تریستورها کلیدهای الکترونیکی قدرتی هستند که به طور کامل کنترل نمی شوند. اغلب در کتاب های فنی می توانید نام دیگری برای این دستگاه مشاهده کنید - تریستور تک کاره. به عبارت دیگر، تحت تأثیر یک سیگنال کنترل، به یک حالت - رسانا منتقل می شود. به طور خاص، شامل یک مدار است. برای خاموش کردن آن، لازم است شرایط خاصی ایجاد شود که اطمینان حاصل شود که جریان مستقیم در مدار به صفر می رسد.
ویژگی های تریستور
کلیدهای تریستور جریان الکتریکی را فقط در جهت جلو هدایت می کند و در حالت بسته می تواند نه تنها ولتاژ رو به جلو، بلکه معکوس را نیز تحمل کند. ساختار تریستور چهار لایه است، سه خروجی دارد:
- آند (با حرف A مشخص می شود).
- کاتد (حرف C یا K).
- الکترود کنترل (U یا G).
تریستورها یک خانواده کامل از مشخصات ولتاژ جریان دارند، می توان از آنها برای قضاوت در مورد وضعیت عنصر استفاده کرد. تریستورها کلیدهای الکترونیکی بسیار قدرتمندی هستند، آنها قادر به سوئیچ کردن مدارهایی هستند که در آنها ولتاژ می تواند به 5000 ولت و قدرت جریان - 5000 آمپر برسد (در حالی که فرکانس از 1000 هرتز تجاوز نمی کند).
عملیات تریستور درمدارهای DC
یک تریستور معمولی با اعمال یک پالس جریان به خروجی کنترل روشن می شود. علاوه بر این، باید مثبت باشد (با توجه به کاتد). مدت زمان فرآیند گذرا به ماهیت بار (القایی، فعال)، دامنه و نرخ افزایش در مدار کنترل پالس جریان، دمای کریستال نیمه هادی و همچنین جریان و ولتاژ اعمال شده به تریستورها بستگی دارد. موجود در مدار ویژگی های مدار مستقیماً به نوع عنصر نیمه هادی مورد استفاده بستگی دارد.
در مداری که تریستور در آن قرار دارد، وقوع نرخ بالای افزایش ولتاژ غیرقابل قبول است. یعنی چنین مقداری که در آن عنصر به طور خود به خود روشن می شود (حتی اگر سیگنالی در مدار کنترل وجود نداشته باشد). اما در عین حال، سیگنال کنترل باید شیب بسیار بالایی داشته باشد.
روشهای خاموش کردن
دو نوع سوئیچینگ تریستور قابل تشخیص است:
- طبیعی.
- اجباری.
و اکنون با جزئیات بیشتر در مورد هر گونه. طبیعی زمانی اتفاق می افتد که تریستور در مدار جریان متناوب کار کند. علاوه بر این، این تغییر زمانی اتفاق می افتد که جریان به صفر برسد. اما برای اجرای سوئیچینگ اجباری می توان تعداد زیادی از راه های مختلف را انجام داد. اینکه کدام کنترل تریستور را انتخاب کنید به طراح مدار بستگی دارد، اما ارزش دارد در مورد هر نوع جداگانه صحبت شود.
مشخصه ترین راه سوئیچینگ اجباری اتصال استخازنی که با استفاده از یک دکمه (کلید) از قبل شارژ شده است. مدار LC در مدار کنترل تریستور گنجانده شده است. این مدار حاوی یک خازن با شارژ کامل است. در طول فرآیند گذرا، جریان در مدار بار در نوسان است.
روشهای تعویض اجباری
چندین نوع دیگر از سوئیچینگ اجباری وجود دارد. اغلب از مداری استفاده می شود که از خازن سوئیچینگ با قطبیت معکوس استفاده می کند. به عنوان مثال، این خازن را می توان با استفاده از نوعی تریستور کمکی به مدار متصل کرد. در این حالت، تخلیه در تریستور اصلی (در حال کار) رخ می دهد. این منجر به این واقعیت می شود که در خازن، جریان هدایت شده به سمت جریان مستقیم تریستور اصلی به کاهش جریان در مدار به صفر کمک می کند. بنابراین تریستور خاموش می شود. این به این دلیل اتفاق می افتد که دستگاه تریستور ویژگی های خاص خود را دارد که فقط برای آن مشخص است.
