На тиристоре: Регулятор мощности тиристорный, схемы регуляторов напряжения на тиристорах

Регулятор мощности тиристорный, схемы регуляторов напряжения на тиристорах

В статье стоит раскрыть тему того, как совершает работу тиристорный регулятор напряжения, схему которого можно более подробно осмотреть в интернете.

В повседневной жизни в большинстве случаев может развиться особая необходимость в регулировании общей мощности бытовых приборов, к примеру, электроплит, паяльника, кипятильника, а также ТЭНов, на транспорте — оборотов двигателя и прочего. В этом случае на помощь нам придёт простая и радиолюбительская конструкция — это особый регулятор мощности на тиристоре.

• Как совершает свою работу тиристор?
• Область использования тиристорных устройств
• Как работает такое устройство?
• Тиристорный регулятор напряжения своими руками
• Способы регулирования фазового напряжения в сети
• Схемы на тиристорах

Создать такое устройство не составит особого труда, оно может стать тем первым самодельным прибором, который будет выполнять функцию регулировки температуры жала в паяльнике

у любого начинающего радиолюбителя. Нужно отметить и тот факт, что готовые паяльники на станции с общим контролем температуры и остальными особенными функциями стоят намного больше, чем самые простые модели паяльников. Минимальное число деталей в конструкции поможет собрать несложный тиристорный регулятор мощности с навесным монтажом.

Следует отметить, что навесной тип монтажа — это вариант осуществления сборки радиоэлектронных компонентов без использования при этом специальной печатной платы, а при качественном навыке он помогает быстро собрать электронные устройства со средней сложностью производства.

Также вы можете заказать электронный тип конструктора тиристорного типа регулятора, а тот, кто хочет полностью разобраться во всём самостоятельно, должен изучить некоторые схемы и принцип функционирования прибора.

Между прочим, такое устройство является регулятором общей мощности. Такое устройство может быть применимо для управления общей мощностью либо управлением числа оборотов. Но для начала нужно полностью разобраться в общем принципе функционирования такого устройства, ведь это поможет понять, на какую нагрузку стоит рассчитывать при использовании такого регулятора.

Как совершает свою работу тиристор?

Тиристор — это управляемый полупроводниковый прибор, который способен быстро провести ток в одну сторону. Слово управляемый обозначает тиристор не просто так, так как с его помощью, в отличие от диода, который также проводит общий ток лишь к одному полюсу, можно выбирать отдельный момент, когда тиристор начнёт процесс проведения тока.

Тиристор обладает сразу тремя выводами тока:

1. Катод.
2. Анод.
3. Управляемый электрод.

Чтобы осуществить течение тока через такой тиристор, стоит выполнить следующие условия: деталь обязана в обязательном порядке расположена на самой цепи, которая будет находиться под общим напряжением, на управляющую часть электрода должен быть подан нужный кратковременный импульс. В отличие от транзистора, управление таким тиристор не будет требовать от пользователя удержания управляющего сигнала.

Но в этом все трудности использования такого прибора заканчиваться не будут: тиристор можно легко закрыть, если прервать поступление в него тока по цепи, либо создав обратное напряжение анод — катод. Это будет значить то, что применение тиристора в цепях постоянного тока считается довольно специфичным и в большинстве случаев полностью неблагоразумно, а в цепях переменного, к примеру, в таком устройстве как тиристорный регулятор, схема создана таким методом, чтобы было полностью обеспечено условие для закрытия прибора. Любая данная полуволна будет полностью закрывать соответствующий отдел тиристора.

Вам, скорее всего, сложно понять схему его строения. Но, не нужно расстраиваться — ниже будет более подробно описан процесс функционирования такого устройства.

Область использования тиристорных устройств

В каких целях можно использовать такое устройство, как регулятор мощности тиристор. Такой прибор позволяет более эффективно регулировать мощность нагревательных приборов, то есть осуществлять нагрузку на активные места. Во время работы с высокоиндуктивной нагрузкой тиристоры способны просто не закрыться, что может приводить к выходу такого оборудования из нормальной работы.

Можно ли самостоятельно осуществить регулирование оборотов в двигателе прибора?

Многие из пользователей, которые видели или даже на практике применяли дрели, углошлифовальные машины, которые по-другому называются болгарками, и другими электроинструментами. Они могли легко увидеть, что число оборотов в таких изделиях зависит, главным образом, от общей глубины нажатия на кнопку-курок в устройстве. Такой элемент как раз и будет находиться в тиристорном регуляторе мощности (общая схема такого прибора указана в интернете), при помощи которого и происходит изменение общего числа оборотов.

Стоит обратить своё внимание на то, что регулятор не может самостоятельно менять свои обороты в асинхронных двигателях. Таким образом, напряжение будет полноценно регулироваться на коллекторном двигателе, который оборудован специальным щелочным узлом.

Как работает такое устройство?

Описанные ниже характеристики будет соответствовать большинству схем.

1. Тиристорный регулятор общей мощности, принцип и особенности работы которого будут основаны на фазовости управления величиной напряжения, изменяет и общую мощность в приборах. Данная особенности заключена в том, что в нормальных производственных условиях на нагрузку могут воздействовать примерные показатели напряжения бытовой сети, которая будет меняться в соответствии с синусоидальным законом. Выше, при описании принципа функционирования работы тиристора было сказано о том, что любой тиристор включает в себя функционирование лишь в одном направлении, то есть осуществляет управление своей полуволной от синусоидов. Что же это может означать?
2. Если при помощи такого прибора, как тиристор со временем подключать нагрузку в строго определённое время, то показатель действующего напряжения будет довольно низким, так как половина от напряжения (действующее значение, которое и воспроизводит нагрузку) будет намного меньше, чем световое. Такое явление можно рассмотреть на графиках движения.

