لماذا تستخدم المحولات الحديثة الترانزستورات ، وليس الثايرستور

ينتمي الثايرستور إلى أجهزة أشباه الموصلات في بنية p-n-p-n ، وفي الواقع ، ينتمون إلى فئة خاصة الترانزستورات ثنائية القطب، أربعة طبقة ، ثلاثة (أو أكثر) من الأجهزة الانتقالية مع التوصيل بالتناوب.

يسمح الجهاز الثايرستور له بالعمل مثل الصمام الثنائي ، أي لتمرير التيار في اتجاه واحد فقط.

وأيضا مثل الترانزستور تأثير الحقل ، الثايرستور هناك القطب السيطرة. علاوة على ذلك ، باعتباره الثنائيات ، يتمتع الثايرستور بخصوصية - دون حقن ناقلات المسؤول عن العمل من خلال قطب التحكم ، فلن يدخل في حالة إجراء ، أي أنه لن يفتح.

يسمح لنا نموذج مبسط من الثايرستور بفهم أن إلكترود التحكم هنا يشبه قاعدة الترانزستور الثنائي القطب ، ومع ذلك ، هناك قيود على إمكانية فتح الثايرستور باستخدام هذه القاعدة ، لكن لا يمكن قفله.

يمكن لثايرستور ، مثل الترانزستور ذي التأثير الميداني القوي ، أن يغير بالطبع تيارات مهمة. وعلى عكس الترانزستورات ذات التأثير الميداني ، يمكن قياس القوى بتبديل الثايرستور بالميغاواط عند الفولتية العالية التشغيل. لكن الثايرستور لديه عيب واحد خطير - وقت توقف كبير.

من أجل قفل الثايرستور ، من الضروري مقاطعة تياره المباشر أو تقليله إلى حد كبير لفترة طويلة بما فيه الكفاية ، حيث يكون لحاملات ناقلات الشحنة العاملة الرئيسية ، أزواج الفتحات الإلكترونية ، وقت لإعادة تجميعها أو حلها. حتى يتم مقاطعة التيار ، سيبقى الثايرستور في حالة إجراء ، أي أنه سوف يستمر في التصرف كما الصمام الثنائي.

تزود دارات التبديل الحالية الجيبية AC AC الثايرستور بوضع تشغيل مناسب - يتحيز الجهد الجيبي للانتقال في الاتجاه المعاكس ، ويتم قفل الثايرستور تلقائيًا. ولكن للحفاظ على تشغيل الجهاز ، من الضروري تطبيق نبض التحكم في فتح القطب الكهربائي في كل دورة نصف.

في دوائر ذات طاقة تيار مستمر ، يلجأون إلى دوائر إضافية إضافية ، تتمثل وظيفتها في تقليل تيار الأنود عن الثايرستور بالقوة وإعادته إلى الحالة المقفلة. وبما أن ناقلات الشحن تتجمع عند قفلها ، فإن سرعة تبديل الثايرستور أقل بكثير من الترانزستور ذي التأثير الميداني القوي.

إذا قارنا وقت الإغلاق التام للثايرستور بوقت الإغلاق الكامل لترانزستور التأثير الميداني ، فإن الفرق يصل إلى آلاف المرات: يحتاج ترانزستور التأثير الميداني إلى عدة نانوثانية (10-100 ns) لإغلاقها ، ويستلزم الثايرستور عدة ميكروثانية (10-100 μs). اشعر بالفرق

بالطبع ، هناك مجالات لتطبيق الثايرستور حيث لا تقاوم الترانزستورات ذات التأثير الميداني التنافس معها. بالنسبة إلى الثايرستور ، لا توجد أي قيود على الحد الأقصى المسموح به للتبديل - وهذا هو مصلحتهم.

يسيطر الثايرستور على ميغاواط من الطاقة في محطات الطاقة الكبيرة ، وفي آلات اللحام الصناعية ، يقومون بتبديل التيارات بمئات الأمبيرات ، كما أنهم يسيطرون تقليديًا على أفران تحريض ميغاواط في مصانع الصلب. هنا ، الترانزستورات تأثير الحقل لا تنطبق بأي شكل من الأشكال. في المحولات النابضة للطاقة المتوسطة ، تفوز الترانزستورات ذات التأثير الميداني.

يوضح الاغلاق الطويل للثايرستور ، كما ذكر أعلاه ، حقيقة أنه عند تشغيله ، فإنه يتطلب إزالة الجهد الكهربائي للمجمع ، ومثل الترانزستور الثنائي القطب ، فإن الثايرستور يستغرق وقتًا محدودًا لإعادة تجميع ناقلات الأقليات أو إزالتها.

ترتبط المشكلات التي تسبب الثايرستور فيما يتعلق بهذه الخصوصية في المقام الأول بعدم القدرة على التبديل بسرعات عالية ، كما يمكن أن تفعله الترانزستورات ذات التأثير الميداني.وحتى قبل تطبيق جهد المجمع على الثايرستور ، يجب أن يكون الثايرستور مغلقًا ، وإلا فإن تبديل الطاقة لا مفر منه ، فإن أشباه الموصلات سوف ترتفع درجة حرارتها.

بمعنى آخر ، يحد dU / dt المقيد من الأداء. يوضح مخطط تبديد الطاقة كدالة للتيار وفي الوقت المحدد هذه المشكلة. ارتفاع درجة الحرارة داخل الكريستال الثايرستور لا يمكن أن يسبب فقط إنذار خاطئ ، ولكن أيضا تتداخل مع التبديل.

في المحولات الرنانة على الثايرستور ، يتم حل مشكلة القفل من تلقاء نفسها ، حيث تؤدي زيادة الأقطاب العكسية إلى قفل الثايرستور ، شريطة أن يكون التعرض طويلاً.

هذا يكشف عن الميزة الرئيسية لترانزستورات التأثير الميداني على الثايرستور. ترانزستورات التأثير الميداني قادرة على العمل على ترددات مئات الكيلو هرتز ، والسيطرة اليوم ليست مشكلة.

سيعمل الثايرستور بشكل موثوق على ترددات تصل إلى 40 كيلو هرتز ، أي ما يقرب من 20 كيلو هرتز. هذا يعني أنه إذا تم استخدام الثايرستور في محولات الطاقة الحديثة ، فإن الأجهزة ذات الطاقة العالية الكافية ، على سبيل المثال ، 5 كيلووات ، ستكون مرهقة للغاية.

بهذا المعنى ، ترانزستورات التأثير الميداني تجعل المحولات أكثر إحكاما بسبب الحجم والوزن الأصغر لمراكز محولات الطاقة والاختناقات.

كلما زاد التردد ، قل الحجم المطلوب للمحولات والاختناقات لتحويل نفس القوة ، وهو معروف للجميع على دراية بدارات محولات النبض الحديثة.

بطبيعة الحال ، في بعض التطبيقات ، الثايرستور مفيدة للغاية ، على سبيل المثال باهتة لضبط سطوع الضوءتعمل بتردد شبكة يبلغ 50 هرتز ، على أي حال ، من الأفضل تصنيعها على الثايرستور ، فهي أرخص من استخدام ترانزستورات التأثير الميداني هناك.

وفي محولات اللحامعلى سبيل المثال ، من الأفضل استخدام الترانزستورات ذات التأثير الميداني ، على وجه التحديد بسبب سهولة التحكم في التبديل والسرعة العالية لهذا التبديل. بالمناسبة ، عند التبديل من الثايرستور إلى دارة الترانزستور ، على الرغم من التكلفة العالية لهذا الأخير ، يتم استبعاد المكونات باهظة الثمن غير الضرورية من الأجهزة.