Принцип работы тиристоров основывается на основе полупроводникового кристалла (электронного ключа) с тремя или более p-n переходами. Элемент имеет две устойчивых позиции: состояние низкой или высокой проводимости. Под воздействием контрольного сигнала прибор приводится в проводящее воздействие. Другими словами – он включает цепь. Для ее активации необходимо создать подходящие условия, обеспечивающие снижение основного тока до нулевой отметки.
Описание
На пальцах принцип работы тиристора можно объяснить следующим образом: ключи проводят ток исключительно в прямом направлении. А в закрытом положении он выдерживает также и обратное напряжение. Структура приспособления имеет четыре слоя и три вывода:
- А (анод).
- К (катод).
- У (управляющий электрод).
Мощные электронные ключи оснащены различными амперными и вольтажными параметрами, которые влияют на работоспособность и состояние элемента. Тиристоры способны функционировать при значениях до пяти тысяч вольт, 5000 А, если частота не превышает 1000 Гц.
Коммутация
Принцип работы тиристора позволяет работать ему в двух коммутирующих диапазонах:
- Естественной коммутации. Она возникает при работе прибора в схеме переменного тока. Происходит данный процесс, когда ток снижается до нулевой позиции.
- Принудительной коммутации. Этот процесс может осуществляться несколькими способами в зависимости от схемы, используемой разработчиком.
Стандартным видом принудительной коммутации является подключение заряженного конденсатора. В такой цепи при нагрузке происходят колебания тока.
Способы выключения и включения
Принцип работы тиристора позволяет использовать несколько способов принудительной коммутации. Среди них:
- Использование конденсатора с обратной полярностью. Он может активироваться в цепи при помощи вспомогательного элемента. Затем производится разряд на основной тиристор, в результате чего ток, направленный навстречу прямому напряжению, будет обеспечивать его снижение вплоть до нулевой позиции. Происходит выключение прибора, что обусловлено его характерными особенностями.
- Подключение LC-цепочек. Они разряжаются с колебаниями, обеспечивая встречу рабочего и разрядного тока. После их уравновешивания тиристор выключается. В итоговой фазе ток из колебательной цепи перемещается через тиристор в полупроводниковый диод. Во время этого процесса к прибору применяется определенное напряжение, равное по модулю аналогичному показателю на диоде.
Принцип работы тиристора в цепях постоянного тока
Стандартный прибор активируется посредством подачи тока на контрольный вывод. Он должен быть положительным по отношению к катоду. Течение переходных потоков зависит от вида нагрузки, ее амплитуды и скорости нагнетания импульсного тока. Кроме того, имеет значение температурный режим полупроводникового кристалла, а также приложенное напряжение в схемах тиристоров. Параметры схемы непосредственно зависят от типа используемого полупроводника.
В цепи размещения тиристора не допускается интенсивное нарастание скорости повышения напряжения. Достигается такое значение, которое обеспечивает самопроизвольную деактивацию прибора, даже без наличия сигнала в системе управления. При этом синхронно должен поддерживаться высокий показатель характеристики блока управления.
Переменная цепь: принцип действия тиристоров
Принцип работы элемента в этом случае позволяет осуществить следующие действия:
- Активировать или разорвать электрическую цепь с активной или резистивной нагрузкой.
- Корректировать рабочий и средний показатель тока, дающего нагрузку. Это возможно благодаря регулировке пика подачи управления.
- Поскольку тиристоры проводят ток в одном направлении, в переменных цепях потребуется использование встречно-параллельного включения. Рабочее и среднее значение напряжения может варьироваться по причине изменения сигнала подачи на прибор. В любом случае мощность элемента должна соответствовать предъявляемым параметрам.
Фазовая и широтно-импульсная модуляция
Способы включения тиристоров также предусматривают фазовое управление. При этом выполняется регулировка нагрузки путем корректировки фазовых углов. Искусственно коммутирование доступно произвести посредством применения специальных цепей либо полностью запираемых аналогов. Таким способом изготавливают преимущественно тиристоры на зарядные устройства с возможностью регулировки силы тока соответственно заряду аккумулятора.
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) работает следующим образом:
- При открытии тиристора подается сигнал контроля.
- При этом переходы находятся открытыми, а на нагрузочной части появляется определенное напряжение.
- В период закрытия элемента сигнал управления не транслируется, что обеспечивает остановку подачи тока через прибор.
Стоит отметить, что при фазовом контроле кривая тока не является синусоидальной, выполняется трансформация формы сигнала напряжения. При этом намечается нарушение функционирования потребляющих элементов, которые восприимчивы к помехам высоких частот. Изменить величину на требуемый показатель позволяет специальный регулятор.
Разновидности
Существует несколько типов тиристоров (принцип работы для "чайников" рассмотрен выше). Используются они в зарядных устройствах, переключателях, регуляторах уровня громкости. Выделяют следующие модификации:
- Оптотиристор. Использует в цепи полупроводник, особо чувствительный к свету. Управляется прибор путем подачи светового потока.
- Тиристор-диод. Оснащен активным параллельно подключенным диодом.
- Динистор. Может трансформироваться в режим полной проводимости (при превышении номинального показателя напряжения).
- Симистор. Состоит из пары тиристоров, имеющих встречное параллельное включение.
- Инверторный тиристор. Отличается высокой коммутативной скоростью до 50 мкс.
- Элементы с полевым транзистором. Работают по типу металло-оксидных полупроводников.
Характеристики
Рассмотрим параметры и принцип работы тиристора КУ202Н:
- Предельное напряжение – 400 В.
- Постоянный/повторяющийся импульсный ток – 30/10 А.
- Напряжение в открытом режиме – 1,5 В.
- Показатель рабочего постоянного тока – 4 мА.
- Отпирающий ток на контрольном блоке – 200 мА.
- Максимальная нарастающая скорость в закрытом положении – 5 В/мкс.
- Период включения/выключения – 10/100 мкс.
Работает прибор по стандартной схеме для запирающихся тиристоров. Его аналоги: 1Н4202, ВТХ32 С100, КУМ202М.
Конструкция
Четырехслойная конфигурация тиристоров отличает их от аналогов полной управляемостью элемента. Амперный и вольтажный показатель при прямом направлении тока схож с параметрами обычных тиристоров. Однако рассматриваемые приборы способны пропускать существенное напряжение. Опции блокировки обратных больших напряжений у запираемых элементов не предусмотрены. В связи с этим требуется его агрегация со встречным параллельным диодом-полупроводником.
Существенное падение прямых напряжений является основной отличительной особенностью запираемого тиристора. Для его отключения необходимо выполнить подачу мощного импульсного тока на управляющий вывод. При этом длительность импульса должна быть максимально низкой (от 10 до 100 мкс). Отрицательное соотношение с прямым током составляет пропорцию 1/5. Итоговая разница предельного напряжения рассматриваемого прибора на 25% меньше, чем у обычного аналога.
В заключение
Нами были рассмотрена классификация тиристоров и их особенности. Можно сделать следующий вывод: данные приспособления представляют собой приборы, относящиеся критично к скоростям нарастания прямого напряжения и силы тока. Для тиристоров характерно протекание обратных токов, позволяющих быстро понизить значение в цепи до нулевой отметки. Для защиты элементов следует применять различные схемы, дающие возможность предохранить блок от высоких напряжений в динамическом режиме.
