Thyristorspannung. Thyristor für Dummies: Schaltkreis und Steuermethoden. Vollständiger technischer Aufbau des Thyristors

Thyristor ist eine Art Halbleiterbauelement, das für die unidirektionale Stromumwandlung ausgelegt ist (d. h. Strom wird nur in eine Richtung geleitet).

Thyristorschaltung

Dieser Wandler hat zwei stabile Zustände: geschlossen (Zustand mit niedriger Leitfähigkeit) und offen (Zustand mit hoher Leitfähigkeit). Der Zweck des Thyristors besteht darin, die Funktion eines elektrischen Schalters zu erfüllen, dessen Besonderheit darin besteht, dass er nicht selbstständig in den geschlossenen Zustand schalten kann. Das Gerät übernimmt die Funktionen eines Leerlaufschalters und einer Gleichrichterdiode in Netzwerken Gleichstrom. Das Hauptmaterial bei der Herstellung dieses Halbleiterbauelements ist Silizium. Das Gehäuse besteht aus Polymermaterialien oder Metall – für Modelle, die mit hohen Strömen arbeiten.

Design und Anwendungen von Thyristoren

Das Gerät enthält 3 Elektroden:

• Anode;
• Kathode;
• Steuerelektrode

Im Gegensatz zu einer Zweischichtdiode besteht ein Thyristor aus 4 Schichten – p-n-p-n. Beide Geräte leiten den Strom in eine Richtung. Bei den meisten älteren Modellen wird die Richtung durch ein Dreieck angezeigt. Eine externe Spannung wird mit einem „-“-Zeichen an die Kathodenelektrode (Bereich mit elektrischer Leitfähigkeit vom n-Typ) und „+“ - an die Anodenelektrode (Bereich mit elektrischer Leitfähigkeit vom p-Typ) angelegt.

Thyristoren werden in Schweißwechselrichtern, Netzteilen für Autoladegeräte, in Generatoren und für einfache Alarmsysteme, die auf Licht reagieren, eingesetzt.

Das Funktionsprinzip von Thyristoren

In der Fachliteratur wird ein Thyristor als „einzelbetrieblich“ bezeichnet und gehört zur Gruppe der unvollständig gesteuerten Funkbauelemente. Es geht in den aktiven Zustand über, wenn vom Steuerobjekt ein Impuls einer bestimmten Polarität empfangen wird. Die Geschwindigkeit der Aktivierung und der anschließenden Funktion wird beeinflusst durch:

• Art der Last – induktiv, reaktiv;
• Laststromwert;
• Geschwindigkeit und Amplitude des Anstiegs des Steuerimpulses;
• Umgebungstemperatur des Geräts;
• Spannungsniveau.

Das Umschalten von einem Zustand in einen anderen erfolgt über Steuersignale. Um den Thyristor vollständig auszuschalten, müssen Sie eine Leistung erbringen zusätzliche Aktionen. Das Herunterfahren erfolgt auf verschiedene Arten:

• natürliche Abschaltung (natürliche Umschaltung);
• Zwangsabschaltung (Zwangsschaltung), diese Option kann auf viele Arten durchgeführt werden.

Während des Betriebs ist ein ungeplanter Wechsel von einer Position in eine andere möglich, der durch Änderungen der Strom- und Temperatureigenschaften hervorgerufen wird.

Klassifizierungsmerkmale

Je nach Ansteuermethode werden folgende Arten von Thyristoren unterschieden:

Diode (Distoren)

Sie werden durch einen an Anode und Kathode angelegten Hochspannungsimpuls aktiviert. Das Design enthält 2 Elektroden, ohne eine Kontrollelektrode.

Triode (sCR)

Sie sind in zwei Gruppen unterteilt. Im ersten Fall wird die Steuerspannung an die Kathode und die Steuerelektrode angelegt, im zweiten Fall an die Anode und die Steuerelektrode.

Triacs

Führen Sie die Funktionen zweier parallel geschalteter Thyristoren aus.

Optothyristoren

Ihre Funktion erfolgt unter dem Einfluss des Lichtflusses. Die Funktion der Steuerelektrode übernimmt eine Fotozelle.

Entsprechend der Rückwärtsleitfähigkeit werden Thyristoren unterteilt in:

• rückwärts leitend;
• umgekehrt nicht leitend;
• mit nicht genormtem Sperrspannungswert;
• Strömungen in zwei Richtungen leiten.

Die wichtigsten Eigenschaften von Thyristoren, auf die Sie beim Kauf achten sollten

• Maximal zulässiger Strom. Dieser Wert charakterisiert Höchster Wert offener Thyristorstrom. U leistungsstarke Geräte sie beträgt mehrere hundert Ampere.
• Maximal erlaubt Rückstrom.
• Gleichspannung. Dieser Thyristorparameter entspricht dem Spannungsabfall beim maximal möglichen Strom.
• Sperrspannung. Beschreibt die maximal zulässige Spannung an einem Gerät im geschlossenen Zustand, in dem es seine Funktionsfähigkeit nicht verliert.
• Einschaltspannung. Dies ist der kleinste Wert, bei dem der Thyristor arbeiten kann.
• Minimaler Steuerelektrodenstrom. Entspricht der Strommenge, die ausreicht, um das Gerät zu aktivieren.
• Höchste zulässige Verlustleistung.

Überprüfung des Thyristors auf Funktionsfähigkeit

Das Gerät kann auf verschiedene Arten überprüft werden, eine davon ist die Verwendung einer speziellen Methode hausgemachter Tester, zusammengebaut gemäß der Abbildung unten.

- ein Gerät mit den Eigenschaften eines Halbleiters, dessen Design auf einem einkristallinen Halbleiter mit drei oder mehr pn-Übergängen basiert.

Sein Betrieb setzt das Vorhandensein von zwei stabilen Phasen voraus:

• „geschlossen“ (Leitfähigkeit ist niedrig);
• „offen“ (Leitfähigkeitsgrad ist hoch).

Thyristoren sind Geräte, die die Funktionen leistungselektronischer Schalter übernehmen. Ein anderer Name für sie ist Single-Operation-Thyristor. Dieses Gerät ermöglicht es Ihnen, die Wirkung starker Lasten durch kleine Impulse zu regulieren.

