Γιατί οι σύγχρονοι μετατροπείς χρησιμοποιούν τρανζίστορ, όχι θυρίστορ

Οι τυρτιστές ανήκουν σε διατάξεις ημιαγωγών της δομής p-n-p-n και, στην πραγματικότητα, ανήκουν σε μια ειδική κατηγορία διπολικά τρανζίστορ, τέσσερις στρώσεις, τρεις (ή περισσότερες) μεταβατικές συσκευές με εναλλασσόμενη αγωγιμότητα.

Η συσκευή θυρίστορ επιτρέπει να λειτουργήσει σαν δίοδος, δηλαδή να περάσει ρεύμα μόνο σε μία κατεύθυνση.

Και επίσης, όπως ένα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου, θυρίστορ υπάρχει ένα ηλεκτρόδιο ελέγχου. Επιπλέον, ως δίοδος, ο θυροσυσσωρευτής έχει μια ιδιαιτερότητα - χωρίς την έγχυση φορέων φορτίου μειοψηφίας μέσω του ηλεκτροδίου ελέγχου, δεν θα εισέλθει σε μια αγώγιμη κατάσταση, δηλαδή δεν θα ανοίξει.

Ένα απλοποιημένο μοντέλο θυρίστορ μας επιτρέπει να καταλάβουμε ότι το ηλεκτρόδιο ελέγχου εδώ είναι παρόμοιο με τη βάση ενός διπολικού τρανζίστορ, ωστόσο, υπάρχει ο περιορισμός ότι είναι δυνατόν να ξεκλειδωθεί ο θυροστάτης χρησιμοποιώντας αυτή τη βάση, αλλά δεν μπορεί να κλειδωθεί.

Ένα θυρίστορ, όπως ένα ισχυρό τρανζίστορ πεδίου-αποτελέσματος, μπορεί βεβαίως να αλλάξει σημαντικά ρεύματα. Και σε αντίθεση με τα τρανζίστορ με φαινόμενα πεδίου, οι δυνάμεις με θυρίστορ μπορούν να μετρηθούν σε μεγαβάτ σε υψηλές τάσεις λειτουργίας. Αλλά τα θυροσκόπια έχουν ένα σοβαρό μειονέκτημα - ένα σημαντικό χρόνο απενεργοποίησης.

Προκειμένου να κλειδωθεί ο θυροσκόπτης, είναι απαραίτητο να διακόπτεται ή να μειώνεται σημαντικά το συνεχές ρεύμα του για ένα επαρκώς μεγάλο χρονικό διάστημα, κατά τη διάρκεια του οποίου οι κύριοι φορείς φόρτισης φορτίου, ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών, θα είχαν χρόνο να ανασυνδυαστούν ή να επιλυθούν. Μέχρι να διακοπεί το ρεύμα, ο θυροστάτης θα παραμείνει σε μια αγώγιμη κατάσταση, δηλαδή θα συνεχίσει να συμπεριφέρεται ως διόδου.

Τα κυκλώματα εναλλαγής ρεύματος ημιτονοειδούς ρεύματος παρέχουν θυρίστορ με έναν κατάλληλο τρόπο λειτουργίας - μια ημιτονοειδής τάση υποβιβάζει τη μετάβαση στην αντίθετη κατεύθυνση και ο θυρίστορας αυτομάτως κλειδώνει. Αλλά για να διατηρηθεί η λειτουργία της συσκευής, είναι απαραίτητο να εφαρμοστεί ένας παλμός ελέγχου ξεκλειδώματος στο ηλεκτρόδιο ελέγχου σε κάθε μισό κύκλο.

Σε κυκλώματα με ισχύ συνεχούς ρεύματος, καταφεύγουν σε πρόσθετα βοηθητικά κυκλώματα, η λειτουργία των οποίων είναι να μειώσει βίαια το ρεύμα ανόδου του θυρίστορ και να τα επιστρέψει στην κλειδωμένη κατάσταση. Και επειδή οι φορείς φόρτισης ανασυνδυάζονται όταν είναι κλειδωμένοι, η ταχύτητα μεταγωγής του θυρίστορ είναι πολύ χαμηλότερη από αυτή ενός ισχυρού τρανζίστορ πεδίου.

Αν συγκρίνουμε τον χρόνο πλήρους κλεισίματος του θυρίστορ με το χρόνο πλήρους κλεισίματος του τρανζίστορ πεδίου-αποτελέσματος, η διαφορά φτάνει χιλιάδες φορές: το τρανζίστορ πεδίου-αποτελέσματος χρειάζεται να κλείσει μερικά νανοδευτερόλεπτα (10-100 ns) και ο θυρίστορας απαιτεί αρκετά μικροδευτερόλεπτα (10-100 μs). Νιώστε τη διαφορά.

Φυσικά υπάρχουν περιοχές εφαρμογών των θυρίστορ όπου τα τρανζίστορ πεδίου-αποτελέσματος δεν αντέχουν τον ανταγωνισμό με αυτά. Για τα θυροσκόπια, δεν υπάρχουν ουσιαστικά περιορισμοί στη μέγιστη επιτρεπτή μετασχηματισμένη ισχύ - αυτό είναι το πλεονέκτημά τους.

