ไทริสเตอร์เป็นกุญแจไฟฟ้าที่ควบคุมไม่เต็มที่ บ่อยครั้งในหนังสือทางเทคนิค คุณสามารถเห็นชื่ออื่นสำหรับอุปกรณ์นี้ - ไทริสเตอร์แบบดำเนินการครั้งเดียว กล่าวอีกนัยหนึ่งภายใต้อิทธิพลของสัญญาณควบคุมจะถูกโอนไปยังสถานะเดียว - กำลังดำเนินการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมันรวมถึงวงจร ในการปิดเครื่อง จำเป็นต้องสร้างเงื่อนไขพิเศษเพื่อให้แน่ใจว่ากระแสตรงในวงจรลดลงเป็นศูนย์
คุณสมบัติของไทริสเตอร์
ปุ่มไทริสเตอร์จะนำกระแสไฟฟ้าไปในทิศทางไปข้างหน้าเท่านั้น และในสถานะปิด มันสามารถต้านทานไม่เพียงแต่ไปข้างหน้าเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแรงดันย้อนกลับด้วย โครงสร้างของไทริสเตอร์มีสี่ชั้น มีสามเอาต์พุต:
- ขั้วบวก (เขียนแทนด้วยตัวอักษร A)
- แคโทด (ตัวอักษร C หรือ K)
- ควบคุมอิเล็กโทรด (U หรือ G).
ไทริสเตอร์มีลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟในตระกูลทั้งหมด พวกมันสามารถใช้ตัดสินสถานะขององค์ประกอบได้ ไทริสเตอร์เป็นกุญแจอิเล็กทรอนิกส์ที่ทรงพลังมาก พวกมันสามารถสลับวงจรที่แรงดันไฟฟ้าสามารถเข้าถึงได้ถึง 5,000 โวลต์และความแรงของกระแส - 5,000 แอมแปร์ (ในขณะที่ความถี่ไม่เกิน 1,000 เฮิรตซ์)
การทำงานของไทริสเตอร์ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง
ไทริสเตอร์ทั่วไปถูกเปิดใช้งานโดยการใช้พัลส์ปัจจุบันกับเอาต์พุตควบคุม ยิ่งกว่านั้นจะต้องเป็นค่าบวก (เกี่ยวกับแคโทด) ระยะเวลาของกระบวนการชั่วคราวขึ้นอยู่กับลักษณะของโหลด (อุปนัย แอคทีฟ) แอมพลิจูดและอัตราการเพิ่มขึ้นในวงจรควบคุมพัลส์ปัจจุบัน อุณหภูมิของผลึกเซมิคอนดักเตอร์ ตลอดจนกระแสและแรงดันที่ใช้กับไทริสเตอร์ ที่มีอยู่ในวงจร ลักษณะของวงจรโดยตรงขึ้นอยู่กับชนิดขององค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้
ในวงจรที่ตั้งไทริสเตอร์ อัตราการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าที่สูงนั้นเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ กล่าวคือค่าที่องค์ประกอบเปิดขึ้นเองตามธรรมชาติ (แม้ว่าจะไม่มีสัญญาณในวงจรควบคุม) แต่ในขณะเดียวกันสัญญาณควบคุมก็ต้องมีความชันสูงมาก
วิธีปิด
การสลับไทริสเตอร์สองประเภทสามารถแยกแยะได้:
- ธรรมชาติ
- บังคับ
และตอนนี้มีรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับแต่ละสายพันธุ์ ธรรมชาติเกิดขึ้นเมื่อไทริสเตอร์ทำงานในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ นอกจากนี้ การสลับนี้เกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟลดลงเหลือศูนย์ แต่การบังคับใช้การสลับสับเปลี่ยนนั้นสามารถทำได้หลายวิธี ตัวควบคุมไทริสเตอร์ตัวใดให้เลือกขึ้นอยู่กับผู้ออกแบบวงจร แต่ควรพูดถึงแต่ละประเภทแยกกัน
