Table of Contents

להבין את הכמרים

Thyristors הם בין מתגי המוליכים למחצה הנפוצים ביותר באלקטרוניקה כוח, המציע שליטה חזקה על מתחים גבוהים וזרמים עם אובדן חשמל מינימלי. ארבעת-שכבות האלה, שלושה צניחות שייכים למשפחה הרחבה יותר של ממריצים מבוקרים מבוססי סיליקון והם היו בסיס בשליטה כוח מאז המסחר שלהם בשנות החמישים.

העיקרון התפעולי הליבה של Thyristor סובב סביב יכולתו לטבול לתוך התנהגות פעם מופעל. זרם קטן מוזרק לתוך מסוף השער יוזם לולאת משוב חוזרת בתוך המבנה הפנימי של P-N-P-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N, מה שגורם לו לעבור משלב קטן שהוזרקושן-השלבושן חסימה גבוהה חסום-הסתכן לחסום את המפוזרם בבלוק של החסימה גבוהה חסום-התאם-התאם הוא גורם למצב של הבלוק של החסימה של חסימה של החסימה של ה-הסתכסך לחסימה של החסימה של ה-התמסוף-התמסוף-התאם-הסתכסך אל תוך חסימה של ה-התאם-התאם-התאם-התאם-התאם-התאם--התאם-הת-

Thyristors זמינים בתצורה רבים המותאמים לדרישות מעגלים שונות.סוגים הנפוצים ביותר כוללים ממריצים מקודמים של Silicon Controlled (SCR), אשר פועלים רק בכיוון אחד; TRIACs, אשר פועל בשני הכיוונים; שער-Off Thyristors (GTOs), אשר ניתן להזיז על ידי דופק שלילי; ו-Integrated Gatetated Thyris (CT), אשר מציעים מהר יותר עבור שינויים ספציפיים של מערכות הפעלה.

בעיצוב מעגלים מודרני, Thyristors נמצאים בכוננים מוטוריים, בקרת תאורה, אספקת חשמל, משווקים רכים ומערכות שידור HVDC.היכולת שלהם להתמודד עם זרמי עלייה גדולים לעמוד במתחים חסימת גבוהה הופכת אותם הכרחיים לסביבות תעשייתיות מתוחכמות. בחירת הטופולוגיה הנכונה של ה-HVDC עבור יישום נתון יכול להשפיע באופן משמעותי על יעילות המערכת, אמינות ועלות - מה שהופך את הבחירה בין uni ו-ידיים ו-ידיים על-ידי תהליך עיצוב קריטי בתהליך קריטי.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

האריסטוקרטים הלא קונבנציונליים הם מתגים למחצה אשר מנהלים את הזרם בכיוון אחד בלבד, מאבן לקטודה.הדוגמה הנפוצה ביותר היא המחודש המפוקח של הסיליקון (SCR), אשר מתפקדת למעשה כגוון שניתן להפעיל על ידי אות שער.פעם מופעל, SCR מתנהג כמו מדגימה מתקדמת עם התנגדות נמוכה מאוד על-מדינה, המאפשר זרם זרם חופשי, בניגוד לקודמת ה-C.

איך עובדים אוסטרלים אירגוניים

SCR מורכבת מארבע שכבות של P-type ו- N-type Semiconductor, ויצרו שלושה צומת P-N. במצב חסימת קדימה, המכשיר עומד בפני מתח מוחלי ללא ביצוע כיוון שהצומת האמצעי הוא הפוך-מיושב מחדש.כאשר זרם שער חיובי מוחל, הוא מזרק ספקים לתוך השכבות הפנימיות, ובכך מקלקל את ההטיה לאחור ובתוך הדחף החיסוני, ואז מצמצם את המעגל הנוכחי של ה-D.

מאפיין זה הופך את SCRs מתאים היטב לתיקון מבוקר שלב, שבו זווית הירי - הנקודה בכל מחצית מחזור שבו פועל גורם השער - קובע את מתח התפוקה הממוצע וכוח המסופק לעומס. על ידי שינוי זווית הירי, מעצבים יכולים להשיג שליטה חלקה, רציפה, רציפה על מהירות מנוע DC, פלט חום, וסוללות זרם.

