Na čo sa používa tyristor? Tyristorové riadenie, princíp činnosti. Výhody a nevýhody použitia tyristora

Absolútne každý tyristor môže byť v dvoch stabilných stavoch - ZATVORENÉ alebo OTVORENÉ

V uzavretom stave je v stave nízkej vodivosti a netečie takmer žiadny prúd, v otvorenom stave bude naopak polovodič v stave vysokej vodivosti, prúd ním prechádza prakticky bez odporu

Môžeme povedať, že tyristor je spínač riadený elektrickou energiou. Ale v podstate riadiaci signál môže polovodič iba otvoriť. Pre jeho spätné uzamknutie je potrebné splniť podmienky smerujúce k zníženiu dopredného prúdu takmer na nulu.

Štrukturálne je tyristor sekvenciou štyroch vrstiev p A n typ tvoriaci štruktúru p-n-p-n a zapojené do série.

Jedna z krajných oblastí, ku ktorej je pripojený kladný pól výkonu, je tzv anóda, p – typ
Druhý, ku ktorému je pripojený záporný pól napätia, sa nazýva katóda, – typ n
Riadiaca elektróda spojené s vnútornými vrstvami.

Aby sme pochopili fungovanie tyristora, zvážme niekoľko prípadov, prvý: na riadiacu elektródu nie je privádzané žiadne napätie, tyristor je zapojený podľa obvodu dinistora - na anódu sa privádza kladné napätie a na katódu záporné napätie, pozri obrázok.

V tomto prípade je kolektorový p-n prechod tyristora v uzavretom stave a emitorový prechod je otvorený. Otvorené prechody majú veľmi nízky odpor, takže takmer všetko napätie prichádzajúce z napájacieho zdroja je privedené na kolektorový prechod, kvôli vysokému odporu, ktorého prúd pretekajúci polovodičovým zariadením je veľmi nízky.

Na grafe prúdovo-napäťovej charakteristiky je tento stav relevantný pre úsek označený číslom 1 .

Keď sa úroveň napätia zvyšuje, do určitého bodu sa prúd tyristora takmer nezvyšuje. Ale dosiahnutie podmienenej kritickej úrovne - zapínacie napätie U na v dinistore sa objavia faktory, počas ktorých začína prudký nárast voľných nosičov náboja v kolektorovom prechode, ktorý takmer okamžite prenáša lavínový charakter. V dôsledku toho dôjde k reverzibilnému elektrickému prerušeniu (bod 2 na obrázku). IN p-v oblasti kolektorového prechodu vzniká nadbytočná zóna nahromadených kladných nábojov, v n-región, naopak dochádza k akumulácii elektrónov. Zvýšenie koncentrácie voľných nosičov náboja vedie k poklesu potenciálnej bariéry na všetkých troch spojoch a vstrekovanie nosičov náboja začína cez spoje emitorov. Lavínovitý charakter sa ešte viac zväčšuje a vedie k prepínaniu kolektorovej križovatky do otvoreného stavu. Súčasne sa zvyšuje prúd vo všetkých oblastiach polovodiča, čo má za následok pokles napätia medzi katódou a anódou, znázornený v grafe vyššie segmentom označeným číslom tri. V tomto okamihu má dinistor záporný diferenciálny odpor. Na odpore Rn Napätie sa zvyšuje a polovodič sa prepína.

Po otvorení kolektorového prechodu sa I-V charakteristika dinistora stane rovnakou ako na priamej vetve - segment č.4. Po prepnutí polovodičového zariadenia klesne napätie na jeden volt. V budúcnosti zvýšenie úrovne napätia alebo zníženie odporu povedie k zvýšeniu výstupného prúdu, jedna k jednej, ako aj k činnosti diódy, keď je pripojená priamo. Ak sa úroveň napájacieho napätia zníži, potom sa takmer okamžite obnoví vysoký odpor kolektorového spojenia, dinistor sa zatvorí, prúd prudko klesne.

Zapínacie napätie U na, možno vyladiť zavedením menších nosičov náboja do ktorejkoľvek medzivrstvy vedľa spoja kolektora.

Na tento účel špeciálny riadiaca elektróda, napájaný z prídavného zdroja, z ktorého vychádza riadiace napätie - Ovládanie U. Ako je z grafu jasne vidieť, pri zvyšovaní regulácie U klesá spínacie napätie.

Základné charakteristiky tyristorov

U na zapínacie napätie - pri ktorom tyristor prechádza do otvoreného stavu
U o6p.max– pulzné opakujúce sa spätné napätie spôsobí elektrické prerušenie p-n prechodu. Pre mnoho tyristorov bude tento výraz pravdivý U o6p.max . = U zapnuté
Imax- maximálna prípustná hodnota prúdu
I St- priemerná aktuálna hodnota za obdobie U np- pokles napätia vpred, keď je tyristor otvorený
I o6p.max- reverzný maximálny prúd začína tiecť pri aplikácii U o6p.max v dôsledku pohybu menšinových nosičov náboja
držím prídržný prúd - hodnota anódového prúdu, pri ktorej je tyristor vypnutý
Pmax- maximálny stratový výkon
t off- čas vypnutia potrebný na vypnutie tyristora

Uzamykateľné tyristory- má klasický štvorvrstvový p-n-p-nštruktúru, ale zároveň má množstvo dizajnových prvkov, ktoré poskytujú takú funkčnosť, ako je úplná ovládateľnosť. Vďaka tomuto efektu z riadiacej elektródy môžu vypínacie tyristory prechádzať nielen do otvoreného stavu zo zatvoreného, ​​ale aj z otvoreného do zatvoreného. Na tento účel je riadiaca elektróda napájaná napätím opačným ako napätie, ktoré predtým otvára tyristor. Na uzamknutie tyristora nasleduje silný, ale krátkodobý záporný prúdový impulz na riadiacej elektróde. Pri použití vypínacích tyristorov je potrebné mať na pamäti, že ich limitné hodnoty sú o 30% nižšie ako u konvenčných. Pri konštrukcii obvodov sa uzamykateľné tyristory aktívne používajú ako elektronické spínače v konvertorovej a pulznej technológii.

Na rozdiel od svojich štvorvrstvových príbuzných - tyristorov, majú päťvrstvovú štruktúru.

