Tyristory jsou výkonové elektronické klíče, které nejsou plně ovládány. Často v technických knihách můžete vidět jiný název tohoto zařízení - jednočinný tyristor. Jinými slovy, vlivem řídícího signálu se převede do jednoho stavu - vodivého. Přesněji řečeno, zahrnuje obvod. Pro jeho vypnutí je nutné vytvořit speciální podmínky, které zajistí, že stejnosměrný proud v obvodu klesne na nulu.
Vlastnosti tyristorů
Tyristorové klíče vedou elektrický proud pouze v propustném směru a v sepnutém stavu snesou nejen dopředné, ale i zpětné napětí. Struktura tyristoru je čtyřvrstvá, má tři výstupy:
- Anoda (označená písmenem A).
- Katoda (písmeno C nebo K).
- Řídící elektroda (U nebo G).
Tyristory mají celou rodinu charakteristik proudového napětí, lze je použít k posouzení stavu prvku. Tyristory jsou velmi výkonné elektronické klíče, jsou schopné spínat obvody, ve kterých může napětí dosáhnout 5000 voltů a proudová síla - 5000 ampér (přičemž frekvence nepřesahuje 1000 Hz).
Tyristorový provoz vDC obvody
Konvenční tyristor se zapíná přivedením proudového impulsu na řídicí výstup. Navíc musí být kladná (vzhledem ke katodě). Doba trvání přechodového procesu závisí na povaze zátěže (indukční, aktivní), amplitudě a rychlosti nárůstu v řídicím obvodu proudového impulsu, teplotě polovodičového krystalu, jakož i na přiváděném proudu a napětí do tyristorů. k dispozici v okruhu. Charakteristiky obvodu přímo závisí na typu použitého polovodičového prvku.
V obvodu, ve kterém je umístěn tyristor, je výskyt vysokého nárůstu napětí nepřijatelný. Totiž takovou hodnotu, při které se prvek samovolně zapne (i když v řídicím obvodu není žádný signál). Zároveň však musí mít řídicí signál velmi vysoký sklon.
Způsoby vypnutí
Rozlišují se dva typy spínání tyristorů:
- Přirozené.
- Vynuceno.
A nyní podrobněji o každém druhu. Přirozený nastává, když tyristor pracuje v obvodu střídavého proudu. Navíc k tomuto přepínání dochází, když proud klesne na nulu. Ale implementovat nucené přepínání může být velkým množstvím různých způsobů. Jaké tyristorové řízení zvolit je na návrháři obvodu, ale vyplatí se mluvit o každém typu zvlášť.
Nejcharakterističtějším způsobem nuceného přepínání je připojeníkondenzátor, který byl předem nabit pomocí tlačítka (klíče). Obvod LC je součástí řídicího obvodu tyristoru. Tento obvod obsahuje plně nabitý kondenzátor. Během přechodového procesu proud v zátěžovém obvodu kolísá.
Metody nuceného přepínání
Existuje několik dalších typů nuceného přepínání. Často se používá obvod, který používá spínací kondenzátor s obrácenou polaritou. Například tento kondenzátor lze připojit k obvodu pomocí nějakého pomocného tyristoru. V tomto případě dojde k výboji na hlavním (pracovním) tyristoru. To povede k tomu, že na kondenzátoru proud nasměrovaný na stejnosměrný proud hlavního tyristoru pomůže snížit proud v obvodu až na nulu. Proto se tyristor vypne. To se děje z toho důvodu, že tyristorové zařízení má své vlastní charakteristiky, které jsou charakteristické pouze pro něj.
Existují také schémata, ve kterých jsou připojeny LC řetězce. Jsou vybité (a s výkyvy). Na samém začátku teče vybíjecí proud směrem k pracovníkovi a po vyrovnání jejich hodnot se tyristor vypne. Poté z oscilačního řetězce proud teče přes tyristor do polovodičové diody. V tomto případě, zatímco proud teče, je na tyristor aplikováno určité napětí. Modulo se rovná poklesu napětí na diodě.
Tyristorový provoz ve střídavých obvodech
Pokud je tyristor součástí AC obvodu, je možné provést např.operace:
- Zapnutí nebo vypnutí elektrického obvodu s aktivní-odporovou nebo odporovou zátěží.
- Změňte průměrnou a efektivní hodnotu proudu, který prochází zátěží, díky možnosti upravit moment řídicího signálu.
Tyristorové klíče mají jednu vlastnost – vedou proud pouze jedním směrem. Pokud je tedy potřebujete použít ve střídavých obvodech, musíte použít připojení back-to-back. Efektivní a průměrné hodnoty proudu se mohou změnit v důsledku skutečnosti, že okamžik, kdy je signál aplikován na tyristory, je odlišný. V tomto případě musí výkon tyristoru splňovat minimální požadavky.
Metoda řízení fáze
V metodě řízení fáze vynuceného typu se zátěž nastavuje změnou úhlů mezi fázemi. Umělé spínání lze provádět pomocí speciálních obvodů, nebo je nutné použít plně řízené (uzamykatelné) tyristory. Na jejich základě se zpravidla vyrábí tyristorová nabíječka, která vám umožňuje upravit sílu proudu v závislosti na úrovni nabití baterie.