דמויות מפתח של כמרים קונבנציונליים

  • (FLT:0) התנהגות עקיפית: FLT:1 זורם רק מאבן לקטודה, מניעת זרימה הפוכה ללא מרכיבים מקבילים חיצוניים.
  • (ב) [15] ,ב"ד: "השער החיובי" (ב) ,ב"ד: "השער החיובי" מתחיל את ההתנהגות; השער מאבד שליטה ברגע שהמכשיר מחלחל.
  • (FLT:0) לקליטת ה-FLT:1, המכשיר נשאר עד הזרם הראשי טיפות מתחת לסף הנוכחי המחזיק (בדרך כלל בטווח ה- מילימטר עבור SCRs קטנים ועד כמה מאות מ"מ עבור מכשירים בעלי עוצמה גבוהה).
  • (FLT:0) יכולת חסימת מתח גבוהה: FLT:1 SCR זמינים עם חסימת מתחים מעל 6,000 וולט, מה שהופך אותם מתאימים ליישומים תעשייתיים.
  • (FLT:0) טיפול נוכחי גבוה: FLT:1 SCR יכול לעמוד בזרם גדול במברשת במהלך ההפעלה או תנאי תקלות, לעתים קרובות מדורג מאות של אמפס למשך זמן קצר.
  • שער רגיש לעומת שער סטנדרטי: ההרחבה: ElementFLT:1 ,SCRs דורש רק מיקרו-דגמי שער הנוכחי, בעוד סוגים סטנדרטיים זקוקים לעשרות עד מאות מ"מ, המשפיעים על חסינות מפני רעש ועיצוב הנהג.

תגיות: Unidirectional Thyristors

האריסטוקרטים יוני-שטור מועסקים בדרך כלל בשליטה על כוח DC ובעיגולים AC שבהם רק מחצית מחזור של הגלום נדרש.

  • בקרי מהירות מוטורי DC, שבו SCR מפצה ומסדיר את המתח הממוצע אל תוך הבוגר.
  • מטען סוללות ואספקת חשמל מוסדר, שבו SCR מבוקר בשלב לספק מתח פלט מותאם עם יעילות גבוהה.
  • ממירי AC-to-DC בציוד תעשייתי, שבו מספר SCRs מסודרים בתצורה של גשר (כגון גשר ששת-הטרפים של חג המולד) כדי לייצר מתחי אוטובוס חלק DC.
  • מעגלים הגנה מעל פניות, שבו SCR מופעלת לקיצור circuit רכבת אספקה אם המתח עולה על סף בטוח, הגנה על רכיבים במורד הזרם.
  • מערכות כוח דופק ויישומים של פריקה capacitor, שבו SCRs להחליף זרמים גדולים למשך זמן קצר ב Welding, לייזר וציוד יצירת אלקטרומגנטי.

בכל אחד מהתרחישים האלה, הטבע החד-צדדי של ה-SCR מבטיח כי הזרם זורם רק בכיוון המיועד, מפשט את טופולוגיה המעגלית ושיפור גורם הכוח כאשר הוא מסונכרן כראוי עם קו AC.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

מכשפים, בעיקר TRIACs (Triode for Alternating Current), הם מתגים חצי-מוליכים המסוגלים לבצע נוכחי בשני הכיוונים.זה הופך אותם אטרקטיביים במיוחד עבור יישומים AC שבו עומס שינויים בין מחזורים חיוביים ושליליים למחצה.בעיקר, TRIAC יכול להיחשב כ-SCRs מחובר בverse, עם שער אחד שיכול לנהל כיוון כפול ולהפחית את ה-SCRSCRSPTS.

