தைரிஸ்டர்கள்: செயல்பாட்டின் கொள்கை, வடிவமைப்பு, வகைகள் மற்றும் சேர்க்கும் முறைகள்

தைரிஸ்டரின் செயல்பாட்டின் கொள்கை

ஒரு தைரிஸ்டர் என்பது ஒரு சக்தி மின்னணு, முழுமையாக கட்டுப்படுத்த முடியாத சுவிட்ச் ஆகும். எனவே, சில நேரங்களில் தொழில்நுட்ப இலக்கியத்தில் இது ஒற்றை-செயல்பாட்டு தைரிஸ்டர் என்று அழைக்கப்படுகிறது, இது ஒரு கட்டுப்பாட்டு சமிக்ஞை மூலம் மட்டுமே நடத்தும் நிலைக்கு மாற முடியும், அதாவது அதை இயக்க முடியும். அதை அணைக்க (நேரடி மின்னோட்டம் செயல்பாட்டில்), நேரடி மின்னோட்டம் பூஜ்ஜியத்திற்கு குறைவதை உறுதி செய்ய சிறப்பு நடவடிக்கைகள் எடுக்கப்பட வேண்டும்.

ஒரு தைரிஸ்டர் சுவிட்ச் ஒரு திசையில் மட்டுமே மின்னோட்டத்தை நடத்த முடியும், மேலும் மூடிய நிலையில் அது முன்னோக்கி மற்றும் தலைகீழ் மின்னழுத்தத்தைத் தாங்கும்.

தைரிஸ்டர் நான்கு அடுக்கு p-n-p-n அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது: அனோட் (A), கேத்தோடு (C) மற்றும் கேட் (G), இது படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது. 1

அரிசி. 1. வழக்கமான தைரிஸ்டர்: a) - வழக்கமான கிராஃபிக் பதவி; b) - வோல்ட்-ஆம்பியர் பண்பு.

அத்திப்பழத்தில். கட்டுப்பாட்டு மின்னோட்ட iG இன் வெவ்வேறு மதிப்புகளில் வெளியீட்டு நிலையான I - V பண்புகளின் குடும்பத்தை 1b காட்டுகிறது. தைரிஸ்டர் அதை இயக்காமல் தாங்கக்கூடிய வரம்புக்குட்பட்ட முன்னோக்கி மின்னழுத்தம் iG = 0 இல் அதிகபட்ச மதிப்புகளைக் கொண்டுள்ளது.மின்னோட்டம் அதிகரிக்கும் போது, ​​தைரிஸ்டர் தாங்கக்கூடிய மின்னழுத்தத்தை iG குறைக்கிறது. தைரிஸ்டரின் ஆன் நிலை கிளை II ஐ ஒத்துள்ளது, ஆஃப் நிலை கிளை I ஐ ஒத்துள்ளது, மற்றும் மாறுதல் செயல்முறை கிளை III ஐ ஒத்துள்ளது. ஹோல்டிங் கரண்ட் அல்லது ஹோல்டிங் மின்னோட்டம், தைரிஸ்டர் தொடர்ந்து நடத்தும் குறைந்தபட்ச அனுமதிக்கப்பட்ட முன்னோக்கி மின்னோட்டம் iAக்கு சமம். இந்த மதிப்பு தைரிஸ்டரில் உள்ள முன்னோக்கி மின்னழுத்த வீழ்ச்சியின் குறைந்தபட்ச சாத்தியமான மதிப்பையும் ஒத்துள்ளது.

கிளை IV என்பது தலைகீழ் மின்னழுத்தத்தில் கசிவு மின்னோட்டத்தின் சார்புநிலையைக் குறிக்கிறது. தலைகீழ் மின்னழுத்தம் UBO இன் மதிப்பை மீறும் போது, ​​தலைகீழ் மின்னோட்டத்தில் கூர்மையான அதிகரிப்பு தொடங்குகிறது, இது தைரிஸ்டரின் தோல்வியுடன் தொடர்புடையது. முறிவின் தன்மை மீளமுடியாத செயல்முறை அல்லது செமிகண்டக்டர் ஜீனர் டையோடின் செயல்பாட்டில் உள்ளார்ந்த பனிச்சரிவு முறிவு செயல்முறைக்கு ஒத்திருக்கலாம்.