Gemäß der Strom-Spannungs-Kennlinie des Thyristors führt ein Anstieg des Stroms darin zu einem Spannungsabfall, dh es entsteht ein negativer Differenzwiderstand.

Darüber hinaus können diese Halbleiterbauelemente Stromkreise mit Spannungen bis 5000 Volt und Strömen bis 5000 Ampere (bei einer Frequenz von nicht mehr als 1000 Hz) verbinden.

Thyristoren mit zwei und drei Anschlüssen sind sowohl für den Betrieb mit Gleich- als auch mit Wechselstrom geeignet. Am häufigsten wird ihr Funktionsprinzip mit dem einer Gleichrichterdiode verglichen und es wird angenommen, dass sie ein vollwertiges Analogon eines Gleichrichters sind, in gewisser Weise sogar noch effektiver.

Die Arten von Thyristoren unterscheiden sich voneinander:

• Kontroll-Methode.
• Leitfähigkeit (einseitig oder beidseitig).

Allgemeine Managementgrundsätze

Die Thyristorstruktur besteht aus 4 Halbleiterschichten in Reihenschaltung (p-n-p-n). Der mit der äußeren p-Schicht verbundene Kontakt ist die Anode, und der mit der äußeren n-Schicht verbundene Kontakt ist die Kathode. Dadurch kann ein Thyristor bei einem Standardaufbau maximal zwei Steuerelektroden aufweisen, die auf den Innenschichten angebracht sind. Entsprechend der angeschlossenen Schicht werden die Leiter je nach Art der Ansteuerung in Kathode und Anode unterteilt. Der erste Typ wird am häufigsten verwendet.

Der Strom in Thyristoren fließt zur Kathode (von der Anode), daher erfolgt die Verbindung zur Stromquelle zwischen der Anode und dem Pluspol sowie zwischen der Kathode und dem Minuspol.

Thyristoren mit Steuerelektrode können sein:

• Abschließbar;
• Freischaltbar.

Eine bezeichnende Eigenschaft nicht verriegelnder Geräte ist ihre mangelnde Reaktion auf ein Signal von der Steuerelektrode. Die einzige Möglichkeit, sie zu schließen, besteht darin, den durch sie fließenden Strom so zu reduzieren, dass er unter dem Haltestrom liegt.

Bei der Ansteuerung eines Thyristors sollten einige Punkte beachtet werden. Ein Gerät dieses Typs wechselt die Betriebsphasen sprunghaft und nur unter der Bedingung eines äußeren Einflusses von „Aus“ auf „Ein“ und zurück: durch Strom (Spannungsmanipulation) oder Photonen (in Fällen mit einem Photothyristor).

Verstehen in diesem Moment Es ist zu beachten, dass ein Thyristor hauptsächlich über 3 Ausgänge (Thyristor) verfügt: Anode, Kathode und Steuerelektrode.

Die UE (Steuerelektrode) ist genau für das Ein- und Ausschalten des Thyristors verantwortlich. Das Öffnen des Thyristors erfolgt unter der Bedingung, dass die angelegte Spannung zwischen A (Anode) und K (Kathode) gleich der Betriebsspannung des Thyristors wird oder diese überschreitet. Im zweiten Fall ist zwar eine Einwirkung eines Impulses positiver Polarität zwischen Ue und K erforderlich.

Bei konstanter Versorgungsspannung kann der Thyristor unbegrenzt geöffnet sein.

Um es in den geschlossenen Zustand zu versetzen, können Sie:

• Reduzieren Sie den Spannungspegel zwischen A und K auf Null;
• Reduzieren Sie den A-Stromwert, damit die Haltestromstärke größer ist;
• Wenn der Betrieb der Kette auf Aktion basiert Wechselstrom, schaltet sich das Gerät ohne Eingriff von außen aus, wenn der aktuelle Füllstand selbst auf den Nullwert sinkt;
• Legen Sie eine Sperrspannung an das UE an (nur relevant für verriegelbare Halbleiterbauelemente).

Der geschlossene Zustand bleibt ebenfalls unbegrenzt bestehen, bis ein auslösender Impuls auftritt.

Spezifische Kontrollmethoden

• Amplitude .

Es stellt die Zufuhr einer positiven Spannung unterschiedlicher Größe zum Ue dar. Das Öffnen des Thyristors erfolgt, wenn der Spannungswert ausreicht, um den Steuerübergang des Gleichrichterstroms (Irev) zu durchbrechen. Durch Ändern der Spannung am UE wird es möglich, die Öffnungszeit des Thyristors zu ändern.

Der Hauptnachteil dieser Methode ist der starke Einfluss des Temperaturfaktors. Darüber hinaus erfordert jeder Thyristortyp einen anderen Widerstandstyp. Dieser Punkt trägt nicht zur Benutzerfreundlichkeit bei. Darüber hinaus kann die Öffnungszeit des Thyristors nur während der ersten Hälfte der positiven Halbwelle des Netzwerks eingestellt werden.

• Phase.

Es besteht darin, die Phase Ucontrol (im Verhältnis zur Spannung an der Anode) zu ändern. In diesem Fall wird eine Phasenschieberbrücke verwendet. Der Hauptnachteil ist die geringe Steilheit von Ucontrol, wodurch das Öffnungsmoment des Thyristors nur für kurze Zeit stabilisiert werden kann.

• Pulsphase .

Entwickelt, um die Mängel der Phasenmethode zu überwinden. Dazu wird an Ue ein Spannungsimpuls mit steiler Flanke angelegt. Dieser Ansatz ist derzeit der am weitesten verbreitete.

Thyristoren und Sicherheit

Aufgrund der Impulscharakteristik ihrer Wirkung und des Vorhandenseins eines Rückstroms erhöhen Thyristoren das Risiko einer Überspannung beim Betrieb des Geräts erheblich. Darüber hinaus ist die Gefahr einer Überspannung im Halbleiterbereich groß, wenn in anderen Teilen des Stromkreises überhaupt keine Spannung anliegt.

