תיריסטורים הם מפתחות אלקטרוניים חזקים שאינם נשלטים באופן מלא. לעתים קרובות בספרים טכניים אתה יכול לראות שם אחר למכשיר זה - תיריסטור בפעולה אחת. במילים אחרות, בהשפעת אות בקרה, הוא מועבר למצב אחד - מוליכה. ליתר דיוק, זה כולל מעגל. כדי לכבות אותו, יש צורך ליצור תנאים מיוחדים המבטיחים שהזרם הישר במעגל יורד לאפס.
תכונות של תיריסטורים
מפתחות תיריסטור מוליכים זרם חשמלי רק בכיוון קדימה, ובמצב סגור הוא יכול לעמוד לא רק במתח קדימה, אלא גם במתח אחורי. מבנה התיריסטור הוא ארבע שכבתי, יש שלוש יציאות:
- אנודה (מסומנת באות A).
- קתודה (אות C או K).
- אלקטרודת בקרה (U או G).
לתיריסטורים יש משפחה שלמה של מאפייני מתח זרם, ניתן להשתמש בהם כדי לשפוט את מצב האלמנט. תיריסטורים הם מפתחות אלקטרוניים חזקים מאוד, הם מסוגלים להחליף מעגלים בהם המתח יכול להגיע ל-5000 וולט ועוצמת הזרם - 5000 אמפר (בעוד שהתדר אינו עולה על 1000 הרץ).
פעולת תיריסטור ב-מעגלי DC
תיריסטור קונבנציונלי מופעל על ידי הפעלת פולס זרם על פלט הבקרה. יתר על כן, זה חייב להיות חיובי (ביחס לקתודה). משך התהליך החולף תלוי באופי העומס (אינדוקטיבי, פעיל), המשרעת וקצב העלייה במעגל בקרת הדופק הנוכחי, הטמפרטורה של גביש המוליך למחצה, כמו גם הזרם והמתח המופעלים על התיריסטורים זמין במעגל. המאפיינים של המעגל תלויים ישירות בסוג האלמנט המוליך למחצה בשימוש.
במעגל שבו נמצא התיריסטור, התרחשות של קצב גבוה של עליית מתח אינה מתקבלת על הדעת. כלומר, ערך כזה שבו האלמנט נדלק באופן ספונטני (גם אם אין אות במעגל הבקרה). אבל באותו הזמן, לאות הבקרה חייב להיות שיפוע גבוה מאוד.
דרכים לכיבוי
ניתן להבחין בין שני סוגים של מיתוג תיריסטורים:
- טבעי.
- Forced.
ועכשיו בפירוט רב יותר על כל מין. טבעי מתרחש כאשר התיריסטור פועל במעגל זרם חילופין. יתר על כן, מיתוג זה מתרחש כאשר הזרם יורד לאפס. אבל כדי ליישם מיתוג כפוי יכול להיות מספר רב של דרכים שונות. איזה בקרת תיריסטור לבחור תלוי במעצב המעגלים, אבל כדאי לדבר על כל סוג בנפרד.
הדרך האופיינית ביותר למעבר מאולץ היא להתחברקבל שהוטען מראש באמצעות כפתור (מפתח). מעגל ה-LC כלול במעגל הבקרה של התיריסטור. מעגל זה מכיל קבל טעון במלואו. במהלך התהליך החולף, הזרם משתנה במעגל העומס.
שיטות של החלפה מאולצת
ישנם מספר סוגים אחרים של החלפה מאולצת. לעתים קרובות נעשה שימוש במעגל המשתמש בקבל מיתוג עם קוטביות הפוכה. לדוגמה, קבל זה יכול להיות מחובר למעגל באמצעות סוג של תיריסטור עזר. במקרה זה, תתרחש פריקה על התיריסטור הראשי (העובד). זה יוביל לעובדה שבקבל, הזרם המכוון לזרם הישר של התיריסטור הראשי יעזור להפחית את הזרם במעגל עד לאפס. לכן, התיריסטור יכבה. זה קורה מהסיבה שלמכשיר התיריסטור יש מאפיינים משלו האופייניים רק לו.
