Thyristor là gì? (What is thyristor?) Nó là một thiết bị bán dẫn nhiều lớp. Nó đòi hỏi một tín hiệu cổng để biến nó thành ON hoạt động giống như một diode chỉnh lưu, một phần của bộ chỉnh lưu. Trong thực tế, ký hiệu mạch cho thyristor cho thấy thiết bị này hoạt động giống như một diode chỉnh lưu được điều khiển.
Thyristor là gì? (What is thyristor?)
Không giống như diode tiếp giáp là thiết bị bán dẫn hai lớp (PN) hoặc bóng bán dẫn lưỡng cực thường được sử dụng là thiết bị chuyển mạch ba lớp (PNP hoặc NPN), Thyristor là thiết bị bán dẫn bốn lớp (PNPN) có chứa ba nút PN nối tiếp và được biểu thị bằng ký hiệu như được hiển thị.
Giống như diode, Thyristor là một thiết bị đơn hướng, nghĩa là nó sẽ chỉ dẫn dòng điện theo một hướng duy nhất, nhưng không giống như một diode, thyristor có thể được chế tạo để hoạt động như một công tắc mạch hở hoặc là một diode chỉnh lưu tùy thuộc vào cách thức cổng thyristors được kích hoạt. Nói cách khác, thyristor chỉ có thể hoạt động ở chế độ chuyển mạch và không thể được sử dụng để khuếch đại.
Bộ chỉnh lưu điều khiển silicon SCR , là một trong một số thiết bị bán dẫn công suất cùng với Triac (Triode AC’s), Diac (Diode AC’s) và UJT (Transistor đơn nối) đều có khả năng hoạt động như các công tắc xoay chiều trạng để điều khiển điện áp xoay chiều và dòng điện. Vì vậy, thyristor rất thích hợp cho các mạch điều khiển động cơ AC, đèn và điều khiển pha.
Thyristor là một thiết bị có 3 cổng đó là : Anode, Cathode và Cổng Gate và bao gồm ba tiếp giáp PN có thể được chuyển đổi ON và OFF với tốc độ cực nhanh, hoặc có thể được chuyển đổi ON cho các khoảng thời gian khác nhau trong nửa chu kỳ để cung cấp một lượng điện năng được chọn cho một tải. Hoạt động của thyristor có thể được giải thích tốt nhất bằng cách giả sử nó được tạo thành từ hai bóng bán dẫn được kết nối ngược nhau như một cặp công tắc tái sinh.
Thyristor được tạo bởi 2 Transistor
Mạch tương đương hai transistor cho thấy dòng thu của bóng bán dẫn NPN TR2 cung cấp tín hiệu vào cực B của bóng bán dẫn PNP TR1 , trong khi dòng thu của TR1 cấp vào cực B của TR 2.
Khi các thyristor thiết bị đầu cuối Anode âm đối với Cathode, đường nối NP trung tâm bị lệch về phía trước, nhưng hai đường nối PN bên ngoài bị đảo ngược và nó hoạt động rất giống với một diode thông thường. Do đó, thyristor chặn dòng điện ngược cho đến khi ở một mức điện áp cao, điểm điện áp sự cố của hai điểm nối bên ngoài bị vượt quá và thyristor tiến hành mà không áp dụng tín hiệu Cổng G.
Đây là một đặc tính tiêu cực quan trọng của thyristor, vì Thyristor có thể vô tình được kích hoạt dẫn truyền bởi điện áp ngược cũng như nhiệt độ cao hoặc điện áp dv / dt tăng nhanh đột biến.
Nếu thiết bị đầu cuối Anode được làm cho dương đối với Cathode, hai nút PN bên ngoài bây giờ bị lệch về phía trước nhưng đường nối NP trung tâm bị phân cực ngược. Do đó hiện tại chuyển tiếp cũng bị chặn. Nếu một dòng điện dương được đưa vào cực B của transistor NPN TR 2 , thì dòng thu gom kết quả sẽ chảy trong cực B của transistor TR 1 . Điều này đến nó làm cho một dòng thu chảy trong bóng bán dẫn PNP, TR 1 làm tăng IB của TR 2 , v.v.
Rất nhanh, hai bóng bán dẫn buộc nhau tiến hành bão hòa khi chúng được kết nối trong một vòng phản hồi tái tạo không thể dừng lại. Sau khi được kích hoạt dẫn, dòng điện chạy qua thiết bị giữa Anode và Cathode chỉ bị giới hạn bởi điện trở của mạch ngoài vì điện trở thuận của thiết bị khi dẫn có thể rất thấp dưới 1Ω nên điện áp rơi qua nó cũng thấp.