Um negative Folgen zu vermeiden, ist es daher üblich, CFTP-Systeme zu verwenden. Sie verhindern das Auftreten und den Erhalt kritischer Spannungswerte.

Zwei-Transistor-Thyristor-Modell

Aus zwei Transistoren lässt sich durchaus ein Dinistor (Thyristor mit zwei Anschlüssen) oder ein Trinistor (Thyristor mit drei Anschlüssen) zusammenbauen. Dazu muss einer von ihnen eine p-n-p-Leitfähigkeit haben, der andere eine n-p-n-Leitfähigkeit. Transistoren können entweder aus Silizium oder Germanium hergestellt werden.

Die Verbindung zwischen ihnen erfolgt über zwei Kanäle:

• Anode vom 2. Transistor + Steuerelektrode vom 1. Transistor;
• Kathode vom 1. Transistor + Steuerelektrode vom 2. Transistor.

Wenn Sie auf den Einsatz von Steuerelektroden verzichten, ist der Ausgang ein Dinistor.

Die Kompatibilität der ausgewählten Transistoren wird durch die gleiche Leistungsmenge bestimmt. In diesem Fall müssen die Strom- und Spannungswerte unbedingt größer sein als die für den normalen Betrieb des Geräts erforderlichen Werte. Angaben zur Durchbruchspannung und zum Haltestrom hängen von den spezifischen Eigenschaften der verwendeten Transistoren ab.

Schreiben Sie Kommentare, Ergänzungen zum Artikel, vielleicht habe ich etwas verpasst. Schauen Sie doch mal vorbei, ich würde mich freuen, wenn Sie bei mir noch etwas Nützliches finden.

Ein Thyristor ist ein elektronisches Bauteil aus Halbleitermaterialien, kann aus drei oder mehr pn-Übergängen bestehen und hat zwei stabile Zustände: geschlossen (geringe Leitfähigkeit), offen (hohe Leitfähigkeit).

Dies ist eine Trockenformulierung, die für diejenigen gedacht ist, die gerade erst anfangen Master ElektrotechnikÄhm, es sagt absolut nichts. Schauen wir uns die Funktionsweise dieses elektronischen Bauteils für den Normalbürger, sozusagen für Dummies, an und wo es eingesetzt werden kann. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um das elektronische Äquivalent der Schalter, die Sie täglich verwenden.

Es gibt viele Arten dieser Elemente unterschiedliche Eigenschaften und mit vielfältigen Einsatzmöglichkeiten. Betrachten Sie einen gewöhnlichen Single-Operation-Thyristor.

Die Bezeichnungsmethode in den Diagrammen ist in Abbildung 1 dargestellt.

Das elektronische Element hat folgende Schlussfolgerungen:

• Anoden-Pluspol;
• Kathoden-Minuspol;
• Steuerelektrode G.

Das Funktionsprinzip eines Thyristors

Die Hauptanwendung dieser Art von Elementen ist die Herstellung von Leistungsthyristorschaltern zum Schalten auf ihrer Basis hohe Ströme und deren Regulierung. Das Einschalten erfolgt durch ein an die Steuerelektrode übertragenes Signal. In diesem Fall ist das Element nicht vollständig steuerbar und um es zu schließen, müssen zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, die dafür sorgen, dass die Spannung auf Null sinkt.

Wenn wir darüber sprechen, wie ein Thyristor funktioniert in einfacher Sprache, dann kann es analog zu einer Diode Strom nur in eine Richtung leiten, so dass Sie es beim Anschließen benötigen Achten Sie auf die richtige Polarität. Wenn an Anode und Kathode Spannung angelegt wird, bleibt dieses Element bis zum entsprechenden Zeitpunkt geschlossen elektrisches Signal. Unabhängig davon, ob ein Steuersignal vorhanden ist oder nicht, ändert es seinen Zustand nicht und bleibt geöffnet.

Bedingungen Thyristorschließung:

1. Entfernen Sie das Signal von der Steuerelektrode;
2. Reduzieren Sie die Spannung an Kathode und Anode auf Null.

Für Wechselstromnetze bereitet die Erfüllung dieser Bedingungen keine besonderen Schwierigkeiten. Sinusförmige Spannung, variierend von eins Amplitudenwert zum anderen sinkt auf Null, und wenn in diesem Moment kein Steuersignal vorhanden ist, schließt der Thyristor.

Beim Einsatz von Thyristoren in Gleichstromkreisen kommen verschiedene Methoden zur Zwangskommutierung (Schließen des Thyristors) zum Einsatz, am gebräuchlichsten ist die Verwendung eines vorgeladenen Kondensators. Der Stromkreis mit dem Kondensator ist mit dem Thyristor-Steuerkreis verbunden. Wenn ein Kondensator an den Stromkreis angeschlossen wird, kommt es zu einer Entladung des Thyristors. Der Entladestrom des Kondensators ist dem Durchlassstrom des Thyristors entgegengesetzt, was zu einem Abfall des Stroms im Stromkreis auf Null führt Der Thyristor wird geschlossen.

Sie denken vielleicht, dass der Einsatz von Thyristoren ungerechtfertigt ist; ist es nicht einfacher, einen normalen Schalter zu verwenden? Ein großer Vorteil des Thyristors besteht darin, dass er das Schalten großer Ströme im Anoden-Kathoden-Stromkreis mit einem vernachlässigbaren Steuersignal ermöglicht, das dem Steuerstromkreis zugeführt wird. In diesem Fall entsteht keine Funkenbildung, was für die Zuverlässigkeit und Sicherheit des gesamten Stromkreises wichtig ist.

Schaltplan

Der Steuerkreis sieht möglicherweise anders aus, aber im einfachsten Fall sieht der Schaltkreis des Thyristorschalters wie in Abbildung 2 dargestellt aus.

An der Anode ist eine Glühbirne angebracht L, und Schalter K2 verbindet den Pluspol der Stromquelle G. B. Die Kathode ist mit dem Minuspol der Stromquelle verbunden.