Vďaka tejto polovodičovej štruktúre sú schopné prepúšťať prúd v oboch smeroch - ako od katódy k anóde, tak aj od anódy ku katóde, pričom na riadiacu elektródu je napätie oboch polarít. Vďaka tejto vlastnosti má prúdovo-napäťová charakteristika triaku symetrický vzhľad v oboch súradnicových osiach. O fungovaní triaku sa môžete dozvedieť z videonávodu na nižšie uvedenom odkaze.

Princíp fungovania triaku

Ak má štandardný tyristor anódu a katódu, potom elektródy triaku nemožno opísať týmto spôsobom, pretože každá elektróda je súčasne anódou aj katódou. Preto je triak schopný prechádzať prúdom v oboch smeroch. To je dôvod, prečo funguje skvele v AC obvodoch.

Veľmi jednoduchá schéma vysvetľujúca princíp triaku je regulátor výkonu triaku.

Po privedení napätia sa na jeden z triakových výstupov privádza striedavé napätie. Záporné riadiace napätie sa privádza na elektródu, ktorá je riadiacou elektródou, z diódového mostíka. Pri prekročení prahu spínania sa triak odblokuje a prúd preteká do pripojenej záťaže. V momente, keď sa zmení polarita napätia na vstupe triaku, je zablokovaný. Potom sa algoritmus opakuje.

Čím vyššia je úroveň riadiaceho napätia, tým rýchlejšie funguje triak a zvyšuje sa trvanie impulzu pri záťaži. S klesajúcou úrovňou riadiaceho napätia sa znižuje aj trvanie impulzov na záťaži. Na výstupe regulátora triaku bude napätie pílovité s nastaviteľnou dobou trvania impulzu. Úpravou riadiaceho napätia teda môžeme meniť jas žiarovky alebo teplotu hrotu spájkovačky zapojenej ako záťaž.

Takže triak je riadený záporným aj kladným napätím. Vyzdvihnime jeho klady a zápory.

Plusy: nízka cena, dlhá životnosť, žiadne kontakty a v dôsledku toho žiadne iskrenie a drnčanie.
Nevýhody: pomerne citlivý na prehriatie a zvyčajne sa montuje na radiátor. Nepracuje pri vysokých frekvenciách, pretože nemá čas na prechod z otvoreného stavu do uzavretého stavu. Reaguje na vonkajšie rušenie, ktoré spôsobuje falošné poplachy.

Za zmienku stojí aj vlastnosti inštalácie triakov v moderných elektronických zariadeniach.

Pri miernom zaťažení alebo ak v ňom tečú krátke impulzné prúdy, je možné triaky inštalovať bez chladiča. Vo všetkých ostatných prípadoch sa jeho prítomnosť prísne vyžaduje.
Tyristor môže byť pripevnený k chladiču pomocou montážnej spony alebo skrutky
Aby sa znížila pravdepodobnosť falošných poplachov spôsobených hlukom, dĺžka vodičov by mala byť minimálna. Na pripojenie sa odporúča použiť tienený kábel alebo krútenú dvojlinku.

Alebo optotyristory sú špecializované polovodiče, ktorých konštrukčným znakom je prítomnosť fotobunky, ktorá je riadiacou elektródou.

Moderným a perspektívnym typom triaku je optosimistor. Namiesto riadiacej elektródy je v kryte LED a ovládanie prebieha zmenou napájacieho napätia na LED. Keď svetelný tok dopadne na zadnú energiu, fotobunka prepne tyristor do otvorenej polohy. Najzákladnejšou funkciou optosimistora je úplná galvanická izolácia medzi riadiacim obvodom a napájacím obvodom. To jednoducho vytvára vynikajúcu úroveň spoľahlivosti dizajnu.

Vypínače. Jedným z hlavných bodov ovplyvňujúcich dopyt po takýchto obvodoch je nízky výkon, ktorý môže tyristor rozptýliť v spínacích obvodoch. V uzamknutom stave sa prakticky nespotrebúva žiadna energia, pretože prúd je takmer nulový. A v otvorenom stave je strata energie nízka kvôli nízkym hodnotám napätia

Prahové zariadenia- implementujú hlavnú vlastnosť tyristorov - otvoriť sa, keď napätie dosiahne požadovanú úroveň. Používa sa vo fázových regulátoroch výkonu a relaxačných oscilátoroch

Na prerušenie a zapnutie-vypnutie používajú sa blokovacie tyristory. Je pravda, že v tomto prípade si schémy vyžadujú určitú úpravu.

Experimentálne zariadenia– využívajú vlastnosť tyristora mať záporný odpor v prechodnom režime

Princíp činnosti a vlastnosti dinistora, obvody založené na dinistoroch

Dinistor je typ polovodičových diód patriacich do triedy tyristorov. Dinistor pozostáva zo štyroch oblastí rôznej vodivosti a má tri p-n prechody. V elektronike našiel skôr obmedzené využitie, možno ho však nájsť v konštrukciách energeticky úsporných žiaroviek s päticami E14 a E27, kde sa používa v štartovacích obvodoch. Okrem toho sa nachádza v predradníkoch žiariviek.

V diagramoch a technickej dokumentácii sa často používajú rôzne pojmy a symboly, ale nie všetci začínajúci elektrikári poznajú ich význam. Navrhujeme diskutovať o tom, aké sú výkonové tyristory na zváranie, ich princíp činnosti, vlastnosti a označovanie týchto zariadení.

Čo je to tyristor a ich typy

Mnohí videli tyristory v girlande „Running Fire“; toto je najjednoduchší príklad opísaného zariadenia a jeho fungovania. Kremíkový usmerňovač alebo tyristor je veľmi podobný tranzistoru. Ide o viacvrstvové polovodičové zariadenie, ktorého hlavným materiálom je kremík, najčastejšie v plastovom kryte. Vzhľadom na to, že jeho princíp činnosti je veľmi podobný usmerňovacej dióde (usmerňovacie zariadenia striedavého prúdu alebo dinistor), označenie na diagramoch je často rovnaké - považuje sa to za analóg usmerňovača.

