Что такое тиристор и как он работает?

В общем, тиристоры также являются переключающими устройствами, аналогичными транзисторам. Как мы уже обсуждали, транзисторы - это крошечный электронный компонент, который изменил мир, сегодня мы можем найти их в каждом электронном устройстве, таком как телевизоры, мобильные телефоны, ноутбуки, калькуляторы, наушники и т. Д. Они адаптируемы и универсальны, но это не значит, что их можно использовать в любом приложении, мы можем использовать их в качестве усилительного и переключающего устройства, но они не могут выдерживать более высокие токи, а также транзистору требуется постоянный ток переключения. Итак, для решения всех этих проблем и решения этих проблем мы используем тиристоры.

Как правило, SCR и тиристор используются взаимозаменяемо, но SCR является разновидностью тиристора. Тиристор включает в себя множество типов переключателей, некоторые из них - SCR (кремниевый выпрямитель), GTO (выключение затвора) и IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) и т. Д. Но SCR является наиболее широко используемым устройством, поэтому слово Thyristor стало синоним SCR. Проще говоря, SCR - это разновидность тиристора .

SCR или тиристор - это четырехслойное полупроводниковое переключающее устройство с тремя переходами. Он имеет три вывода: анод, катод и затвор. Тиристор также является однонаправленным устройством, как диод, что означает, что он пропускает ток только в одном направлении. Он состоит из трех последовательно соединенных PN-переходов, как и из четырех слоев. Клемма затвора, используемая для запуска SCR путем подачи небольшого напряжения на эту клемму, которую мы также назвали методом запуска затвора для включения SCR.

Чем тиристор отличается от полевого МОП-транзистора?

Тиристор и полевой МОП-транзистор являются электрическими переключателями и используются чаще всего. Основное различие между ними заключается в том, что переключатели MOSFET являются устройством, управляемым напряжением, и могут переключать только постоянный ток, в то время как тиристорные переключатели являются устройством с управлением по току и могут переключать как постоянный, так и переменный ток.

Еще несколько различий между тиристором и MOSFET приведены ниже в таблице:

Свойство	Тиристор	МОП-транзистор
Термальный бег	да	Нет
Температурная чувствительность	Меньше	высоко
Тип	Устройство высокого напряжения высокого тока	Устройство высокого напряжения среднего тока
Выключение	Требуется отдельная схема переключения	Не требуется
Включение	Требуется одиночный импульс	Постоянное питание не требуется, за исключением времени включения и выключения.
Скорость переключения	низкий	высоко
Резистивный входной импеданс	низкий	высоко
Контролирующий	Текущее управляемое устройство	Устройство, управляемое напряжением

Чем тиристор отличается от транзистора?

И тиристор, и транзистор являются электрическими переключателями, но пропускная способность тиристоров намного лучше, чем у транзисторов. Из-за высокого номинала тиристора, выраженного в киловаттах, а мощность транзистора - в ваттах. При анализе тиристор рассматривается как замкнутая пара транзисторов. Основное различие между транзистором и тиристором заключается в том, что транзистору требуется непрерывное переключение питания, чтобы оставаться включенным, но в случае тиристора нам нужно запустить его только один раз, и он остается включенным. Для таких приложений, как цепь аварийной сигнализации, которая должна срабатывать один раз и оставаться включенной навсегда, нельзя использовать транзистор. Итак, чтобы преодолеть эти проблемы, мы используем тиристоры.

Еще несколько различий между тиристором и транзистором приведены ниже в таблице:

Свойство	Тиристор	Транзистор
Слой	Четыре слоя	Три слоя
Терминалы	Анод, катод и затвор	Эмиттер, коллектор и база
Работа от напряжения и тока	Высшее	Ниже тиристора
Включение	Просто нужен стробирующий импульс для включения	Требуется постоянная подача управляющего тока
Внутренняя потеря мощности	Ниже транзистора	выше

VI Характеристики тиристора или SCR

Базовая схема получения характеристик тиристора VI представлена ​​ниже, анод и катод тиристора подключены к основному источнику питания через нагрузку. Затвор и катод тиристора питаются от источника Es, который используется для обеспечения тока затвора от затвора к катоду.

