- V čem se tiristor razlikuje od MOSFET-a?
- V čem se tiristor razlikuje od tranzistorja?
- VI Značilnosti tiristorja ali SCR
- Sprožilne metode SCR ali tiristorja
- Sprožitev napetosti naprej:
- Sprožitev vrat:
- dv / dt proženje:
- Sprožitev temperature:
- Sprožitev svetlobe:
Na splošno tiristorji preklapljajo tudi naprave, podobne tranzistorjem. Kot smo že razpravljali, so tranzistorji drobna elektronska komponenta, ki je spremenila svet, danes jih lahko najdemo v vseh elektronskih napravah, kot so televizorji, mobilniki, prenosniki, kalkulatorji, slušalke itd. So prilagodljivi in vsestranski, vendar to ne pomeni, da jih je mogoče uporabiti v vseh aplikacijah, lahko jih uporabimo kot ojačevalno in preklopno napravo, vendar ne morejo obvladovati večjega toka, tudi tranzistor je zahteval neprekinjen preklopni tok. Za vsa ta vprašanja in za njihovo premagovanje uporabljamo tiristorje.
Na splošno se SCR in tiristor uporabljata zamenljivo, SCR pa je nekakšen tiristor. Tiristor vključuje številne vrste stikal, med njimi so SCR (silicijev usmerjen usmernik), GTO (izklop vrat) in IGBT (izolirani vhod z bipolarnim tranzistorjem) itd. Toda SCR je najpogostejša naprava, zato beseda tiristor postane sinonim za SCR. Preprosto, SCR je nekakšen tiristor .
SCR ali tiristor je štirislojna polprevodniška stikalna polprevodniška polprevodniška naprava. Ima tri terminale anoda, katoda in vrata. Tiristor je tudi enosmerna naprava, kot je dioda, kar pomeni, da tok teče samo v eno smer. Sestavljen je iz treh PN stikov zaporedno, saj je iz štirih slojev. Vhodni terminal, ki se uporablja za sprožitev SCR z zagotavljanjem majhne napetosti na tem terminalu, ki smo ga imenovali tudi način sprožitve vrat za vklop SCR.
V čem se tiristor razlikuje od MOSFET-a?
Tiristor in MOSFET sta električna stikala in se najpogosteje uporabljata. Osnovna razlika med obema je, da so stikala MOSFET napetostno krmiljena naprava in lahko preklapljajo samo enosmerni tok, medtem ko so tiristorska stikala tokovno krmiljena naprava in lahko preklapljajo enosmerni in izmenični tok.
Obstaja še nekaj razlik med tiristorjem in MOSFET-om, ki so podane spodaj v tabeli:
Nepremičnina | Tiristor | MOSFET |
Termalni pobeg | Da | Ne |
Občutljivost na temperaturo | manj | visoko |
Tip | Visokonapetostna visokotokovna naprava | Visokonapetostna srednjetokovna naprava |
Ugašanje |
Potreben je ločen preklopni krog |
Ni zahtevano |
Vklopiti |
Potreben je en sam impulz |
Neprekinjeno napajanje ni potrebno, razen med vklopom in izklopom |
Preklopna hitrost |
nizko |
visoko |
Uporna vhodna impedanca |
nizko |
visoko |
Nadzor |
Trenutno nadzorovana naprava |
Napetostno nadzorovana naprava |
V čem se tiristor razlikuje od tranzistorja?
Tiristor in tranzistor sta električna stikala, vendar je moč tiristorjev veliko boljša od tranzistorja. Zaradi visoke ocene tiristorja, podane v kilovatih, medtem ko je moč tranzistorja v vatih. Tiristor je pri analizi vzet kot par zaprtih tranzistorjev. Glavna razlika med tranzistorjem in tiristorjem je v tem, da tranzistor potrebuje neprekinjeno stikalno napajanje, da ostane vklopljen, toda v primeru tiristorja ga moramo sprožiti samo enkrat in ostane vklopljen. Za aplikacije, kot je alarmno vezje, ki se morajo sprožiti enkrat in ostanejo VKLJUČENO za vedno, ne moremo uporabljati tranzistorja. Za premagovanje teh težav uporabljamo tiristor.
Obstaja še nekaj razlik med tiristorjem in tranzistorjem, ki so podane spodaj v tabeli:
Nepremičnina |
Tiristor |
Tranzistor |
Sloj |
Štiri plasti |
Trije sloji |
Terminali |
Anoda, katoda in vrata |
Oddajnik, zbiralnik in osnova |
Delovanje nad napetostjo in tokom |
Višje |
Nižje od tiristorja |
Vklopiti |
Potreben je bil samo impulz vrat, da se vklopi |
Potrebna neprekinjena dobava krmilnega toka |
Notranja izguba moči |
Nižje od tranzistorja |
višje |
VI Značilnosti tiristorja ali SCR
Osnovno vezje za pridobitev značilnosti tiristorja VI je podano spodaj, anoda in katoda tiristorja sta preko obremenitve priključena na glavno napajanje. Vrata in katoda tiristorja se napajajo iz vira Es, ki se uporablja za dovajanje toka vrat od vrat do katode.
Glede na karakteristični diagram obstajajo trije osnovni načini SCR: način povratnega blokiranja, način blokiranja naprej in način vodenja naprej.
Način povratnega blokiranja:
V tem načinu je katoda pozitivna glede na anodo z odprtim stikalom S. Križišče J1 in J3 je obrnjeno pristransko, J2 pa naprej. Ko povratna napetost, ki deluje na tiristor (mora biti manjša od V BR), naprava nudi visoko impedanco v obratni smeri. Zato je bil tiristor v načinu povratne blokade obravnavan kot odprto stikalo. V BR je napetost povratne okvare, kjer pride do plazu, če napetost preseže V BR, lahko povzroči poškodbo tiristorja.