Sau đó, chúng ta có thể thấy rằng một thyristor chặn dòng điện theo cả hai hướng của nguồn cung cấp AC ở trạng thái OFF của nó và có thể được chuyển đổi ON và được chế tạo như một diode chỉnh lưu bình thường bằng cách áp dụng dòng điện dương vào cực B của bóng bán dẫn , TR 2 dành cho bộ chỉnh lưu điều khiển silicon được gọi là thiết bị đầu cuối Cổng Gate.
Các đặc tính IV dòng điện áp hoạt động của Bộ chỉnh lưu điều khiển bằng silicon được đưa ra như sau:
Đặc tuyến IV của Thyristor
Khi thyristor đã được chuyển sang ON và đang truyền dòng điện theo hướng thuận (cực dương), tín hiệu cổng sẽ mất tất cả sự kiểm soát do tác động chốt tái tạo của hai bóng bán dẫn bên trong. Việc áp dụng bất kỳ tín hiệu cổng hoặc xung nào sau khi tái tạo được bắt đầu sẽ không có tác dụng gì cả vì thyristor đã được hoạt động và ON hoàn toàn.
Không giống như bóng bán dẫn, SCR không thể bị sai lệch khi ở trong một số vùng hoạt động dọc theo đường tải giữa trạng thái chặn và bão hòa của nó. Độ lớn và thời lượng của xung bật tắt cổng Gate ít ảnh hưởng đến hoạt động của thiết bị do sự dẫn truyền được kiểm soát bên trong. Sau đó, áp dụng xung cổng tạm thời cho thiết bị là đủ để khiến thiết bị hoạt động và sẽ tồn tại vĩnh viễn ngay cả khi tín hiệu cổng bị loại bỏ hoàn toàn.
Do đó, thyristor cũng có thể được coi là một công tắc có thể có hai trạng thái ổn định ON hoặc OFF. Điều này là do không áp dụng tín hiệu cổng, bộ chỉnh lưu điều khiển bằng silicon chặn dòng điện theo cả hai hướng của dạng sóng AC và một khi được kích hoạt dẫn điện, hành động chốt tái tạo có nghĩa là nó không thể được bật lại OFF bằng cách sử dụng Cổng Gate .
Vậy làm thế nào thyristor thoát khỏi trạng thái OFF? Khi thyristor đã tự vào trạng thái ON của nó và truyền một dòng điện, nó chỉ có thể được bật lại OFF bằng cách loại bỏ hoàn toàn điện áp cung cấp và do đó dòng Anode ( I A ) hoàn toàn, hoặc bằng cách giảm Anode của nó xuống cathode hiện bởi một số phương tiện bên ngoài (việc mở một công tắc chẳng hạn) xuống dưới một giá trị thường được gọi là “hiện tại nắm giữ tối thiểu”, IH .
Do đó, dòng Anode phải được giảm xuống dưới mức giữ tối thiểu này đủ lâu để các thyristor bên trong chốt nối để khôi phục trạng thái chặn của chúng trước khi điện áp chuyển tiếp được áp dụng lại cho thiết bị mà không tự động dẫn. Rõ ràng sau đó để một thyristor tiến hành ở nơi đầu tiên, dòng Anode (IA), cũng là dòng tải của nó, IL phải lớn hơn giá trị hiện tại của nó. Đó là IL > IH .
Vì thyristor có khả năng bật điều khiển OFF bất cứ khi nào dòng Anode bị giảm xuống dưới giá trị giữ tối thiểu này. Đo đó, khi được sử dụng trên nguồn cung cấp AC hình sin, SCR sẽ tự động chuyển sang OFF tại một giá trị nào đó gần với giá trị chéo vượt quá điểm của mỗi nửa chu kỳ, và như chúng ta biết bây giờ, sẽ vẫn còn OFF cho đến khi ứng dụng xung kích hoạt Cổng tiếp theo.
Kể từ khi một điện áp hình sin AC liên tục đảo ngược trong cực từ chu kỳ âm sang chu kỳ dương với mỗi nửa chu kỳ, điều này cho phép các thyristor để biến “OFF” ở 180° ở điểm 0 của dạng sóng dương. Hiệu ứng này được gọi là giao hoán tự nhiên, và là một đặc tính rất quan trọng của bộ chỉnh lưu điều khiển silicon.
