I tiri sono una classe di interruttori a semiconduttore che formano la spina dorsale dell'elettronica di potenza moderna. Sono in grado di gestire alte tensioni e correnti con notevole efficienza, rendendoli indispensabili in applicazioni che vanno dai motori industriali ai dimmers di luce di consumo. Mentre il principio di base - una struttura a quattro strati p-n-p-n che si lancerà in conduzione al momento del triggering - è condivisa in tutti i tiritori, la famiglia comprende diversi tipi distirati

Struttura e funzionamento dei Thyristors

Tutti i tiri sono costruiti da quattro strati alternati di materiale semiconduttore di tipo p e n-type, formando una struttura p-n-p-n. Questo crea tre svincoli p-n (J1, J2, e J3). In assenza di un segnale di azionamento di cancello, il dispositivo blocca corrente in entrambe le direzioni (se bidirezionale) o in una direzione (se non idirezionale).

Tipi principali di Thyristors

Silicon-Controlled Rectifiers (SCR)

I SCR sono dispositivi unidirezionali: bloccano la tensione inversa e conducono la corrente solo nella direzione in avanti quando si attivano. I loro valori di tensione tipici variano da poche centinaia di volt a diversi kilovolt, con capacità attuali che si estendono in migliaia di ampere.

Per una lettura più approfondita delle valutazioni e delle note di applicazione del SCR, fare riferimento all'articolo Wikipedia sui rettificatori controllati in silicio[.

TRIACs (Trioda per corrente alternata)

I TRIAC sono essenzialmente due SCR collegati in antiparallelo su un singolo chip, permettendo loro di condurre corrente in entrambe le direzioni. Questa capacità di commutazione bidirezionale rende TRIACs la scelta naturale per il controllo dell'alimentazione AC. Sono attivati da un segnale di cancello di polarità, e possono essere utilizzati in semplici circuiti di controllo di fase come dimmer leggeri, regolatori di velocità dei ventilatori e piccoli controlli di riscaldamento.

DIACs (Diode per Corrente Alternativa)

I DIAC sono diodi di trigger bidirezionali che non hanno un terminale di gate. Invece, passano da uno stato di alta resistenza a uno stato di bassa resistenza quando la tensione attraverso di loro supera una certa tensione di rottura (tipico 30 V). Una volta che conduce, rimangono fino a quando la corrente cade sotto una soglia. I DIAC sono quasi esclusivamente utilizzati in combinazione con TRIAC per fornire un circuito di controllo costante e simmetrico della serie di impulso di fase.

Diodi di Shockley

Chiamato dopo William Shockley, il diodo Shockley è un dispositivo p-n-p-n a due termini che funziona come un semplice fermo. Non ha cancello; si attiva quando la tensione applicata supera la sua tensione di rottura (tipically 20-200 V). Una volta attivato, conduce pesantemente fino a quando la corrente è interrotta.

Tiristori di Turno di Cancello (OMC)

Un limite maggiore di tiro convenzionale è l'incapacità di spegnerli via il cancello. Il tiristor di spegnimento del cancello supera questa limitazione: un GTO può essere spento applicando un impulso negativo di potenza di corrente di cancello di sufficiente grandezza. Questa caratteristica rende GTOs prezioso nei circuiti inverter dove è richiesta la commutazione DC-link, come in unità motori a media tensione, inverter di trazione e alimentatori.

Tiristori integrati Commutati a Cancello (IGCT)

IGCT è un'evoluzione del GTO che integra l'elettronica del driver di cancello nel pacchetto di tiro. Posizionando la trazione del cancello molto vicino al wafer di silicio, l'IGCT raggiunge la induttanza estremamente bassa del cancello, consentendo la riattivazione più veloce ed efficiente. IGCT sono ampiamente utilizzati in applicazioni ad alta potenza come inverter di tensione-source (VSI) per unità industriali, turbine a eolica, corrente di corrente

Altri Tiristori specializzati

I tiritori attivi a luce (LASCRs)[[FLT: 1]]] sono innescati da impulsi ottici, fornendo isolamento galvanico in sistemi ad alta tensione I tiritori a contrasto (RCT) integrano una tensione di disinnesto antiparalle

Principi di lavoro nella profondità

Comprendere i meccanismi di aggancio e commutazione è essenziale per un design di circuito affidabile. Quando una tensione positiva viene applicata all'anodo di un SCR (con riguardo al catodo), le giunzioni J1 e J3 sono a forma di in avanti, mentre J2 è invertito-biased; il dispositivo è nello stato di blocco in avanti.