தைரிஸ்டர்கள் மிகவும் சக்திவாய்ந்த மின்னணு சுவிட்சுகள் ஆகும், அவை 5 kV வரை மின்னழுத்தம் மற்றும் 1 kHz க்கு மேல் இல்லாத அதிர்வெண்ணில் 5 kA வரை மின்னோட்டத்துடன் சுற்றுகளை மாற்றும் திறன் கொண்டவை.

தைரிஸ்டர்களின் வடிவமைப்பு அத்தியில் காட்டப்பட்டுள்ளது. 2.

அரிசி. 2. தைரிஸ்டர் பெட்டிகளின் வடிவமைப்பு: a) - மாத்திரை; b) - ஒரு முள்

டிசி தைரிஸ்டர்

கேத்தோடுடன் தொடர்புடைய நேர்மறை துருவமுனைப்புடன் கட்டுப்பாட்டு சுற்றுக்கு தற்போதைய துடிப்பைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் ஒரு வழக்கமான தைரிஸ்டர் இயக்கப்படுகிறது. சுமையின் தன்மை (செயலில், தூண்டல், முதலியன), கட்டுப்பாட்டு மின்னோட்ட துடிப்பு iG இன் வீச்சு மற்றும் உயர்வு விகிதம், தைரிஸ்டரின் குறைக்கடத்தி கட்டமைப்பின் வெப்பநிலை ஆகியவற்றால் டர்ன்-ஆன் செய்யும் போது நிலையற்ற கால அளவு கணிசமாக பாதிக்கப்படுகிறது. பயன்படுத்தப்பட்ட மின்னழுத்தம் மற்றும் சுமை மின்னோட்டம்.தைரிஸ்டரைக் கொண்ட ஒரு சர்க்யூட்டில், முன்னோக்கி மின்னழுத்தம் duAC / dt இன் உயர்வு விகிதத்தின் ஏற்றுக்கொள்ள முடியாத மதிப்புகள் இருக்கக்கூடாது, அங்கு தைரிஸ்டரின் தன்னிச்சையான செயல்படுத்தல் கட்டுப்பாட்டு சமிக்ஞை iG மற்றும் விகிதம் இல்லாத நிலையில் ஏற்படலாம். தற்போதைய diA / dt இலிருந்து உயர்வு. அதே நேரத்தில், கட்டுப்பாட்டு சமிக்ஞையின் சாய்வு அதிகமாக இருக்க வேண்டும்.

தைரிஸ்டர்களை அணைப்பதற்கான வழிகளில், இயற்கையான டர்ன்-ஆஃப் (அல்லது இயற்கை மாறுதல்) மற்றும் கட்டாய (அல்லது செயற்கை மாறுதல்) ஆகியவற்றை வேறுபடுத்துவது வழக்கம். மின்னோட்டம் பூஜ்ஜியமாகக் குறையும் தருணத்தில் தைரிஸ்டர்கள் மாற்று சுற்றுகளில் செயல்படும் போது இயற்கையான மாற்றம் ஏற்படுகிறது.

கட்டாய மாறுதலின் முறைகள் மிகவும் வேறுபட்டவை.அவற்றில் மிகவும் பொதுவானது பின்வருபவை: சுவிட்ச் எஸ் உடன் முன்-சார்ஜ் செய்யப்பட்ட மின்தேக்கி C ஐ இணைக்கிறது (படம் 3, a); முன்-சார்ஜ் செய்யப்பட்ட மின்தேக்கி CK உடன் LC சர்க்யூட்டை இணைக்கிறது (படம் 3 b); சுமை சுற்றமைப்பு (படம் 3, c) இல் நிலையற்ற செயல்முறையின் ஊசலாடும் தன்மையின் பயன்பாடு.