ישנן גם סכמות שבהן מחוברות שרשראות LC. הם משוחררים (ועם תנודות). בהתחלה, זרם הפריקה זורם לכיוון העובד, ולאחר השוואת ערכיו, התיריסטור כבוי. לאחר מכן, מהשרשרת המתנודדת, הזרם זורם דרך התיריסטור לתוך דיודה מוליכים למחצה. במקרה זה, בעוד זרם זורם, מתח מסוים מופעל על התיריסטור. זה מודולו שווה למפל המתח על פני הדיודה.
פעולת תיריסטור במעגלי AC
אם התיריסטור כלול במעגל AC, אפשר לבצע כזהפעולות:
- הפעל או כבה מעגל חשמלי עם עומס פעיל-התנגדות או התנגדות.
- שנה את הערך הממוצע והיעיל של הזרם שעובר בעומס, הודות ליכולת לכוונן את רגע אות הבקרה.
למפתחות תיריסטור יש תכונה אחת - הם מוליכים זרם בכיוון אחד בלבד. לכן, אם אתה צריך להשתמש בהם במעגלי AC, אתה צריך להשתמש בחיבור גב אל גב. ערכי הזרם האפקטיביים והממוצעים עשויים להשתנות בשל העובדה שהרגע שבו האות מופעל על התיריסטורים שונה. במקרה זה, הספק התיריסטור חייב לעמוד בדרישות המינימום.
שיטת בקרת שלב
בשיטת בקרת פאזה מאולצת, העומס מותאם על ידי שינוי הזוויות בין השלבים. ניתן לבצע מיתוג מלאכותי באמצעות מעגלים מיוחדים, או שיש צורך להשתמש בתיריסטורים מבוקרים לחלוטין (ניתנים לנעילה). על בסיסם, ככלל, נעשה מטען תיריסטור, המאפשר לך להתאים את עוצמת הזרם בהתאם לרמת הטעינה של הסוללה.
בקרת רוחב הדופק
הם גם קוראים לזה אפנון PWM. במהלך פתיחת התיריסטורים ניתן אות בקרה. הצמתים פתוחים ויש מתח מסוים על פני העומס. במהלך הסגירה (במהלך כל התהליך החולף) לא מופעל אות בקרה, לכן התיריסטורים אינם מוליכים זרם. בעת יישוםעקומת זרם בקרת הפאזה אינה סינוסואידלית, יש שינוי בצורת הגל של מתח האספקה. כתוצאה מכך, ישנה גם הפרה של עבודתם של צרכנים הרגישים להפרעות בתדר גבוה (מופיעה אי התאמה). לווסת תיריסטור יש עיצוב פשוט, שיאפשר לך לשנות את הערך הנדרש ללא בעיות. ואתה לא צריך להשתמש ב-LATR מסיביים.
ניתנים לנעילה של תיריסטורים
תיריסטורים הם מתגים אלקטרוניים חזקים מאוד המשמשים להעברת מתחים וזרמים גבוהים. אבל יש להם חיסרון אחד ענק - הניהול אינו שלם. ליתר דיוק, זה בא לידי ביטוי בעובדה שכדי לכבות את התיריסטור, יש צורך ליצור תנאים שבהם הזרם הישר יקטן לאפס.
תכונה זו היא שמטילה כמה הגבלות על השימוש בתיריסטורים, וגם מסבכת מעגלים המבוססים עליהם. כדי להיפטר מחסרונות כאלה, פותחו עיצובים מיוחדים של תיריסטורים, הנעולים על ידי אות לאורך אלקטרודת בקרה אחת. הם נקראים תיריסטורים דו-פעולה, או ניתנים לנעילה.
עיצוב תיריסטור ננעל
למבנה ה-p-p-p-p ארבע השכבות של תיריסטורים יש מאפיינים משלו. הם עושים אותם שונים מהתיריסטורים הרגילים. עכשיו אנחנו מדברים על יכולת השליטה המלאה של האלמנט. מאפיין הזרם-מתח (סטטי) בכיוון קדימה זהה לזה של תיריסטורים פשוטים. זה רק תיריסטור זרם ישר יכול להעביר ערך הרבה יותר גדול. אבלהפונקציה של חסימת מתחים הפוכים גדולים עבור תיריסטורים ניתנים לנעילה אינה מסופקת. לכן, יש צורך לחבר אותו גב אל גב עם דיודה מוליכים למחצה.