همچنین طرح هایی وجود دارد که در آن زنجیره های LC به هم متصل می شوند. آنها تخلیه می شوند (و با نوسانات). در همان ابتدا جریان تخلیه به سمت کارگر جریان می یابد و پس از یکسان سازی مقادیر آنها، تریستور خاموش می شود. پس از آن، از زنجیره نوسانی، جریان از طریق تریستور به یک دیود نیمه هادی می گذرد. در این حالت، در حالی که جریان جریان دارد، ولتاژ خاصی به تریستور اعمال می شود. این مدول برابر با افت ولتاژ در سراسر دیود است.
عملکرد تریستور در مدارهای AC
اگر تریستور در مدار AC گنجانده شود، می توان چنین کاری را انجام داد.عملیات:
- مدار الکتریکی را با بار مقاومتی فعال یا مقاومتی روشن یا خاموش کنید.
- مقدار متوسط و مؤثر جریانی را که از بار عبور می کند، به لطف قابلیت تنظیم لحظه سیگنال کنترل، تغییر دهید.
کلیدهای تریستور یک ویژگی دارند - آنها جریان را فقط در یک جهت هدایت می کنند. بنابراین، اگر نیاز به استفاده از آنها در مدارهای AC دارید، باید از اتصال پشت سر هم استفاده کنید. مقادیر جریان موثر و متوسط ممکن است به دلیل متفاوت بودن لحظه اعمال سیگنال به تریستورها تغییر کند. در این حالت، توان تریستور باید حداقل الزامات را برآورده کند.
روش کنترل فاز
در روش کنترل فاز اجباری، بار با تغییر زوایای بین فازها تنظیم می شود. سوئیچینگ مصنوعی را می توان با استفاده از مدارهای خاص انجام داد یا باید از تریستورهای کاملاً کنترل شده (قابل قفل) استفاده کرد. بر اساس آنها، به عنوان یک قاعده، یک شارژر تریستور ساخته می شود که به شما امکان می دهد قدرت فعلی را بسته به میزان شارژ باتری تنظیم کنید.
کنترل عرض پالس
آن را مدولاسیون PWM نیز می نامند. در حین باز شدن تریستورها سیگنال کنترلی داده می شود. اتصالات باز هستند و مقداری ولتاژ در بار وجود دارد. در طول بسته شدن (در طول کل فرآیند گذرا) هیچ سیگنال کنترلی اعمال نمی شود، بنابراین، تریستورها جریان را هدایت نمی کنند. هنگام اجرامنحنی جریان کنترل فاز سینوسی نیست، تغییر در شکل موج ولتاژ تغذیه وجود دارد. در نتیجه، کار مصرف کنندگانی که به تداخل فرکانس بالا حساس هستند نیز نقض می شود (ناسازگاری ظاهر می شود). یک رگولاتور تریستور طراحی ساده ای دارد که به شما امکان می دهد بدون هیچ مشکلی مقدار مورد نیاز را تغییر دهید. و نیازی به استفاده از LATR های عظیم ندارید.
تریستورهای قفل شونده
تریستورها کلیدهای الکترونیکی بسیار قدرتمندی هستند که برای تعویض ولتاژ و جریان بالا استفاده می شوند. اما آنها یک اشکال بزرگ دارند - مدیریت ناقص است. به طور خاص، این امر با این واقعیت آشکار می شود که برای خاموش کردن تریستور، لازم است شرایطی ایجاد شود که تحت آن جریان مستقیم به صفر کاهش یابد.
این ویژگی است که محدودیت هایی را برای استفاده از تریستورها اعمال می کند و همچنین مدارهای مبتنی بر آنها را پیچیده می کند. برای خلاص شدن از شر چنین کاستی ها، طرح های خاصی از تریستورها ایجاد شد که توسط یک سیگنال در امتداد یک الکترود کنترل قفل می شوند. آنها تریستورهای دو کاره یا قفل شونده نامیده می شوند.
طراحی تریستور قفل شونده
ساختار چهار لایه p-p-p-p تریستورها ویژگی های خاص خود را دارد. آنها آنها را از تریستورهای معمولی متمایز می کنند. اکنون ما در مورد کنترل پذیری کامل عنصر صحبت می کنیم. مشخصه جریان-ولتاژ (استاتیک) در جهت رو به جلو مانند تریستورهای ساده است. این فقط یک تریستور جریان مستقیم است که می تواند مقدار بسیار بیشتری را ارسال کند. ولیعملکرد مسدود کردن ولتاژهای معکوس بزرگ برای تریستورهای قفل شونده ارائه نشده است. بنابراین، لازم است آن را پشت سر هم با یک دیود نیمه هادی وصل کنید.