วิธีบังคับที่มีลักษณะเฉพาะที่สุดคือการเชื่อมต่อตัวเก็บประจุที่ชาร์จไฟไว้ล่วงหน้าโดยใช้ปุ่ม (คีย์) วงจร LC รวมอยู่ในวงจรควบคุมไทริสเตอร์ วงจรนี้มีตัวเก็บประจุที่ชาร์จเต็มแล้ว ในระหว่างกระบวนการชั่วคราว กระแสจะผันผวนในวงจรโหลด
วิธีการบังคับเปลี่ยน
มีการบังคับเปลี่ยนประเภทอื่นๆ อีกหลายประเภท มักใช้วงจรที่ใช้ตัวเก็บประจุแบบสวิตชิ่งที่มีขั้วย้อนกลับ ตัวอย่างเช่น ตัวเก็บประจุนี้สามารถเชื่อมต่อกับวงจรโดยใช้ไทริสเตอร์เสริมบางชนิด ในกรณีนี้ การคายประจุจะเกิดขึ้นบนไทริสเตอร์หลัก (ทำงาน) สิ่งนี้จะนำไปสู่ความจริงที่ว่าที่ตัวเก็บประจุกระแสตรงไปยังกระแสตรงของไทริสเตอร์หลักจะช่วยลดกระแสในวงจรให้เหลือศูนย์ ดังนั้นไทริสเตอร์จะปิด สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากอุปกรณ์ไทริสเตอร์มีลักษณะเฉพาะที่เป็นลักษณะเฉพาะของมันเอง
นอกจากนี้ยังมีรูปแบบที่เชื่อมต่อโซ่ LC พวกเขาถูกปลด (และมีความผันผวน) ในตอนเริ่มต้น กระแสการคายประจุจะไหลเข้าหาคนงาน และหลังจากปรับค่าให้เท่ากันแล้ว ไทริสเตอร์จะถูกปิด หลังจากนั้น จากวงจรออสซิลเลเตอร์ กระแสจะไหลผ่านไทริสเตอร์ไปยังไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ ในกรณีนี้ ในขณะที่กระแสไหล แรงดันบางอย่างจะถูกนำไปใช้กับไทริสเตอร์ เป็นโมดูโลเท่ากับแรงดันตกคร่อมไดโอด
การทำงานของไทริสเตอร์ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ
ถ้าไทริสเตอร์รวมอยู่ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับก็สามารถทำได้การดำเนินงาน:
- เปิดหรือปิดวงจรไฟฟ้าที่มีโหลดแบบต้านทานหรือแบบแอคทีฟ
- เปลี่ยนค่าเฉลี่ยและค่าประสิทธิผลของกระแสที่ไหลผ่านโหลด ต้องขอบคุณความสามารถในการปรับโมเมนต์ของสัญญาณควบคุม
ไทริสเตอร์คีย์มีคุณสมบัติเดียว - พวกมันนำกระแสในทิศทางเดียวเท่านั้น ดังนั้น หากคุณต้องการใช้ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ คุณต้องใช้การเชื่อมต่อแบบแบ็คทูแบ็ค ค่าปัจจุบันที่มีประสิทธิภาพและค่าเฉลี่ยอาจเปลี่ยนแปลงได้เนื่องจากช่วงเวลาที่สัญญาณถูกนำไปใช้กับไทริสเตอร์จะแตกต่างกัน ในกรณีนี้ กำลังของไทริสเตอร์จะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดขั้นต่ำ
วิธีควบคุมเฟส
ในวิธีการควบคุมเฟสแบบบังคับ โหลดจะถูกปรับโดยการเปลี่ยนมุมระหว่างเฟส การสลับประดิษฐ์สามารถทำได้โดยใช้วงจรพิเศษหรือจำเป็นต้องใช้ไทริสเตอร์ที่ควบคุมได้อย่างสมบูรณ์ (ล็อคได้) ตามกฎแล้วจะมีการสร้างเครื่องชาร์จไทริสเตอร์ซึ่งช่วยให้คุณปรับความแรงของกระแสไฟขึ้นอยู่กับระดับการชาร์จแบตเตอรี่