При этом происходит определённая область, которая будет находиться под особым напряжением. Когда воздействие положительной полуволны окончится и начнётся новый период движения с отрицательно полуволной, то один из таких тиристоров начнёт закрываться, и в это же время откроется новый тиристор.

Вместо слов положительная и отрицательная волна стоит использовать первая и вторая (полуволна).

В то время как на схему начинает своё воздействие первая полуволна,

происходит особая зарядка ёмкости С1, а также С2. Скорость их полной зарядки будет ограничена потенциометром R 5. Такой элемент будет полностью переменным, и при его помощи будет задаваться выходное напряжение. В тот момент, когда на поверхности конденсатора С1 появится нужное для открытия диристора VS 3 напряжения, весь динистор откроется, а через него начнёт проходить ток, при помощи которого откроется тиристор VS 1.

Во время пробоя динистра и образуется точка на общем графике. После того как значение напряжение перейдёт нулевую отметку, и схема будет находиться под воздействием второй полуволны, тиристор VS 1, закроется, а процесс будет повторяться, только уже для второго динистра, тиристора, а также конденсатора. Резисторы R 3 и R 3 нужны для ограничения общего тока управления, а R 1 и R 2 — для процесса термостабилизации всей схемы.

Принцип действия второй схемы будет точно такой же, но в ней будет происходить управление лишь одной из полуволн переменного тока. После того, как пользователь будет понимать принцип работы устройства и его общую схему строение, он сможет понять как собрать или же в случае необходимости починить тиристорный регулятор мощности самостоятельно.

Тиристорный регулятор напряжения своими руками

Нельзя сказать о том, что данная схема не обеспечит гальваническую развязку от источника питания, поэтому есть определённая опасность поражения электрическими разрядами тока. Это будет означать то, что не нужно касаться руками элементов регулятора.

Следует спроектировать конструкцию вашего прибора таким образом, чтобы по возможности вы смогли спрятать её в регулируемом устройстве, а также найти более свободное место внутри корпуса. Если регулируемое устройство будет расположено на стационарном уровне, то имеет определённой смысл осуществить его подключение через выключатель с особым регулятором уровня яркости света. Такое решение сможет частично обезопасить человека от поражения током, а также избавит его от необходимости поиска подходящего корпуса у прибора, обладает привлекательным внешним строением, а также создано с использованием промышленных технологий.

Способы регулирования фазового напряжения в сети

1. Есть сразу несколько способов осуществления регуляции переменного напряжения в тиристорах: можно совершать пропуск или же запрещать выход на регуляторе целых четыре полупериода (либо периода) переменного напряжения. Можно включать не в начале совершения полупериода сетевого напряжения, а с совершением некоторой задержки. В течение данного времени напряжение на выходе из регулятора будет равняется отметки нуль, а общая мощность не будет передаваться на выход устройства. Вторую часть полупериода тиристор начнёт проводить ток и на выходе регулятора будет возникать особое входное напряжение.
2. Время задержки в большинстве случаев именуют углом открывания тиристора, так как во время нулевого значения угла почти всё напряжение от входа будет переходить к выходу, только падение на открытой области тиристора начнёт теряться. Во время увеличения общего тиристорного угла регулятор напряжения будет значительно снижать выходной параметр напряжения.
3. Регулировочная характеристика у такого прибора во время своей работы, во время активной нагрузки осуществляется особо интенсивно. При угле равному 90 градусов (электрических) на выходе из разъёма будет половина входного напряжения, а при общем угле в 180 электрических градусов на выходе будет показатель нуль.

На основе принципов и особенностей фазового регулирования напряжения можно построить определённые схемы регулирования, стабилизации, а в отдельных случаях с плавного пуска. Для осуществления более плавного пуска напряжение стоит со временем повышать от нуля до максимального показателя. Таким образом, во время открывания тиристора максимальный показатель значения должен изменяться до отметки нуль.

Схемы на тиристорах

Регулировать общую мощность паяльника можно довольно просто, если использовать для этого аналоговые или же цифровые паяльные станции. Последние довольно дорогие совершать использование, и собрать их, не имея особого опыта, довольно сложно. В то время как аналоговые приборы (считаются по своей сути регуляторами общей мощности) не составит труда создать самостоятельно.

Довольно простая схема прибора, которая поможет регулировать показатель мощности на паяльнике.

1. VD — КД209 (либо близкие по его общим характеристикам).
2. R 1 — сопротивление с особым номиналом в 15 кОм.
3. R 2 — это резистор, который обладает особым показателем переменного тока около 30 кОм.
4. Rn — это общая нагрузка (в этом случае вместо неё будет использован особый маятник).

Такое устройство для регуляции может контролировать не только положительный полупериод, по этой причине мощность паяльника будет в несколько раз меньше номинальной. Управляется такой тиристор с помощью специальной цепи, которая несёт в себе два сопротивления, а также ёмкость. Время зарядки конденсата (оно будет регулироваться особым сопротивлением R2) влияет на длительность открытия такого тиристора.

Тиристоры для чайников / Хабр

ximet

8 янв 2013 в 19:23

Время на прочтение 3 мин

Количество просмотров

772K

Электроника для начинающих

Из песочницы

Добрый вечер хабр. Поговорим о таком приборе, как тиристор. Тиристор — это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или больше взаимодействующих выпрямляющих перехода. По функциональности их можно соотнести к электронным ключам. Но есть в тиристоре одна особенность, он не может перейти в закрытое состояние в отличие от обычного ключа. Поэтому обычно его можно найти под названием — не полностью управляемый ключ.

На рисунке представлен обычный вид тиристора. Состоит он из четырех чередующихся типов электро-проводимости областей полупроводника и имеет три вывода: анод, катод и управляющего электрод.
Анод — это контакт с внешним p-слоем, катод — с внешним n-слоем.
Освежить память о p-n переходе можно тут.