Các thyristor được sử dụng trong các mạch được cung cấp từ nguồn cung cấp DC, điều kiện giao hoán tự nhiên này không thể xảy ra do điện áp cung cấp DC liên tục, do đó, một số cách khác để bật ra OFF, thyristor phải được cung cấp vào thời điểm thích hợp vì một khi được kích hoạt nó sẽ vẫn hoạt động.
Tuy nhiên, trong mạch hình sin AC giao hoán tự nhiên xảy ra cứ sau nửa chu kỳ. Sau đó, trong nửa chu kỳ dương của dạng sóng hình sin AC, thyristor bị lệch về phía trước (cực dương) và có thể được kích hoạt trạng thái ON bằng cách sử dụng tín hiệu Cổng hoặc xung. Trong nửa chu kỳ âm, Anode trở nên âm trong khi Cathode dương. Thyristor bị phân cực ngược bởi điện áp này và không thể dẫn điện ngay cả khi có tín hiệu Cổng Gate.
Vì vậy, bằng cách áp dụng tín hiệu Cổng vào thời điểm thích hợp trong nửa dương của dạng sóng AC, thyristor có thể được kích hoạt dẫn truyền cho đến khi kết thúc nửa chu kỳ dương. Do đó, điều khiển pha có thể được sử dụng để kích hoạt thyristor tại bất kỳ điểm nào dọc theo nửa dương của dạng sóng AC và một trong nhiều ứng dụng của Bộ chỉnh lưu điều khiển Silicon.
Kiểm soát pha thyristor
Khi bắt đầu mỗi nửa chu kỳ tích cực, SCR là OFF. Trên ứng dụng của xung cổng kích hoạt SCR vào trạng thái dẫn và vẫn duy trì hoàn toàn chốt ON trong suốt thời gian của chu kỳ dương. Nếu thyristor được kích hoạt ở đầu nửa chu kỳ (θ = 0°), tải (đèn) sẽ được ON cho chu kỳ dương đầy đủ của dạng sóng AC (AC nửa sóng được điều chỉnh) ở mức cao điện áp trung bình 0,318 x Vp .
Khi ứng dụng của xung kích hoạt cổng tăng theo nửa chu kỳ ( = 0° đến 90° ), đèn sẽ được chiếu sáng trong thời gian ngắn hơn và điện áp trung bình được cung cấp cho đèn cũng sẽ giảm đi độ sáng tương ứng.
Sau đó, chúng ta có thể sử dụng bộ chỉnh lưu điều khiển bằng silicon làm bộ điều chỉnh ánh sáng AC cũng như trong nhiều ứng dụng nguồn AC khác như: Điều khiển tốc độ động cơ AC, hệ thống điều khiển nhiệt độ và mạch điều chỉnh công suất, v.v.
Cho đến nay chúng ta đã thấy rằng thyristor thực chất là một thiết bị nửa sóng chỉ thực hiện trong nửa chu kỳ dương khi Anode dương và chặn dòng điện như diode khi Anode âm, không phụ thuộc vào tín hiệu Cổng.
Tóm tắt về thyristor
Các bộ chỉnh lưu điều khiển bằng silicon thường được gọi là Thyristor là các thiết bị bán dẫn ba nút PNPN có thể được coi là hai transistor được kết nối với nhau có thể được sử dụng trong việc chuyển đổi các tải điện nặng. Chúng có thể được chốt ON với một xung dòng dương được áp dụng cho thiết bị đầu cuối Cổng Gate và sẽ duy trì vô hạn ở trạng thái ON cho đến khi dòng Anode đến Cathode giảm xuống dưới mức chốt tối thiểu của chúng.
Đặc điểm tĩnh của một thyristor
- Thyristor là thiết bị bán dẫn chỉ có thể hoạt động ở chế độ chuyển mạch.
- Thyristor là các thiết bị hoạt động hiện tại, một dòng Cổng nhỏ điều khiển dòng Anode lớn hơn.
- Chỉ dẫn dòng điện khi phân cực thuận và dòng kích hoạt được áp dụng cho Cổng.
- Thyristor hoạt động giống như một diode chỉnh lưu một khi nó được kích hoạt ở trạng thái ON.
- Anode hiện tại phải lớn hơn giữ dòng để duy trì dẫn.
- Chặn dòng chảy khi phân cực ngược, không có vấn đề nếu dòng cổng được áp dụng.