அரிசி. 3. தைரிஸ்டர்களின் செயற்கை மாறுதலுக்கான முறைகள்: a) - சார்ஜ் செய்யப்பட்ட மின்தேக்கி சி மூலம்; b) - LC சர்க்யூட்டின் ஊசலாட்ட வெளியேற்றம் மூலம்; c) - சுமையின் ஏற்ற இறக்கமான தன்மை காரணமாக

அத்தியில் உள்ள வரைபடத்தின் படி மாறும்போது. 3 மற்றும் தலைகீழ் துருவமுனையின் மாறுதல் மின்தேக்கியை இணைப்பது, உதாரணமாக மற்றொரு துணை தைரிஸ்டருடன், அது கடத்தும் முக்கிய தைரிஸ்டருக்கு வெளியேற்றப்படும். மின்தேக்கியின் வெளியேற்ற மின்னோட்டம் தைரிஸ்டரின் முன்னோக்கி மின்னோட்டத்திற்கு எதிராக இயக்கப்படுவதால், பிந்தையது பூஜ்ஜியமாகக் குறைகிறது மற்றும் தைரிஸ்டர் அணைக்கப்படும்.

அத்தி வரைபடத்தில். 3, b, LC சர்க்யூட்டின் இணைப்பு மாறுதல் மின்தேக்கி CK இன் ஊசலாடும் வெளியேற்றத்தை ஏற்படுத்துகிறது.இந்த வழக்கில், ஆரம்பத்தில், வெளியேற்ற மின்னோட்டம் தைரிஸ்டர் வழியாக அதன் முன்னோக்கி மின்னோட்டத்திற்கு எதிரே பாய்கிறது, அவை சமமாகும்போது, ​​தைரிஸ்டர் அணைக்கப்படும். கூடுதலாக, LC- சர்க்யூட்டின் மின்னோட்டம் தைரிஸ்டர் VS இலிருந்து டையோடு VD க்கு செல்கிறது. டையோடு VD வழியாக லூப் மின்னோட்டம் பாயும்போது, ​​திறந்த டையோடு முழுவதும் மின்னழுத்த வீழ்ச்சிக்கு சமமான தலைகீழ் மின்னழுத்தம் தைரிஸ்டர் VS க்கு பயன்படுத்தப்படும்.

அத்தி வரைபடத்தில். 3, ஒரு சிக்கலான RLC சுமையுடன் தைரிஸ்டர் VS ஐ இணைப்பது ஒரு நிலையற்ற தன்மையை ஏற்படுத்தும். சுமையின் சில அளவுருக்களுடன், இந்த செயல்முறையானது சுமை மின்னோட்டத்தின் துருவமுனைப்பில் மாற்றத்துடன் ஒரு ஊசலாட்ட தன்மையைக் கொண்டிருக்கலாம். இந்த வழக்கில், தைரிஸ்டர் VS ஐ அணைத்த பிறகு, டையோடு VD ஆன் ஆகும், இது மின்னோட்டத்தை நடத்தத் தொடங்குகிறது. எதிர் துருவமுனைப்பு. சில நேரங்களில் இந்த மாறுதல் முறை அரை-இயற்கை என்று அழைக்கப்படுகிறது, ஏனெனில் இது சுமை மின்னோட்டத்தின் துருவமுனைப்பில் மாற்றத்தை உள்ளடக்கியது.

ஏசி தைரிஸ்டர்

தைரிஸ்டர் ஏசி சுற்றுடன் இணைக்கப்பட்டால், பின்வரும் செயல்பாடுகள் சாத்தியமாகும்:

• சுறுசுறுப்பான மற்றும் செயலில்-எதிர்வினை சுமையுடன் மின்சுற்றை ஆன் மற்றும் ஆஃப் செய்தல்;

• கட்டுப்பாட்டு சமிக்ஞையின் நேரத்தை சரிசெய்ய முடியும் என்ற உண்மையின் காரணமாக சுமை மூலம் சராசரி மற்றும் பயனுள்ள தற்போதைய மதிப்புகளில் மாற்றம்.

தைரிஸ்டர் சுவிட்ச் ஒரே ஒரு திசையில் மின்சாரத்தை நடத்தும் திறன் கொண்டது என்பதால், மாற்று மின்னோட்ட தைரிஸ்டர்களைப் பயன்படுத்துவதற்கு, அவற்றின் இணை இணைப்பு பயன்படுத்தப்படுகிறது (படம் 4, அ).