Foto – Schéma bežiacej požiarnej girlandy

Existujú:

• Vypínacie tyristory ABB (GTO),
• štandard SEMIKRON,
• silná lavína typu TL-171,
• optočleny (napríklad TO 142-12,5-600 alebo modul MTOTO 80),
• symetrický TS-106-10,
• nízkofrekvenčné MTT,
• triak BTA 16-600B alebo VT pre práčky,
• frekvencia TBC,
• cize TPS 08,
• TYN 208.

Zároveň sa však tranzistory typu IGBT alebo IGCT používajú pre vysokonapäťové zariadenia (pece, obrábacie stroje a inú priemyselnú automatizáciu).

Foto – Tyristor

Ale na rozdiel od diódy, ktorá je dvojvrstvovým (PN) tranzistorom (PNP, NPN), tyristor pozostáva zo štyroch vrstiev (PNPN) a toto polovodičové zariadenie obsahuje tri p-n prechody. V tomto prípade sú diódové usmerňovače menej účinné. Dobre to demonštruje riadiaci obvod tyristora, ako aj referenčná kniha pre elektrikárov (napríklad v knižnici si môžete zadarmo prečítať knihu od autora Zamyatin).

Tyristor je jednosmerný striedavý menič, čo znamená, že vedie prúd iba v jednom smere, ale na rozdiel od diódy môže zariadenie fungovať ako spínač s otvoreným obvodom alebo ako usmerňovacia dióda DC. Inými slovami, polovodičové tyristory môžu pracovať iba v spínacom režime a nemôžu byť použité ako zosilňovacie zariadenia. Kľúč na tyristore nie je schopný samostatne prejsť do zatvorenej polohy.

Kremíkový riadený usmerňovač je jedným z niekoľkých výkonových polovodičových zariadení spolu s triakmi, AC diódami a unijunkčnými tranzistormi, ktoré dokážu veľmi rýchlo prepínať z jedného režimu do druhého. Takýto tyristor sa nazýva vysokorýchlostný. Veľkú rolu tu samozrejme zohráva trieda zariadenia.

Aplikácia tyristora

Účel tyristorov môže byť veľmi odlišný, napríklad domáci zvárací invertor využívajúci tyristory, nabíjačka do auta (tyristor v napájacom zdroji) a dokonca aj generátor sú veľmi obľúbené. Vzhľadom na to, že samotné zariadenie dokáže prenášať nízkofrekvenčné aj vysokofrekvenčné záťaže, je možné ho použiť aj pre transformátor pre zváracie stroje (ich mostík využíva práve tieto časti). Na riadenie činnosti dielu je v tomto prípade potrebný regulátor napätia na tyristore.

Foto - použitie tyristora namiesto LATR

Nezabudnite na tyristor zapaľovania pre motocykle.

Popis konštrukcie a princíp činnosti

Tyristor sa skladá z troch častí: „Anóda“, „Katóda“ a „Vstup“, pozostávajúce z troch p-n prechodov, ktoré môžu prepínať medzi polohami „ON“ a „OFF“ pri veľmi vysokej rýchlosti. Zároveň ho však možno zapnúť aj z polohy „ON“ na rôzne doby trvania, t. j. na niekoľko polcyklov, aby sa do záťaže dodalo určité množstvo energie. Činnosť tyristora sa dá lepšie vysvetliť predpokladom, že bude pozostávať z dvoch tranzistorov spojených navzájom, ako je pár komplementárnych regeneračných spínačov.

Najjednoduchšie mikroobvody demonštrujú dva tranzistory, ktoré sú kombinované tak, že kolektorový prúd po príkaze „Štart“ tečie do kanálov NPN tranzistora TR 2 priamo do PNP tranzistora TR 1. V tomto čase prúd z TR 1 ústi do kanálov do pätiek TR 2. Tieto dva prepojené tranzistory sú usporiadané tak, že báza-emitor prijíma prúd z kolektora-emitora druhého tranzistora. To si vyžaduje paralelné umiestnenie.

Foto – Tyristor KU221IM

Napriek všetkým bezpečnostným opatreniam sa tyristor môže nedobrovoľne presunúť z jednej polohy do druhej. K tomu dochádza v dôsledku prudkého skoku v prúde, teplotných zmien a iných rôznych faktorov. Preto predtým, ako si kúpite tyristor KU202N, T122 25, T 160, T 10 10, musíte ho nielen skontrolovať testerom (krúžkom), ale tiež sa oboznámiť s prevádzkovými parametrami.

Typické charakteristiky prúdového napätia tyristora

Ak chcete začať diskutovať o tejto zložitej téme, pozrite sa na diagram charakteristík prúdového napätia tyristora:

Foto - charakteristika prúdovo-napäťovej charakteristiky tyristora

1. Segment medzi 0 a (V®,IL) plne zodpovedá priamemu uzamknutiu zariadenia;
2. V sekcii Vvo je tyristor v polohe „ON“;
3. Segment medzi zónami (Vvo, IL) a (Vн,In) je prechodová poloha v zapnutom stave tyristora. Práve v tejto oblasti dochádza k takzvanému dinistor efektu;
4. Body (Vн,In) zase ukazujú na grafe priame otvorenie zariadenia;
5. Body 0 a Vbr sú úseky, kde je tyristor vypnutý;
6. Nasleduje segment Vbr - označuje reverzný režim členenia.

Prirodzene, moderné vysokofrekvenčné rádiové komponenty v obvode môžu ovplyvniť charakteristiky prúdového napätia nevýznamným spôsobom (chladiče, odpory, relé). Tiež symetrické fototyristory, SMD zenerové diódy, optotyristory, triódy, optočleny, optoelektronické a iné moduly môžu mať rôzne charakteristiky prúdového napätia.

Foto - prúdovo-napäťová charakteristika tyristora

Okrem toho upozorňujeme na skutočnosť, že v tomto prípade sa ochrana zariadenia vykonáva na vstupe záťaže.