Классификация

В зависимости от количества выводов можно вывести классификацию тиристоров. По сути все очень просто: тиристор с двумя выводами называется динисторами (соответственно имеет только анод и катод). Тиристор с тремя и четырьмя выводами, называются триодными или тетродными. Также бывают тиристоры и с большим количеством чередующихся полупроводниковых областей. Одним из самых интересных является симметричный тиристор (симистор), который включается при любой полярности напряжения.

Принцип работы

Обычно тиристор представляют в виде двух транзисторов, связанных между собой, каждый из которых работает в активном режиме.

В связи с таким рисунком можно назвать крайние области — эмиттерными, а центральный переход — коллекторным.
Чтобы разобраться как работает тиристор стоит взглянуть на вольт-амперную характеристику.

К аноду тиристора подали небольшое положительное напряжение. Эмиттерные переходы включены в прямом направлении, а коллекторный в обратном. (по сути все напряжение будем на нем). Участок от нуля до единицы на вольт-амперной характеристике будет примерно аналогичен обратной ветви характеристики диода. Этот режим можно назвать — режимом закрытого состояния тиристора.
При увеличении анодного напряжения происходит происходит инжекция основных носителей в области баз, тем самым происходит накопление электронов и дырок, что равносильно разности потенциалов на коллекторном переходе. С увеличением тока через тиристор напряжение на коллекторном переходе начнет уменьшаться. И когда оно уменьшится до определенного значения, наш тиристор перейдет в состояние отрицательного дифференциального сопротивления (на рисунке участок 1-2).
После этого все три перехода сместятся в прямом направлении тем самым переведя тиристор в открытое состояние (на рисунке участок 2-3).
В открытом состоянии тиристор будет находится до тех пор, пока коллекторный переход будет смещен в прямом направлении. Если же ток тиристора уменьшить, то в результате рекомбинации уменьшится количество неравновесных носителей в базовых областях и коллекторный переход окажется смещен в обратном направлении и тиристор перейдет в закрытое состояние.
При обратном включении тиристора вольт-амперная характеристика будет аналогичной как и у двух последовательно включенных диодов. Обратное напряжение будет ограничиваться в этом случае напряжением пробоя.

Общие параметры тиристоров

1. Напряжение включения — это минимальное анодное напряжение, при котором тиристор переходит во включенное состояние.
2. Прямое напряжение — это прямое падение напряжения при максимальном токе анода.
3. Обратное напряжение — это максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии.
4. Максимально допустимый прямой ток — это максимальный ток в открытом состоянии.
5. Обратный ток — ток при максимальной обратном напряжении.
6. Максимальный ток управления электрода
7. Время задержки включения/выключения
8. Максимально допустимая рассеиваемая мощность

Заключение

Таким образом, в тиристоре существует положительная обратная связь по току — увеличение тока через один эмиттерный переход приводит к увеличению тока через другой эмиттерный переход.
Тиристор — не полностью управляющий ключ. То есть перейдя в открытое состояние, он остается в нем даже если прекращать подавать сигнал на управляющий переход, если подается ток выше некоторой величины, то есть ток удержания.

Источники:
ru.wikipedia.org
electricalschool. info

Теги:

• полупроводниковые приборы
• электроника для начинающих
• электроника
• тиристор

Хабы:

• Электроника для начинающих

Всего голосов 34: ↑22 и ↓12 +10

Комментарии 33

Dmitry @ximet

frontend developer

Комментарии Комментарии 33

Что такое тиристор? Типы тиристоров и их применение

Что такое тиристор? Типы тиристоров и их применение

Тиристоры представляют собой интересный класс полупроводниковых устройств. Они имеют схожие характеристики с другими твердотельными компонентами, изготовленными из кремния, такими как диоды и транзисторы. Поэтому отличить тиристоры от диодов и транзисторов может быть сложно. Сложность усугубляется тем, что на рынке доступны различные типы тиристоров.

В некоторых случаях то, что отличает тиристоры друг от друга, может быть всего лишь крошечной деталью.

Также, в зависимости от производителя, данный тиристор может быть известен под другим названием.

Для успешного применения тиристоров при проектировании схем важно знать их уникальные характеристики, ограничения и их взаимосвязь со схемой. Вот почему мы уделяем некоторое время тому, чтобы разобраться во всем этом, чтобы вы могли лучше понять, какой тиристор наиболее подходит для вашего приложения.

 

Что такое тиристор?

Тиристор — четырехслойный прибор с чередующимися полупроводниками P-типа и N-типа (P-N-P-N).

В своей простейшей форме тиристор имеет три вывода: анод (положительный вывод), катод (отрицательный вывод) и затвор (управляющий вывод). Затвор управляет потоком тока между анодом и катодом.

Основной функцией тиристора является управление электрической мощностью и током, действуя как переключатель. Для такого небольшого и легкого компонента он обеспечивает адекватную защиту цепей с большими напряжениями и токами (до 6000 В, 4500 А).

Он привлекателен в качестве выпрямителя, поскольку может быстро переключаться из состояния проводящего тока в состояние отсутствия проводимости.

Кроме того, затраты на техническое обслуживание невелики, и при правильной эксплуатации он остается работоспособным в течение длительного времени без возникновения неисправностей.

Тиристоры используются в самых разных электрических цепях, от простых охранных сигнализаций до линий электропередач.

 

Как работают тиристоры?

Тиристор со структурой P-N-P-N имеет три перехода: PN, NP и PN. Если анод является положительным выводом по отношению к катоду, внешние переходы, PN и PN смещены в прямом направлении, а центральный переход NP смещен в обратном направлении. Следовательно, NP-переход блокирует протекание положительного тока от анода к катоду. Говорят, что тиристор находится в положении 9.0037 состояние блокировки пересылки . Точно так же поток отрицательного тока блокируется внешними PN-переходами. Тиристор находится в состоянии обратного запирания .

