The Dawn of Thyristor Technology: Silikon Kontrollü Reaktörler (SCRs)

Silikon Kontrollü motorlar, SCRs olarak bilinen, basit bir kapılı motor kontrol sistemindeki yeni sistemleri ve güçlendiricileri ile yeniden tasarlayan, bu dört katmanlı cihazları, üç tip yarı iletken cihazların ilk pratik uygulamalarıydı, üç terminalli yüksek gerilimler ve kontrol etme yeteneğinin altında, endüstriyel motor kontrolü, aydınlatma düzenlemesi ve güçlendiricileri ile yeniden şekillendirildi.

Yapı ve İşletim Prensipleri

SCR'nin kesiti, PNP transistörünün iki bağlantılı transistör olarak hareket eden dört katmanlı P-N-P-N yapısını ortaya koyar - NPN ve bir PNP transistörlüğü. Olumlu bir kapı akımı enjekte edildiğinde, bu yüzden NPN transistörünün bir kez devre dışı bırakılması anlamına gelir.Bu olumlu geri bildirim, düşük bir gerilim düşüşü (tipik olarak 1-2 V) için zorlanan bir şekilde zorlanır.

Erken Uygulamalar ve Etkiler

SCR'lerin devrime dayalı endüstriyel güç kontrolüne giriş, gelişimlerinden önce, büyük AC gücü, yüksek güç değişkenli motor sürücüleriyle, elektrik makineli makineli setlerde önemli hale geldi. SCR tabanlı faz kontrollü redüksiyonlar, DC geriliminin hassas bir şekilde belirlenmesine izin verdi.[Dönemli güç kaynağı değiştir] Bu teknoloji, yüksek güç değişkenli DC motor sürücüleriyle, hangileri ve yüksek çözünürlükte hızla kontrol etti.

SCR

SCR muazzam bir sıçrama olsa da, operasyonel kısıtlamalar, gelişmiş sizinristokrat tasarımlarını geliştirmek için aramayı teşvik etti.En önemli sınırlama, SCR'nin yalnızca mevcut olan veya sıfıra zorlayarak kapatılabileceğinin olmasıdır - bir DC devrede, bu karmaşık bir komünasyon devresini gerektirir, karmaşıklık, maliyet ve kayıplar ekleyerek.

Turn-Off Mechanism Challenges

Mevcut doğal olarak sıfırın geçtiği AC devrelerinde, kompresyon basit. Ancak DC devrelerde, mühendisler SCR'yi (dönüşümlü zaman) kullanmaya zorlanan komponantlar ve yardımcı olunması gereken onlarca mikrosaniyeyi engelleyebilirler, birkaç saniye boyunca hıza geçiş yapar ve sistemi ağırlığı artırılır.

Kapı Kontrol Kısıtlamaları

İkinci büyük sınırlama, kapı sadece iletim başlatabileceğidir - bu da baskı altında olan bir gecikme (tipik olarak 100-200 mA gibi) ve büyük cihazlar için birkaç amper temizlenebilir, ancak latchingler veya devreler sonra, kapıdaki sürücü devreleri ortadan kaldırılabilir.

Hız Kıtlamaları

Yenidenjeneratif latching süreci, sağlam olsa da, en pratik devrelerdeki 1 kHz'den daha azına kadar uzanan hızlar genellikle 1-10 mikrosaniye ve dönüş zamanı (geri dönüşüm süresi) gelişmiştir, hala ortaya çıkan transistörlerin geçiş performansını karşılayamazlar.Bu yavaş geçiş hızları, çoğu pratik devrelerdeki yüksek gücü kontrol eden bir cihaz için en yüksek gücü kullanan bir cihaz için açık bir pazar ihtiyacı yarattılar.

Kapı Turn-Off (GTO) Senristor: Bir Adım İleri

Kapının gelişimi Turn-Off yourristor in the late 1970's address the most critical constraint of the SCR. A GTO yourristor can be turned off by application a completely controllable switch - a trueurFLT:0gate-off device) Bu ilk ticari GTO'ların 1980'lerde, başlangıçta orta güç uygulamaları için derecelendirildi.

Yapı ve Turn-Off Mechanism

GTO temel PNPN yourristor yapısını koruyor, ancak dönüş sırasında kedihode'nin çıkarılması için önemli değişikliklerle ilgili olarak, NPN üssünden gelen azınlık taşıyıcıları ayırt ettiğinde, istenen kapıdaki her biri genellikle 1/5'e indiriyor ve kapının geri çekilmesine izin veriyor - 1000 A GTO'ya doğru giden bir kapı için, NPN üssünden gelen azınlık taşıyıcıları ayırıyor.

SCRs'ler üzerindeki avantajlar

  • [0]Tam kapı kontrolü: [Dön-Düzücüler ve dönüş-dönüşüm, kapı sinyali tarafından başlatılır, DC uygulamalarında zorla kompresyon devrelerini ortadan kaldırır.
  • [FONT:0) Yüksek geçiş frekansı:[Döneticiler, birkaç kilohertz'a kadar frekanslarda çalışabilirler, standart SCRs için birkaç yüz hertz ile karşılaştırılabilir.
  • [FONT:0) Basitleştirilmiş koruma:[Dönetici:[Dönetici:0) Kapıdan çıkma yeteneği, hızlı füzyonlara güvenmeye izin verdi.
  • [FONT=0)Redüktör sistem büyüklüğü ve ağırlığı:[Dönemli olmayan dış komün devreleri ile, dönüştürücü ve chopper tasarımları daha kompakt hale geldi.
  • [FONT:0) Geliştirilmiş verimlilik: [Döneticiler düşük devlet gerilimi damlasını korudular (tipik olarak 1.5-3 V) SCRs'e benzer, daha iyi dinamik performans sunarken.