Kontrola tyristora

Pred zakúpením zariadenia musíte vedieť, ako otestovať tyristor pomocou multimetra. Meracie zariadenie je možné pripojiť len k testeru tzv. Schéma, podľa ktorej je možné takéto zariadenie zostaviť, je uvedená nižšie:

Foto – tester tyristorov

Podľa popisu je potrebné priviesť kladné napätie na anódu a záporné napätie na katódu. Je veľmi dôležité použiť hodnotu, ktorá sa zhoduje s rozlíšením tyristora. Na výkrese sú rezistory s menovitým napätím 9 až 12 voltov, čo znamená, že napätie testera je o niečo vyššie ako na tyristore. Po zostavení zariadenia môžete začať kontrolovať usmerňovač. Na zapnutie je potrebné stlačiť tlačidlo, ktoré vysiela pulzné signály.

Testovanie tyristora je veľmi jednoduché, tlačidlo krátko vyšle do riadiacej elektródy otvárací signál (kladný vzhľadom na katódu). Potom, ak sa rozsvietia kontrolky na tyristore, zariadenie sa považuje za nefunkčné, ale výkonné zariadenia nie vždy reagujú okamžite po príchode záťaže.

Foto - testovací obvod pre tyristory

Okrem kontroly zariadenia sa odporúča použiť aj špeciálne ovládače alebo riadiacu jednotku pre tyristory a triaky OWEN BOOST alebo iné značky, funguje približne rovnako ako regulátor výkonu na tyristore. Hlavným rozdielom je širší rozsah napätí.

Video: princíp činnosti tyristora

technické údaje

Zoberme si technické parametre tyristora série KU 202e. Táto séria predstavuje domáce nízkoenergetické zariadenia, ktorých hlavné použitie je obmedzené na domáce spotrebiče: používa sa na prevádzku elektrických pecí, ohrievačov atď.

Na obrázku nižšie je znázornený pinout a hlavné časti tyristora.

Foto – ku 202

1. Nastavte spätné napätie v zapnutom stave (max) 100 V
2. Uzavreté napätie 100V
3. Impulz v otvorenej polohe – 30 A
4. Opakovaný impulz v otvorenej polohe 10 A
5. Stredné napätie<=1,5 В
6. Napätie bez odblokovania >=0,2 V
7. Nastavte prúd do otvorenej polohy<=4 мА
8. Reverzný prúd<=4 мА
9. Konštantný typ odblokovacieho prúdu<=200 мА
10. Nastavte konštantné napätie<=7 В
11. Načas<=10 мкс
12. Čas vypnutia<=100 мкс

Zariadenie sa zapne v priebehu mikrosekúnd. Ak potrebujete vymeniť popísané zariadenie, obráťte sa na predajného konzultanta v elektropredajni - bude si môcť vybrať analóg podľa schémy.

Foto – tyristor Ku202n

Cena tyristora závisí od jeho značky a vlastností. Odporúčame kupovať domáce zariadenia - sú odolnejšie a cenovo dostupné. Na spontánnych trhoch si môžete kúpiť vysokokvalitný výkonný prevodník až za sto rubľov.

Pred pochopením témy „tyristor - princíp fungovania“ musíte pochopiť, čo je toto malé zariadenie. V podstate ide o vypínač, len je vždy v otvorenom stave. Preto sa často nazýva neplne spravovaný kľúč.

Treba poznamenať, že vo svojom dizajne sa tyristor podobá bežnému tranzistoru alebo dióde. Je pravda, že existujú značné rozdiely. Napríklad dióda je dvojvrstvový polovodičový prvok na báze kremíka (PN), tranzistor je trojvrstvový (PNP alebo NPN) a tyristor je štvorvrstvový (PNPN). To znamená, že má tri p-n križovatky. To je dôvod, prečo sú diódové usmerňovače pred tyristorovými usmerňovačmi menej účinné. To je jasne viditeľné na schéme riadenia tyristora.

Kde sa používajú tyristory?

Rozsah použitia tyristorov je rozsiahly. Môžete ich použiť napríklad na zostavenie meniča na zváranie alebo autonabíjačky. Niektorí remeselníci dokonca zostavujú generátory vlastnými rukami. Najdôležitejšie je, že tyristory môžu cez seba prenášať vysokofrekvenčné aj nízkofrekvenčné prúdy. Preto zostavením mostíka z týchto zariadení je možné vyrobiť transformátor pre zvárací stroj.

Dizajn a princíp činnosti

Tyristorový spínač sa skladá z troch častí:

• anóda.
• Katóda.
• Vchod.

Ten pozostáva z troch p-n križovatiek. V tomto prípade sa prechody prepínajú veľmi vysokou rýchlosťou. Vo všeobecnosti možno princíp činnosti tyristora lepšie vysvetliť, ak vezmeme do úvahy obvod spájajúci dva tranzistory zapojené paralelne, ako sú spínače s komplementárnym regeneračným účinkom.

Takže najjednoduchší obvod dvoch tranzistorov kombinovaný tak, že pri štarte prúdi kolektorový prúd do NPN druhého zariadenia cez kanály NPN prvého. Súčasne prúd prechádza späť cez prvý tranzistor k druhému. V podstate dostaneme celkom jednoduché zapojenie, kde báza-emitor jedného z tranzistorov, v našom prípade druhého, dostáva prúd z kolektora-emitora iného zariadenia, teda prvého.

DC obvod

V obvode jednosmerného prúdu funguje tyristor na princípe dodávania impulzu s kladnou polaritou, samozrejme, vzhľadom na katódu. Trvanie prechodu z jedného stavu do druhého je značne ovplyvnené množstvom charakteristík. menovite:

• Typ záťaže (indukčná, aktívna atď.).
• Rýchlosť nárastu impulzu a jeho amplitúda, čo znamená zaťažovací prúd.
• Veľkosť samotného aktuálneho zaťaženia.
• Napätie v obvode.
• Teplota samotného zariadenia.

Najdôležitejšie tu je, že v sieti, kde je toto zariadenie nainštalované, nedochádza k náhlemu zvýšeniu napätia. V tomto prípade sa tyristor môže samovoľne zapnúť a riadiaci signál bude v tomto čase chýbať.

AC obvod

V tejto sieti funguje tyristorový spínač trochu inak. Toto zariadenie umožňuje vykonávať niekoľko typov operácií. Napr.:

• Zapínanie a vypínanie obvodu, v ktorom pôsobí aktívna alebo aktívno-reaktívna záťaž.
• Hodnotu efektívnej záťaže a jej priemernú hodnotu môžete meniť vďaka možnosti meniť (upravovať) napájanie samotného riadiaceho signálu.

