheme, v katerih so povezane LC verige. Izpraznijo se (in z nihanji). Na samem začetku izpustni tok teče proti delavcu, po izenačevanju njihovih vrednosti pa se tiristor izklopi. Po tem iz oscilatorne verige tok teče skozi tiristor v polprevodniško diodo. V tem primeru, medtem ko teče tok, se na tiristor nanese določena napetost. Je po modulu enak padcu napetosti na diodi.
Tiristorsko delovanje v izmeničnih tokokrogih
Če je tiristor vključen v izmenični tokokrog, je možno izvesti takšnooperacije:
- Vklop ali izklop električnega tokokroga z aktivno-uporovno ali uporovno obremenitvijo.
- Spremenite povprečno in efektivno vrednost toka, ki teče skozi obremenitev, zahvaljujoč možnosti prilagajanja trenutka krmilnega signala.
Tiristorski ključi imajo eno lastnost - prevajajo tok samo v eni smeri. Zato, če jih morate uporabiti v tokokrogih izmeničnega toka, morate uporabiti vzporedno povezavo. Dejanske in povprečne vrednosti toka se lahko spremenijo zaradi dejstva, da je trenutek, ko se signal nanese na tiristorje, drugačen. V tem primeru mora moč tiristorja izpolnjevati minimalne zahteve.
Način faznega nadzora
Pri prisilni metodi faznega krmiljenja se obremenitev prilagaja s spreminjanjem kotov med fazama. Umetno preklapljanje se lahko izvede s posebnimi vezji ali pa je treba uporabiti popolnoma nadzorovane (zaklepne) tiristorje. Na njihovi podlagi je praviloma izdelan tiristorski polnilnik, ki omogoča prilagajanje jakosti toka glede na stopnjo napolnjenosti baterije.
Nadzor širine impulza
Pravijo ji tudi PWM modulacija. Med odpiranjem tiristorjev se poda krmilni signal. Stiki so odprti in na bremenu je nekaj napetosti. Med zapiranjem (med celotnim prehodnim procesom) se ne uporablja krmilni signal, zato tiristorji ne prevajajo toka. Pri izvajanjukrivulja faznega krmilnega toka ni sinusoidna, pride do spremembe v valovni obliki napajalne napetosti. Posledično pride tudi do kršitve dela potrošnikov, ki so občutljivi na visokofrekvenčne motnje (pojavi se nezdružljivost). Tiristorski regulator ima preprosto zasnovo, ki vam bo omogočila brez težav spremeniti zahtevano vrednost. In ni vam treba uporabljati velikih LATR.
Tiristorji z možnostjo zaklepanja
Tiristori so zelo zmogljiva elektronska stikala, ki se uporabljajo za preklapljanje visokih napetosti in tokov. Vendar imajo eno veliko pomanjkljivost - upravljanje je nepopolno. Natančneje, to se kaže v dejstvu, da je za izklop tiristorja potrebno ustvariti pogoje, pod katerimi se bo enosmerni tok zmanjšal na nič.
Prav ta lastnost nalaga nekatere omejitve pri uporabi tiristorjev in tudi otežuje vezja, ki temeljijo na njih. Da bi se znebili takšnih pomanjkljivosti, so bile razvite posebne zasnove tiristorjev, ki so zaklenjeni s signalom vzdolž ene krmilne elektrode. Imenujejo se tiristorji z dvojnim delovanjem ali zaklepanje.
Zasnova tiristorja z možnostjo zaklepanja
Štiriplastna p-p-p-p struktura tiristorjev ima svoje značilnosti. Zaradi njih se razlikujejo od običajnih tiristorjev. Zdaj govorimo o popolni obvladljivosti elementa. Tokovno-napetostna karakteristika (statična) v smeri naprej je enaka kot pri preprostih tiristorjih. To je samo enosmerni tiristor lahko prenese veliko večjo vrednost. Ampakfunkcija blokiranja velikih povratnih napetosti za tiristorje, ki jih je mogoče zakleniti, ni zagotovljena. Zato ga je potrebno vzporedno povezati s polprevodniško diodo.
