Miért használnak a modern inverterek tranzisztorokat, nem tirisztorokat?

A tirisztorok a p-n-p-n szerkezetű félvezető eszközökhöz tartoznak, sőt, egy speciális osztályba tartoznak bipoláris tranzisztorok, négyrétegű, három (vagy több) átmeneti vezetőképességű átmeneti eszközök.

A tirisztoros eszköz lehetővé teszi, hogy úgy működjön, mint egy dióda, vagyis az áramot csak egy irányba adja át.

Ugyanúgy, mint egy mezőhatású tranzisztor, tirisztor van egy vezérlő elektróda. Ezen túlmenően, mint dióda, a tirisztornak sajátossága van - anélkül, hogy a vezérlőelektródon keresztül beillesztnék a kisebbségi munka töltőhordozókat, akkor nem kerül vezetőképességű állapotba, azaz nem nyílik meg.

Az egyszerűsített tirisztormodell lehetővé teszi, hogy megértsük, hogy a vezérlőelektróda itt hasonló a bipoláris tranzisztor alapjához, azonban korlátozás van arra, hogy ezen alap segítségével a tirisztor kinyitható, de ez nem zárható le.

A tirisztor, mint egy erőteljes terepi hatású tranzisztor, természetesen képes átkapcsolni a jelentős áramokat. És a terepi tranzisztorokkal ellentétben a tirisztorral kapcsolt teljesítmény nagyságrendben megawattban mérhető magas üzemi feszültség mellett. A tirisztoroknak azonban van egy komoly hátránya - jelentős kikapcsolási idő.

A tirisztor lezárásához elegendő ideig meg kell szakítani vagy csökkenteni az egyenáramát, amelynek során a nem egyensúlyi fő működési töltő hordozóknak, az elektron-lyuk pároknak idejük lenne rekombinációra vagy feloldódásra. Amíg az áram nem szakad meg, a tirisztor vezető állapotban marad, azaz továbbra is úgy viselkedik, mint dióda.

Az AC szinuszos áramváltó áramkörök a tirisztorok számára megfelelő működési módot biztosítanak - a szinuszos feszültség torzítja az átmenetet az ellenkező irányba, és a tirisztor automatikusan reteszelődik. Az eszköz működésének fenntartása érdekében azonban minden félciklusban nyitó vezérlő impulzust kell alkalmazni a vezérlőelektródra.

Az egyenáramú áramkörökben kiegészítő segédáramköröket igényelnek, amelyeknek feladata a tirisztor anódáramának erőszakos csökkentése és visszazárva zárolt állapotba állítása. És mivel a töltéshordozók rekombinálódnak, amikor zárva vannak, a tirisztor kapcsolási sebessége sokkal alacsonyabb, mint egy erős terepi hatású tranzisztoré.

Ha összehasonlítjuk a tirisztor teljes bezáródásának idejét a mező-hatású tranzisztor teljes bezárásának idejével, akkor a különbség több ezerszor is eléri: a mező-hatású tranzisztornak több nanoszekundumot (10-100 ns) kell becsuknia, a tirisztornak pedig több mikrosekundumot (10-100 μs) kell. Érezd a különbséget.

Természetesen vannak olyan tirisztorok alkalmazási területei, ahol a mezőhatású tranzisztorok nem bírják ki a versenyt velük. A tirisztorok esetében gyakorlatilag nincs korlátozás a maximálisan megengedett kapcsolható teljesítményre - ez előnye.

A tirisztorok a nagy erõmûvekben a megawatt teljesítményt vezérlik, az ipari hegesztõgépekben több száz amper áramot kapcsolnak, és hagyományosan az acélgyárakban a megawattos indukciós kemencéket is vezérlik. A terepi tranzisztorok itt semmilyen módon nem alkalmazhatók. Közepes teljesítményű impulzusos átalakítókban a mezőhatású tranzisztorok nyernek.

A tirisztor hosszú leállása, amint azt fentebb említettük, azzal magyarázható, hogy bekapcsoláskor a kollektor feszültségét le kell vonni, és a bipoláris tranzisztorhoz hasonlóan a tirisztornak véges időbe telik a kisebbségi vivők rekombinálása vagy eltávolítása.

A tirisztorokat okozó problémák ezzel a sajátossággal elsősorban a nagy sebességű váltás képességével kapcsolatosak, amint ezt a terepi tranzisztorok meg tudják tenni.És még mielőtt a kollektorfeszültséget a tirisztorra bevezetnék, a tiristort be kell zárni, különben a kapcsolási teljesítmény veszteségek elkerülhetetlenek, a félvezető túlmelegszik.

Más szavakkal, a korlátozó dU / dt korlátozza a teljesítményt. Az energiaeloszlás diagramja az áram és az idő függvényében illusztrálja ezt a problémát. A tirisztor kristály belsejében fellépő magas hőmérséklet nem csak hamis riasztást okozhat, hanem zavarhatja a kapcsolást is.

A tirisztorok rezonancia-invertereiben a reteszelési problémát önmagában oldja meg, ahol a fordított polaritás túlfeszültsége a tirisztor reteszelődéséhez vezet, feltéve, hogy az expozíció elég hosszú.

Ez felfedi a terepi tranzisztorok fő előnyeit a tirisztorokkal szemben. A terepi tranzisztorok több száz kilohertz frekvencián is képesek működni, és a vezérlés manapság nem jelent problémát.

A tirisztorok megbízhatóan működnek akár 40 kilohertz frekvencián, 20 kiloherthez közelebb. Ez azt jelenti, hogy ha tirisztorokat használnának a modern inverterekben, akkor egy elég nagy teljesítményű, például 5 kilovattos teljesítményű eszközök nagyon nehézkesek lennének.

Ebben az értelemben a terepi tranzisztorok kompaktabbá teszik a frekvenciaváltókat az erőátviteli transzformátorok és a fojtótekercsek kisebb méretének és súlyának köszönhetően.

Minél nagyobb a frekvencia, annál kisebb méretre van szükség az azonos teljesítmény átalakításához szükséges transzformátorokhoz és fojtókhoz, mindenki számára ismert, aki ismeri a modern impulzus-átalakítók áramköreit.

Természetesen egyes alkalmazásokban például a tirisztorok nagyon hasznosak dimmer a fényerősség beállításához50 Hz-es hálózati frekvencián működve mindenesetre jövedelmezőbb tirisztorokon gyártani, ezek olcsóbbak, mintha ott lenne mezőtranzisztorok.

És be hegesztő inverterekPéldául, jövedelmezőbb a terepi tranzisztorok használata, pontosan az átkapcsolás könnyű vezérlése és ennek a kapcsolásnak a nagy sebessége miatt. Mellesleg, amikor átkapcsolnak tirisztorról tranzisztoros áramkörre, az utóbbi magas költsége ellenére, a felesleges drága alkatrészeket kizárják az eszközökből.