Zašto moderni pretvarači koriste tranzistore, a ne tiristore

Tiristori pripadaju poluvodičkim uređajima p-n-p-n strukture i u stvari pripadaju posebnoj klasi bipolarni tranzistoričetveroslojni, tri (ili više) prijelaznih uređaja s naizmjeničnom vodljivošću.

Tiristorski uređaj omogućuje mu da djeluje poput diode, odnosno da propušta struju samo u jednom smjeru.

I kao poljski tranzistor, tiristor nalazi se upravljačka elektroda. Štoviše, kao dioda tiristor ima posebnost - bez ubrizgavanja manjinskih nosača radnog naboja kroz upravljačku elektrodu neće se preći u provodno stanje, odnosno neće se otvoriti.

Pojednostavljeni model tiristora omogućava nam da shvatimo da je ovdje upravljačka elektroda slična podlozi bipolarnog tranzistora, međutim, postoji ograničenje da je moguće otključati tiristor pomoću ove baze, ali ne može se zaključati.

Tiristor, poput moćnog tranzistora s efektom polja, može, naravno, prebaciti značajne struje. Za razliku od tranzistora s efektom polja, snage tiristorskih izmjena mogu se mjeriti u megavatima pri visokim radnim naponima. Ali tiristori imaju jedan ozbiljan nedostatak - značajno vrijeme isključivanja.

Da bi se tiristor zaključao, potrebno je dovoljno dugo prekinuti ili značajno smanjiti njegovu istosmjernu struju, za vrijeme koje bi neravnotežni glavni nosači radnog naboja, parovi elektrona-rupa, imali vremena ponovo sastaviti ili razriješiti. Dok se struja ne prekine, tiristor će ostati u provodnom stanju, tj. Nastavit će se ponašati kao dioda.

Sklopni krugovi za izmjeničnu struju sinusoidne struje pružaju tiristorima odgovarajući način rada - sinusoidni napon pretvara prijelaz u suprotnom smjeru, a tiristor se automatski zaključava. Ali za održavanje rada uređaja, potrebno je primijeniti kontrolni impuls za otključavanje na kontrolnu elektrodu u svakom polukrugu.

U krugovima s istosmjernom strujom pribjegavaju dodatnim pomoćnim krugovima čija je funkcija prisilno smanjenje anodne struje tiristora i vraćanje u zaključano stanje. A budući da se nosači naboja ponovo kombiniraju kada su zaključani, brzina uključivanja tiristora mnogo je manja od brzine snažnog tranzistora s efektom polja.

Ako usporedimo vrijeme potpunog zatvaranja tiristora s vremenom potpunog zatvaranja tranzistora s efektom polja, razlika doseže tisuće puta: za tranzistor s efektom polja potrebno je nekoliko nanosekundi (10-100 ns) da se zatvori, a tiristoru je potrebno nekoliko mikrosekundi (10-100 μs). Osjetite razliku.

Naravno, postoje područja primjene tiristora u kojima poljski tranzistori ne podnose konkurenciju s njima. Za tiristore praktično ne postoje ograničenja najveće dopuštene preklopne snage - to je njihova prednost.

Tiristori upravljaju megavatima snage u velikim elektranama, u industrijskim zavarivačkim strojevima prebacuju struje stotina ampera, a također tradicionalno upravljaju megavatnim indukcijskim pećima u čeličanima. Ovdje tranzistori s efektom polja nisu ni na koji način primjenjivi. U impulsnim pretvaračima srednje snage pobjeđuju poljski tranzistori.

Dugo zaustavljanje tiristora, kao što je već spomenuto, objašnjava se činjenicom da kada je uključen, on zahtijeva uklanjanje napona kolektora, i poput bipolarnog tranzistora, tiristoru je potrebno ograničeno vrijeme da se rekombinira ili ukloni manjinski nosači.

Problemi koji uzrokuju tiristore u vezi s ovom posebnošću povezani su prije svega s nemogućnošću prebacivanja pri velikim brzinama, kao što to mogu učiniti terenski tranzistori.I prije nego što se napon na kolektoru primijeni na tiristor, tiristor se mora zatvoriti, u protivnom su gubici snage prebacivanja neizbježni, poluvodič će se pregrijati.

Drugim riječima, ograničenje dU / dt ograničava performanse. Crtež rasipanja energije kao funkcija struje i vremena je ilustriran ovaj problem. Visoka temperatura unutar tiristorskog kristala ne samo da može izazvati lažni alarm, već i ometati prebacivanje.

U rezonantnim pretvaračima na tiristorima problem zaključavanja sam se rješava, pri čemu porast reverzne polarnosti dovodi do zaključavanja tiristora, pod uvjetom da je izloženost prilično duga.

Ovo otkriva glavnu prednost poljskih tranzistora nad tiristorima. Terenski tranzistori mogu raditi na stotinama kiloherca, a kontrola danas nije problem.

Tiristori će pouzdano raditi na frekvencijama do 40 kiloherca, bližim 20 kilohercima. To znači da ako bi se tiristori koristili u modernim pretvaračima, tada bi uređaji dovoljno velike snage, recimo, 5 kilovata, bili vrlo nezgodni.

U tom smislu, tranzistori s efektom na terenu čine pretvarače kompaktnijima zbog manje veličine i težine jezgara energetskih transformatora i prigušnica.

Što je veća frekvencija, što su manji transformatori i prigušnice potrebni za pretvaranje iste snage, to je poznato svima koji su upoznati sa krugom modernih impulskih pretvarača.

Naravno, u nekim aplikacijama, tiristori su vrlo korisni, na primjer prigušivači za podešavanje svjetlinekoji rade na mrežnoj frekvenciji od 50 Hz, u svakom slučaju, profitabilnija je proizvodnja na tiristorima, oni su jeftiniji nego ako su tamo korišteni poljski tranzistori.

I u inverteri za zavarivanjena primjer, isplativije je koristiti tranzistore s efektom polja, upravo zbog lakoće prebacivanja upravljanja i velike brzine ovog prebacivanja. Usput, prilikom prelaska s tiristora u tranzistorski krug, unatoč visokoj cijeni potonjeg, nepotrebne skupe komponente su isključene iz uređaja.