Hvorfor moderne invertere bruger transistorer, ikke tyristorer

Thyristorer hører til halvlederanordninger i p-n-p-n-strukturen og tilhører faktisk en særlig klasse bipolære transistorer, firlags, tre (eller flere) overgangsenheder med skiftende konduktivitet.

Thyristor-enheden tillader den at fungere som en diode, det vil sige at føre strøm i kun en retning.

Og også som en felteffekttransistor, thyristor der er en kontrolelektrode. Desuden har tyristor som en diode en særegenhed - uden injektion af mindretals arbejdsladningsbærere gennem kontrolelektroden vil den ikke gå i en ledende tilstand, det vil sige, den vil ikke åbne.

En forenklet tyristormodel tillader os at forstå, at styreelektroden her ligner basen på en bipolær transistor, men der er en begrænsning af, at det er muligt at låse opp tyristoren ved hjælp af denne base, men den kan ikke låses.

En tyristor, ligesom en kraftig felteffekttransistor, kan selvfølgelig skifte betydelige strømme. Og i modsætning til felteffekttransistorer, kan tyristorkoblede effekter måles i megawatt ved høje driftsspændinger. Men tyristorer har en alvorlig ulempe - en betydelig slukketid.

For at låse tyristoren er det nødvendigt at afbryde eller markant reducere dens jævnstrøm i tilstrækkelig lang tid, hvorunder ikke-quilibrium hovedbearbejdningsladningsbærere, elektronhullepar, har tid til at rekombinere eller løse. Indtil strømmen afbrydes, vil tyristoren forblive i en ledende tilstand, det vil sige den vil fortsætte med at opføre sig som diode.

AC sinusformet strømskiftekredsløb giver tyristorer en passende driftsform - en sinusformet spænding forspænder overgangen i den modsatte retning, og tyristoren låses automatisk. Men for at opretholde driften af ​​enheden er det nødvendigt at påføre en oplåsende kontrolpuls til styreelektroden i hver halvcyklus.

I kredsløb med jævnstrøm tager de hen til ekstra hjælpekredsløb, hvis funktion er at tvinge tyristors anodestrøm til kraft og returnere den til den låste tilstand. Og da ladningsbærere rekombineres, når de er låst, er tyristorkoblingshastigheden meget lavere end for en kraftig felteffekttransistor.

Hvis vi sammenligner tiden for fuldstændig lukning af thyristoren med tiden for fuldstændig lukning af felteffekttransistoren, når forskellen tusinder af gange: felteffekttransistoren har brug for flere nanosekunder (10-100 ns) for at lukke, og tyristoren kræver flere mikrosekunder (10-100 μs). Mærk forskellen.

Naturligvis er der anvendelsesområder for tyristorer, hvor felteffekt-transistorer ikke tåler konkurrence med dem. For tyristorer er der praktisk taget ingen begrænsninger for den maksimalt tilladte koblingseffekt - det er deres fordel.

Thyristorer kontrollerer megawatt kraft i store kraftværker, i industrielle svejsemaskiner skifter de strømme på hundreder af ampere, og de kontrollerer også traditionelt megawatt induktionsovne i stålværker. Her er felteffekttransistorer ikke anvendelige på nogen måde. I pulserede konvertere af mellemstyrke vinder felteffekttransistorer.

En lang nedlukning af tyristoren, som nævnt ovenfor, forklares med det faktum, at når det er tændt, er det nødvendigt at fjerne kollektorspændingen, og som en bipolær transistor tager tyristoren en tidsbestemt tid til at rekombinere eller fjerne minoritetsbærere.

De problemer, der forårsager tyristorer i forbindelse med denne særegenhed, er primært forbundet med manglende evne til at skifte med høje hastigheder, som felteffekttransistorer kan gøre.Og selv før kollektorspændingen påføres tyristoren, skal tyristoren lukkes, ellers er skifteeffekttab uundgåeligt, halvlederen overophedes.

Med andre ord, den begrænsende dU / dt begrænser ydelsen. Et plot af strømafledning som funktion af strøm og til tiden illustrerer dette problem. Den høje temperatur inde i thyristor-krystallen kan ikke kun forårsage en falsk alarm, men også forstyrre omskiftningen.

I resonante invertere på tyristorer løses låsproblemet af sig selv, hvor bølgen af ​​omvendt polaritet fører til at låse tyristoren, forudsat at eksponeringen er ret lang.

Dette afslører den største fordel ved felt-effekt-transistorer i forhold til tyristorer. Felteffekttransistorer er i stand til at arbejde ved frekvenser på hundreder af kilohertz, og kontrol i dag er ikke et problem.

Thyristorer vil arbejde pålideligt ved frekvenser op til 40 kilohertz, nærmere 20 kilohertz. Dette betyder, at hvis tyristorer blev brugt i moderne omformere, ville enheder med en tilstrækkelig høj effekt, f.eks. 5 kilowatt, være meget besværlige.

I denne forstand gør felteffekttransistorer invertere mere kompakte på grund af den mindre størrelse og vægt på kernerne i krafttransformatorer og choker.

Jo højere frekvens, desto mindre størrelse kræves transformatorer og choker for at konvertere den samme effekt, det er kendt for alle, der er bekendt med kredsløbet til moderne pulsomformere.

I nogle applikationer er tyristorer naturligvis meget nyttige, for eksempel dæmper for at justere lysstyrkenarbejder med en netværksfrekvens på 50 Hz, er det under alle omstændigheder mere rentabelt at fremstille på tyristorer, de er billigere end hvis der blev anvendt felteffekt-transistorer der.

Og ind svejseomformereFor eksempel er det mere rentabelt at bruge felteffekttransistorer, netop på grund af let skiftekontrol og den høje hastighed af denne switching. Forresten, når der skiftes fra en tyristor til et transistorkredsløb, på trods af sidstnævnte høje omkostninger, er unødvendige dyre komponenter udelukket fra enhederne.