GTO Thyristors Uygulamaları

GTO'lar yüksek enerji gerilimi tabanlı inverterler için seçim cihazı haline geldi (VSIs) demiryolu çekişinde, büyük endüstriyel motor sürücüleri ve statik VAR kompörleri. Tokyo metro sistemi, Avrupa yüksek hızlı trenler ve birçok madencilik iletkenleri 1980'lerde ve 1990'larda GTO'da daha sonra yürürlüğe girdiler.GTO'lar ayrıca yüksek enerji verimliliği hızlarında (H999) geçişler yaptı.

Yenilikler: GTO'dan Gelişmiş Senristors

GTO'nun yüksek kapısının mevcut ve ovber gerekliliklerini kabul etmek, araştırmacılar 1990'larda ve 2000'lerin başlarında aristokrat yapılarını birkaç geliştirdiler. Bu cihazlar aristor'un düşük iletim kayıplarını bir transistörün basit, düşük güç kapısı kontrolü ile birleştirmek için tasarlanmıştır.

Bütünleşik kapı, Thyristor (IGCT)'ı kınadı.

1997 yılında ABB tarafından tanıtıldı, düşük bir ekran ile GTO çipini tek bir paket kullanarak entegre etti. Anahtar inovasyon, sistemi büyük ölçüde basitleştirmek için, sistemli yüksek bir sürücüyü en düşük maliyetli bir şekilde kullanıyor ve 4 kA cihazı 4 kA'ya kadar, dört kV'ye kadar, mevcut hatalarla sınırlı sayıdaki hataların ve yüksek gerilimlerin yüksek çözünürlükte kullanılmasını sağlıyordu.

Emitter Turn-Off (ETO) Senristor

Virginia Polytechnic Institute ve State University'de geliştirilen ETO, dönüş sırasında bir GTO'nun yayıcısını kısa bir süre önce kullanıma sunmuş durumda. Bu düzenleme, küçük bir MOSF'ta benzer bir kapı sinyalini azaltır, çünkü sizinristorgun'un düşük devlet cezasına çarptırılır.

Teakik (Sıra)

General Electric ve diğerleri tarafından 1980'lerin sonlarında geliştirildi, iki MOS transistör (bir N kanal ve bir P-kanı) bir kapı kontrollü dönüş ve dönüş-dönüşüm ile ilgili sorunlar ve sorunlarla birlikte ortaya çıktı. MCT, yüksek güç ve kesinti ısıtma gibi özel bir yüksek güç için bir yük uygulama için bir üründür.

I'nin Yükselişi Bipolar Transistörler ve Öteki

Gelişmiş atalarım gelişmeye devam ederken, Ikansız Kapısı Bipolar Transistor (IGBT) 1990'lardan sonra baskın güç yarı iletkeni olarak ortaya çıktı. IGBT, yüksek hacimli, gerilim kontrollü bir kapı ile bir MOSFET'nin düşük ücretli bir frekans transistörlüğü ile bir GTO'nun düşük ücretli gerilimi ile birleştirir ve daha hızlı bir şekilde bir şekilde bir yourristorundan geçiş yapar.

IGBTs ve Onların Rolü

IGBTs şu anda 3,3 kV ve orta güç seviyelerinin altında neredeyse tüm güç elektronik uygulamaları kullanılıyor (birkaç megawatta kadar). Elektrikli araç çekiş sürücüleri, güneş dönüştürücüleri ve çoğu endüstriyel motor sürücüleri, özellikle yüksek akım kesintilerinde, H999 terminallerinde veya büyük rüzgar türbinlerinde olduğu gibi, yüksek yüksek enerji seviyelerinden daha yüksek bir yüksek enerji seviyelerinden daha yüksek bir düşüşe sahiptir.

Thyristors ile Karşılaştırma

IGBTs'i sizin aristokratlara kıyasla, ticaret öncelikle 4.5 kV cihazı ile artışlar ve hız geçişi arasındadır.Youristors daha düşük bir gecikmeyi sürdürüyor çünkü azınlık taşıyıcısı nedeniyle yaklaşık 2.5 V'yi çalıştırıyor. IGBTs, aksine, bu 1 V farkı, 1 kW'ı ek bir kesintiye uğrattı.

Modern Malzemeler: Silikon ve Gallium Nizen

Bir sonraki Ga evrim dalgası, SiC GTO ve SiC ETO'ların daha düşük gerilimleri ile birlikte, yüksek gerilim puanlarını azaltmak için, yüksek çözünürlükte 20 kV ve işletim sıcaklıklarını artırmak için SiCristokratların yüksek çözünürlükte 100 °C'nin üzerinde yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte olan 12,9 eV'luk bir yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunuyor.

SCR'lerden modern kapı dönüş cihazlarının evrimi, daha yüksek kontrol edilebilirliğe, daha düşük kayıplara ve daha sağlamlığa karşı tutarlı bir itkir ortaya koyar.Gelişen, kapı sürücülerinin ve koruma devrelerinin entegrasyonuna doğru, IGCT örneğinin ardından, sinerjik cihazlarınızı ve sağlam dönüştürücüleri ve daha iyileştiricileri bir araya getirerek, daha iyi dönüşümleri birleştireceğim.

1950'lerin ilk günlerinden itibaren, aristokrat tabanlı cihazların, transistör teknolojilerin ilerlemesi, giderek karmaşık güç elektroniklerinin taleplerini karşılamak için sürekli olarak adapte edilmiştir. Aşırı akımları ve gerilimleri minimum kontrol edilebilir bir güçle başa çıkma yeteneği, araştırmanın yeni malzemeler ve cihaz yapıları içinde devam etmesini sağlarken, en kritik enerjideki rolünüz hızla artarken, en kritik enerji verimliliğine yol açar.