Kodėl šiuolaikiniai keitikliai naudoja tranzistorius, o ne tiristorius

Tiristoriai priklauso p-n-p-n struktūros puslaidininkiniams įtaisams ir, tiesą sakant, priklauso specialiajai klasei. bipoliniai tranzistoriai, keturių sluoksnių, trijų (ar daugiau) pereinamųjų įtaisų su kintamu laidumu.

Tiristoriaus įtaisas leidžia jam veikti kaip diodas, tai yra, perduoti srovę tik viena kryptimi.

Taip pat kaip lauko efekto tranzistorius, tiristorius yra valdymo elektrodas. Be to, tiristorius, kaip diodas, turi savitumą - per kontrolinį elektrodą neįpurškdamas mažumos darbinių krūvių nešiklių, jis nepateks į laidžios būsenos, ty neatsidarys.

Supaprastintas tiristoriaus modelis leidžia mums suprasti, kad valdymo elektrodas čia yra panašus į bipolinio tranzistoriaus pagrindą, tačiau yra apribojimas, kad naudojant šią bazę galima atrakinti tiristorių, tačiau jo negalima užrakinti.

Tiristorius, kaip ir galingas lauko efekto tranzistorius, žinoma, gali perjungti reikšmingas sroves. Ir skirtingai nuo lauko tranzistorių, tiristoriaus įjungiamos galios gali būti matuojamos megavatų galiomis esant aukštai darbinei įtampai. Tačiau tiristoriai turi vieną rimtą trūkumą - reikšmingą išjungimo laiką.

Norint užrakinti tiristorių, reikia pakankamai ilgai pertraukti ar žymiai sumažinti jo nuolatinę srovę, per kurią pusiausvyros pagrindiniai darbinių krūvių nešėjai, elektronų ir skylių poros, turėtų laiko rekombinuoti ar išspręsti. Kol srovė nebus nutraukta, tiristorius liks laidus, ty jis toliau elgsis taip, kaip diodas.

Kintamos sinusinės srovės perjungimo grandinės suteikia tiristoriams tinkamą veikimo režimą - sinusoidinė įtampa nukreipia perėjimą priešinga kryptimi, o tiristorius automatiškai užsiblokuoja. Bet norint palaikyti prietaiso veikimą, kiekviename pusciklo metu būtina jį įjungti atrakinančiu valdymo impulsu.

Grandinėse, turinčiose nuolatinę galią, jie naudojasi papildomomis pagalbinėmis grandinėmis, kurių funkcija yra priverstinai sumažinti tiristoriaus anodo srovę ir grąžinti ją į užraktą. Kadangi įkrovos nešėjai rekombinuojasi, kai užrakinami, tiristoriaus perjungimo greitis yra daug mažesnis nei galingo lauko efekto tranzistoriaus.

Jei palygintume visiško tiristoriaus uždarymo laiką su visiško lauko efekto tranzistoriaus uždarymo laiku, skirtumas pasiekia tūkstančius kartų: lauko efekto tranzistoriui uždaryti reikia kelių nanosekundžių (10–100 ns), o tiristoriui reikia kelių mikrosekundžių (10–100 μs). Pajuskite skirtumą.

Žinoma, yra ir tiristorių taikymo sričių, kuriose lauko efekto tranzistoriai neatlaiko su jais konkurencijos. Tiristoriams praktiškai nėra jokių apribojimų dėl didžiausios leistinos perjungiamosios galios - tai yra jų pranašumas.

Tiristoriai kontroliuoja megavatų galią didelėse elektrinėse, pramoninio suvirinimo aparatuose jie perjungia šimtų amperų sroves, taip pat tradiciškai valdo megavatų indukcines krosnis plieno gamyklose. Čia lauko efekto tranzistoriai niekaip netaikomi. Vidutinės galios impulsiniuose keitikliuose laimi lauko tranzistoriai.

Ilgas tiristoriaus išjungimas, kaip minėta aukščiau, paaiškinamas tuo, kad įjungus jį reikia pašalinti kolektoriaus įtampą, o kaip ir bipoliniam tranzistoriui, tiristoriui reikia daug laiko rekombinuoti ar pašalinti mažumos nešėjus.

Problemos, dėl kurių kyla tiristoriai, susijusios su šiuo ypatumu, visų pirma yra susijusios su nesugebėjimu perjungti dideliu greičiu, kaip tai gali padaryti lauko tranzistoriai.Ir dar prieš pradedant kolektoriaus įtampą tiristoriui, tiristorius turi būti uždarytas, kitaip neišvengiami perjungimo galios nuostoliai, puslaidininkis perkais.

Kitaip tariant, ribojantis dU / dt riboja našumą. Šią problemą iliustruoja galios išsklaidymo grafikas, atsižvelgiant į esamą ir nustatytą laiką. Aukšta temperatūra tiristoriaus krištolo viduje gali ne tik sukelti klaidingą aliarmą, bet ir trikdyti perjungimą.

Tiristorių rezonansiniuose keitikliuose fiksavimo problema išsprendžiama savaime, kai dėl atvirkštinio poliškumo padidėjimo tiristorius užsiblokuoja, jei ekspozicija yra gana ilga.

Tai atskleidžia pagrindinį lauko efekto tranzistorių pranašumą prieš tiristorius. Lauko efekto tranzistoriai geba veikti šimtais kilohercų dažniais, o valdymas šiandien nėra problema.

Tiristoriai patikimai dirbs dažniais iki 40 kilohercų, arčiau 20 kilohercų. Tai reiškia, kad jei tiristoriai būtų naudojami šiuolaikiniuose inverteriuose, prietaisai, turintys pakankamai didelę galią, tarkime, 5 kilovatus, būtų labai nepatogūs.

Šia prasme lauko efekto tranzistoriai daro keitiklius kompaktiškesnius dėl mažesnio galios transformatorių ir droselių šerdžių dydžio ir svorio.

Kuo didesnis dažnis, tuo mažesnio dydžio reikia transformatorių ir droselių, kad būtų galima konvertuoti tą pačią galią, tai yra žinoma visiems, kurie yra susipažinę su šiuolaikinių impulsų keitiklių schema.

Žinoma, kai kuriose programose, pvz., Tiristoriai yra labai naudingi blykstės, norėdami reguliuoti šviesos ryškumąveikiant 50 Hz tinklo dažniui, bet kokiu atveju pelningiau gaminti ant tiristorių, jie yra pigesni nei tuo atveju, jei ten būtų naudojami lauko efekto tranzistoriai.

Ir į suvirinimo keitikliaiPavyzdžiui, pelningiau naudoti lauko efektų tranzistorius būtent dėl ​​lengvo perjungimo valdymo ir didelio šio perjungimo greičio. Beje, perjungiant iš tiristoriaus į tranzistoriaus grandinę, nepaisant didelių pastarųjų sąnaudų, nereikalingi brangūs komponentai iš prietaisų neįtraukiami.