תכונה אופיינית של תיריסטור הניתן לנעילה היא ירידה משמעותית במתחים קדימה. כדי לבצע כיבוי, יש להפעיל דופק זרם חזק (שלילי, ביחס של 1:5 לערך הזרם הישר) על פלט הבקרה. אבל רק משך הדופק צריך להיות קצר ככל האפשר - 10 … 100 μs. לתיריסטורים הניתנים לנעילה יש מתח וזרם מגבילים נמוכים יותר מאלה הקונבנציונליים. ההבדל הוא בערך 25-30%.
סוגי תיריסטורים
הניתנים לנעילה נדונו לעיל, אבל יש עוד הרבה סוגים של תיריסטורים מוליכים למחצה שגם הם ראויים להזכיר. מגוון רחב של עיצובים (מטענים, מתגים, ווסת כוח) משתמשים בסוגים מסוימים של תיריסטורים. באיזשהו מקום נדרש שהבקרה תתבצע על ידי אספקת זרם אור, כלומר נעשה שימוש באופטוטיריסטור. המוזרות שלו טמונה בעובדה שמעגל הבקרה משתמש בגביש מוליך למחצה רגיש לאור. הפרמטרים של תיריסטורים שונים, לכולם יש מאפיינים משלהם, אופייניים רק להם. לכן, יש צורך, לפחות במונחים כלליים, להבין אילו סוגים של מוליכים למחצה אלה קיימים והיכן ניתן להשתמש בהם. אז הנה הרשימה המלאה והמאפיינים העיקריים של כל סוג:
- דיודה-תיריסטור. המקבילה של אלמנט זה הוא תיריסטור, אליו הוא מחובר באנטי-מקבילדיודה מוליכים למחצה.
- דיניסטור (תיריסטור דיודה). הוא יכול להיות מוליך במלואו אם חריגה מרמת מתח מסוימת.
- Triac (תיריסטור סימטרי). המקבילה שלו היא שני תיריסטורים המחוברים באנטי-מקביל.
- לתיריסטור המהפך המהיר יש מהירות מיתוג גבוהה (5… 50 µs).
- תיריסטורים נשלטי טרנזיסטור שדה. לעתים קרובות אתה יכול למצוא עיצובים המבוססים על MOSFETs.
- תיריסטורים אופטיים הנשלטים על ידי שטפי אור.
יישום הגנה על רכיב
תיריסטורים הם התקנים שהם קריטיים לקצבים הנמוכים של זרם קדימה ומתח קדימה. הן, כמו דיודות מוליכות למחצה, מאופיינות בתופעה כמו זרימת זרמי התאוששות הפוכים, שיורדת במהירות ובחדות לאפס, ובכך מחמירה את הסבירות למתח יתר. מתח יתר זה הוא תוצאה של העובדה שהזרם נעצר בפתאומיות בכל רכיבי המעגל שיש להם השראות (אפילו השראות נמוכות במיוחד אופייניות להתקנה - חוטים, מסלולי לוח). כדי ליישם הגנה, יש צורך להשתמש במגוון תוכניות המאפשרות לך להגן על עצמך מפני מתחים וזרמים גבוהים במצבי פעולה דינמיים.
ככלל, להתנגדות האינדוקטיבית של מקור המתח שנכנס למעגל של תיריסטור עובד יש ערך כזה שהוא די והותר כדי לא לכלול תוספת נוספתהַשׁרָאוּת. מסיבה זו, בפועל, נעשה שימוש לעתים קרובות יותר בשרשרת ליצירת נתיב מיתוג, אשר מפחיתה באופן משמעותי את המהירות ורמת מתח היתר במעגל כאשר התיריסטור כבוי. מעגלים קיבוליים-התנגדות משמשים לרוב למטרה זו. הם מחוברים לתיריסטור במקביל. ישנם לא מעט סוגים של שינויים במעגלים של מעגלים כאלה, כמו גם שיטות לחישוב שלהם, פרמטרים לפעולת תיריסטורים במצבים ובתנאים שונים. אבל המעגל ליצירת מסלול המיתוג של התיריסטור הניתן לנעילה יהיה זהה לזה של טרנזיסטורים.