Nachdem der Schalter K2 Strom zugeführt hat, liegt an der Anode und Kathode Batteriespannung an, der Thyristor bleibt jedoch geschlossen und die Lampe leuchtet nicht. Um die Lampe einzuschalten, müssen Sie die Taste K1 drücken. Das Signal über den Widerstand R wird an die Steuerelektrode gesendet, der Thyristorschalter ändert seinen Zustand in „Öffnen“ und die Lampe leuchtet auf. Der Widerstand begrenzt den der Steuerelektrode zugeführten Strom. Ein erneutes Drücken der Taste K1 hat keine Auswirkung auf den Zustand der Schaltung.

Um den elektronischen Schlüssel zu schließen, müssen Sie den Stromkreis mit dem Schalter K2 von der Stromquelle trennen. Ein solches elektronisches Bauteil schaltet sich ab, wenn die Versorgungsspannung an der Anode auf einen bestimmten Wert sinkt, der von seinen Eigenschaften abhängt. So lässt sich die Funktionsweise eines Thyristors für Dummies beschreiben.

Eigenschaften

Zu den Hauptmerkmalen gehören die folgenden:

Die betrachteten Elemente werden neben elektronischen Schlüsseln häufig in Leistungsreglern verwendet, die eine Änderung der der Last zugeführten Leistung durch Änderung der Durchschnitts- und Effektivwerte des Wechselstroms ermöglichen. Die Regelung des Stromwerts erfolgt durch Änderung des Zeitpunkts, zu dem das Öffnungssignal an den Thyristor angelegt wird (durch Variation des Öffnungswinkels). Der Öffnungswinkel (Regelwinkel) ist die Zeit vom Beginn der Halbwelle bis zum Öffnen des Thyristors.

Datentypen elektronischer Komponenten

Es gibt einige verschiedene Arten Thyristoren, aber die gebräuchlichsten, zusätzlich zu den oben besprochenen, sind die folgenden:

• Dinistorelement, dessen Umschaltung erfolgt, wenn ein bestimmter Wert der zwischen Anode und Kathode angelegten Spannung erreicht wird;
• Triac;
• ein Optothyristor, dessen Schaltung durch ein Lichtsignal erfolgt.

Triacs

Ich möchte näher auf Triacs eingehen. Wie bereits erwähnt, können Thyristoren Strom nur in eine Richtung leiten. Wenn sie in einen Wechselstromkreis eingebaut werden, regelt ein solcher Stromkreis daher eine Halbwelle der Netzspannung. Um beide Halbwellen zu regeln, ist es notwendig, einen weiteren Thyristor Rücken an Rücken zu installieren oder spezielle Schaltungen mit leistungsstarken Dioden oder Diodenbrücken zu verwenden. All dies verkompliziert das System und macht es umständlich und unzuverlässig.

Für solche Fälle wurde der Triac erfunden. Lassen Sie uns darüber und das Funktionsprinzip für Dummies sprechen. Der Hauptunterschied zwischen Triacs Einer der oben diskutierten Elemente liegt in der Fähigkeit, Strom in beide Richtungen zu leiten. Im Wesentlichen handelt es sich hierbei um zwei Thyristoren mit allgemeine Geschäftsführung, Rücken an Rücken verbunden (Abbildung 3 A).

Das grafische Symbol für diese elektronische Komponente ist in Abb. dargestellt. 3 V. Es ist zu beachten, dass es nicht korrekt ist, die Stromanschlüsse als Anode und Kathode zu bezeichnen, da der Strom in jede Richtung geleitet werden kann, weshalb sie mit T1 und T2 bezeichnet werden. Die Steuerelektrode ist mit G bezeichnet. Um den Triac zu öffnen, ist es notwendig, ein Steuersignal an den entsprechenden Ausgang anzulegen. Die Bedingungen für den Übergang eines Triacs von einem Zustand in einen anderen und zurück in Wechselstromnetzen unterscheiden sich nicht von den oben diskutierten Steuerungsmethoden.

Diese Art von elektronischen Bauteilen wird im Fertigungsbereich eingesetzt, Haushaltsgeräte und Elektrowerkzeuge für eine reibungslose Stromregulierung. Dies ist die Steuerung von Elektromotoren, Heizelementen und Ladegeräten.

Abschließend möchte ich sagen, dass sowohl Thyristoren als auch Triacs, die erhebliche Ströme übertragen, sehr viel haben bescheidene Größe Dabei wird an ihrem Körper erhebliche Wärmeenergie freigesetzt. Einfach ausgedrückt: Sie werden sehr heiß. Um die Elemente vor Überhitzung und thermischem Zusammenbruch zu schützen, verwenden sie einen Kühlkörper, der im einfachsten Fall ein Aluminiumkühler ist.

Thyristoren sind leistungselektronische Schalter, die nicht vollständig gesteuert werden. In Fachbüchern findet man oft einen anderen Namen für dieses Gerät: Einzelbetrieb-Thyristor. Mit anderen Worten, unter dem Einfluss eines Steuersignals wird es in einen Zustand überführt – leitend. Genauer gesagt: Es schaltet den Stromkreis ein. Damit es abschaltet, müssen besondere Bedingungen geschaffen werden, die sicherstellen, dass der Vorwärtsstrom im Stromkreis auf Null sinkt.

Merkmale von Thyristoren

Thyristorschalter leiten elektrischen Strom nur in Vorwärtsrichtung und halten im geschlossenen Zustand nicht nur Vorwärts-, sondern auch Rückwärtsspannung stand. Der Thyristoraufbau ist vierschichtig, es gibt drei Ausgänge:

1. Anode (gekennzeichnet mit dem Buchstaben A).
2. Kathode (Buchstabe C oder K).
3. Steuerelektrode (U oder G).

Thyristoren verfügen über eine ganze Familie von Strom-Spannungs-Kennlinien, anhand derer man den Zustand des Elements beurteilen kann. Thyristoren sind sehr leistungsstarke elektronische Schalter; sie können Stromkreise schalten, in denen die Spannung 5000 Volt und der Strom 5000 Ampere erreichen kann (wobei die Frequenz 1000 Hz nicht überschreitet).