איך עובדים חתכים מלוכלכים

TRIAC יש שלושה מסופים: MT1 (טרמינל 1), MT2 (טרמינל 2), ואת השער. בניגוד SCR, TRAC אין aode או Cathode נפרד; במקום זאת, המסופים העיקריים הם סימטריים, ואת המכשיר ניתן להפעיל לתוך מוליכות ללא קשר לקיטוב של המתח על פני MT2 ו MT2.

לאחר שהתגלגל, ה- TRIAC מתפתל ומנהג כיום בכיוון של המתח החל.זה מכבה באופן טבעי כאשר הזרם נופל מתחת לזרם ההחזקה ליד מעבר אפס של ה- AC, מה שהופך אותו אידיאלי עבור דימרים בשלב ובקרת מהירות המנועים הפועלים מהראשיים של AC. עם זאת, TRACs יש כמה מגבלות בהשוואה ל-SCRs. הם בדרך כלל יש נמוך יותר / מצופה / טמפרטורות נמוכות יותר וגרועות יותר מאשר שינויים פגומים / , בנוסף לשינויים פגיעים יותר מאשר תכונות מתוחים יותר.

דמויות מפתח של Thyristors ביטור

  • (FLT:0) התנהגות עקיפה: FLT:1 המכשיר פועל נוכחי בשני הכיוונים, טיפול בשני מחזורי של גלפור AC עם מרכיב אחד.
  • שער ארבע הקודרנט מעורר: ההרחבה 1 (FLT:0) ניתן להפעיל את השער עם הדופק חיובי או שלילי יחסית MT1, המציע גמישות בעיצוב מעגלי שער.
  • (FLT:0) נזילות באפס הנוכחי:03FLT:1) TRIACs באופן אוטומטי לכבות את כל מעבר AC אפס, לחסל את הצורך מעגלים מכווצים במערכות AC.
  • (FLT:0)Lower dv/dt חסינות:031) TRIACs רגישים יותר למתח מהיר; מעגלים עצביים נדרשים לעתים קרובות למנוע תפנית מופרעת בסביבות רועשות.
  • ספירת הרכיבה:0 (FLT:1) 1A יחיד TRIAC מחליף שני SCRs ונהגי שער הקשורים שלהם ביישומים AC רבים, שמירת שטח לוח ועלות.
  • (FLT:0) זמינות: 0Wide:FLT:1 TRIACs זמינים בדרך כלל בחבילות מסוגים קטנים לפני השטח לחבילות מבודדות גדולות מדורגות עבור 40 A ומעלה.

תגיות: Bidirectional Thyristors

Thyrisators עקיף שולט ביישומים של בקרת כוח AC שבו פשטות ויעילות עלות הם שימושים ראשוניים עיקריים כוללים:

  • תאורה AC dimmers, שבו TRIACs לשלוט בהירות של עומסים incandescent ומתנגד על ידי חיתוך גלפור AC בזווית שלב משתנה.
  • בקרת מהירות מנוע אוניברסלית לכלי חשמל, אוהדים, ומיזוגים, שם TRIAC משתנה מתח RMS מועבר למנוע.
  • בקר טמפרטורה עבור אלמנטים חימום תנורים תעשייתיים ומכשירי מגורים.
  • ממסרי מדינה מוצקה AC (SSRs), שבו TRIAC מספק את אלמנט המעבר מופעל על ידי אדפטוקוקפלר או נהג שער מבודד.
  • מערכות אוטומציה בית חכם, שבו TRIACs להחליף אורות ומעריצים תחת שליטה מיקרובקר עם הפרעה אלקטרומגנטית מינימלית כאשר הם נחטנים כראוי.

בכל אחת מהיישומים הללו, היכולת של TRIAC לנהל את שני חצאיות של גל ה- AC עם אות שער אחד מפשטת את שלב הכוח ומפחיתה את מספר אספקת החשמל המבודדת הנדרשת לכונן השער.

הבדלים מרכזיים בעיצוב מעגלי

ההחלטה בין שימוש במקראים חד-צדדיים או דו-כי-כי-צדדיים מעצבת ביסודה את ארכיטקטורת המעגל, בחירת הרכיב ואסטרטגיה להגנה. מעצבים חייבים להעריך מספר גורמים קריטיים כדי לקבוע את המכשיר המתאים לדרישות בקרת הכוח הספציפיות שלהם.

