Kāpēc mūsdienu invertori izmanto tranzistorus, nevis tiristorus

Tiristori pieder p-n-p-n struktūras pusvadītāju ierīcēm un faktiski pieder pie īpašas klases bipolāri tranzistori, četru slāņu, trīs (vai vairāk) pārejas ierīces ar mainīgu vadītspēju.

Tiristora ierīce ļauj tai darboties tāpat kā diodei, tas ir, iziet strāvu tikai vienā virzienā.

Un tāpat kā lauka efekta tranzistors, tiristoru ir vadības elektrods. Turklāt kā diodei tiristoram ir sava īpatnība - bez mazākuma darba lādiņa nesējinstrumentu ievadīšanas caur vadības elektrodu tas nenonāks vadošā stāvoklī, tas ir, tas netiks atvērts.

Vienkāršots tiristora modelis ļauj mums saprast, ka vadības elektrods šeit ir līdzīgs bipolārā tranzistora pamatnei, tomēr ir ierobežojums, ka ir iespējams atbloķēt tiristoru, izmantojot šo bāzi, bet to nevar aizslēgt.

Tiristors, tāpat kā jaudīgs lauka efekta tranzistors, protams, var pārslēgt ievērojamas strāvas. Un atšķirībā no lauka efekta tranzistoriem tiristoru ieslēgtas jaudas var izmērīt megavatos ar augstu darba spriegumu. Bet tiristoriem ir viens nopietns trūkums - ievērojams izslēgšanās laiks.

Lai bloķētu tiristoru, ir nepieciešams pietiekami ilgi pārtraukt vai ievērojami samazināt tā līdzstrāvu, kuras laikā nevienmērīgajiem svarīgākajiem darba lādiņa nesējiem, elektronu-caurumu pāriem, būtu laiks rekombinēties vai izšķirties. Kamēr strāva netiek pārtraukta, tiristors paliks vadošā stāvoklī, tas ir, turpinās darboties kā diode.

Maiņstrāvas sinusoidālās strāvas komutācijas shēmas nodrošina tiristorus ar piemērotu darbības režīmu - sinusoidālais spriegums novirza pāreju pretējā virzienā, un tiristors automātiski bloķējas. Bet, lai saglabātu ierīces darbību, katrā pusciklā vadības elektrodam ir jāpiemēro atbloķēšanas vadības impulss.

Ķēdēs ar līdzstrāvas enerģiju tās izmanto papildu palīgķēdes, kuru funkcija ir piespiedu kārtā samazināt tiristora anoda strāvu un atgriezt to bloķētā stāvoklī. Un tā kā lādēšanas nesēji rekombinējas, kad ir bloķēti, tiristora pārslēgšanās ātrums ir daudz mazāks nekā jaudīga lauka efekta tranzistoram.

Ja salīdzinām tiristora pilnīgas aizvēršanas laiku ar lauka efekta tranzistora pilnīgas aizvēršanas laiku, atšķirība sasniedz tūkstošiem reižu: lauka efekta tranzistoram ir nepieciešamas vairākas nanosekundi (10-100 ns), lai aizvērtos, un tiristoram ir vajadzīgas vairākas mikrosekundes (10-100 μs). Jūt atšķirību.

Protams, ir tiristoru pielietošanas jomas, kurās lauka efekta tranzistori neiztur konkurenci ar tiem. Tiristoriem praktiski nav ierobežojumu attiecībā uz maksimāli pieļaujamo ieslēgto jaudu - tā ir viņu priekšrocība.

Tiristori kontrolē megavatu jaudu lielās elektrostacijās, rūpnieciskās metināšanas mašīnās pārslēdz simtiem ampēru strāvu, kā arī tradicionāli kontrolē megavatu indukcijas krāsnis tērauda rūpnīcās. Šeit lauka efektu tranzistori nekādā veidā nav piemērojami. Vidējas jaudas impulsa pārveidotājos uzvar lauka efekta tranzistori.

Ilgu tiristora izslēgšanu, kā minēts iepriekš, izskaidro ar to, ka ieslēdzot to, ir nepieciešams noņemt kolektora spriegumu, un tāpat kā bipolāram tranzistoram, tiristoram ir ierobežots laiks, lai rekombinētu vai noņemtu mazākuma nesējus.

Problēmas, kas rada tiristorus saistībā ar šo īpatnību, galvenokārt ir saistītas ar nespēju pārslēgties ar lielu ātrumu, kā to var izdarīt lauka efekta tranzistori.Un pat pirms kolektora sprieguma piemērošanas tiristoram, tiristoram jābūt aizvērtam, pretējā gadījumā ir neizbēgami komutācijas jaudas zudumi, pusvadītājs pārkarst.

Citiem vārdiem sakot, ierobežojošais dU / dt ierobežo veiktspēju. Jaudas izkliedes diagramma kā strāvas un ieslēgšanās laika funkcija ilustrē šo problēmu. Augsta temperatūra tiristora kristāla iekšpusē var ne tikai izraisīt viltus trauksmi, bet arī traucēt pārslēgšanos.

Tiristoru rezonējošajos invertoros bloķēšanas problēma tiek atrisināta pati par sevi, ja pretējās polaritātes piepūle noved pie tiristora bloķēšanas, ja vien ekspozīcija ir diezgan ilga.

Tas atklāj lauka efektu tranzistoru galveno priekšrocību salīdzinājumā ar tiristoriem. Lauka efekta tranzistori spēj darboties simtiem kilohercu frekvencēs, un vadība mūsdienās nav problēma.

Tiristori droši darbosies frekvencēs līdz 40 kiloherciem, tuvāk 20 kiloherciem. Tas nozīmē, ka, ja tiristorus izmantotu modernos invertoros, tad ierīces ar pietiekami lielu jaudu, teiksim, 5 kilovatus, būtu ļoti apgrūtinošas.

Šajā ziņā lauka efektu tranzistori padara invertorus kompaktākus, pateicoties mazākam spēka transformatoru un droseles serdeņu izmēram un svaram.

Jo augstāka frekvence, jo mazāks ir nepieciešamais izmērs transformatoru un droseļvārsta, lai pārveidotu to pašu jaudu, tas ir zināms visiem, kas pārzina mūsdienu impulsu pārveidotāju shēmas.

Protams, dažās lietojumprogrammās, piemēram, tiristori ir ļoti noderīgi dimmeri, lai pielāgotu gaismas spilgtumukas darbojas ar tīkla frekvenci 50 Hz, jebkurā gadījumā ir izdevīgāk ražot uz tiristoriem, tie ir lētāki nekā tad, ja tur izmantotu lauka efekta tranzistorus.

Un iekšā metināšanas invertoripiemēram, ir izdevīgāk izmantot lauka efektu tranzistorus tieši tāpēc, ka ir viegli pārslēgt vadību un ir liels šīs komutācijas ātrums. Starp citu, pārejot no tiristora uz tranzistora ķēdi, neskatoties uz pēdējām augstajām izmaksām, no ierīcēm tiek izslēgti nevajadzīgi dārgi komponenti.