Hvorfor moderne omformere bruker transistorer, ikke tyristorer

Tyristorer tilhører halvlederenheter med p-n-p-n-strukturen, og tilhører faktisk en spesiell klasse bipolare transistorer, firlags, tre (eller flere) overgangsenheter med vekslende konduktivitet.

Tyristor-enheten lar den fungere som en diode, det vil si å føre strøm i bare en retning.

Og også som en felteffekttransistor, tyristor det er en kontrollelektrode. Dessuten, som en diode, har tyristoren en særegenhet - uten innsprøytning av minoritetsarbeidets ladningsbærere gjennom kontrollelektroden vil den ikke gå i en ledende tilstand, det vil si at den ikke vil åpne.

En forenklet tyristormodell lar oss forstå at kontrollelektroden her ligner basen til en bipolar transistor, det er imidlertid en begrensning at det er mulig å låse opp tyristoren ved bruk av denne basen, men den kan ikke låses.

En tyristor, som en kraftig felteffekttransistor, kan selvfølgelig bytte betydelige strømmer. Og i motsetning til felteffekttransistorer, kan tyristoromkoblede krefter måles i megawatt ved høye driftsspenninger. Men tyristorer har en alvorlig ulempe - en betydelig avslutningstid.

For å låse tyristoren, er det nødvendig å avbryte eller betydelig redusere likestrømmen i tilstrekkelig lang tid, i løpet av hvilken ikke hovedvektladningsbærere, elektronhullpar, vil ha tid til å rekombinere eller løse. Inntil strømmen blir avbrutt, vil tyristoren forbli i en ledende tilstand, det vil si at den vil fortsette å oppføre seg som diode.

AC sinusformede strømbryterkretser gir tyristorer en passende driftsmodus - en sinusformet spenning forringer overgangen i motsatt retning, og tyristoren låses automatisk. Men for å opprettholde driften av anordningen, er det nødvendig å påføre en låsende kontrollpuls på kontrollelektroden i hver halvsyklus.

I kretser med likestrøm benytter de seg av ekstra hjelpekretser, hvis funksjon er å tvinge redusert anodestrømmen til tyristoren og føre den tilbake til den låste tilstanden. Og siden ladebærere rekombinerer når de er låst, er tyristorens byttehastighet mye lavere enn for en kraftig felteffekttransistor.

Hvis vi sammenligner tiden for fullstendig stenging av tyristoren med tiden for fullstendig stenging av felteffekttransistoren, når forskjellen tusenvis av ganger: en felteffekttransistor trenger flere nanosekunder (10-100 ns) for å lukke, og en tyristor krever flere mikrosekunder (10-100 μs). Føl forskjellen.

Selvfølgelig er det anvendelsesområder for tyristorer der felteffekt-transistorer ikke tåler konkurranse med dem. For tyristorer er det praktisk talt ingen begrensninger på den maksimalt tillatte koblingseffekten - dette er deres fordel.

Tyristorer kontrollerer megawatt kraft i store kraftverk, i industrielle sveisemaskiner bytter de strømmer på hundrevis av ampere, og de kontrollerer også tradisjonelt megawatt induksjonsovner i stålfabrikker. Her er felteffekttransistorer ikke aktuelle på noen måte. I pulserende omformere av middels kraft vinner felteffekttransistorer.

En lang avstengning av tyristoren, som nevnt ovenfor, forklares med det faktum at når det er slått på, det krever å fjerne kollektorspenningen, og som en bipolar transistor, tar tyristoren en god tid å rekombinere eller fjerne minoritetsbærere.

Problemene som forårsaker tyristorer i forbindelse med denne særegenheten er hovedsakelig relatert til manglende evne til å bytte i høye hastigheter, slik felteffekttransistorer kan gjøre.Og selv før kollektorspenningen blir påført tyristoren, må tyristoren være lukket, ellers er byttet effekttap uunngåelig, halvlederen vil overopphetes.

Med andre ord, den begrensende dU / dt begrenser ytelsen. Et plott av kraftdissipisjon som en funksjon av nåværende og til tiden illustrerer dette problemet. Den høye temperaturen inne i tyristorkrystallen kan ikke bare forårsake en falsk alarm, men også forstyrre svitsjingen.

I resonante omformere på tyristorer løses problemet med seg selv, hvor bølgen av omvendt polaritet fører til låsing av tyristoren, forutsatt at eksponeringen er ganske lang.

Dette avslører den største fordelen med felteffekt-transistorer fremfor tyristorer. Felteffekttransistorer er i stand til å operere med frekvenser på hundrevis av kilohertz, og kontroll i dag er ikke et problem.

Tyristorer vil jobbe pålitelig i frekvenser opp til 40 kilohertz, nærmere 20 kilohertz. Dette betyr at hvis tyristorer ble brukt i moderne omformere, ville enheter med tilstrekkelig høy effekt, si 5 kilowatt, være veldig tungvint.

På denne måten gjør felteffekttransistorer omformere mer kompakte på grunn av den mindre størrelsen og vekten på kjernene til krafttransformatorer og choker.

Jo høyere frekvens, jo mindre størrelse som trengs for transformatorer og choker for å konvertere den samme effekten, det er kjent for alle som er kjent med kretsløpet til moderne pulsomformere.

I noen applikasjoner er selvfølgelig tyristorer veldig nyttige, for eksempel dimmere for å justere lysstyrkenopererer med en nettverksfrekvens på 50 Hz, i alle fall er det mer lønnsomt å produsere på tyristorer, de er billigere enn om felteffekt-transistorer ble brukt der.

Og inn sveiseomformereFor eksempel er det mer lønnsomt å bruke felteffekttransistorer, nettopp på grunn av enkel kontroll av svitsjingen og den høye hastigheten på denne svitsjen. Forresten, når du bytter fra en tyristor til en transistorkrets, til tross for høye kostnader for sistnevnte, er unødvendige dyre komponenter ekskludert fra enhetene.