அரிசி. 4. தைரிஸ்டர்களின் எதிர்-இணை இணைப்பு (அ) மற்றும் செயலில் உள்ள சுமை கொண்ட மின்னோட்டத்தின் வடிவம் (பி)

சராசரி மற்றும் பயனுள்ள மின்னோட்டம் தைரிஸ்டர்கள் VS1 மற்றும் VS2 ஆகியவற்றிற்கு தொடக்க சமிக்ஞைகள் பயன்படுத்தப்படும் நேரத்தின் மாற்றத்தால் மாறுபடும், அதாவது. கோணத்தை மாற்றுவதன் மூலம் மற்றும் (படம் 4, ஆ).ஒழுங்குமுறையின் போது தைரிஸ்டர்கள் VS1 மற்றும் VS2 க்கான இந்த கோணத்தின் மதிப்புகள் ஒரே நேரத்தில் கட்டுப்பாட்டு அமைப்பால் மாற்றப்படுகின்றன. கோணம் தைரிஸ்டரின் கட்டுப்பாட்டு கோணம் அல்லது துப்பாக்கி சூடு கோணம் என்று அழைக்கப்படுகிறது.

மின்சக்தி மின்னணு சாதனங்களில் மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுவது கட்டம் (படம் 4, a, b) மற்றும் துடிப்பு அகலத்துடன் கூடிய தைரிஸ்டர் கட்டுப்பாடு (படம் 4, c).

அரிசி. 5. சுமை மின்னழுத்தத்தின் வகை: a) - தைரிஸ்டரின் கட்ட கட்டுப்பாடு; b) - கட்டாய மாற்றத்துடன் ஒரு தைரிஸ்டரின் கட்ட கட்டுப்பாடு; c) - துடிப்பு அகலம் thyristor கட்டுப்பாடு

கட்டாய மாற்றத்துடன் கூடிய தைரிஸ்டர் கட்டுப்பாட்டின் கட்ட முறை மூலம், சுமை மின்னோட்டத்தை ஒழுங்குபடுத்துவது கோணம் மற்றும் கோணத்தை மாற்றுவதன் மூலம் சாத்தியமாகும்.

Totkr போது துடிப்பு அகலக் கட்டுப்பாடு (துடிப்பு அகலம் பண்பேற்றம் - PWM) உடன், தைரிஸ்டர்களுக்கு ஒரு கட்டுப்பாட்டு சமிக்ஞை பயன்படுத்தப்படுகிறது, அவை திறந்திருக்கும் மற்றும் மின்னழுத்தம் Un சுமைக்கு பயன்படுத்தப்படுகிறது. Tacr நேரத்தில், கட்டுப்பாட்டு சிக்னல் இல்லை மற்றும் தைரிஸ்டர்கள் கடத்தப்படாத நிலையில் இருக்கும். சுமை மின்னோட்டத்தின் RMS மதிப்பு

அங்கு In.m. — Tcl = 0 இல் மின்னோட்டத்தை ஏற்றவும்.

தைரிஸ்டர்களின் கட்டக் கட்டுப்பாட்டுடன் சுமைகளில் உள்ள தற்போதைய வளைவு சைனூசாய்டல் அல்லாதது, இது விநியோக நெட்வொர்க்கின் மின்னழுத்தத்தின் வடிவத்தை சிதைக்கிறது மற்றும் அதிக அதிர்வெண் தொந்தரவுகளுக்கு உணர்திறன் கொண்ட நுகர்வோரின் வேலையில் இடையூறுகளை ஏற்படுத்துகிறது - இது நிகழ்கிறது. மின்காந்த இணக்கமின்மை.