Другим состоянием, в котором может находиться тиристор, является состояние прямой проводимости , при котором он получает сигнал, достаточный для включения, и начинает проводить ток.

Давайте на минутку выделим уникальные свойства, которые тиристоры привносят в цепь, углубившись в природу сигнала и реакцию тиристора.

 

 

Нажмите здесь, чтобы купить тиристоры или другие устройства защиты цепи от MDE Semiconductor.

 

Наши двухвыводные тиристоры серии P предназначены для телекоммуникационной отрасли. Эти продукты обеспечивают защиту в соответствии с FCC Part 68, UL 1459, Bellcore 1089. ITU-TK, 20& K. 21

 

Компания MDE Semiconductor уделяет особое внимание решениям для защиты цепей.

Thyristor Turn-On at-a-glance

Когда достаточный положительный ток или пульс пульс. тиристор в проводящее состояние. Ток течет от анода к катоду и будет продолжаться, даже когда сигнал затвора будет удален. Говорят, что тиристор «защелкнулся».

 

Чтобы разблокировать тиристор, необходимо сбросить схему, уменьшив ток между анодом и катодом ниже порогового значения, известного как ток удержания.

 

Включение тиристора на уровне полупроводникового материала

 

Структуру PNPN тиристора можно интерпретировать как два транзистора, соединенных вместе. То есть ток коллектора от NPN-транзистора питает базу PNP-транзистора. Точно так же ток коллектора от транзистора PNP питает базу транзистора NPN.

 

Чтобы тиристор защелкнулся и начал проводить ток, сумма общего основания

Коэффициент усиления по току двух транзисторов должен превышать единицу.

 

Когда на затвор подается положительный ток или мгновенный импульс, который достаточно увеличивает коэффициент усиления контура до единицы, происходит регенерация. Это означает, что импульс приводит к тому, что NPN-транзистор начинает проводить ток, который, в свою очередь, переводит PNP-транзистор в проводимость. Если

начальный ток срабатывания на затворе удален, тиристор остается во включенном состоянии до тех пор, пока ток через тиристор достаточно высок, чтобы соответствовать критерию единичного усиления. это ток фиксации.

 

Тиристор также может включаться из-за лавинного пробоя блокирующего перехода. Чтобы тиристор включился, когда ток затвора равен нулю, приложенный ток должен достичь напряжения пробоя тиристора. Это нежелательно, так как поломка повреждает устройство. Для нормальной работы тиристор выбирают таким образом, чтобы его напряжение пробоя было на величину больше, чем наибольшее напряжение, которое будет испытываться от источника питания. Таким образом, включение тиристора может произойти только после подачи преднамеренного импульса на затвор, за исключением случаев, когда тиристор специально разработан для работы в режиме пробоя. (См. типы тиристоров с контролируемой способностью отключения ниже).

 

Выключение тиристора

 

Для выключения тиристора, который защелкнулся (включился/включился), ток через него должен измениться так, чтобы коэффициент усиления контура был меньше единицы. Выключение начинается, когда ток снижается ниже тока удержания.

 

Различные типы тиристоров и их применение

 

Тиристоры можно классифицировать в зависимости от характера их поведения при включении и выключении, а также их характеристик напряжения и тока: Существуют различные классы:

 

1. Тиристоры с возможностью включения (однонаправленное управление)
2. Тиристоры с возможностью отключения (однонаправленное управление)
3. Двунаправленное управление

 

1. Тиристоры с возможностью включения (однонаправленное управление)

 

1. Кремниевый выпрямитель (SCR)

 

SCR являются наиболее широко известными тиристорами. Как объяснялось в общем описании тиристора выше, тиристор остается включенным даже при снятии тока затвора. Чтобы разблокировать, ток анода к катоду необходимо удалить или сбросить анод до отрицательного напряжения по отношению к катоду. Эта характеристика идеальна для управления фазой. Когда анодный ток становится равным нулю, тиристор перестает проводить ток и блокирует обратное напряжение.

 

Тиристоры используются в коммутационных цепях, приводах двигателей постоянного тока, статических переключателях переменного/постоянного тока и инвертирующих цепях.

 

2. Тиристор с обратной проводимостью (RCT)

 

Тиристоры обычно пропускают ток только в прямом направлении, но блокируют токи в обратном направлении. Однако RCT состоит из SCR, интегрированного с обратным диодом, который устраняет нежелательную индуктивность контура и уменьшает переходные процессы обратного напряжения. RCT обеспечивает электрическую проводимость в обратном направлении с улучшенной коммутацией.

 

RCT используются в инверторах и приводах постоянного тока для мощных прерывателей.

 

3. Светоактивируемый кремниевый выпрямитель (LASCR)

 

Они также известны как световые тиристоры (LTT). В этих устройствах, когда легкие частицы попадают на переход с обратным смещением, количество электронно-дырочных пар в тиристоре увеличивается. Если интенсивность света больше критического значения, тиристор включится. LASCR обеспечивает полную гальваническую развязку между источником света и переключающим устройством силового преобразователя.

 

LASCR используются в передающем оборудовании высокого напряжения постоянного тока, компенсаторах реактивной мощности и генераторах импульсов большой мощности.

 

1. Тиристоры с возможностью отключения (однонаправленное управление)

 

Традиционные тиристоры, такие как SCR, включаются при подаче достаточного импульса затвора. Чтобы их отключить, необходимо отключить основной ток. Это неудобно в схемах преобразования постоянного тока в переменный и постоянного тока в постоянный, где ток естественным образом не становится равным нулю.

