Miksi nykyaikaiset invertterit käyttävät transistoreita, ei tyristoreita

Tiristorit kuuluvat p-n-p-n-puolijohdelaitteisiin ja kuuluvat itse asiassa erityisluokkaan bipolaaritransistorit, nelikerroksiset, kolme (tai enemmän) siirtymälaitetta, joilla on vuorotteleva johtavuus.

Tyristorilaite antaa sen toimia kuten diodi, ts. Siirtää virtaa vain yhteen suuntaan.

Ja kuten kenttätehostetransistori, Thyristor siellä on ohjauselektrodi. Lisäksi, diodina, tyristorilla on erityisominaisuus - ilman vähemmistön työpanosvälittimien injektiota ohjauselektrodin läpi, se ei mene johtavaan tilaan, ts. Se ei avaudu.

Yksinkertaistetun tiristorimallin avulla voimme ymmärtää, että ohjauselektrodi on tässä samanlainen kuin bipolaarisen transistorin kanta, mutta on kuitenkin rajoitus, että tyristori voidaan avata käyttämällä tätä kantaa, mutta sitä ei voida lukita.

Tyristori, kuten voimakas kenttä-transistori, voi tietenkin vaihtaa merkittäviä virtauksia. Ja toisin kuin kenttävaikutteiset transistorit, tyristorikytkentäiset tehot voidaan mitata megawatteina suurilla käyttöjännitteillä. Tyyristoreilla on kuitenkin yksi vakava haittapuoli - merkittävä sammutusaika.

Tyristorin lukitsemiseksi on tarpeen keskeyttää tai merkittävästi pienentää sen tasavirtaa riittävän pitkäksi ajaksi, jona aikana mikään epätasapainoinen päätyövarauskantoaalto, elektroni-reikäparit, pystyisi yhdistämään tai ratkaisemaan. Kunnes virta keskeytetään, tyristori pysyy johtavassa tilassa, ts. Se jatkaa käyttäytymistä diodi.

Vaihteelliset sinimuotoiset virtakytkentäpiirit tarjoavat tyristoreille sopivan toimintatavan - sinimuotoinen jännite vääristää siirtymää vastakkaiseen suuntaan ja tyristori lukitaan automaattisesti. Mutta laitteen toiminnan ylläpitämiseksi on välttämätöntä kohdistaa lukitsematon ohjauspulssi säätöelektrodiin jokaisessa puolijaksossa.

Tasavirtapiireissä piireissä ne turvautuvat ylimääräisiin apupiireihin, joiden tehtävänä on vähentää pakotettavasti tyristorin anodivirtaa ja palauttaa se lukittuun tilaan. Ja koska varauskuljettajat yhdistyvät lukkiutuneena, tyristorin kytkentänopeus on paljon pienempi kuin voimakkaan kenttätehostetransistorin.

Jos verrataan tiristorin täydellisen sulkeutumisen aikaa kenttäefektitransistorin täydellisen sulkeutumisen aikaan, ero saavuttaa tuhansia kertoja: kenttäefektitransistorin sulkemiseen tarvitaan useita nanosekuntia (10-100 ns) ja tiristori vaatii useita mikrosekuntia (10-100 μs). Tunne ero.

Tietysti on tyristorien käyttöalueita, joissa kenttäteho-transistorit eivät kestä kilpailua niiden kanssa. Tiristorien suurimmalle sallitulle kytkentäteholle ei ole käytännössä mitään rajoituksia - tämä on heidän etunsa.

Tiristorit ohjaavat megawattien tehoa suurissa voimalaitoksissa, teollisissa hitsauslaitteissa ne kytkeytyvät satojen ampeerien virroilla, ja ne ohjaavat perinteisesti myös megawatin induktiouuneja terästehtaissa. Täällä kenttävaikutteisia transistoreita ei voida millään tavoin soveltaa. Keskipitkätehoisissa pulssimuuntimissa kenttä-transistorit voittavat.

Tyristorin pitkä sammutus, kuten edellä mainittiin, selittyy sillä, että kun se kytketään päälle, se vaatii kollektorijännitteen poistamista, ja kuten bipolaarisella transistorilla, myös tyristorilla kuluu rajallinen aika yhdistää tai poistaa vähemmistökantajia.

Tämän erityispiirteen takia tyristorit aiheuttavat ongelmat liittyvät ensisijaisesti kyvyttömyyteen vaihtaa suurilla nopeuksilla, kuten kenttäteho transistorit voivat tehdä.Ja jo ennen kuin kollektorijännite kohdistetaan tyristoriin, tiristorin on oltava kiinni, muuten kytkentätehon menetykset ovat väistämättömiä, puolijohde ylikuumenee.

Toisin sanoen rajoittava dU / dt rajoittaa suorituskykyä. Tehohäviön kuvaaja virran ja oikea-aikaisen funktiona kuvaa tätä ongelmaa. Korkea lämpötila tiristorikiteiden sisällä ei vain aiheuta väärää hälytystä, vaan se voi myös häiritä kytkentää.

Tyristorien resonanssimuuntimissa lukitusongelma ratkaistaan ​​itsestään, jolloin käänteisen napaisuuden aalto johtaa tyristorin lukitsemiseen edellyttäen, että valotus on melko pitkä.

Tämä paljastaa kenttävaikutteisten transistorien tärkeimmän edun tiristoreihin nähden. Kenttävaikutteiset transistorit kykenevät toimimaan satojen kilohertsien taajuuksilla, ja ohjaus ei ole nykyään ongelma.

Tiristorit toimivat luotettavasti taajuuksilla, jotka ovat jopa 40 kilohertsiä, lähempänä 20 kilohertsiä. Tämä tarkoittaa, että jos tiristoria käytettäisiin nykyaikaisissa inverttereissä, niin riittävän suuren tehon laitteet, esimerkiksi 5 kilowattia, olisivat erittäin vaivalloisia.

Tässä mielessä kenttävaikutteiset transistorit tekevät vaihtosuuntaajista pienempiä johtuen tehomuuntajien ja kuristimien ytimien pienemmästä koosta ja painosta.

Mitä korkeampi taajuus, sitä pienempiä tarvitaan muuntajat ja kuristimet saman tehon muuntamiseksi, se on kaikille tiedossa, jotka tuntevat nykyaikaisten pulssimuuntimien piirit.

Tietysti joissakin sovelluksissa esimerkiksi tyristorit ovat erittäin hyödyllisiä himmentimet säätääksesi valon kirkkauttajoka toimii verkon taajuudella 50 Hz, on joka tapauksessa kannattavampaa valmistaa tyristorien kanssa. Ne ovat halvempia kuin siinä tapauksessa, että siellä käytettäisiin kenttäefektitransistoreita.

Ja sisään hitsausmuuntimetEsimerkiksi kenttätehostetransistoreiden käyttö on kannattavampaa, nimenomaan vaihtamisen ohjauksen helppouden ja tämän kytkemisen suuren nopeuden takia. Muuten, vaihdettaessa tyristorista transistoripiiriin, huolimatta viimeksi mainituista, korkeat kustannukset, tarpeettomat kalliit komponentit jätetään laitteiden ulkopuolelle.