Thyristorbetrieb in Gleichstromkreisen

Ein herkömmlicher Thyristor wird durch Anlegen eines Stromimpulses an den Steueranschluss eingeschaltet. Außerdem muss es positiv sein (relativ zur Kathode). Dauer Übergangsprozess hängt von der Art der Last (induktiv, aktiv), der Amplitude und Anstiegsgeschwindigkeit im Stromimpuls-Steuerkreis, der Temperatur des Halbleiterkristalls sowie dem angelegten Strom und der angelegten Spannung an den im Stromkreis vorhandenen Thyristoren ab. Die Eigenschaften der Schaltung hängen direkt von der Art des verwendeten Halbleiterelements ab.

In dem Stromkreis, in dem sich der Thyristor befindet, kommt es zu hohe Geschwindigkeit zunehmende Spannung. Nämlich der Wert, bei dem sich das Element spontan einschaltet (auch wenn im Steuerkreis kein Signal vorhanden ist). Gleichzeitig muss das Steuersignal aber eine sehr hohe Flankensteilheit aufweisen.

Methoden zum Herunterfahren

Es können zwei Arten der Thyristorschaltung unterschieden werden:

1. Natürlich.
2. Gezwungen.

Und nun ausführlicher zu jedem Typ. Natürlich tritt auf, wenn der Thyristor in einem Wechselstromkreis betrieben wird. Darüber hinaus erfolgt diese Umschaltung, wenn der Strom auf Null sinkt. Eine erzwungene Umschaltung kann jedoch auf vielfältige Weise erfolgen. Welche Thyristorsteuerung er wählt, bleibt dem Schaltungsentwickler überlassen, es lohnt sich jedoch, über jeden Typ separat zu sprechen.

Die typischste Methode zum erzwungenen Schalten ist das Anschließen eines Kondensators, der zuvor über einen Knopf (Schlüssel) aufgeladen wurde. Der LC-Kreis ist in den Thyristor-Steuerkreis eingebunden. Diese Kette enthält einen vollständig geladenen Kondensator. Beim Einschwingvorgang kommt es zu Stromschwankungen im Lastkreis.

Methoden zum erzwungenen Umschalten

Es gibt mehrere andere Arten der erzwungenen Umschaltung. Häufig wird eine Schaltung verwendet, die einen Schaltkondensator mit umgekehrter Polarität verwendet. Dieser Kondensator kann beispielsweise über eine Art Hilfsthyristor an den Stromkreis angeschlossen werden. In diesem Fall kommt es zu einer Entladung des Hauptthyristors (Arbeitsthyristor). Dies führt dazu, dass der Kondensator einen Strom hat, der in Richtung des Vorwärtsstroms des Hauptthyristors gerichtet ist, was dazu beiträgt, den Strom im Stromkreis auf Null zu reduzieren. Infolgedessen wird der Thyristor ausgeschaltet. Dies liegt daran, dass das Thyristordesign seine eigenen, einzigartigen Eigenschaften aufweist.

Es gibt auch Schaltkreise, in denen LC-Schaltkreise verbunden sind. Sie entladen sich (und zwar mit Schwankungen). Ganz am Anfang fließt der Entladestrom in Richtung des Arbeiters, und nachdem sich ihre Werte angeglichen haben, wird der Thyristor abgeschaltet. Der Strom fließt dann vom Schwingkreis durch den Thyristor in die Halbleiterdiode. In diesem Fall liegt, solange Strom fließt, eine gewisse Spannung am Thyristor an. Sie ist betragsmäßig gleich dem Spannungsabfall an der Diode.

Thyristorbetrieb in Wechselstromkreisen

Wenn der Thyristor an einen Wechselstromkreis angeschlossen ist, können folgende Vorgänge ausgeführt werden:

1. Aktivieren oder deaktivieren Stromkreis mit aktiv-ohmscher oder aktiver Last.
2. Ändern Sie den Durchschnitts- und Effektivwert des Stroms, der durch die Last fließt, dank der Möglichkeit, den Zeitpunkt zu regulieren, zu dem das Steuersignal angelegt wird.

Thyristorschalter haben eine Besonderheit: Sie leiten Strom nur in eine Richtung. Wenn es daher erforderlich ist, sie in Schaltkreisen zu verwenden, ist es notwendig, Back-to-Back-Verbindungen zu verwenden. Die effektiven und durchschnittlichen Stromwerte können variieren, da der Zeitpunkt, zu dem das Signal an die Thyristoren angelegt wird, unterschiedlich ist. In diesem Fall muss die Leistung des Thyristors den Mindestanforderungen entsprechen.

Phasenkontrollmethode

Beim Phasenanschnittverfahren mit Zwangsumschaltung erfolgt die Lastanpassung durch Änderung der Winkel zwischen den Phasen. Das künstliche Schalten kann über spezielle Schaltkreise erfolgen oder es ist der Einsatz vollgesteuerter (sperrbarer) Thyristoren erforderlich. Auf dieser Grundlage werden sie in der Regel hergestellt, was eine Anpassung je nach Ladezustand der Batterie ermöglicht.

Impulsbreitensteuerung

Man nennt sie auch PWM-Modulation. Beim Öffnen der Thyristoren wird ein Steuersignal gesendet. Die Anschlüsse sind offen und an der Last liegt Spannung an. Beim Einschalten (während des gesamten Einschwingvorgangs) wird kein Steuersignal zugeführt, die Thyristoren leiten daher keinen Strom. Bei der Implementierung der Phasenanschnittsteuerung ist der Stromverlauf nicht sinusförmig; die Form des Versorgungsspannungssignals ändert sich. Folglich kommt es auch bei Verbrauchern, die empfindlich auf hochfrequente Störungen reagieren, zu einer Arbeitsstörung (Inkompatibilität tritt auf). Der Regler auf Thyristorbasis ist einfach aufgebaut, sodass Sie den gewünschten Wert problemlos ändern können. Und es besteht keine Notwendigkeit, massive LATRs zu verwenden.

Abschließbare Thyristoren

Thyristoren sind sehr leistungsstarke elektronische Schalter, die zum Schalten hoher Spannungen und Ströme eingesetzt werden. Sie haben jedoch einen großen Nachteil: Die Verwaltung ist unvollständig. Dies äußert sich insbesondere darin, dass zum Abschalten des Thyristors Bedingungen geschaffen werden müssen, unter denen der Durchlassstrom auf Null sinkt.