 

1. Запирающий тиристор (GTO)

 

ГТО отличается от стандартного тиристора тем, что его можно отключить подачей отрицательного тока (напряжения) на затвор без необходимости снятия тока между анодом и катодом (принудительная коммутация). Это означает, что GTO может быть выключен стробирующим сигналом с отрицательной полярностью, что делает его полностью управляемым переключателем. Его также называют коммутатором, управляемым воротами, или GCS. Время выключения GTO примерно в десять раз меньше, чем у эквивалентного SCR.

 

GTO с обратной блокирующей способностью, сравнимой с их номинальным прямым напряжением, называются симметричными GTO. Асимметричные GTO не обладают значительной способностью блокировки обратного напряжения. GTO с обратной проводимостью состоят из GTO, интегрированного с встречно-параллельным диодом. Асимметричные GTO — самый популярный вариант на рынке.

 

GTO используются в приводах двигателей постоянного и переменного тока, высокомощных инверторах и стабилизирующих устройствах переменного тока.

 

2. МОП-тиристор отключения (MTO)

 

MTO представляет собой комбинацию GTO и MOSFET для улучшения возможности отключения GTO. GTO требуют подачи высокого тока выключения затвора, пиковая амплитуда которого составляет около 20–35 % тока между анодом и катодом (ток, который необходимо контролировать). MTO имеет две клеммы управления, затвор включения и затвор выключения, также называемый затвором MOSFET.

 

Чтобы включить MTO, приложенный затворный импульс достаточной величины вызывает запирание тиристора (аналогично SCR и GTO).

 

Для выключения MTO на затвор MOSFET подается импульс напряжения. Включается МОП-транзистор, который закорачивает эмиттер и базу NPN-транзистора, тем самым прекращая фиксацию. Это гораздо более быстрый процесс, чем GTO (примерно 1-2 мкс), и в этом случае большой отрицательный импульс, подаваемый на затвор GTO, направлен на отвод достаточного тока от базы NPN-транзистора. Кроме того, более быстрое время (МТО) исключает потери, связанные с передачей тока.

 

MTO используются в устройствах с высоким напряжением до 20 МВА, приводах двигателей, гибких линейных передачах переменного тока (FACT) и инверторах источников напряжения большой мощности.

 

3. Тиристоры отключения эмиттера (ETO)

 

Как и MTO, ETO имеет две клеммы, обычный затвор и второй затвор, соединенный последовательно с MOSFET.

 

Для включения ETO на оба затвора подается положительное напряжение, что приводит к включению NMOS и выключению PMOS. Когда в нормальный затвор подается положительный ток, ETO включается.

 

Для выключения, когда на затвор MOSFET подается сигнал отрицательного напряжения, NMOS отключается и отводит весь ток от катода. Процесс фиксации останавливается, и ETO выключается.

 

ETO применяются в инверторах источников напряжения большой мощности, гибких линиях передачи переменного тока (FACT) и статических синхронных компенсаторах (STATCOM).

 

1. Двунаправленное управление

 

Тиристоры, обсуждавшиеся до сих пор, были однонаправленными и использовались в качестве выпрямителей, преобразователей постоянного тока и инверторов. Чтобы использовать эти тиристоры для управления напряжением переменного тока, два тиристора должны быть соединены встречно-параллельно, что приведет к созданию двух отдельных цепей управления, которые потребуют большего количества проводных соединений. Двунаправленные тиристоры, способные проводить ток в обоих направлениях при срабатывании, были разработаны специально для решения этой проблемы.

 

1. Триод переменного тока (TRIAC)

 

СИМИСТОРЫ являются вторыми по распространенности тиристорами после тиристоров. Они могут обеспечивать управление обеими половинами переменного сигнала, тем самым более эффективно используя доступную мощность. Однако симисторы обычно используются только для маломощных приложений из-за присущей им несимметричной конструкции. В приложениях с высокой мощностью симисторы имеют некоторые недостатки при переключении при разных напряжениях затвора в течение каждого полупериода. Это создает дополнительные гармоники, вызывающие дисбаланс в системе и влияющие на характеристики электромагнитной совместимости.

 

Маломощные симисторы используются в качестве регуляторов освещенности, регуляторов скорости электровентиляторов и других электродвигателей, а также в компьютеризированных цепях управления бытовыми приборами.

 

2. Диод переменного тока (DIAC)

 

DIACS — это маломощные устройства, которые в основном используются в сочетании с TRIAC (последовательно с выводом затвора TRIAC).

 

Поскольку симисторы по своей природе несимметричны, DIAC предотвращает протекание любого тока через затвор симистора до тех пор, пока DIAC не достигнет напряжения срабатывания в любом направлении. Это обеспечивает равномерное срабатывание TRIACS, используемых в переключателях переменного тока в любом направлении.

 

DIAC используются в диммерах для лампочек.

 

3. Кремниевый диод для переменного тока (SIDAC)

 

SIDAC электрически ведет себя так же, как DIAC. Основное различие между ними заключается в том, что SIDAC имеют более высокое напряжение переключения и большую мощность, чем DIAC. SIDAC — это пятиуровневое устройство, которое можно использовать непосредственно как коммутатор, а не как триггер для другого коммутационного устройства (как DIAC для TRIACS).

 

Если приложенное напряжение соответствует или превышает напряжение отключения, SIDAC начинает проводить ток. Он остается в этом проводящем состоянии даже при изменении приложенного напряжения до тех пор, пока ток не станет ниже номинального тока удержания. SIDAC возвращается в непроводящее состояние, чтобы повторить цикл.

 

SIDAC используются в релаксационных генераторах и других устройствах специального назначения.

 

 

Нажмите здесь, чтобы купить тиристоры или другие устройства защиты цепи от MDE Semiconductor.