Značilna lastnost tiristorja, ki ga je mogoče zakleniti, je znaten padec napetosti naprej. Za izklop je treba na krmilni izhod uporabiti močan tokovni impulz (negativen, v razmerju 1:5 do vrednosti enosmernega toka). Toda samo trajanje impulza mora biti čim krajše - 10 … 100 μs. Tiristorji, ki jih je mogoče zakleniti, imajo nižjo mejno napetost in tok kot običajni. Razlika je približno 25-30%.
Vrste tiristorjev
O tistih, ki jih je mogoče zakleniti, smo razpravljali zgoraj, vendar obstaja veliko več vrst polprevodniških tiristorjev, ki jih je vredno omeniti. Različne izvedbe (polnilniki, stikala, regulatorji moči) uporabljajo določene vrste tiristorjev. Nekje se zahteva, da se nadzor izvede z dovajanjem svetlobnega toka, kar pomeni, da se uporablja optotiristor. Njegova posebnost je v tem, da krmilno vezje uporablja polprevodniški kristal, ki je občutljiv na svetlobo. Parametri tiristorjev so različni, vsi imajo svoje značilnosti, značilne samo zanje. Zato je treba vsaj na splošno razumeti, katere vrste teh polprevodnikov obstajajo in kje jih je mogoče uporabiti. Torej, tukaj je celoten seznam in glavne značilnosti vsake vrste:
- Diodni tiristor. Ekvivalent tega elementa je tiristor, na katerega je povezan protivzporednopolprevodniška dioda.
- Dinistor (diodni tiristor). Lahko postane popolnoma prevoden, če je določena napetost presežena.
- Triac (simetrični tiristor). Njegov ekvivalent sta dva tiristorja, povezana protivzporedno.
- Hitri inverterski tiristor ima visoko preklopno hitrost (5…50 µs).
- Tiristorji, ki jih krmili terenski tranzistor. Pogosto lahko najdete zasnove, ki temeljijo na MOSFET-ih.
- Optični tiristorji, ki jih nadzorujejo svetlobni tokovi.
Izvedite zaščito elementa
Tiristorji so naprave, ki so ključnega pomena za hitrost vrtenja prednjega toka in naprej napetosti. Za njih je, tako kot za polprevodniške diode, značilen pojav, kot je tok povratnih obnovitvenih tokov, ki zelo hitro in močno pade na nič, s čimer se poveča verjetnost prenapetosti. Ta prenapetost je posledica dejstva, da se tok nenadoma ustavi v vseh elementih vezja, ki imajo induktivnost (tudi ultra nizke induktivnosti, značilne za vgradnjo - žice, tirnice plošč). Za izvedbo zaščite je potrebno uporabiti različne sheme, ki vam omogočajo, da se zaščitite pred visokimi napetostmi in tokovi v dinamičnih načinih delovanja.
Praviloma ima induktivna upornost vira napetosti, ki vstopi v vezje delujočega tiristorja, takšno vrednost, da je več kot dovolj, da ne vključuje dodatnihinduktivnost. Zaradi tega se v praksi pogosteje uporablja veriga oblikovanja preklopne poti, ki znatno zmanjša hitrost in stopnjo prenapetosti v tokokrogu, ko je tiristor izklopljen. V ta namen se najpogosteje uporabljajo kapacitivno-uporovna vezja. Vzporedno so povezani s tiristorjem. Obstaja kar nekaj vrst modifikacij vezja takšnih vezij, pa tudi metod za njihov izračun, parametrov za delovanje tiristorjev v različnih načinih in pogojih. Toda vezje za oblikovanje preklopne poti tiristorja, ki ga je mogoče zakleniti, bo enako kot pri tranzistorjih.