דרישות שער

Unidirectional SCRs בדרך כלל דורש דופק חיובי בהתייחסו Cathode. עבור אחד SCR פועל במעגל DC, הנהג השער יכול להיות מהפך הדופק פשוט או נהג מתנגד מוליד מן השער ל- Cathode. ב- AC שלב-שליטה בשלב-שליטה עם SCRs, הנהג השער חייב להיות מסונכרן עם קו AC ומבודד מן הצד העליון, לעתים קרובות משתמש פולסים נוגדים.

לעומת זאת, TRIACs יכול להיות מופעל עם הדופק חיובי או שלילי של שער הדופק יחסית MT1, המאפשר מעגלים כונן שער פשוט יותר. a יחיד אופטוקוקפלר או דופק יכול לנהוג באופן ישיר, צמצום מספר האספקה המבודדת.עם זאת, TRIACs להציג רגישות מעצבית בגורמים שונים; quant I (2 חיובי, חיובי שער) הוא בדרך כלל חיובי ביותר, מבטיח את השער שלילי (%) בעוד שחייב להפעיל את השער שלילי לפחות.

מעגל הגנה והגנה

הן SCRs ו TRIACs דורשים מעגלים עצביים להגביל את שיעור השינוי של מתח (dv / Dt) על פני המכשיר ולמנוע טריגר מזויף.עם זאת, TRIACs הם רגישים יותר ל dv / dv / ed-on כי יש להם אזור צומת גדול יותר ונושא חיים ארוך יותר.

עבור SCRs הפעלה במעגלים DC, מעגלים מאולץ עשויים להיות הכרחי כדי להפוך את המכשיר.זה מוסיף מורכבות משמעותית, לעתים קרובות דורש רשת הפעלה חוזרת עם קיבולים נוספים, מחנכים, מתגים עזר.ב מעגלי AC, SCRs לנוע באופן טבעי במעבר אפס, אבל תהליך ההנעה יכול להיות תובעני עבור עומסים מיותרים שבו זרם הנוכחי ומחוץ למתחים מספיק זמן לא יציב, אבל הם לאטום באופן טבעי במעברים יותר, אבל תהליך ה-זמניים ב-זמניים עם ה-זמניים יותר, אבל זה יכול להיות מופעלים ב-זמניים מתקדמים יותר, אבל זה יכול להיות יותר, אבל תהליך ה-זמניים עם ה-זמנית של זמן, אבל תהליך ה-זמניים ב-זמניים עם ה-זמניים יותר, אבל תהליך ה-זמניים עם ה-זמנית, אבל תהליך ה-זמנית, אבל תהליך ה-זמניים עם ה-זמניים, אבל לאפסיביים יותר, אבל תהליך ה-זמניים עם ה-זמניים עם ה-זמניים, אבל תהליך ה-זמניים יותר, אבל תהליך ה-זמניים, אבל תהליך ה-זמנית, אבל תהליך ה-זמנית של זמן-זמניים, אבל תהליך ה-זמניים יותר, אבל תהליך ה-

ניהול תרמי וחיבור נוכחי

SCR בדרך כלל מציעים ירידה בלחץ נמוך יותר של מתח המדינה מאשר TRIACs עבור אותו דירוג הנוכחי, וכתוצאה מכך הפסדים התנהגות נמוכה יותר ו פחות חום דור.זה הופך את SCRs יותר יעיל עבור יישומים עתירי גבוה, במיוחד במערכות DC שבו המכשיר פועל ברציפות ולא בשלב זהה. TRIACs, עם מבנה פנימי מורכב יותר שלהם, בדרך כלל יש גבוה יותר על ירידה במצב רוח גבוה יותר, הדורש חום גדול יותר עבור יכולות הנוכחי.