Es ist dieses Merkmal, das der Verwendung von Thyristoren einige Einschränkungen auferlegt und auch darauf basierende Schaltungen kompliziert. Um diese Art von Mängeln zu beseitigen, wurden spezielle Designs von Thyristoren entwickelt, die durch ein Signal entlang einer Steuerelektrode gesperrt werden. Sie werden als zweibetriebige oder abschließbare Thyristoren bezeichnet.

Ausführung als Abschaltthyristor

Vierschichtig p-p-p-p-Struktur Thyristoren haben ihre eigenen Eigenschaften. Sie unterscheiden sich von herkömmlichen Thyristoren. Wir reden jetzt darüber volle Kontrollierbarkeit Element. Die Strom-Spannungs-Kennlinie (statisch) in Vorwärtsrichtung ist dieselbe wie die von einfache Thyristoren. Der Wert des Gleichstroms, den der Thyristor durchlassen kann, ist jedoch viel größer. Die Funktion, große Sperrspannungen zu sperren, ist bei Abschaltthyristoren jedoch nicht vorgesehen. Daher ist es notwendig, es gegenparallel zu schalten

Besonderheit eines Abschaltthyristors ist ein erheblicher Abfall der Durchlassspannungen. Zum Abschalten muss ein kräftiger Stromimpuls (negativ, im Verhältnis 1:5 zum Gleichstromwert) an die Steuerklemme angelegt werden. Aber nur die Pulsdauer sollte möglichst kurz sein – 10...100 μs. Abschaltthyristoren haben einen niedrigeren maximalen Spannungs- und Stromwert als herkömmliche Thyristoren. Der Unterschied beträgt etwa 25-30 %.

Arten von Thyristoren

Abschließbare Thyristoren wurden oben besprochen, aber es gibt noch viele weitere Arten von Halbleiterthyristoren, die ebenfalls erwähnenswert sind. In den verschiedensten Ausführungen ( Ladegerät, Schalter, Leistungsregler) werden bestimmte Arten von Thyristoren verwendet. Irgendwo ist es erforderlich, dass die Steuerung durch Zufuhr eines Lichtstroms erfolgt, was bedeutet, dass ein Optothyristor verwendet wird. Seine Besonderheit besteht darin, dass die Steuerschaltung einen lichtempfindlichen Halbleiterkristall verwendet. Die Parameter von Thyristoren sind unterschiedlich, sie alle haben ihre eigenen Eigenschaften, die nur für sie charakteristisch sind. Daher ist es notwendig, mindestens allgemeiner Überblick Stellen Sie sich vor, welche Arten dieser Halbleiter es gibt und wo sie eingesetzt werden können. Hier ist die gesamte Liste und die Hauptmerkmale jedes Typs:

1. Thyristordiode. Das Äquivalent dieses Elements ist ein Thyristor, zu dem eine Halbleiterdiode Rücken an Rücken geschaltet ist.
2. Dinistor (Diodenthyristor). Bei Überschreiten eines bestimmten Spannungsniveaus kann es vollständig leitend werden.
3. Triac (symmetrischer Thyristor). Sein Äquivalent sind zwei Thyristoren, die Rücken an Rücken geschaltet sind.
4. Der Hochgeschwindigkeits-Inverter-Thyristor verfügt über eine hohe Schaltgeschwindigkeit (5...50 μs).
5. Gesteuerte Thyristoren Häufig findet man Bauformen, die auf MOS-Transistoren basieren.
6. Optische Thyristoren, die durch Lichtströme gesteuert werden.

Elementschutz implementieren

Thyristoren sind Geräte, die für die Anstiegsgeschwindigkeit des Durchlassstroms und der Durchlassspannung von entscheidender Bedeutung sind. Sie zeichnen sich wie Halbleiterdioden durch das Phänomen der Leckage aus Rückströme Erholung, die sehr schnell und stark auf Null abfällt und dadurch die Wahrscheinlichkeit einer Überspannung erhöht. Diese Überspannung ist eine Folge der Tatsache, dass der Strom in allen Elementen des Stromkreises, die über eine Induktivität verfügen (sogar extrem niedrige Induktivitäten, die für die Installation charakteristisch sind – Drähte, Leiterbahnen auf der Platine) – abrupt stoppt. Zur Umsetzung des Schutzes ist der Einsatz verschiedener Schaltungen erforderlich, die einen Schutz vor hohen Spannungen und Strömen in dynamischen Betriebsarten ermöglichen.

In der Regel hat die Spannungsquelle, die in den Stromkreis eines funktionierenden Thyristors eingebunden ist, einen Wert, der mehr als ausreicht, um in Zukunft keine zusätzliche Induktivität in den Stromkreis einzubauen. Aus diesem Grund wird in der Praxis häufiger eine Schalttrajektorienbildungskette verwendet, die die Geschwindigkeit und Höhe der Überspannung im Stromkreis beim Abschalten des Thyristors deutlich reduziert. Für diese Zwecke werden am häufigsten kapazitiv-resistive Schaltkreise verwendet. Sie sind parallel zum Thyristor geschaltet. Es gibt eine ganze Reihe von Arten von Schaltungsmodifikationen solcher Schaltungen sowie Methoden zu deren Berechnung und Parameter für den Betrieb von Thyristoren in verschiedenen Modi und Bedingungen. Die Schaltung zur Bildung des Schaltpfads eines Abschaltthyristors ist jedoch dieselbe wie bei Transistoren.

Rückwärtssperrmodus

Reis. 3. Thyristor-Rückwärtssperrmodus

Zwei Hauptfaktoren begrenzen das Regime des Reverse-Breakdowns und des Forward-Breakdowns:

1. Punktion des erschöpften Bereichs.

Im Rückwärtssperrmodus wird an die Anode des Geräts eine Spannung angelegt, die gegenüber der Kathode negativ ist; Die Anschlüsse J1 und J3 sind in Sperrrichtung vorgespannt, und der Anschluss J2 ist in Durchlassrichtung vorgespannt (siehe Abb. 3). In diesem Fall fällt der größte Teil der angelegten Spannung an einem der Übergänge J1 oder J3 ab (je nach Dotierungsgrad der verschiedenen Bereiche). Dies sei der Übergang J1. Abhängig von der Dicke W n1 der n1-Schicht wird der Durchbruch durch Lawinenvervielfachung (die Dicke des Verarmungsbereichs während des Durchbruchs ist kleiner als W n1) oder Durchschlag (die Verarmungsschicht breitet sich über den gesamten n1-Bereich und die Übergänge J1 aus) verursacht und J2 sind geschlossen).