Način blokiranja naprej:
Ko je anoda pozitivna glede na katodo, z odprtim stikalom vrat. Tiristor naj bi bil usmerjen naprej, križišče J1 in J3 sta naprej pristransko in J2 obrnjeno pristransko, kot lahko vidite na sliki. V tem načinu teče majhen tok, imenovan tok uhajanja, saj je tok uhajanja majhen in ni dovolj za sprožitev SCR. Zato se SCR obravnava kot odprto stikalo tudi v načinu blokiranja naprej.
Način vodenja naprej:
Ko se napetost naprej povečuje, ko vezje vrat ostane odprto, se na križišču J2 pojavi plaz in SCR preide v način prevodnosti. SCR lahko kadar koli VKLOPIMO tako, da med vhodom in katodo damo pozitiven impulz vrat ali s pomočjo preklopne napetosti na anodi in katodi tiristorja.
Sprožilne metode SCR ali tiristorja
Obstaja veliko metod za sprožitev SCR, kot so:
- Sprožitev napetosti naprej
- Sprožitev vrat
- dv / dt proženje
- Sprožitev temperature
- Sprožitev svetlobe
Sprožitev napetosti naprej:
Z uporabo prednje napetosti med anodo in katodo, pri čemer je vezje vrat odprto, je spoj J2 vzvratno pristranski. Posledično pride do nastanka izčrpavajočega sloja čez J2. Ko narašča napetost naprej, nastopi stopnja, ko plast izčrpavanja izgine in J2 naj bi imel razčlenitev plazov. Tiristor torej prihaja v prevodnem stanju. Napetost, pri kateri pride do plazu, se imenuje napetost odboja V BO.
Sprožitev vrat:
Je eden najpogostejših, zanesljivih in najučinkovitejših načinov za vklop tiristorja ali SCR. Pri sprožitvi vrat se pri vklopu SCR med vrati in katodo uporabi pozitivna napetost, ki povzroči tok vrat in naboj se vbrizga v notranjo plast P in pride do preloma naprej. Ko bo višji tok vrat, bo napetost prekinitve naprej nižja.
Kot je prikazano na sliki, so v SCR tri križišča,. Z uporabo metode proženja vrat, ko se impulz vrat uporabi, se stikalo J2 prekine, stik J1 in J2 postane pristranski naprej ali SCR pride v prevodno stanje. Tako omogoča toku, da tok teče skozi anodo do katode.
Glede na model dveh tranzistorjev, ko je anoda pozitivna glede na katodo. Tok ne bo tekel skozi anodo na katodo, dokler se ne sproži zatič vrat. Ko tok teče v zatič vrat, vklopi spodnji tranzistor. Kot prevod spodnjega tranzistorja vklopi zgornji tranzistor. To je neke vrste notranja pozitivna povratna informacija, zato je tiristor z enim trenutnim impulzom na vratih ostal v stanju ON. Ko se oba tranzistorja vklopita, začne tok skozi anodo prehajati na katodo. To stanje je znano kot vodenje naprej in tako se tranzistor "zapahne" ali ostane trajno VKLOPLJEN. Za izklop SCR-ja ga ne morete izklopiti samo z odstranitvijo toka vrat, v tem stanju se tiristor neodvisi od toka vrat. Torej, za izklop morate izklopiti vezje.
dv / dt proženje:
V obratno pristranskem križišču J2 dobi značilnost, kot je kondenzator, zaradi prisotnosti naboja čez križišče, kar pomeni, da se spoj J2 obnaša kot kapacitivnost. Če se napetost vklopi nenadoma, vodi polnilni tok skozi kapacitivnost spoja Cj, da vklopi SCR.
Polnilni tok i C je izražen z;
i C = dQ / dt = d (Cj * Va) / dt (kjer je Va napetost naprej na križišču J2) i C = (Cj * dVa / dt) + (Va * dCj / dt), saj je kapacitivnost spoja skoraj konstanten, dCj / dt je nič, potem je i C = Cj dVa / dt
Če je torej hitrost naraščanja napetosti dVa / dt visoka, bi bil polnilni tok i C večji. Tu ima polnilni tok vlogo vratnega toka, ki vklopi SCR, tudi signal vrat je nič.
Sprožitev temperature:
Ko je tiristor v načinu blokiranja naprej, se večina uporabljene napetosti zbira nad križiščem J2, ta napetost je povezana z nekaj uhajalnim tokom. Kar poveča temperaturo križišča J2. Torej, s povečanjem temperature se plast izčrpavanja zmanjša in pri nekaterih visokih temperaturah (znotraj varne meje) se plast izpraznitve zlomi in SCR preide v stanje ON.
Sprožitev svetlobe:
Za sprožitev SCR s svetlobo je vdolbina (ali votla) narejena na notranji p-plasti, kot je prikazano na spodnji sliki. Žarek svetlobe določene valovne dolžine usmerjajo optična vlakna za obsevanje. Ker jakost svetlobe preseže določeno vrednost, se SCR vklopi. Te vrste SCR se imenujejo SCR (LASCR). Včasih se ti SCR sprožijo s kombinacijo vira svetlobe in signala vrat. Za vklop SCR-ja sta potrebni visok tok vrat in manjša jakost svetlobe.
LASCR ali svetlobno sproženi SCR se uporabljajo v HVDC (visokonapetostnem enosmernem toku) prenosnem sistemu.