ควบคุมความกว้างพัลส์
พวกเขายังเรียกมันว่าการมอดูเลต PWM ในระหว่างการเปิดไทริสเตอร์จะมีสัญญาณควบคุม ทางแยกเปิดอยู่และมีแรงดันไฟฟ้าอยู่ระหว่างโหลด ในระหว่างการปิด (ระหว่างกระบวนการชั่วคราวทั้งหมด) จะไม่มีการใช้สัญญาณควบคุม ดังนั้นไทริสเตอร์จึงไม่นำกระแส เมื่อดำเนินการเฟสควบคุมเส้นโค้งปัจจุบันไม่ได้เป็นไซน์ มีการเปลี่ยนแปลงในรูปคลื่นของแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นจึงมีการละเมิดงานของผู้บริโภคที่มีความอ่อนไหวต่อการรบกวนความถี่สูง (ความไม่ลงรอยกันปรากฏขึ้น) ตัวควบคุมไทริสเตอร์มีการออกแบบที่เรียบง่าย ซึ่งจะช่วยให้คุณสามารถเปลี่ยนค่าที่ต้องการได้โดยไม่มีปัญหาใดๆ และคุณไม่จำเป็นต้องใช้ LATR ขนาดใหญ่
ไทริสเตอร์ล็อคได้
ไทริสเตอร์เป็นสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทรงพลังมากซึ่งใช้ในการสลับแรงดันและกระแสไฟสูง แต่มีข้อเสียอย่างหนึ่งคือ การจัดการไม่สมบูรณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งนี้ประจักษ์โดยความจริงที่ว่าในการปิดไทริสเตอร์จำเป็นต้องสร้างเงื่อนไขที่กระแสตรงจะลดลงเป็นศูนย์
มันเป็นคุณสมบัติที่กำหนดข้อ จำกัด บางประการเกี่ยวกับการใช้ไทริสเตอร์และยังทำให้วงจรซับซ้อนตามพวกมัน เพื่อกำจัดข้อบกพร่องดังกล่าว จึงได้มีการพัฒนาการออกแบบพิเศษของไทริสเตอร์ซึ่งถูกล็อคโดยสัญญาณตามอิเล็กโทรดควบคุมเดียว พวกมันถูกเรียกว่าการทำงานแบบสองทางหรือแบบล็อคได้ไทริสเตอร์
การออกแบบไทริสเตอร์แบบล็อคได้
โครงสร้าง p-p-p-p สี่ชั้นของไทริสเตอร์มีลักษณะเฉพาะของตัวเอง พวกเขาทำให้พวกเขาแตกต่างจากไทริสเตอร์ทั่วไป ตอนนี้เรากำลังพูดถึงความสามารถในการควบคุมองค์ประกอบทั้งหมด ลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแส (คงที่) ในทิศทางไปข้างหน้าเหมือนกับของไทริสเตอร์ธรรมดา นั่นเป็นเพียงไทริสเตอร์กระแสตรงสามารถส่งผ่านค่าที่มากกว่ามาก แต่ไม่มีฟังก์ชั่นการบล็อกแรงดันย้อนกลับขนาดใหญ่สำหรับไทริสเตอร์ที่ล็อคได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเชื่อมต่อแบบ back-to-back ด้วยเซมิคอนดักเตอร์ไดโอด
คุณลักษณะเฉพาะของไทริสเตอร์ที่ล็อคได้คือแรงดันไปข้างหน้าที่ลดลงอย่างมาก ในการปิดระบบ ควรใช้พัลส์กระแสไฟอันทรงพลัง (เชิงลบ ในอัตราส่วน 1:5 ต่อค่ากระแสตรง) กับเอาต์พุตควบคุม แต่ระยะเวลาของพัลส์ควรสั้นที่สุดเท่านั้น - 10 … 100 μs ไทริสเตอร์ที่ล็อคได้มีแรงดันและกระแสที่จำกัดต่ำกว่าปกติ ความแตกต่างอยู่ที่ประมาณ 25-30%
ประเภทของไทริสเตอร์