Direktverriegelungsmodus

Bei direkter Sperrung ist die Spannung an der Anode positiv gegenüber der Kathode und nur der Anschluss J2 ist in Sperrichtung vorgespannt. Die Anschlüsse J1 und J3 sind vorwärtsgerichtet. Großer Teil Die angelegte Spannung fällt an der Verbindungsstelle J2 ab. Über die Übergänge J1 und J3 werden Minoritätsträger in die an den Übergang J2 angrenzenden Bereiche injiziert, wodurch der Widerstand des Übergangs J2 verringert, der Strom durch ihn erhöht und der Spannungsabfall über ihm verringert wird. Mit zunehmender Durchlassspannung steigt der Strom durch den Thyristor zunächst langsam an, was dem 0-1-Abschnitt der Strom-Spannungs-Kennlinie entspricht. In diesem Modus kann der Thyristor als gesperrt betrachtet werden, da der Widerstand der Verbindungsstelle J2 immer noch sehr hoch ist. Wenn die Spannung am Thyristor zunimmt, nimmt der Anteil der Spannung an J2 ab und die Spannungen an J1 und J3 steigen schneller an, was dazu führt, dass der Strom durch den Thyristor weiter ansteigt und die Injektion von Minoritätsladungsträgern in den Bereich von J2 zunimmt. Bei einem bestimmten Spannungswert (in der Größenordnung von mehreren zehn oder hundert Volt) spricht man von Schaltspannung V BF(Punkt 1 zur Strom-Spannungs-Kennlinie) erhält der Vorgang einen lawinenartigen Charakter, der Thyristor geht in einen Zustand mit hoher Leitfähigkeit über (schaltet ein) und in ihm baut sich ein Strom auf, der durch die Quellenspannung und den Widerstand bestimmt wird des externen Stromkreises.

Zwei-Transistor-Modell

Um die Eigenschaften des Geräts im Direktsperrmodus zu erklären, wird ein Zwei-Transistor-Modell verwendet. Der Thyristor kann als betrachtet werden PNP-Verbindung Transistor mit einem n-p-n-Transistor, wobei der Kollektor jedes von ihnen mit der Basis des anderen verbunden ist, wie in Abb. 4 für Triodenthyristor. Der zentrale Übergang fungiert als Kollektor für Löcher, die durch Übergang J1 injiziert werden, und Elektronen, die durch Übergang J3 injiziert werden. Zusammenhang zwischen Emitterströmen Ich E, Sammler Ich C und Basen Ich B und die statische Stromverstärkung α 1 p-n-p-Transistor ist ebenfalls in Abb. dargestellt. 4, wobei I Co der umgekehrte Sättigungsstrom der Kollektor-Basis-Verbindung ist.

Reis. 4. Zwei-Transistor-Modell eines Trioden-Thyristors, Anschluss der Transistoren und Stromverhältnis in einem pnp-Transistor.

Ähnliche Beziehungen können für erhalten werden NPN-Transistor wenn sich die Richtung der Ströme in die entgegengesetzte Richtung ändert. Aus Abb. 4 Daraus folgt Kollektorstrom Der n-p-n-Transistor ist auch der Basisstrom des p-n-p-Transistors. Ebenso der Kollektorstrom des pnp-Transistors und der Steuerstrom Ich G fließen in die Basis des NPN-Transistors. Wenn daher die Gesamtverstärkung im geschlossenen Regelkreis 1 übersteigt, wird ein regenerativer Prozess möglich.

Aktuell p-n-p-Basen Transistor ist gleich Ich B1= (1 - α 1) Ich A - Ich Co1. Dieser Strom fließt auch durch den Kollektor des NPN-Transistors. Aktuell Kollektor n-p-n Transistor mit Verstärkung α 2 ist gleich Ich C2= α 2 ICH K + ICo2.

Gleichsetzen Ich B1 Und Ich C2, wir erhalten (1 - α 1) Ich A - Ich Co1= α 2 ICH K + ICo2. Als ICH K = Ich A + Ich G, Das

Reis. 5. Energiebanddiagramm im Vorwärtsvorspannungsmodus: Gleichgewichtszustand, Vorwärtsblockierungsmodus und Vorwärtsleitungsmodus.

Diese Gleichung beschreibt die statischen Eigenschaften des Gerätes im Spannungsbereich bis zum Durchschlag. Nach dem Durchschlag arbeitet das Gerät als Pin-Diode. Beachten Sie, dass alle Terme im Zähler der rechten Seite der Gleichung klein sind, daher gilt der Term α 1 + α 2< 1, ток Ich A klein (Die Koeffizienten α1 und α2 selbst hängen davon ab Ich A und wachsen normalerweise mit zunehmendem Strom) Wenn α1 + α2 = 1, dann geht der Nenner des Bruchs auf Null und es kommt zu einem direkten Durchschlag (oder der Thyristor wird eingeschaltet). Es ist zu beachten, dass, wenn die Polarität der Spannung zwischen Anode und Kathode umgekehrt wird, die Anschlüsse J1 und J3 in Sperrrichtung und J2 in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind. Unter solchen Bedingungen kommt es nicht zu einem Durchschlag, da nur der zentrale Übergang als Emitter fungiert und der Regenerationsprozess unmöglich wird.