 

Наши двухвыводные тиристоры серии P предназначены для телекоммуникационной отрасли. Эти продукты обеспечивают защиту в соответствии с FCC, часть 68, UL 1459, Bellcore 1089. ITU-TK, 20& K. 21

 

 

Как работают тиристоры? | Сравнение тиристоров и транзисторов

Как работают тиристоры? | Сравнение тиристоров и транзисторов

Вы здесь: Домашняя страница > Электричество и электроника > Тиристоры

• Дом
• Индекс А-Я
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 29 мая 2021 г.

Транзисторы — это крошечные электронные компоненты. которые изменили мир: вы найдете их в все от калькуляторов и компьютеры для телефоны, радиоприемники и слуховые аппараты. Они удивительно универсальны, но это не значит, что они могут делать все. Хотя мы можем использовать их для включения и выключения крошечных электрических токов. выключено (это основной принцип компьютерной памяти) и превращать малые токи в несколько большие (так усилитель работает), они не очень полезны, когда дело доходит до обращения гораздо большие токи. Еще один недостаток в том, что они отключаются. полностью, как только коммутируемый ток будет удален, что означает они не так полезны в таких устройствах, как сигнализация, где вы хотите цепь срабатывает и остается включенной на неопределенный срок. Для таких работ, мы можем обратиться к несколько похожему электронному компоненту, называемому тиристор, имеющий общие черты с диоды, резисторы, и транзисторы. Тиристоры достаточно просты для понимания, хотя большинство объяснений, которые вы найдете в Интернете, излишне сложным и часто запутанным невероятно. Итак, это наше начало точка: давайте посмотрим, сможем ли мы ясно и просто взглянуть на то, что тиристоры, как они работают и какие вещи, для которых мы можем их использовать!

Иллюстрация: Типичный тиристор немного похож на транзистор — и работает в тесно связанный путь.

Содержание

1. Что такое тиристоры?
2. Как работает тиристор?
3. Три состояния тиристора
4. Как защёлкивается тиристор
5. Типы тиристоров
6. Узнать больше

Что такое тиристоры?

Во-первых, давайте разберемся с терминологией. Некоторые люди используйте термин кремниевый выпрямитель (SCR) взаимозаменяемо с «тиристором». На самом деле, управляемый кремнием выпрямитель — торговая марка, которую General Electric представила описать один конкретный тип тиристора, который он сделал. Есть также различные другие виды тиристоров (включая те, которые называются диаки и симисторы, которые рассчитаны на работу с переменным током), поэтому термины не совсем синоним. Тем не менее, эта статья о хранении вещей просто, поэтому мы просто поговорим о тиристорах в самом общем условия и предполагают, что SCR — это одно и то же. Мы будем называть их тиристорами.

Фото: Тиристоры широко используются в электронных схемах управления питанием, подобных этой.

Три соединения

Так что же такое тиристор? это электронный компонент с тремя выводами, называемый анодом (положительный вывод), катод (отрицательная клемма) и затвор. Это несколько аналоги к трем выводам на транзисторе, которые, как вы помните, называются эмиттер, коллектор и база (для обычного транзистора) или исток, сток и затвор (в полевом транзисторе или полевом транзисторе). В обычном транзисторе работает один из трех выводов (база). как элемент управления, который регулирует, сколько тока протекает между другими два отведения. То же самое и с тиристором: затвор управляет ток, протекающий между анодом и катодом. (Стоит отметить, что вы можете получить тиристоры с двумя или четырьмя отведениями, а также с трехотводными. Но мы держим здесь все просто, поэтому мы просто поговорим о наиболее распространенном варианте.)

Транзисторы и тиристоры

Если транзистор и тиристор выполняют одну и ту же работу, какая между ними разница? С транзистором, когда маленькое ток течет в базу, это создает больший ток между эмиттер и коллектор. Другими словами, он действует как выключатель и усилитель одновременно:

Как работает транзистор: Небольшой ток, протекающий в базу, создает больший ток между эмиттером и коллектором. Это n-p-n транзистор с красным цветом, обозначающим кремний n-типа, синим цветом, обозначающим p-тип, черными точками, представляющими электроны, и белыми точками, представляющими дырки.

То же самое происходит внутри полевого транзистора, за исключением того, что мы прикладываем небольшое напряжение к затвору, чтобы создать электрическое поле, которое помогает току течь от источника к осушать. Если убрать малый ток в базе (или затворе), большой ток немедленно перестает течь от эмиттера к коллектору (или от истока к стоку в полевом транзисторе).

Часто это не то, чего мы хотим. В что-то вроде схемы охранной сигнализации (где, возможно, шаги по нажимной подушке, и колокольчики начинают звонить), мы хотим, чтобы небольшой ток (активируется нажимной панелью), чтобы отключить больший ток (звон колоколов) и чтобы больший ток продолжал течь даже когда меньший ток прекращается (поэтому колокола все еще звонят, даже если наш незадачливый злоумышленник осознает свою ошибку и отступает с площадки). В тиристоре это именно то, что происходит. Небольшой ток на затворе вызывает сильное больший ток между анодом и катодом. Но даже если мы тогда удалить ток затвора, больший ток продолжает течь от анод к катоду. Другими словами, тиристор остается включенным («защелкивается»). и остается в этом состоянии до тех пор, пока схема не будет сброшена.

Там, где транзистор обычно работает с крошечными электронными токи (миллиамперы), тиристор выдерживает реальные (электрические) силовые токи (обычно несколько сотен вольт и 5–10 ампер). Вот почему мы можем использовать их в таких вещах, как заводские выключатели питания, регуляторы скорости электродвигателей, бытовые диммеры, выключатели зажигания автомобиля, предохранители от перенапряжения и термостаты. Время переключения практически мгновенно (измеряется в микросекундах), и эта полезная функция, в сочетании с отсутствием движущихся частей и высокой надежностью, поэтому тиристоры часто используются как электронные (твердотельные) версии реле (электромагнитные выключатели).