தைரிஸ்டர்களைப் பூட்டுதல்

தைரிஸ்டர்கள் உயர் மின்னழுத்தம், உயர் மின்னோட்டம் (அதிக மின்னோட்டம்) சுற்றுகளை மாற்றப் பயன்படுத்தப்படும் மிகவும் சக்திவாய்ந்த மின்னணு சுவிட்சுகள் ஆகும்.இருப்பினும், அவை ஒரு குறிப்பிடத்தக்க குறைபாட்டைக் கொண்டுள்ளன - முழுமையற்ற கட்டுப்பாட்டுத்தன்மை, அவற்றை அணைக்க, முன்னோக்கி மின்னோட்டத்தை பூஜ்ஜியமாகக் குறைப்பதற்கான நிலைமைகளை உருவாக்குவது அவசியம் என்பதில் வெளிப்படுகிறது. இது பல சந்தர்ப்பங்களில் தைரிஸ்டர்களின் பயன்பாட்டைக் கட்டுப்படுத்துகிறது மற்றும் சிக்கலாக்குகிறது.

இந்தக் குறைபாட்டை நீக்க, தைரிஸ்டர்கள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன, அவை கட்டுப்பாட்டு மின்முனை G இலிருந்து ஒரு சமிக்ஞையால் பூட்டப்பட்டுள்ளன. அத்தகைய தைரிஸ்டர்கள் கேட்-ஆஃப் தைரிஸ்டர்கள் (GTO) அல்லது இரட்டை-செயல்பாடு என்று அழைக்கப்படுகின்றன.

பூட்டுதல் தைரிஸ்டர்கள் (ZT) நான்கு அடுக்கு p-p-p-p அமைப்பைக் கொண்டுள்ளன, ஆனால் அதே நேரத்தில் பாரம்பரிய தைரிஸ்டர்களில் இருந்து முற்றிலும் மாறுபட்டதாகக் கொடுக்கும் குறிப்பிடத்தக்க வடிவமைப்பு அம்சங்கள் பல உள்ளன - முழுக் கட்டுப்பாட்டின் சொத்து. முன்னோக்கி திசையில் டர்ன்-ஆஃப் தைரிஸ்டர்களின் நிலையான I-V பண்பு வழக்கமான தைரிஸ்டர்களின் I-V பண்புக்கு ஒத்ததாக உள்ளது. இருப்பினும், லாக்-இன் தைரிஸ்டர் பொதுவாக பெரிய தலைகீழ் மின்னழுத்தங்களைத் தடுக்க முடியாது மற்றும் பெரும்பாலும் ஒரு எதிர்-இணை டையோடுடன் இணைக்கப்படுகிறது. கூடுதலாக, லாக்-இன் தைரிஸ்டர்கள் குறிப்பிடத்தக்க முன்னோக்கி மின்னழுத்த வீழ்ச்சிகளால் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. பூட்டுதல் தைரிஸ்டரை அணைக்க, மூடும் மின்முனையின் சுற்றுக்கு எதிர்மறை மின்னோட்டத்தின் சக்திவாய்ந்த துடிப்பை (சுமார் 1: 5 நிலையான ஆஃப் மின்னோட்டத்தின் மதிப்புடன்) பயன்படுத்துவது அவசியம், ஆனால் குறுகிய காலத்துடன் (10- 100 μs).

லாக்-இன் தைரிஸ்டர்கள் வழக்கமான தைரிஸ்டர்களைக் காட்டிலும் குறைவான வெட்டு மின்னழுத்தங்கள் மற்றும் நீரோட்டங்களைக் கொண்டிருக்கின்றன (சுமார் 20-30%).

தைரிஸ்டர்களின் முக்கிய வகைகள்

லாக்-இன் தைரிஸ்டர்களைத் தவிர, பல்வேறு வகையான தைரிஸ்டர்கள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன, அவை வேகம், கட்டுப்பாட்டு செயல்முறைகள், கடத்தும் நிலையில் உள்ள நீரோட்டங்களின் திசை போன்றவற்றில் வேறுபடுகின்றன.அவற்றில், பின்வரும் வகைகளைக் குறிப்பிட வேண்டும்:

• தைரிஸ்டர் டையோடு, இது எதிரெதிர் இணைக்கப்பட்ட டையோடு கொண்ட தைரிஸ்டருக்கு சமமானதாகும் (படம் 6.12, a);

• டையோட் தைரிஸ்டர் (டைனிஸ்டர்), ஒரு குறிப்பிட்ட மின்னழுத்த அளவை மீறும் போது கடத்தும் நிலைக்கு மாறுதல், A மற்றும் C இடையே பயன்படுத்தப்படுகிறது (படம் 6, b);