یکی از ویژگی های بارز تریستور قفل شونده افت قابل توجه ولتاژ جلو است. برای خاموش کردن، یک پالس جریان قدرتمند (منفی، در نسبت 1:5 به مقدار جریان مستقیم) باید به خروجی کنترل اعمال شود. اما فقط مدت زمان پالس باید تا حد امکان کوتاه باشد - 10 … 100 میکرو ثانیه. تریستورهای قفل شونده ولتاژ و جریان محدودتری نسبت به تریستورهای معمولی دارند. تفاوت تقریباً 25-30٪ است.
انواع تریستور
مواد قفل شونده در بالا مورد بحث قرار گرفت، اما انواع بیشتری از تریستورهای نیمه هادی نیز وجود دارد که قابل ذکر است. طیف گسترده ای از طرح ها (شارژرها، سوئیچ ها، تنظیم کننده های قدرت) از انواع خاصی از تریستورها استفاده می کنند. در جایی لازم است که کنترل با تامین جریان نور انجام شود، به این معنی که از اپتوتریستور استفاده می شود. ویژگی آن در این واقعیت نهفته است که مدار کنترل از یک کریستال نیمه هادی استفاده می کند که به نور حساس است. پارامترهای تریستورها متفاوت است، همه ویژگی های خاص خود را دارند که فقط برای آنها مشخص است. بنابراین، حداقل به طور کلی، لازم است که بفهمیم چه نوع از این نیمه هادی ها وجود دارد و در کجا می توان از آنها استفاده کرد. بنابراین، در اینجا لیست کامل و ویژگی های اصلی هر نوع آمده است:
- دیود-تریستور. معادل این عنصر یک تریستور است که به صورت پاد موازی به آن متصل استدیود نیمه هادی.
- دینیستور (تریستور دیود). اگر از سطح ولتاژ خاصی فراتر رود، می تواند کاملا رسانا شود.
- تریاک (تریستور متقارن). معادل آن دو تریستور است که به صورت ضد موازی به هم متصل شده اند.
- تریستور اینورتر پرسرعت سرعت سوئیچینگ بالایی دارد (5…50 µs).
- تریستورهای کنترل شده با ترانزیستور میدانی. شما اغلب می توانید طرح هایی بر اساس ماسفت ها پیدا کنید.
- تریستورهای نوری که توسط شارهای نور کنترل می شوند.
اجرای حفاظت عنصر
تریستورها دستگاه هایی هستند که برای سرعت حرکت جریان رو به جلو و ولتاژ جلو بسیار مهم هستند. آنها، مانند دیودهای نیمه هادی، با پدیده ای مانند جریان جریان های بازیابی معکوس مشخص می شوند که بسیار سریع و شدید به صفر می رسد و در نتیجه احتمال اضافه ولتاژ را تشدید می کند. این اضافه ولتاژ نتیجه این واقعیت است که جریان به طور ناگهانی در تمام عناصر مدار که دارای اندوکتانس هستند (حتی اندوکتانس های بسیار کم معمولی برای نصب - سیم ها، مسیرهای تخته) متوقف می شود. برای اجرای حفاظت، لازم است از طرح‌های مختلفی استفاده کنید که به شما امکان می‌دهد از خود در برابر ولتاژها و جریان‌های بالا در حالت‌های عملکرد دینامیکی محافظت کنید.
به عنوان یک قاعده، مقاومت القایی منبع ولتاژی که وارد مدار یک تریستور در حال کار می شود، به اندازه ای است که مقداری اضافی را شامل نمی شود.اندوکتانس به همین دلیل، در عمل بیشتر از زنجیره تشکیل مسیر سوئیچینگ استفاده می شود که به طور قابل توجهی سرعت و سطح اضافه ولتاژ در مدار را هنگام خاموش شدن تریستور کاهش می دهد. مدارهای خازنی مقاومتی بیشتر برای این منظور استفاده می شوند. آنها به صورت موازی به تریستور متصل می شوند. تعداد کمی از تغییرات مدار چنین مدارهایی و همچنین روش های محاسبه آنها، پارامترهای عملکرد تریستورها در حالت ها و شرایط مختلف وجود دارد. اما مدار تشکیل مسیر سوئیچینگ تریستور قفل شونده مانند ترانزیستورها خواهد بود.