בנוסף, TRIACs יש דירוגים נוכחיים נמוכים יותר בהשוואה ל-SCRs בגודל דומה למות.ביישומים שבהם העומס חווה זרמי מברשת גבוהה - כגון הפעלת מנוע או capacitor טעינה - SCRs מספקים שולי גדול יותר נגד כשל המכשיר.עבור שליטה דו-כיונית בסביבות כה גבוהות, מעצבים לעתים קרובות בוחרים עבור שני SCRs בverse ולא TRAC יחיד, להקריב עבור פשטות חזקה.

ביצועים EMI ו- Noise Performance

התנהגות המעבר של Thyristors מייצרת הפרעה אלקטרומגנטית (EMI) שיכולה להשפיע על מעגלים סמוכים ועל לעמוד בסטנדרטים רגולטוריים כגון FCC חלק 15 או CISPR 14. TRIACs, כי הם פועלים בשני הכיוונים ויכולים להיות מופעלים בכל quadrant, נוטה לייצר עיוות הרמוני יותר ומבצע EMI מאשר עיצובים מבוססי SCR.

עיצובים מבוססי SCR, במיוחד כאשר נעשה שימוש בתצורה של גשר גליגל מלא, מייצרים יותר סימטרית מעבר גלפורים והרמוניה מסדר נמוך יותר.זה יכול להפחית את הגודל והעלות של רכיבי סינון EMI.עבור עיצובים הדורשים התערבות אלקטרומגנטית נמוכה, כגון ציוד רפואי או מכשיר גבוה, תעמולה דו-כיבית מבוססת SCR עשויה להיות המועדפת על פתרונות TRIAC.

בחירת קריטריה לעיצוב מעגלי

בחירת הסוג הנכון של Thyristor דורש הערכה שיטתית של דרישות החשמל והסביבתיות של המעגל.מסגרת ההחלטה הבאה יכולה להנחות מהנדסים בתהליך הבחירה:

וולטאז' ורמות נוכחיות

דירוג המתח חסום של המקדש חייב לעלות על מתח השיא במעגל, כולל טראנסים.עבור מעגלים AC מופעלים על ידי ראשי הפועלים ב 230 V RMS, מתח הפסגה הוא בערך 325 V, ומכשיר דירוג של 600 V מספק שולי בטיחות סבירים.עבור מערכות תעשייתיות עם 480 VMS אספקה, 1,200 או 1,600 V מדורג SCR הם נפוצים.

המונחים: type

עומסים עמידים כגון תנורי חימום ומנורות אינפיניצנטרי הם פשוטים עבור הן SCR והן TRIACs. עומסים אינדוקטיביים כמו מנועים, סולנואידים, והופכים מציגים את השינוי בשלב בין מתח ונוכח, הדורשים תשומת לב זהירה לנסיעות ודירוגי Dv/dt. עבור עומסים מאוד אינדוקטיביים, SCRs inverse מציעים שולי נסיעה גבוהים בהשוואה ל-TRAC, כגון מצופה מעומסים גבוהים יותר, כגון מצופה מ-S.

שיטת בקרה

בקרת שלב-שלב היא הטכניקה הנפוצה ביותר עבור מעגלי SCR ו- TRIAC, שבו זווית הירי מגוונת בין 0 ° ל-180° כדי להתאים את כוח העומס.עבור יישומים הדורשים מעבר אפס למזער את EMI, TRACs הם מתאימים היטב כאשר מופעל בדיוק במעבר המתח אפס.

עלויות ומורכבות Constraints

עבור גבוה כרכים, יישומים AC רגישים בעלות כמו dimmers אור ובקרות מוטוריות קטנות, TRIAC הם בדרך כלל הפתרון הכלכלי ביותר בשל ספירת הרכיב הנמוכה שלהם וכונן השער פשוט יותר. עבור אמינות גבוהה, כוח גבוה, או תובע יישומים תעשייתיים, העלות הנוספת של עיצובים מבוססי SCR מוצדקת על ידי פיגור גבוה, ירידה התנהגות נמוכה יותר, ו- dvd / חסינות.

