Тиристорите са ключове за захранване, които не са напълно контролирани. Често в техническите книги можете да видите друго име за това устройство - тиристор с една операция. С други думи, под въздействието на управляващ сигнал той се прехвърля в едно състояние - провеждане. По-конкретно, включва верига. За да го изключите, е необходимо да създадете специални условия, които гарантират, че постоянният ток във веригата падне до нула.
Характеристики на тиристорите
Тиристорните ключове провеждат електрически ток само в посока напред, а в затворено състояние могат да издържат не само право, но и обратно напрежение. Структурата на тиристора е четирислойна, има три изхода:
- Анод (означен с буква A).
- Катод (буква C или K).
- Контролен електрод (U или G).
Тиристорите имат цяло семейство характеристики на токовото напрежение, те могат да се използват за преценка на състоянието на елемента. Тиристорите са много мощни електронни ключове, те са способни да превключват вериги, в които напрежението може да достигне 5000 волта и силата на тока - 5000 ампера (докато честотата не надвишава 1000 Hz).
Тиристорна работа вDC вериги
Конвенционалният тиристор се включва чрез прилагане на токов импулс към управляващия изход. Освен това той трябва да е положителен (по отношение на катода). Продължителността на преходния процес зависи от естеството на натоварването (индуктивен, активен), амплитудата и скоростта на нарастване във веригата за управление на токовия импулс, температурата на полупроводниковия кристал, както и приложените ток и напрежение към тиристорите налични във веригата. Характеристиките на веригата директно зависят от типа на използвания полупроводников елемент.
Във веригата, в която е разположен тиристорът, появата на висока скорост на нарастване на напрежението е неприемлива. А именно, такава стойност, при която елементът се включва спонтанно (дори ако няма сигнал в управляващата верига). Но в същото време контролният сигнал трябва да има много висок наклон.
Начини за изключване
Могат да се разграничат два типа тиристорно превключване:
- Естествено.
- Принудително.
А сега по-подробно за всеки вид. Естествено възниква, когато тиристорът работи във верига с променлив ток. Освен това това превключване се случва, когато токът падне до нула. Но за прилагане на принудително превключване може да има голям брой различни начини. Кое управление на тиристорите да изберете зависи от дизайнера на веригата, но си струва да говорим за всеки тип поотделно.
Най-характерният начин за принудително превключване е свързванетокондензатор, който е бил предварително зареден с бутон (ключ). LC веригата е включена в тиристорната управляваща верига. Тази верига съдържа напълно зареден кондензатор. По време на преходния процес, токът се колебае във веригата на натоварване.
Методи за принудително превключване
Има няколко други типа принудително превключване. Често се използва схема, която използва превключващ кондензатор с обратна полярност. Например, този кондензатор може да бъде свързан към веригата с помощта на някакъв вид спомагателен тиристор. В този случай ще възникне разреждане на главния (работещ) тиристор. Това ще доведе до факта, че при кондензатора токът, насочен към постоянния ток на главния тиристор, ще помогне да се намали токът във веригата до нула. Следователно тиристорът ще се изключи. Това се случва поради причината, че тиристорното устройство има свои собствени характеристики, които са характерни само за него.
Има и схеми, в които LC вериги са свързани. Те се изписват (и с колебания). В самото начало разрядният ток протича към работника и след изравняване на техните стойности тиристорът се изключва. След това от осцилаторната верига токът преминава през тиристора в полупроводников диод. В този случай, докато тече ток, към тиристора се прилага определено напрежение. То е равно на спада на напрежението в диода.
Тиристорна работа в променливотокови вериги
Ако тиристорът е включен в веригата за променлив ток, е възможно да се извърши таковаоперации:
- Включете или изключете електрическа верига с активно-резистивен или резистивен товар.
- Променете средната и ефективна стойност на тока, който преминава през товара, благодарение на възможността да регулирате момента на контролния сигнал.
Тиристорните ключове имат една особеност - те провеждат ток само в една посока. Следователно, ако трябва да ги използвате в вериги за променлив ток, трябва да използвате връзка гръб до гръб. Ефективните и средните стойности на тока може да се променят поради факта, че моментът на подаване на сигнала към тиристорите е различен. В този случай тиристорната мощност трябва да отговаря на минималните изисквания.
Метод на фазов контрол
При метода на принудителен тип фазов контрол натоварването се регулира чрез промяна на ъглите между фазите. Изкуственото превключване може да се извърши с помощта на специални схеми или е необходимо да се използват напълно контролирани (заключващи се) тиристори. На тяхна основа, като правило, се прави тиристорно зарядно устройство, което ви позволява да регулирате силата на тока в зависимост от нивото на зареждане на батерията.