• பூட்டுதல் தைரிஸ்டர் (படம் 6.12, c);

• சமச்சீர் தைரிஸ்டர் அல்லது ட்ரையாக், இது இரண்டு எதிரெதிர் இணைக்கப்பட்ட தைரிஸ்டர்களுக்கு சமமானதாகும் (படம் 6.12, d);

• அதிவேக இன்வெர்ட்டர் தைரிஸ்டர் (ஆஃப் நேரம் 5-50 μs);

• புல தைரிஸ்டர், எடுத்துக்காட்டாக, தைரிஸ்டருடன் MOS டிரான்சிஸ்டரின் கலவையை அடிப்படையாகக் கொண்டது;

• ஒளி பாய்ச்சலால் கட்டுப்படுத்தப்படும் ஆப்டிகல் தைரிஸ்டர்.

அரிசி. 6. தைரிஸ்டர்களின் வழக்கமான கிராஃபிக் பதவி: a) - தைரிஸ்டர் டையோடு; b) - டையோட் தைரிஸ்டர் (டைனிஸ்டர்); c) - பூட்டுதல் தைரிஸ்டர்; d) - triac

தைரிஸ்டர் பாதுகாப்பு

தைரிஸ்டர்கள் முன்னோக்கி மின்னோட்டம் diA / dt மற்றும் மின்னழுத்த வீழ்ச்சி duAC / dt ஆகியவற்றின் உயர்வு விகிதத்திற்கான முக்கியமான சாதனங்கள். டையோட்கள் போன்ற தைரிஸ்டர்கள், தலைகீழ் மீட்பு மின்னோட்டத்தின் நிகழ்வால் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன, அதன் கூர்மையான வீழ்ச்சி பூஜ்ஜியத்திற்கு அதிக டூஏசி / டிடி மதிப்புடன் அதிக மின்னழுத்தங்களின் சாத்தியத்தை மோசமாக்குகிறது. இத்தகைய அதிகப்படியான மின்னழுத்தங்கள் மின்னோட்டத்தின் தூண்டல் உறுப்புகளில் மின்னோட்டத்தின் திடீர் குறுக்கீட்டின் விளைவாகும். சிறிய தூண்டல்கள் நிறுவல். எனவே, தைரிஸ்டர்களைப் பாதுகாக்க பல்வேறு CFTCP திட்டங்கள் வழக்கமாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, இது டைனமிக் முறைகளில் diA / dt மற்றும் duAC / dt ஆகியவற்றின் ஏற்றுக்கொள்ள முடியாத மதிப்புகளுக்கு எதிராக பாதுகாப்பை வழங்குகிறது.

பெரும்பாலான சந்தர்ப்பங்களில், சேர்க்கப்பட்ட தைரிஸ்டரின் சுற்றுவட்டத்தில் சேர்க்கப்பட்டுள்ள மின்னழுத்த மூலங்களின் உள் தூண்டல் எதிர்ப்பு போதுமானது, இதனால் கூடுதல் தூண்டல் LS அறிமுகப்படுத்தப்படவில்லை.எனவே, நடைமுறையில், ட்ரிப்பிங் அலைகளின் நிலை மற்றும் வேகத்தை குறைக்கும் CFT களின் தேவை அடிக்கடி உள்ளது (படம் 7).

அரிசி. 7. வழக்கமான தைரிஸ்டர் பாதுகாப்பு சுற்று

தைரிஸ்டருடன் இணையாக இணைக்கப்பட்ட RC சுற்றுகள் பொதுவாக இந்த நோக்கத்திற்காக பயன்படுத்தப்படுகின்றன. RC சுற்றுகளின் பல்வேறு சுற்று மாற்றங்கள் மற்றும் தைரிஸ்டர்களின் பயன்பாட்டின் வெவ்வேறு நிலைமைகளுக்கு அவற்றின் அளவுருக்களை கணக்கிடும் முறைகள் உள்ளன.

லாக்-இன் தைரிஸ்டர்களுக்கு, CFTT டிரான்சிஸ்டர்களைப் போலவே சுற்றுகள் ஒரு மாறுதல் பாதையை உருவாக்கப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.