Majte však na pamäti, že tyristorový spínač môže prenášať signál iba v jednom smere. Preto sú samotné tyristory inštalované v obvode takpovediac v antiparalelnom zapojení.

Tyristorové ovládanie

Vo výkonových elektronických zariadeniach sa najčastejšie používa buď fázové alebo pulzne-šírkové tyristorové riadenie.

V prvom prípade je možné aktuálne zaťaženie upraviť zmenou uhlov buď α alebo θ. Týka sa to núteného zaťaženia. Umelé zaťaženie je možné nastaviť len pomocou riadeného tyristora, nazývaného aj vypínací tyristor.

Pri PWM (pulznej šírkovej modulácii) je počas Totkr privádzaný signál, čo znamená, že samotné zariadenie je v otvorenom stave, to znamená, že prúd je napájaný napätím Un. Počas doby Tclose nie je žiadny signál a samotné zariadenie je v nevodivom stave.

Tyristorové LED diódy

Typicky nie sú tyristor a LED nainštalované v tej istej lampe. Jeho miesto je nahradené diódou, ktorá funguje pri zapnutí aj vypnutí, ako bežný kľúč. Je to spôsobené rôznymi dôvodmi, z ktorých hlavným je konštrukcia a princíp fungovania samotného zariadenia, ktoré je vždy v otvorenom stave. V súčasnosti vedci vynašli takzvanú tyristorovú LED.

Po prvé, tyristorová LED obsahuje okrem kremíka aj gálium, hliník, indium, arzén a antimón. Po druhé, emisné spektrum počas n-prechodov medzi materiálmi vytvára vlnu s dĺžkou 1,95 mikrónu. A to je dosť veľký optický výkon v porovnaní s diódovým prvkom, ktorý produkuje svetelné vlny v rovnakom rozsahu.

V diagramoch a technickej dokumentácii sa často používajú rôzne pojmy a symboly, ale nie všetci začínajúci elektrikári poznajú ich význam. Navrhujeme diskutovať o tom, aké sú výkonové tyristory na zváranie, ich princíp činnosti, vlastnosti a označovanie týchto zariadení.

Čo je to tyristor a ich typy

Mnohí videli tyristory v girlande „Running Fire“; toto je najjednoduchší príklad opísaného zariadenia a jeho fungovania. Kremíkový usmerňovač alebo tyristor je veľmi podobný tranzistoru. Ide o viacvrstvové polovodičové zariadenie, ktorého hlavným materiálom je kremík, najčastejšie v plastovom kryte. Vzhľadom na to, že jeho princíp činnosti je veľmi podobný usmerňovacej dióde (usmerňovacie zariadenia striedavého prúdu alebo dinistor), označenie na diagramoch je často rovnaké - považuje sa to za analóg usmerňovača.

Foto – Schéma bežiacej požiarnej girlandy

Existujú:

• Vypínacie tyristory ABB (GTO),
• štandard SEMIKRON,
• silná lavína typu TL-171,
• optočleny (napríklad TO 142-12,5-600 alebo modul MTOTO 80),
• symetrický TS-106-10,
• nízkofrekvenčné MTT,
• triak BTA 16-600B alebo VT pre práčky,
• frekvencia TBC,
• cize TPS 08,
• TYN 208.

Zároveň sa však tranzistory typu IGBT alebo IGCT používajú pre vysokonapäťové zariadenia (pece, obrábacie stroje a inú priemyselnú automatizáciu).

Foto – Tyristor

Ale na rozdiel od diódy, ktorá je dvojvrstvovým (PN) tranzistorom (PNP, NPN), tyristor pozostáva zo štyroch vrstiev (PNPN) a toto polovodičové zariadenie obsahuje tri p-n prechody. V tomto prípade sú diódové usmerňovače menej účinné. Dobre to demonštruje riadiaci obvod tyristora, ako aj referenčná kniha pre elektrikárov (napríklad v knižnici si môžete zadarmo prečítať knihu od autora Zamyatin).

Tyristor je jednosmerný striedavý menič, čo znamená, že vedie prúd iba v jednom smere, ale na rozdiel od diódy môže zariadenie fungovať ako spínač s otvoreným obvodom alebo ako usmerňovacia dióda DC. Inými slovami, polovodičové tyristory môžu pracovať iba v spínacom režime a nemôžu byť použité ako zosilňovacie zariadenia. Kľúč na tyristore nie je schopný samostatne prejsť do zatvorenej polohy.

Kremíkový riadený usmerňovač je jedným z niekoľkých výkonových polovodičových zariadení spolu s triakmi, AC diódami a unijunkčnými tranzistormi, ktoré dokážu veľmi rýchlo prepínať z jedného režimu do druhého. Takýto tyristor sa nazýva vysokorýchlostný. Veľkú rolu tu samozrejme zohráva trieda zariadenia.

Aplikácia tyristora

Účel tyristorov môže byť veľmi odlišný, napríklad domáci zvárací invertor využívajúci tyristory, nabíjačka do auta (tyristor v napájacom zdroji) a dokonca aj generátor sú veľmi obľúbené. Vzhľadom na to, že samotné zariadenie dokáže prenášať nízkofrekvenčné aj vysokofrekvenčné záťaže, je možné ho použiť aj pre transformátor pre zváracie stroje (ich mostík využíva práve tieto časti). Na riadenie činnosti dielu je v tomto prípade potrebný regulátor napätia na tyristore.

Foto - použitie tyristora namiesto LATR

Nezabudnite na tyristor zapaľovania pre motocykle.

Popis konštrukcie a princíp činnosti

Tyristor sa skladá z troch častí: „Anóda“, „Katóda“ a „Vstup“, pozostávajúce z troch p-n prechodov, ktoré môžu prepínať medzi polohami „ON“ a „OFF“ pri veľmi vysokej rýchlosti. Zároveň ho však možno zapnúť aj z polohy „ON“ na rôzne doby trvania, t. j. na niekoľko polcyklov, aby sa do záťaže dodalo určité množstvo energie. Činnosť tyristora sa dá lepšie vysvetliť predpokladom, že bude pozostávať z dvoch tranzistorov spojených navzájom, ako je pár komplementárnych regeneračných spínačov.