Рекламные ссылки

Как работает тиристор?

Тиристоры являются логическим продолжением диодов и транзисторы, поэтому давайте кратко рассмотрим эти компоненты. Если вы не знакомы с твердотельной электроникой, у нас дольше и более четкие объяснения того, как работают диоды и и как работают транзисторы, которые вы могли бы прочитать в первую очередь.

Тиристор подобен двум диодам

Напомним, что диод представляет собой два слоя полупроводника (p-типа и n-типа), соединенных вместе, чтобы создать соединение где происходят интересные вещи. В зависимости от того, как вы подключаете диод, ток будет либо течь через него, либо нет, что делает его электронный эквивалент улицы с односторонним движением. С положительной связью к p-типу (синий) и отрицательное соединение к n-типу (красный), диод смещен вперед, поэтому электроны (черные точки) и дырки (белые точки) движутся счастливо через соединение и нормальный ток течет:

Диод с прямым смещением: ток течет через соединение между p-типом (синий) и n-типом (красный), переносимым электронами (черные точки) и дырками (белые точки).

В противоположной конфигурации, с положительным подключением к n-типу и отрицательный к p-типу, диод смещен в обратном направлении: соединение становится огромной пропастью, которую не могут пересечь ни электроны, ни дырки. и нет текущих потоков:

Диод с обратным смещением: при обратном подключении батареи «зона истощения» на переходе становится шире, поэтому ток не течет.

В транзисторе у нас есть три слоя полупроводника, расположенных попеременно (либо p-n-p, либо n-p-n), что дает два перекрестка, где могут происходить интересные вещи. (полевой транзистор слегка разные, с дополнительными слоями металла и оксида, но все же по сути, сэндвич n-p-n или p-n-p.). Тиристор — это просто следующий шаг в последовательность: четыре слоя полупроводника, снова расположенных попеременно дайте нам p-n-p-n (или n-p-n-p, если вы поменяете местами) с тремя стыки между ними. Анод соединяется с внешним р-слоем, катод к внешнему n слою, а затвор к внутреннему p слой, вот так:

Тиристор подобен двум переходным диодам, соединенным вместе, но с дополнительной связью с одним из внутренних слоев — «затвором».

Вы можете видеть, что это похоже на два соединенных последовательно диода, но с дополнительным подключением затвора внизу. Как и диод, тиристор является выпрямителем: он проводит ток только в одном направлении. Вы не можете сделать тиристор, просто соединив два диода последовательно: дополнительное соединение затвора означает, что это нечто большее. Если вы хорошо знакомы с электроникой, вы заметите сходство между тиристором и диодом Шокли (разновидность двойного диода с четыре чередующихся полупроводниковых слоя, изобретенных пионером транзисторов Уильямом Шокли. в 1956). Тиристоры произошли от транзисторов и диодов Шокли. который был далее развит Джуэллом Джеймсом Эберсом, который разработал двухтранзисторную модель, которую мы рассмотрим далее.

Работа: General Electric представила первый коммерчески успешный тиристор (тогда он назывался выпрямителем с кремниевым управлением) в июле 1957 года благодаря усилиям Роберта Холла, Ника Холоньяка, Ф. В. «Билла» Гуцвиллера, и другие. Это базовая иллюстрация тиристора из одного из патентов Билла Гуцвиллера. Работа из Патент США 3,040,270: схема управляемого кремниевого выпрямителя, включающая в себя генератор с переменной частотой, предоставленный Управлением по патентам и товарным знакам США.

Тиристор подобен двум транзисторам

Что менее очевидно, так это то, что четыре слоя работают как два транзисторы (n-p-n и p-n-p), соединенные между собой таким образом, выход из одного формирует вход для другого. Ворота служат как своего рода «стартер» для их активации.

Тиристор также похож на два транзистора, соединенных вместе, поэтому выход каждого из них служит входом для другого.

Три состояния тиристора

Итак, как эта штука работает? Мы можем поместить его в три возможных состояния, во всех трех из которых оно либо полностью выключено, либо полностью включено, что означает, что это, по сути, бинарное цифровое устройство. Чтобы понять, как работают эти состояния, полезно помнить о диодах и транзисторах:

Прямая блокировка

Обычно при отсутствии тока на затворе тиристор выключен: ток не может течь из затвора. анод к катоду. Почему? Думайте о тиристоре как о двух соединенных диодах. вместе. Верхний и нижний диоды смещены в прямом направлении. Однако это означает, что переход в центре смещен в обратном направлении, поэтому ток не может пройти весь путь сверху донизу. Это состояние называется вперед блокировка. Хотя это похоже на прямое смещение в обычном диоде, ток не течет.

Блокировка реверса

Предположим, мы поменяли местами соединения анод/катод. Теперь вы, вероятно, видите, что оба верхний и нижний диоды смещены в обратном направлении, поэтому ток через тиристор все еще не течет. Это называется обратной блокировкой (и это аналогично обратному смещению в простом диоде).

Прямой провод

Третье состояние действительно интересное. Нам нужен анод положительный, а катод отрицательный. Тогда, когда ток течет в затвор, он включает нижний транзистор, который включает верхний, который включает нижний, и так далее. Каждый транзистор активирует другой. Мы можем думать об этом как о своего рода внутренней положительной обратной связи, при которой два транзистора продолжают подавать ток друг другу. пока оба они не будут полностью активированы, после чего через них может протекать ток как от анода к катоду. Это состояние называется прямой проводкой, и именно так тиристор «защелкивается» (остается постоянно) включенным. Когда тиристор заперт на таком, вы не можете отключить его, просто сняв ток с ворота: в этот момент ток затвора не имеет значения, и вы должны прервать основной ток, протекающий от анода к катод, часто отключая питание всей цепи. Не следовать этому? Посмотрите анимацию в поле ниже, которая, я надеюсь, прояснит ситуацию.