שיקולים מעשיים לשליטה עקיפה

כאשר נדרשת שליטה דו-כי-צדדית, למעצבים יש שתי אפשרויות עיקריות: TRIAC יחיד או שני SCRs במקביל הפוכה (נקרא לעתים קרובות חזרה-ל-back SCR תצורה) לכל גישה יש יתרונות נפרדים ומסחריים שיש להעריך נגד דרישות היישום.

מתי לבחור TRIAC

TRIAC יחיד הוא הבחירה המתאימה כאשר היישום יש דרישות נוכחיות בינוניות (בדרך כלל מתחת 40 A RMS), פועל מ מרכזי AC סטנדרטיים (עד 480 V), ויש לו עומסים מנוגדים או קלים אינדוקטיביים. דוגמאות כוללות בקרת תאורה למגורים, רגולטורי מהירות מעריצים קטנים, ובקרת חימום יישומים.הכונן מופחת רכיב נמוך יותר לעשות TRAC אידיאלי עבור מוצרים גבוהים של הצרכנים במקום הוא פרימימה שטח.

מתי לבחור Inverse-Parallel SCRs

שני SCRs במקביל הפוכה מועדים לשליטה AC הנוכחית (above 40 A RMS), עומסים מאוד אינדוקטיביים, ויישומים הדורשים יכולת גבוהה של עלייה גבוהה או EMI נמוך, תצורה זו נפוצה בהתחלנים רכים תעשייתיים, בקרים כוח AC גדול, ומערכות UPS.למרות שהרכיב הוא גבוה יותר, ה-SCRs יכול להיות נבחר עם תכונות חשמליות טובות יותר, וכל אחד יכול להיות מונע פגיעה ב-SCRD.

מגמות מתפתחות ואלטרנטיבה

בעוד שהאריסטוקרטים נשארים את עבודותיהם של יישומים בעלי עוצמה גבוהה, התקדמות במוליכים למחצה רחבים של פסגה הם מספקים חלופות חדשות להחלפה דו-צדדית. סיליקון קרביד (SiC) MOSFETs ו-Greium nitride (GaN) יכולים לפעול בתדרים מתקדמים יותר ולהציע הפסדים מוליכים נמוכים יותר מאשר שלך, אבל הם כיום יותר יקרים יותר וזמין פחות במתח גבוה, אבל הם נמצאים בטווח הגבוה ביותר של 1,700 שלך.

ניור Thyristor גרסאות כגון המחוקק הנשלט על ידי MOS (MCT) ואת המפלט של התורף (ETO) במטרה לשלב את הירידה הנמוכה של מתח המדינה של משחתים מסורתיים עם המעבר המהיר יותר ושליטה שער קל יותר של מתגי MOSFET ו IGBT. מכשירים אלה מוצאים יישומים מיוחדים בתמסורת גבוהה של DC ומערכות כוח הדופק, מתפתל בין הפער המסורתי של הטכנולוגיה המודרנית.

מסקנה

ההבדלים בין unidirectional ו- bidirectional thyristors הם יסוד עיצוב מעגלים באלקטרוניקה כוח. unidirectional מכשירים כמו SCR מציעים טיפול נוכחי מעולה, הפסדי התנהגות נמוכים יותר, מחסניות גבוהה יותר, ויכולת עלייה גדולה יותר, מה שהופך אותם אידיאליים עבור בקרת כוח DC, מערכות AC-הווה-הווה, ויישומים תעשייתיים תובעניים.

(המהנדסים חייבים להעריך בקפידה את המתח ואת הדרישות הנוכחיות, את מאפייני העומס, את המורכבות של שיטת הבקרה, את המגבלות התרמיות ואת תקנות EMI כאשר בוחרים בין שני סוגי המחוקקים הללו, על ידי הבנת נקודות הכוח והחולשותחולשות של כל מכשיר, מעצבים יכולים ליצור מעגלי שליטה יעילים, אמינים, וחסכוניים בטווח רחב של יישומים הנדסיים ביתיים לדחפים תעשייתיים גדולים.