Najjednoduchšie mikroobvody demonštrujú dva tranzistory, ktoré sú kombinované tak, že kolektorový prúd po príkaze „Štart“ tečie do kanálov NPN tranzistora TR 2 priamo do PNP tranzistora TR 1. V tomto čase prúd z TR 1 ústi do kanálov do pätiek TR 2. Tieto dva prepojené tranzistory sú usporiadané tak, že báza-emitor prijíma prúd z kolektora-emitora druhého tranzistora. To si vyžaduje paralelné umiestnenie.

Foto – Tyristor KU221IM

Napriek všetkým bezpečnostným opatreniam sa tyristor môže nedobrovoľne presunúť z jednej polohy do druhej. K tomu dochádza v dôsledku prudkého skoku v prúde, teplotných zmien a iných rôznych faktorov. Preto predtým, ako si kúpite tyristor KU202N, T122 25, T 160, T 10 10, musíte ho nielen skontrolovať testerom (krúžkom), ale tiež sa oboznámiť s prevádzkovými parametrami.

Typické charakteristiky prúdového napätia tyristora

Ak chcete začať diskutovať o tejto zložitej téme, pozrite sa na diagram charakteristík prúdového napätia tyristora:

Foto - charakteristika prúdovo-napäťovej charakteristiky tyristora

1. Segment medzi 0 a (V®,IL) plne zodpovedá priamemu uzamknutiu zariadenia;
2. V sekcii Vvo je tyristor v polohe „ON“;
3. Segment medzi zónami (Vvo, IL) a (Vн,In) je prechodová poloha v zapnutom stave tyristora. Práve v tejto oblasti dochádza k takzvanému dinistor efektu;
4. Body (Vн,In) zase ukazujú na grafe priame otvorenie zariadenia;
5. Body 0 a Vbr sú úseky, kde je tyristor vypnutý;
6. Nasleduje segment Vbr - označuje reverzný režim členenia.

Prirodzene, moderné vysokofrekvenčné rádiové komponenty v obvode môžu ovplyvniť charakteristiky prúdového napätia nevýznamným spôsobom (chladiče, odpory, relé). Tiež symetrické fototyristory, SMD zenerové diódy, optotyristory, triódy, optočleny, optoelektronické a iné moduly môžu mať rôzne charakteristiky prúdového napätia.

Foto - prúdovo-napäťová charakteristika tyristora

Okrem toho upozorňujeme na skutočnosť, že v tomto prípade sa ochrana zariadenia vykonáva na vstupe záťaže.

Kontrola tyristora

Pred zakúpením zariadenia musíte vedieť, ako otestovať tyristor pomocou multimetra. Meracie zariadenie je možné pripojiť len k testeru tzv. Schéma, podľa ktorej je možné takéto zariadenie zostaviť, je uvedená nižšie:

Foto – tester tyristorov

Podľa popisu je potrebné priviesť kladné napätie na anódu a záporné napätie na katódu. Je veľmi dôležité použiť hodnotu, ktorá sa zhoduje s rozlíšením tyristora. Na výkrese sú rezistory s menovitým napätím 9 až 12 voltov, čo znamená, že napätie testera je o niečo vyššie ako na tyristore. Po zostavení zariadenia môžete začať kontrolovať usmerňovač. Na zapnutie je potrebné stlačiť tlačidlo, ktoré vysiela pulzné signály.

Testovanie tyristora je veľmi jednoduché, tlačidlo krátko vyšle do riadiacej elektródy otvárací signál (kladný vzhľadom na katódu). Potom, ak sa rozsvietia kontrolky na tyristore, zariadenie sa považuje za nefunkčné, ale výkonné zariadenia nie vždy reagujú okamžite po príchode záťaže.

Foto - testovací obvod pre tyristory

Okrem kontroly zariadenia sa odporúča použiť aj špeciálne ovládače alebo riadiacu jednotku pre tyristory a triaky OWEN BOOST alebo iné značky, funguje približne rovnako ako regulátor výkonu na tyristore. Hlavným rozdielom je širší rozsah napätí.

Video: princíp činnosti tyristora

technické údaje

Zoberme si technické parametre tyristora série KU 202e. Táto séria predstavuje domáce nízkoenergetické zariadenia, ktorých hlavné použitie je obmedzené na domáce spotrebiče: používa sa na prevádzku elektrických pecí, ohrievačov atď.

Na obrázku nižšie je znázornený pinout a hlavné časti tyristora.

Foto – ku 202

1. Nastavte spätné napätie v zapnutom stave (max) 100 V
2. Uzavreté napätie 100V
3. Impulz v otvorenej polohe – 30 A
4. Opakovaný impulz v otvorenej polohe 10 A
5. Stredné napätie<=1,5 В
6. Napätie bez odblokovania >=0,2 V
7. Nastavte prúd do otvorenej polohy<=4 мА
8. Reverzný prúd<=4 мА
9. Konštantný typ odblokovacieho prúdu<=200 мА
10. Nastavte konštantné napätie<=7 В
11. Načas<=10 мкс
12. Čas vypnutia<=100 мкс

Zariadenie sa zapne v priebehu mikrosekúnd. Ak potrebujete vymeniť popísané zariadenie, obráťte sa na predajného konzultanta v elektropredajni - bude si môcť vybrať analóg podľa schémy.

Foto – tyristor Ku202n

Cena tyristora závisí od jeho značky a vlastností. Odporúčame kupovať domáce zariadenia - sú odolnejšie a cenovo dostupné. Na spontánnych trhoch si môžete kúpiť vysokokvalitný výkonný prevodník až za sto rubľov.

Princíp činnosti tyristora

Tyristor je výkonová elektronika, ktorá nie je plne ovládaná. Preto sa niekedy v odbornej literatúre nazýva jednočinný tyristor, ktorý je možné prepnúť do vodivého stavu iba riadiacim signálom, teda zapnúť. Na jeho vypnutie (pri prevádzke na jednosmerný prúd) je potrebné vykonať špeciálne opatrenia, aby sa zabezpečilo, že dopredný prúd klesne na nulu.