Управление на ширината на импулса
Те също го наричат PWM модулация. При отваряне на тиристорите се подава управляващ сигнал. Преходите са отворени и има някакво напрежение в товара. По време на затваряне (по време на целия преходен процес) не се прилага управляващ сигнал, поради което тиристорите не провеждат ток. При изпълнениекривата на фазовия контролен ток не е синусоидална, има промяна във формата на вълната на захранващото напрежение. Следователно има и нарушение на работата на потребителите, които са чувствителни към високочестотни смущения (появява се несъвместимост). Тиристорният регулатор има прост дизайн, който ще ви позволи да промените необходимата стойност без проблеми. И не е нужно да използвате масивни LATR.
Тиристори с възможност за заключване
Тиристорите са много мощни електронни превключватели, използвани за превключване на високи напрежения и токове. Но те имат един огромен недостатък - управлението е непълно. По-конкретно, това се проявява от факта, че за да изключите тиристора, е необходимо да се създадат условия, при които постоянният ток ще намалее до нула.
Тази функция налага някои ограничения върху използването на тиристори, а също така усложнява схемите, базирани на тях. За да се отърват от такива недостатъци, бяха разработени специални конструкции на тиристори, които се заключват със сигнал по протежение на един контролен електрод. Наричат се тиристори с двойно действие или заключващи се тиристори.
Заключващ се тиристорен дизайн
Четирислойната p-p-p-p структура на тиристорите има свои собствени характеристики. Те ги правят различни от конвенционалните тиристори. Сега говорим за пълната управляемост на елемента. Характеристиката на тока-напрежение (статична) в посока напред е същата като тази на обикновените тиристори. Това е просто постоянен ток тиристор може да премине много по-голяма стойност. Ноне е предвидена функцията за блокиране на големи обратни напрежения за заключващи се тиристори. Следователно е необходимо да го свържете гръб към гръб с полупроводников диод.
Характерна особеност на заключващия се тиристор е значителен спад в предните напрежения. За да се направи изключване, към контролния изход трябва да се приложи мощен токов импулс (отрицателен, в съотношение 1:5 към стойността на постоянния ток). Но само продължителността на импулса трябва да бъде възможно най-кратка - 10 … 100 μs. Заключващите се тиристори имат по-ниско гранично напрежение и ток от конвенционалните. Разликата е приблизително 25-30%.
Видове тиристори
Заключващите се бяха обсъдени по-горе, но има много повече видове полупроводникови тиристори, които също си заслужава да бъдат споменати. Голямо разнообразие от дизайни (зарядни устройства, ключове, регулатори на мощността) използват определени видове тиристори. Някъде се изисква управлението да се извършва чрез подаване на поток светлина, което означава, че се използва оптотиристор. Неговата особеност се крие във факта, че управляващата верига използва полупроводников кристал, който е чувствителен към светлина. Параметрите на тиристорите са различни, всички имат свои собствени характеристики, характерни само за тях. Следователно е необходимо, поне в общи линии, да се разбере какви видове тези полупроводници съществуват и къде могат да се използват. И така, ето целия списък и основните характеристики на всеки тип:
- Диод-тиристор. Еквивалентът на този елемент е тиристор, към който е свързан антипаралелнополупроводников диод.
- Динистор (диоден тиристор). Може да стане напълно проводим, ако определено ниво на напрежение е превишено.
- Триак (симетричен тиристор). Негов еквивалент е два тиристора, свързани антипаралелно.
- Високоскоростният инверторен тиристор има висока скорост на превключване (5…50 µs).
- Тиристори, управлявани от полеви транзистори. Често можете да намерите дизайни, базирани на MOSFETs.
- Оптични тиристори, управлявани от светлинни потоци.
Приложете защита на елемента
Тиристорите са устройства, които са критични за скоростта на нарастване на тока и напрежението в посока. Те, подобно на полупроводниковите диоди, се характеризират с такова явление като поток от обратни възстановителни токове, който много бързо и рязко пада до нула, като по този начин увеличава вероятността от пренапрежение. Това пренапрежение е следствие от факта, че токът спира рязко във всички елементи на веригата, които имат индуктивност (дори ултра ниски индуктивности, характерни за монтаж - проводници, платкови коловози). За да приложите защита, е необходимо да използвате различни схеми, които ви позволяват да се предпазите от високи напрежения и токове в динамични режими на работа.
По правило индуктивното съпротивление на източника на напрежение, което влиза във веригата на работещ тиристор, има такава стойност, че е повече от достатъчно да не включва някои допълнителнииндуктивност. Поради тази причина на практика по-често се използва верига за формиране на превключващ път, което значително намалява скоростта и нивото на пренапрежение във веригата, когато тиристорът е изключен. Най-често за тази цел се използват капацитивно-резистивни вериги. Те са свързани с тиристора паралелно. Има доста видове схемни модификации на такива вериги, както и методи за тяхното изчисляване, параметри за работа на тиристори в различни режими и условия. Но веригата за формиране на траекторията на превключване на заключващия се тиристор ще бъде същата като тази на транзисторите.