Οι θυροσκόπιοι ελέγχουν τα μεγαβάτ ισχύος σε μεγάλους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, σε βιομηχανικές μηχανές συγκόλλησης αλλάζουν ρεύματα εκατοντάδων αμπέρ και επίσης παραδοσιακά ελέγχουν τους κλιβάνους επαγωγής μεγαβάτ σε χαλυβουργεία. Εδώ, τα τρανζίστορ φαινόμενου πεδίου δεν ισχύουν με κανέναν τρόπο. Σε παλμούς μετατροπέων μεσαίας ισχύος, τα τρανζίστορ πεδίου-αποτελέσματος κερδίζουν.

Ένα μακρύ κλείσιμο του θυρίστορ, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, εξηγείται από το γεγονός ότι όταν ενεργοποιείται, απαιτεί την αφαίρεση της τάσης του συλλέκτη και, όπως ένα διπολικό τρανζίστορ, ο θυρεοστάτης χρειάζεται ένα πεπερασμένο χρόνο για να ανασυνδυαστεί ή να απομακρύνει τους φορείς των μειονοτήτων.

Τα προβλήματα που προκαλούν τα θυρίστορ σε σχέση με αυτή την ιδιαιτερότητα σχετίζονται κυρίως με την αδυναμία να μεταβούν σε υψηλές ταχύτητες, όπως μπορούν να κάνουν τα τρανζίστορ πεδίου δράσης.Και ακόμα πριν από την εφαρμογή της τάσης συλλέκτη στο θυρίστορ, ο θυροσυσσωρευτής πρέπει να είναι κλειστός, αλλιώς οι απώλειες ισχύος είναι αναπόφευκτες, ο ημιαγωγός θα υπερθερμανθεί.

Με άλλα λόγια, ο περιορισμός του dU / dt περιορίζει την απόδοση. Μια γραφική απεικόνιση ισχύος ως συνάρτηση του τρέχοντος και του χρόνου ενεργοποίησης απεικονίζει αυτό το πρόβλημα. Η υψηλή θερμοκρασία μέσα στον κρύσταλλο θυρίστορ μπορεί όχι μόνο να προκαλέσει ψευδή συναγερμό, αλλά και να επηρεάσει την αλλαγή.

Σε συντονισμένους μετατροπείς σε θυρίστορ, το πρόβλημα ασφάλισης επιλύεται από μόνο του, όπου η αύξηση της αντίστροφης πολικότητας οδηγεί στο κλείδωμα του θυρίστορ, υπό την προϋπόθεση ότι η έκθεση είναι αρκετά μεγάλη.

Αυτό αποκαλύπτει το κύριο πλεονέκτημα των τρανζίστορ πεδίου-αποτελέσματος πάνω από τα θυρίστορ. Τα τρανζίστορ φαινόμενου πεδίου είναι ικανά να λειτουργούν σε συχνότητες εκατοντάδων kilohertz, και ο έλεγχος σήμερα δεν είναι πρόβλημα.

Οι τυρτιστήρες θα λειτουργούν αξιόπιστα σε συχνότητες μέχρι 40 kilohertz, πιο κοντά σε 20 kilohertz. Αυτό σημαίνει ότι εάν τα θυροσκόπια χρησιμοποιούνται σε σύγχρονους μετατροπείς, τότε οι συσκευές με επαρκώς υψηλή ισχύ, π.χ., 5 κιλοβάτ, θα ήταν πολύ δυσκίνητες.

Με αυτή την έννοια, τα τρανζίστορ πεδίου-αποτελέσματος καθιστούν τους μετατροπείς πιο συμπαγείς λόγω του μικρότερου μεγέθους και του βάρους των πυρήνων των μετασχηματιστών ισχύος και των στραγγαλιστικών πηνίων.

Όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα, τόσο μικρότερο είναι το μέγεθος που απαιτείται για τους μετασχηματιστές και τους πνιγμούς για να μετατραπεί η ίδια ισχύς, είναι γνωστό σε όλους όσους είναι εξοικειωμένοι με τα κυκλώματα των σύγχρονων μετατροπέων παλμών.

Φυσικά, σε μερικές εφαρμογές, τα θυρίστορ είναι πολύ χρήσιμα, για παράδειγμα dimmers για να ρυθμίσετε τη φωτεινότητα του φωτόςπου λειτουργούν με συχνότητα δικτύου 50 Hz, σε κάθε περίπτωση είναι πιο αποδοτικό να κατασκευάζονται σε θυρίστορ, είναι φθηνότερα από ό, τι εάν χρησιμοποιήθηκαν εκεί τρανζίστορ πεδίου-αποτελέσματος.

Και στο μετατροπείς συγκόλλησηςΓια παράδειγμα, είναι πιο κερδοφόρο το να χρησιμοποιούμε τρανζίστορ πεδίου δράσης, ακριβώς λόγω της ευκολίας αλλαγής ελέγχου και της υψηλής ταχύτητας αυτής της μεταγωγής. Παρεμπιπτόντως, όταν αλλάζουμε από ένα θυρίστορ σε ένα κύκλωμα τρανζίστορ, παρά το υψηλό κόστος του τελευταίου, εξαιρούνται από τις συσκευές άχρηστα ακριβά εξαρτήματα.