Tyristorový spínač môže viesť prúd iba v jednom smere a v zatvorenom stave môže vydržať priame aj spätné napätie.

Tyristor má štvorvrstvovú štruktúru p-n-p-n s tromi svorkami: anóda (A), katóda (C) a riadiaca elektróda (G), ako je znázornené na obr. 1

Ryža. 1. Konvenčný tyristor: a) – grafické označenie; b) – prúdovo-napäťová charakteristika.

Na obr. Obrázok 1b zobrazuje skupinu výstupných statických prúdovo-napäťových charakteristík pri rôznych hodnotách riadiaceho prúdu iG. Maximálne dopredné napätie, ktoré môže tyristor vydržať bez jeho zapnutia, má maximálne hodnoty pri iG = 0. So zvyšujúcim sa prúdom iG klesá priepustné napätie, ktoré vydrží tyristor. Stav zapnutia tyristora zodpovedá vetve II, stav vypnutia zodpovedá vetve I a proces spínania zodpovedá vetve III. Prídržný prúd alebo prídržný prúd sa rovná minimálnej prípustnej hodnote dopredného prúdu iA, pri ktorej zostáva tyristor vo vodivom stave. Táto hodnota tiež zodpovedá minimálnej možnej hodnote poklesu napätia v priepustnom smere na zapnutom tyristore.

Vetva IV predstavuje závislosť zvodového prúdu od spätného napätia. Keď spätné napätie prekročí hodnotu UBO, začne prudký nárast spätného prúdu spojený s poruchou tyristora. Povaha poruchy môže zodpovedať nevratnému procesu alebo procesu lavínového rozpadu, ktorý je charakteristický pre činnosť polovodičovej zenerovej diódy.

Tyristory sú najvýkonnejšie elektronické spínače, schopné spínať obvody s napätím do 5 kV a prúdmi do 5 kA pri frekvencii maximálne 1 kHz.

Konštrukcia tyristorov je znázornená na obr. 2.

Ryža. 2. Konštrukcia krytov tyristorov: a) – tabletový typ; b) – špendlík

Tyristor v jednosmernom obvode

Bežný tyristor sa zapína privedením prúdového impulzu do riadiaceho obvodu s kladnou polaritou vzhľadom na katódu. Trvanie prechodového procesu pri zapnutí je výrazne ovplyvnené charakterom záťaže (aktívna, indukčná atď.), amplitúdou a rýchlosťou nárastu impulzu riadiaceho prúdu iG, teplotou polovodičovej štruktúry tyristora, aplikované napätie a zaťažovací prúd. V obvode obsahujúcom tyristor by sa nemali vyskytovať neprijateľné hodnoty rýchlosti nárastu napätia v priepustnom smere duAC/dt, pri ktorých môže dôjsť k samovoľnému zapnutiu tyristora pri absencii riadiaceho signálu iG a rýchlosti nárastu prúdu diA/dt. . Zároveň musí byť strmosť riadiaceho signálu vysoká.

Medzi spôsobmi vypínania tyristorov je zvykom rozlišovať prirodzené vypínanie (alebo prirodzené spínanie) a nútené spínanie (alebo umelé spínanie). Prirodzené spínanie nastáva, keď tyristory pracujú v obvodoch striedavého prúdu v okamihu, keď prúd klesne na nulu.

Spôsoby núteného spínania sú veľmi rôznorodé. Najtypickejšie z nich sú nasledujúce: pripojenie vopred nabitého kondenzátora s kľúčom S (obrázok 3, a); spojenie LC obvodu s vopred nabitým kondenzátorom CK (obrázok 3 b); použitie oscilačnej povahy prechodného procesu v zaťažovacom obvode (obrázok 3, c).

Ryža. 3. Spôsoby umelého spínania tyristorov: a) – cez nabitý kondenzátor C; b) – prostredníctvom oscilačného výboja obvodu LC; c) – v dôsledku kmitavého charakteru záťaže

Pri prepínaní podľa schémy na obr. 3 a spojenie spínacieho kondenzátora s obrátenou polaritou napríklad s ďalším pomocným tyristorom spôsobí jeho vybitie do vodivého hlavného tyristora. Pretože vybíjací prúd kondenzátora smeruje opačne k doprednému prúdu tyristora, ten sa zníži na nulu a tyristor sa vypne.

V diagrame na obr. 3b, zapojenie LC obvodu spôsobí oscilačné vybitie spínacieho kondenzátora Sk. V tomto prípade na začiatku preteká vybíjací prúd tyristorom opačným k jeho doprednému prúdu, keď sa vyrovnajú, tyristor sa vypne. Ďalej prúd LC obvodu prechádza z tyristora VS do diódy VD. Pokiaľ cez diódu VD preteká slučkový prúd, na tyristor VS sa privedie spätné napätie, ktoré sa rovná poklesu napätia na dióde.

V diagrame na obr. 3, zapnutie tyristora VS na komplexné zaťaženie RLC spôsobí prechodný proces. Pri určitých parametroch záťaže môže mať tento proces oscilačnú povahu so zmenou polarity záťažového prúdu v. V tomto prípade sa po vypnutí tyristora VS zapne dióda VD, ktorá začne viesť prúd opačnej polarity. Niekedy sa tento spôsob prepínania nazýva kvázi prirodzený, pretože je spojený so zmenou polarity záťažového prúdu.

Tyristor v obvode striedavého prúdu

Keď je tyristor pripojený k obvodu striedavého prúdu, je možné vykonať nasledujúce operácie:

Zapínanie a vypínanie elektrického obvodu s aktívnou a aktívno-reaktívnou záťažou;

zmena priemerných a efektívnych hodnôt prúdu cez záťaž v dôsledku toho, že je možné regulovať moment dodávky riadiaceho signálu.

Keďže tyristorový spínač je schopný viesť elektrický prúd iba v jednom smere, pre použitie tyristorov na striedavý prúd sú zapojené chrbtom k sebe (obr. 4a).

Ryža. 4. Zadné zapojenie tyristorov (a) a tvar prúdu s aktívnou záťažou (b)

Priemerné a menia sa v dôsledku zmien v momente dodávky otváracích signálov k tyristorom VS1 a VS2, t.j. v dôsledku zmeny uhla a (obr. 4, b). Hodnoty tohto uhla pre tyristory VS1 a VS2 sa pri regulácii menia súčasne pomocou riadiaceho systému. Uhol sa nazýva riadiaci uhol alebo uhol zapaľovania tyristora.