Как защелкивается тиристор

Эта небольшая анимация представляет собой простое описание того, как защелкивается тиристор. Вы заметите Я перерисовал тиристор так, чтобы он выглядел как два транзистора (p-n-p вверху и n-p-n под ним), соединенных между собой. вместе с анодом, катодом и затвором образуют три внешних соединения. Каждый транзистор действует как вход для другого. Итак, как это работает?

1. При отсутствии тока на затворе тиристор выключен и ток между анодом отсутствует и катод.
2. Когда ток поступает в затвор, он эффективно поступает в базу (вход) нижнего (n-p-n) транзистора, включение его.
3. Как только нижний транзистор включен, через него может протекать ток, активируя базу (вход) верхнего (p-n-p) транзистора, включая и его.
4. Когда оба транзистора полностью открыты («насыщены»), ток может протекать через них обоих — через весь тиристор от анода к катоду.
5. Поскольку два транзистора поддерживают друг друга включенными, тиристор остается включенным («защелкивается»), даже если ток затвора снимается.

Типы тиристоров

Несколько упрощенно, вот суть того, как тиристор работает. Существует множество вариаций, в том числе устройства отпирания ворот (GTO) (который может быть включен или выключен действием затвора), АГТ (тиристор с анодным затвором) устройства, имеющие затвор, выходящий на внутренний слой n-типа вблизи анода (вместо слоя p-типа вблизи катода), фотоэлектрические тиристоры, в которых база активируется светом, и всевозможные другие. Но все они работают примерно одинаково, с затвором, отключающим один транзистор, который затем отключает другой.

Узнайте больше

На этом веб-сайте

Вам могут понравиться другие статьи на нашем сайте, посвященные похожим темам:

• Диоды и светоизлучающие диоды (LED)
• Электроника (введение)
• Резисторы
• Транзисторы

Книги

Книги по тиристорам

Не беспокойтесь, что эти книги «старые»: вообще говоря, физика полупроводников никогда не устареет.

• Тиристорные устройства Данные: Motorola, 1988. Подробный сборник технических паспортов и многое другое.
• Физика тиристоров Адольф Блихер, Springer, 1976. Подробный обзор физики твердого тела тиристоров. Вы можете прочитать весь текст онлайн, если «позаимствоваете» книгу виртуально из интернет-архива.
• 110 тиристорных проектов Р.М. Marston, Newnes, 1972. Огромная коллекция практичных тиристорных схем, включая схемы переключения мощности, аварийные сигналы, схемы с временной задержкой, контроллеры ламп, контроллеры нагревателей и контроллеры двигателей.
• Справочник по силовой электронике: устройства, схемы и приложения, Мухаммад Рашид (редактор). Elsevier 2018. Главы 7–9 посвящены тиристорам.
• Полупроводниковые управляемые выпрямители: принципы и применение Ф. Э. Джентри, Ф. В. Гуцвиллера и Ника Холоньяка, Прентис Холл, 1964 г. Старый, но окончательный отчет изобретателей технологии.

Общие учебники

• Справочник по силовой электронике: устройства, схемы и приложения Мухаммеда Рашида (ред. ). Эльзевир 2018. Главы 7–9тиристоры крышки.
• Основы электроники: схемы и устройства по Рассел Л. Мид и Роберт Диффендерфер. Cengage Learning, 2002. В главе 30 рассматриваются тиристоры, в том числе кремниевые выпрямители, диаки и симисторы.
• Управление промышленным двигателем Стивена Хермана. Cengage Learning, 2013. Глава 62 представляет собой хороший обзор SCR, а в главах 63–64 рассматриваются диаки и симисторы.

Статьи

Общие положения

• Отказы силовых полупроводниковых приборов из-за космических лучей: IEEE Spectrum, 21 июня 2019 г.. Как частицы из космоса могут вызывать сбои в силовых полупроводниковых устройствах, таких как тиристоры.
• Попробуйте симистор Чарльза Платта. Make, 10 января 2014 г. Узнайте о симисторах с помощью этого практического светодиодного проекта.
• Высокомощная электроника Нарайн Г. Хингорани и Карл Э. Шталькопф, журнал Scientific American, том 269, № 5, ноябрь 1993 г. Простой для понимания обзор того, как высоковольтные компоненты, такие как тиристоры, используются для управления и передачи мощности.

История

• Как Б. Джаянт Балига трансформировал силовые полупроводники, Дэвид Шнайдер. IEEE Spectrum, 27 апреля 2014 г. Празднование работы Б. Джаянта Балига, обладателя Почетной медали IEEE 2014 г., по разработке тиристоров и других силовых полупроводников.
• Кремниевый переключатель pnpn и управляемый выпрямитель (тиристор) Ника Холоньяка-младшего. IEEE Transactions on Power Electronics, январь 2001 г., том 16, выпуск 1, стр. 8–16. В этой интересной статье (от изобретателя светодиода) описывается историческое развитие тиристоров Уильямом Шокли, Джимом Эберсом и другими.
• Ранняя история силовых полупроводников в GE: Музей полупроводников представляет раннюю историю кремниевого управляемого выпрямителя, рассказанную в устной истории одним из его пионеров, Ф. У. «Биллом» Гутцвиллером.

Патенты

• Патент США 3,040,270: Схема управляемого кремниевого выпрямителя, включающая в себя генератор переменной частоты Ф. Билла Гуцвиллера. Один из оригинальных патентов General Electric на SCR (тиристор).
• Патент США 8,450,156: Способ изготовления тиристора Харальдом Госснером и др., Infineon Technologies AG. Описывает метод изготовления тиристоров легированием кремниевых полупроводников

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2012. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подписывайтесь на нас

Оцените эту страницу

Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.