Per spegnere il tiristor, la corrente dell'anodo deve essere ridotta al di sotto della corrente di tenuta per un tempo sufficiente per consentire la ricombinazione dei vettori di minoranza. Nei circuiti AC, il naturale zero-crossing della corrente esegue questa commutazione (comutazione naturale). Nei circuiti DC, la commutazione forzata, utilizzando circuiti esterni come un condensatore di risonanza e un tiristor ausiliario, è necessaria.

Applicazioni dei Thyristors

Conversione di potere e rettifica

I raddrizzatori basati su SCR convertono AC in DC regolabile per processi elettrochimici (elettroplaccatura, anodizzazione), azionamenti a motore DC e alimentatori ininterrotti (UPS). I rettificatori controllati a fase offrono una regolazione robusta della tensione con componenti minimi.

Controllo velocità del motore AC

I TRIAC e i SCR vengono utilizzati in unità di controllo fase AC per motori monofase e trifase. I TRIAC sono favoriti per ventilatori e pompe di consumo a basso costo, mentre i SCR appaiono in starter industriali ad alta potenza che dilagano la tensione del motore per limitare la corrente inerente.

Controllo di dimmerazione e riscaldamento

I dimmers di luce interna si affidano ai circuiti TRIAC con il DIAC che attiva per variare l'angolo di conduzione della forma d'onda AC. Lo stesso principio è utilizzato in coperte elettriche, saldature e piastre calde per il controllo della temperatura proporzionale. La semplicità e l'efficienza energetica del controllo di fase lo rendono onnipresente nei carichi resistivi e leggermente induttivi.

Protezione da sovratensione e da sovratensione

I circuiti di protezione del manubrio del Thyristor bloccano i transienti di tensione, cortocircuitando la rotaia di alimentazione quando viene rilevato un sovratensione. Un piccolo tiristor del segnale (spesso un SCR sensibile) viene attivato da un diodo di zener quando la tensione supera una soglia, deviando l'energia di guasto.

Energia rinnovabile e HVDC

Nelle grandi turbine eoliche e negli inverter solari, GTO e IGCT vengono utilizzati nella fase di inverter a griglia per sintetizzare l'AC di alta qualità da un collegamento DC. I convertitori HVDC tipicamente impiegano valvole di tiro (serie pile di press-pack SCRs) valutate per centinaia di chilometri e chilometri.

Riscaldamento industriale di saldatura e induzione

Le saldatrici a resistenza utilizzano i contatti SCR per attivare correnti primarie elevate nel trasformatore di saldatura. Le alimentazioni di riscaldamento a induzione impiegano i tiristori a frequenze medie (fino a 10 kHz) per processi come l'indurimento, la brasatura e la forgiatura. La capacità di gestire correnti di picco elevate senza guasto prematuro è un vantaggio fondamentale.

Per esempi di applicazione più dettagliati, consultare l'articolo Electronics Tutorials sui tiristori.

Selezione del Tiristoro destro

La scelta del corretto tiristor comporta la valutazione di diversi parametri: il valore di tensione (V[LT:0]DRM], V]RRM[LT:3]), la corrente di stato (I]]T(AV)), la corrente di sovratensione di un ciclo (I

La gestione termica è altrettanto critica: la resistenza termica (RθJC]) determina il dissipatore richiesto. I pacchetti di press-pack forniscono una bassa resistenza termica e un raffreddamento a doppio lato per dispositivi a tenuta alta. I pacchetti di moduli integrano più tiristori per le configurazioni dei fogli di ponte.

Vantaggi e limitazioni

I Thyristors offrono vantaggi distinti: la corrente molto elevata e la tensione in un pacchetto compatto, la caduta di tensione molto bassa sullo stato (quindi le perdite di conduzione basse), e la capacità di corrente di sovratensione elevata. Sono anche estremamente affidabili in condizioni di cortocircuito—molti progetti intenzionalmente si affidano al tiristor per sopravvivere alle correnti di errore fino a un colpo di fusibili.

Prospettive future

Nonostante l'aumento di IGBT e SiC MOSFETs, i tiristori rimangono insostituibili nei livelli di potenza più elevati. Le tecnologie emergenti come i tiristori SiC promettono perdite ancora più basse e temperature operative più elevate, estendendo la portata dei convertitori basati su tiristor in ambienti estremi.

Per una rassegna completa delle famiglie moderne di tiritori e dei loro giudizi, vedere la Tutti sulla panoramica dei circuiti dei tiristori[].

Conclusioni

Dalla SCR di base alla sofisticata IGCT, la famiglia di tiristor offre uno spettro di dispositivi di commutazione su misura per alimentare le sfide elettroniche in ogni gamma di tensione e corrente.Consapendo le caratteristiche distinte di ogni tipo, i loro metodi di attivazione, i meccanismi di spegnimento e le forze specifiche dell'applicazione, gli ingegneri possono progettare circuiti di potenza robusti, efficienti e convenienti.