Najpoužívanejšie vo výkonových elektronických zariadeniach sú fázové (obr. 4, a, b) a pulzné riadenie tyristorov(obr. 4, c).

Ryža. 5. Druh napätia na záťaži s: a) – fázovou reguláciou tyristora; b) – fázové riadenie tyristora s nútenou komutáciou; c) – pulzno-šírkové riadenie tyristora

S fázovým spôsobom riadenia tyristora s nútenou komutáciou Regulácia záťažového prúdu je možná zmenou uhla? a uhol? . Umelé spínanie sa vykonáva pomocou špeciálnych jednotiek alebo pomocou plne riadených (uzamykateľných) tyristorov.

S reguláciou šírky impulzu (modulácia šírky impulzu - PWM) Počas doby Totkr je na tyristory privedený riadiaci signál, sú otvorené a na záťaž je privedené napätie Un. Počas doby Tclose nie je žiadny riadiaci signál a tyristory sú v nevodivom stave. Efektívna hodnota prúdu v záťaži

kde In.m. – zaťažovací prúd pri Tclosed = 0.

Prúdová krivka v záťaži pri fázovom riadení tyristorov je nesínusová, čo spôsobuje skreslenie priebehu napájacieho napätia a poruchy prevádzky spotrebičov citlivých na vysokofrekvenčné rušenie - vzniká tzv. elektromagnetická nekompatibilita.

Uzamykateľné tyristory

Tyristory sú najvýkonnejšie elektronické spínače používané na spínanie vysokonapäťových a silnoprúdových (vysokoprúdových) obvodov. Majú však významnú nevýhodu - neúplnú ovládateľnosť, ktorá sa prejavuje v tom, že na ich vypnutie je potrebné vytvoriť podmienky na zníženie dopredného prúdu na nulu. To v mnohých prípadoch obmedzuje a komplikuje použitie tyristorov.

Na odstránenie tohto nedostatku boli vyvinuté tyristory, ktoré sú hradené signálom cez riadiacu elektródu G. Takéto tyristory sa nazývajú hradlové (GTO - Gate turn-off tyristor) alebo dvojprevádzkové.

Uzamykateľné tyristory(ZT) majú štvorvrstvovú štruktúru p-p-p-p, ale zároveň majú množstvo významných konštrukčných prvkov, ktoré im dávajú vlastnosť úplnej ovládateľnosti, ktorá je zásadne odlišná od tradičných tyristorov. Statická prúdovo-napäťová charakteristika vypnutých tyristorov v priepustnom smere je totožná s prúdovo-napäťovou charakteristikou bežných tyristorov. Vypínací tyristor však zvyčajne nie je schopný blokovať veľké spätné napätie a často je pripojený k dióde back-to-back. Okrem toho sa vypínacie tyristory vyznačujú výraznými poklesmi napätia vpred. Na vypnutie vypínateľného tyristora je potrebné priviesť do riadiacej elektródy silný záporný prúdový impulz (približne 1:5 vzhľadom na hodnotu jednosmerného vypínacieho prúdu), avšak krátkeho trvania (10-100 μs). obvod.

Vypínacie tyristory majú tiež nižšie limity napätia a prúdu (asi o 20-30%) v porovnaní s bežnými tyristormi.

Hlavné typy tyristorov

Okrem vypínacích tyristorov bola vyvinutá široká škála tyristorov rôznych typov, ktoré sa líšia rýchlosťou, riadiacimi procesmi, smerom prúdov vo vodivom stave atď. Medzi nimi je potrebné poznamenať nasledujúce typy:

tyristorová dióda, ktorá je ekvivalentná tyristoru s antiparalelne zapojenou diódou (obr. 6.12,a);

diódový tyristor (dinistor), ktorý sa pri prekročení určitej úrovne napätia medzi A a C transformuje do vodivého stavu (obr. 6,b);

vypínací tyristor(obr. 6.12, c);

symetrický tyristor alebo triak, čo je ekvivalent dvoch tyristorov back-to-back (obr. 6.12,d);

rýchločinný invertorový tyristor(čas vypnutia 5-50 us);

tyristor s riadením poľa riadiacou elektródou, napríklad na základe kombinácie MOS tranzistora s tyristorom;

Optotyristor riadený svetelným tokom.

Ryža. 6. Grafické označenie tyristorov: a) – tyristor-dióda; b) – diódový tyristor (dinistor); c) – vypínací tyristor; d) - triak

Tyristorová ochrana

Tyristory sú zariadenia kritické pre rýchlosť nárastu priepustného prúdu diA/dt a priepustného napätia duAC/dt. Tyristory, podobne ako diódy, sa vyznačujú tokom spätného zotavovacieho prúdu, ktorého prudký pokles na nulu zhoršuje možnosť prepätia s vysokou hodnotou duAC/dt. Takéto prepätia sú dôsledkom náhleho zastavenia prúdu v indukčných prvkoch obvodu vrátane inštalácie. Preto sa na ochranu tyristorov zvyčajne používajú rôzne obvody CFTP, ktoré v dynamických režimoch chránia pred neprijateľnými hodnotami diA/dt a duAC/dt.

Vo väčšine prípadov sa vnútorná indukčná reaktancia zdrojov napätia zahrnutých v obvode zapnutého tyristora ukáže ako dostatočná na to, aby sa nezaviedla dodatočná indukčnosť LS. Preto je v praxi často potrebná CFTP, ktorá znižuje úroveň a rýchlosť prepätí pri odstávke (obr. 7).

Ryža. 7. Typický obvod tyristorovej ochrany

Na tento účel sa zvyčajne používajú RC obvody zapojené paralelne s tyristorom. Existujú rôzne obvodové modifikácie RC obvodov a spôsoby výpočtu ich parametrov pre rôzne podmienky použitia tyristorov.

Pre vypínacie tyristory sa používajú obvody vytvárania trajektórie spínania, ktoré sú svojou konštrukciou obvodu podobné tranzistorom CFTP.