Ovládání šířky pulzu
Říkají tomu také PWM modulace. Během otevírání tyristorů je dán řídicí signál. Spoje jsou otevřené a na zátěži je nějaké napětí. Při sepnutí (během celého přechodového procesu) není aplikován žádný řídicí signál, proto tyristory nevedou proud. Při realizaciprůběh fázového řízení proudu není sinusový, dochází ke změně průběhu napájecího napětí. V důsledku toho také dochází k narušení práce spotřebitelů citlivých na vysokofrekvenční rušení (objeví se nekompatibilita). Tyristorový regulátor má jednoduchou konstrukci, která vám umožní bez problémů měnit požadovanou hodnotu. A nemusíte používat masivní LATR.
Tyristory uzamykatelné
Tyristory jsou velmi výkonné elektronické spínače používané ke spínání vysokých napětí a proudů. Mají ale jednu obrovskou nevýhodu – řízení je neúplné. Konkrétněji se to projevuje tím, že pro vypnutí tyristoru je nutné vytvořit podmínky, za kterých stejnosměrný proud klesne na nulu.
Právě tato funkce ukládá určitá omezení pro použití tyristorů a také komplikuje obvody na nich založené. Aby se zbavili těchto nedostatků, byly vyvinuty speciální konstrukce tyristorů, které jsou uzamčeny signálem podél jedné řídicí elektrody. Říká se jim tyristory s duálním provozem nebo uzamykatelné tyristory.
Uzamykatelný design tyristoru
Čtyřvrstvá p-p-p-p struktura tyristorů má své vlastní charakteristiky. Díky nim se liší od běžných tyristorů. Nyní se bavíme o plné ovladatelnosti prvku. Proudově napěťová charakteristika (statická) v propustném směru je stejná jako u jednoduchých tyristorů. To je jen stejnosměrný tyristor může projít mnohem větší hodnotou. Alefunkce blokování velkých zpětných napětí pro uzamykatelné tyristory není k dispozici. Proto je nutné jej propojit zády k sobě s polovodičovou diodou.
Charakteristickou vlastností uzamykatelného tyristoru je výrazný pokles propustných napětí. K vypnutí by měl být na řídicí výstup přiveden silný proudový impuls (záporný, v poměru 1:5 k hodnotě stejnosměrného proudu). Ale pouze doba trvání pulzu by měla být co nejkratší - 10 … 100 μs. Uzamykatelné tyristory mají nižší mezní napětí a proud než klasické. Rozdíl je přibližně 25–30 %.
Typy tyristorů
Ty uzamykatelné byly diskutovány výše, ale existuje mnohem více typů polovodičových tyristorů, které také stojí za zmínku. Různé typy provedení (nabíječky, spínače, regulátory výkonu) používají určité typy tyristorů. Někde je požadováno, aby se řízení provádělo přiváděním proudu světla, to znamená, že je použit optotyristor. Jeho zvláštnost spočívá v tom, že řídicí obvod využívá polovodičový krystal, který je citlivý na světlo. Parametry tyristorů jsou různé, všechny mají své vlastní charakteristiky, charakteristické pouze pro ně. Proto je nutné, alespoň v obecné rovině, pochopit, jaké typy těchto polovodičů existují a kde je lze použít. Zde je tedy celý seznam a hlavní vlastnosti každého typu:
- Dioda-tyristor. Ekvivalentem tohoto prvku je tyristor, ke kterému je připojen antiparalelněpolovodičová dioda.
- Dinistor (diodový tyristor). Při překročení určité úrovně napětí se může stát plně vodivým.
- Triak (symetrický tyristor). Jeho ekvivalentem jsou dva antiparalelně zapojené tyristory.
- Vysokorychlostní invertorový tyristor má vysokou spínací rychlost (5…50 µs).
- Tyristory řízené polem. Často můžete najít návrhy založené na MOSFETech.
- Optické tyristory řízené světelnými toky.
Implementujte ochranu prvků
Tyristory jsou zařízení, která jsou kritická pro rychlost přeběhu propustného proudu a propustného napětí. Stejně jako polovodičové diody se vyznačují takovým jevem, jako je tok zpětných obnovovacích proudů, který velmi rychle a prudce klesá na nulu, čímž se zvyšuje pravděpodobnost přepětí. Toto přepětí je důsledkem toho, že proud se náhle zastaví ve všech prvcích obvodu, které mají indukčnost (i ultra nízké indukčnosti typické pro instalaci - vodiče, vodicí lišty). Pro implementaci ochrany je nutné použít řadu schémat, která vám umožní chránit se před vysokým napětím a proudy v dynamických provozních režimech.
Indukční odpor zdroje napětí, který vstupuje do obvodu pracovního tyristoru, má zpravidla takovou hodnotu, že je více než dostačující na to, aby nezahrnoval nějaké dalšíindukčnost. Z tohoto důvodu se v praxi častěji používá řetězec tvorby spínací cesty, který výrazně snižuje rychlost a úroveň přepětí v obvodu při vypnutí tyristoru. Nejčastěji se pro tento účel používají kapacitně-odporové obvody. Jsou zapojeny paralelně s tyristorem. Existuje poměrně mnoho typů obvodových úprav takových obvodů, stejně jako metod jejich výpočtu, parametrů pro činnost tyristorů v různých režimech a podmínkách. Ale obvod pro vytvoření spínací trajektorie uzamykatelného tyristoru bude stejný jako u tranzistorů.