Die Breite der Verarmungsschichten und Energiebanddiagramme im Gleichgewicht, im Direktblockierungs- und Direktleitungsmodus sind in Abb. dargestellt. 5. Im Gleichgewicht werden der Verarmungsbereich jedes Übergangs und das Kontaktpotential durch das Verunreinigungsverteilungsprofil bestimmt. Wenn eine positive Spannung an die Anode angelegt wird, neigt der Verbindungspunkt J2 dazu, in Sperrrichtung vorgespannt zu sein, während die Verbindungsstellen J1 und J3 dazu neigen, in Vorwärtsrichtung vorgespannt zu sein. Der Spannungsabfall zwischen Anode und Kathode ist gleich der algebraischen Summe der Spannungsabfälle an den Übergängen: V AK = V 1 + V 2 + V 3. Wenn die Spannung steigt, steigt der Strom durch das Gerät und daher erhöhen sich α1 und α2. Aufgrund der regenerativen Natur dieser Prozesse geht das Gerät schließlich in einen offenen Zustand über. Nach dem Einschalten des Thyristors muss der durch ihn fließende Strom durch den äußeren Lastwiderstand begrenzt werden, andernfalls ausreichend Hochspannung Der Thyristor wird ausfallen. Im eingeschalteten Zustand ist der Verbindungspunkt J2 in Durchlassrichtung vorgespannt (Abb. 5, c) und der Spannungsabfall V AK = (V 1 - | V 2| + V 3) ist ungefähr gleich der Summe der Spannung an einem in Durchlassrichtung vorgespannten Übergang und der Spannung am gesättigten Transistor.

Direktleitungsmodus

Wenn der Thyristor eingeschaltet ist, sind alle drei Anschlüsse in Durchlassrichtung vorgespannt. Löcher werden aus der Region p1 injiziert, und Elektronen werden aus der Region n2 injiziert, und die n1-p2-n2-Struktur verhält sich ähnlich wie ein gesättigter Transistor, bei dem der Diodenkontakt zur Region n1 entfernt ist. Daher ähnelt das Gerät als Ganzes einer p-i-n (p + -i-n +)-Diode ...

Klassifizierung von Thyristoren

• Diodenthyristor (zusätzlicher Name „Dinistor“) – ein Thyristor mit zwei Anschlüssen
  • Diodenthyristor, nicht rückwärtsleitend
  • Diodenthyristor, in entgegengesetzter Richtung leitend
  • Diodensymmetrischer Thyristor (Zusatzbezeichnung „Diac“)
• Triodenthyristor (zusätzlicher Name „Thyristor“) – ein Thyristor mit drei Anschlüssen
  • Triodenthyristor, nicht in die Gegenrichtung leitend (Zusatzbezeichnung „Thyristor“)
  • Trioden-Thyristor, in Gegenrichtung leitend (Zusatzbezeichnung „Thyristor-Diode“)
  • triodischer symmetrischer Thyristor (zusätzlicher Name „Triac“, informeller Name „Triac“)
  • Triode-Thyristor asymmetrisch
  • schaltbarer Thyristor (Zusatzbezeichnung „Triodenschaltthyristor“)

Der Unterschied zwischen einem Dinistor und einem Trinistor

Es gibt keine grundsätzlichen Unterschiede zwischen einem Dinistor und einem Trinistor. Wenn jedoch die Öffnung eines Dinistors erfolgt, wenn eine bestimmte Spannung zwischen den Anoden- und Kathodenanschlüssen erreicht wird, abhängig vom Typ eines bestimmten Dinistors, dann in einem Trinistor die Öffnungsspannung kann durch Anlegen eines Stromimpulses einer bestimmten Dauer und Größe an seine Steuerelektrode bei positiver Potentialdifferenz zwischen Anode und Kathode gezielt reduziert werden, und das Trinistor-Design unterscheidet sich nur durch das Vorhandensein einer Steuerelektrode. SCRs sind die häufigsten Geräte aus der „Thyristor“-Familie.

Der Unterschied zwischen einem Triodenthyristor und einem Abschaltthyristor

Das Umschalten in den geschlossenen Zustand herkömmlicher Thyristoren erfolgt entweder durch Reduzierung des Stroms durch den Thyristor auf den Wert Ich h oder durch Ändern der Spannungspolarität zwischen Kathode und Anode.

Schaltbare Thyristoren können im Gegensatz zu herkömmlichen Thyristoren unter dem Einfluss des Steuerelektrodenstroms von einem geschlossenen Zustand in einen offenen Zustand und umgekehrt übergehen. Um einen Abschaltthyristor zu schließen, muss ein Strom mit entgegengesetzter Polarität durch die Steuerelektrode geleitet werden als die Polarität, die das Öffnen verursacht hat.

Triac

Ein Triac (symmetrischer Thyristor) ist ein Halbleiterbauelement und ähnelt in seinem Aufbau der Rücken-an-Rücken-Schaltung zweier Thyristoren. Kann elektrischen Strom in beide Richtungen leiten.

Eigenschaften von Thyristoren

Moderne Thyristoren werden für Ströme von 1 mA bis 10 kA hergestellt; für Spannungen von mehreren V bis mehreren kV; die Anstiegsgeschwindigkeit des Vorwärtsstroms in ihnen erreicht 10 9 A/s, die Spannung beträgt 10 9 V/s, die Einschaltzeit reicht von mehreren Zehnteln bis zu mehreren zehn Mikrosekunden, die Ausschaltzeit reicht von mehreren Einheiten bis zu mehreren hundert Mikrosekunden; Der Wirkungsgrad erreicht 99 %.

Anwendung

• Gesteuerte Gleichrichter
• Konverter (Wechselrichter)
• Leistungsregler (Dimmer)

siehe auch

• CDI ( Kondensatorentladung Zündung)

Anmerkungen

Literatur

• GOST 15133-77.
• Kublanowski. ICH BIN MIT. Thyristorgeräte. - 2. Aufl., überarbeitet. und zusätzlich - M.: Radio and Communications, 1987. - 112 S.: Abb. - (Mass Radio Library. Ausgabe 1104).

Links

• Thyristoren: Funktionsprinzip, Bauformen, Typen und Einschaltmethoden
• Ansteuerung von Thyristoren und Triacs über einen Mikrocontroller oder eine digitale Schaltung
• Konvertergeräte in Stromversorgungssystemen
• Rogatschew K.D. Moderne leistungsgeschaltete Thyristoren.
• Inländische Analoga importierter Thyristoren
• Verzeichnisse zu Thyristoren und Analoga, Austausch von Thyristoren, Austausch von Zenerdioden