สิ่งที่ล็อคได้นั้นถูกกล่าวถึงข้างต้น แต่มีไทริสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์อีกมากมายที่ควรค่าแก่การกล่าวถึงเช่นกัน การออกแบบที่หลากหลาย (เครื่องชาร์จ สวิตช์ ตัวควบคุมกำลัง) ใช้ไทริสเตอร์บางประเภท จำเป็นต้องมีการควบคุมโดยการจัดหากระแสแสงซึ่งหมายความว่ามีการใช้ออปโตไทริสเตอร์ ลักษณะเฉพาะของมันอยู่ที่วงจรควบคุมใช้คริสตัลเซมิคอนดักเตอร์ที่ไวต่อแสง พารามิเตอร์ของไทริสเตอร์นั้นแตกต่างกันทั้งหมดมีลักษณะเฉพาะของตัวเองเท่านั้น ดังนั้น อย่างน้อยก็ในแง่ทั่วไป จำเป็นต้องทำความเข้าใจว่าเซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้มีประเภทใดบ้างและนำไปใช้ที่ไหน นี่คือรายการทั้งหมดและคุณสมบัติหลักของแต่ละประเภท:
- ไดโอด-ไทริสเตอร์. องค์ประกอบที่เทียบเท่ากันนี้คือไทริสเตอร์ซึ่งเชื่อมต่อกันแบบต้านขนานเซมิคอนดักเตอร์ไดโอด
- Dinistor (ไดโอดไทริสเตอร์). สามารถนำไฟฟ้าได้เต็มที่หากเกินระดับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด
- Triac (ไทริสเตอร์สมมาตร) เทียบเท่ากับไทริสเตอร์สองตัวที่เชื่อมต่อกันแบบต้านขนาน
- ไทริสเตอร์อินเวอร์เตอร์ความเร็วสูงมีความเร็วในการสลับสูง (5… 50 µs)
- ทรานซิสเตอร์ควบคุมทรานซิสเตอร์ภาคสนาม คุณมักจะพบการออกแบบตาม MOSFET
- ออปติคัลไทริสเตอร์ควบคุมโดยฟลักซ์แสง
ใช้การป้องกันองค์ประกอบ
ไทริสเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่มีความสำคัญต่ออัตราการฆ่าของแรงดันกระแสและแรงดันไปข้างหน้า เช่นเดียวกับไดโอดเซมิคอนดักเตอร์มีลักษณะปรากฏการณ์เช่นการไหลของกระแสกู้คืนแบบย้อนกลับซึ่งลดลงอย่างรวดเร็วเป็นศูนย์อย่างรวดเร็วและรุนแรงซึ่งซ้ำเติมโอกาสของแรงดันไฟเกิน แรงดันไฟเกินนี้เป็นผลมาจากข้อเท็จจริงที่ว่ากระแสหยุดกะทันหันในองค์ประกอบวงจรทั้งหมดที่มีการเหนี่ยวนำ ในการดำเนินการป้องกัน จำเป็นต้องใช้รูปแบบต่างๆ ที่ช่วยให้คุณป้องกันตัวเองจากไฟฟ้าแรงสูงและกระแสไฟในโหมดการทำงานแบบไดนามิกได้
ตามกฎแล้ว ความต้านทานอุปนัยของแหล่งจ่ายแรงดันที่เข้าสู่วงจรของไทริสเตอร์ที่ใช้งานได้นั้นมีค่ามากเกินพอที่จะไม่รวมค่าเพิ่มเติมการเหนี่ยวนำ ด้วยเหตุนี้ในทางปฏิบัติจึงมักใช้การสร้างเส้นทางการเปลี่ยนเส้นทางซึ่งจะช่วยลดความเร็วและระดับของแรงดันไฟเกินในวงจรเมื่อปิดไทริสเตอร์ วงจรตัวต้านทานแบบคาปาซิทีฟมักใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ พวกมันเชื่อมต่อกับไทริสเตอร์แบบขนาน มีการปรับเปลี่ยนวงจรสองสามประเภทรวมถึงวิธีการคำนวณพารามิเตอร์สำหรับการทำงานของไทริสเตอร์ในโหมดและเงื่อนไขต่างๆ แต่วงจรสำหรับสร้างวิถีสวิตชิ่งของไทริสเตอร์ที่ล็อคได้จะเหมือนกับวงจรของทรานซิสเตอร์