Согласно характеристической диаграмме, существует три основных режима SCR: режим обратной блокировки, режим прямой блокировки и режим прямой проводимости.

Обратный режим блокировки:

В этом режиме катод становится положительным по отношению к аноду при разомкнутом переключателе S. Переходы J1 и J3 имеют обратное смещение, а J2 - прямое. Когда на тиристоре подается обратное напряжение (должно быть меньше V _BR), устройство обеспечивает высокий импеданс в обратном направлении. Поэтому тиристор трактуется как разомкнутый переключатель в режиме реверсивной блокировки. V _BR - это обратное напряжение пробоя, при котором происходит лавина, если напряжение превышает V _{BR, это} может привести к повреждению тиристора.

Режим прямой блокировки:

Когда анод положительный по отношению к катоду, переключатель затвора открыт. Говорят, что тиристор смещен в прямом направлении, переходы J1 и J3 смещены в прямом направлении, а J2 - с обратным смещением, как вы можете видеть на рисунке. В этом режиме протекает небольшой ток, называемый током прямой утечки, поскольку прямой ток утечки мал и недостаточен для срабатывания тринистора. Следовательно, SCR рассматривается как открытый переключатель даже в режиме прямой блокировки.

Режим прямой проводимости:

Когда прямое напряжение увеличивается, а цепь затвора остается разомкнутой, на переходе J2 возникает лавина, и тиристор переходит в режим проводимости. Мы можем включить тиристор в любой момент, подав положительный импульс затвора между затвором и катодом или прямым размыкающим напряжением между анодом и катодом тиристора.

Способы срабатывания SCR или тиристора

Есть много методов запуска SCR, например:

• Запуск по прямому напряжению
• Запуск ворот
• запуск dv / dt
• Температурный запуск
• Легкое срабатывание

Запуск по прямому напряжению:

При приложении прямого напряжения между анодом и катодом при разомкнутой цепи затвора переход J2 смещается в обратном направлении. В результате происходит формирование обедненного слоя по J2. Когда прямое напряжение увеличивается, наступает стадия, когда истощающий слой исчезает, и говорят, что J2 имеет лавинный пробой. Следовательно, тиристор переходит в состояние проводимости. Напряжение, при котором возникает лавина, называется напряжением прямого пробоя V _BO.

Запуск ворот:

Это один из наиболее распространенных, надежных и эффективных способов включения тиристора или тиристора. При запуске затвора для включения SCR между затвором и катодом прикладывается положительное напряжение, которое вызывает ток затвора, и заряд вводится во внутренний слой P, и происходит прямое переключение. Чем выше ток затвора, тем ниже напряжение переключения.

Как показано на рисунке, в SCR есть три перехода,. При использовании метода запуска затвора при подаче импульса затвора переход J2 разрывается, переход J1 и J2 смещается в прямом направлении или SCR переходит в состояние проводимости. Следовательно, он позволяет току течь через анод к катоду.

Согласно модели с двумя транзисторами, когда анод положительный по отношению к катоду. Ток не будет течь через анод к катоду, пока не сработает штифт затвора. Когда ток течет на вывод затвора, он включает нижний транзистор. Когда нижний транзистор проводит, он включает верхний транзистор. Это своего рода внутренняя положительная обратная связь, поэтому, подавая импульс на затворе один раз, тиристор остается во включенном состоянии. Когда оба транзистора включаются, ток начинает проходить через анод к катоду. Это состояние известно как прямая проводимость, и именно так транзистор «фиксируется» или остается постоянно включенным. Для выключения SCR вы не можете отключить его, просто сняв ток затвора, в этом состоянии тиристоры становятся независимыми от тока затвора. Итак, для выключения необходимо произвести выключение цепи.

dv / dt Запуск:

В обратном смещенном переходе J2 приобретает характеристику конденсатора из-за наличия заряда на переходе, что означает, что переход J2 ведет себя как емкость. Если прямое напряжение приложено внезапно, зарядный ток через емкость перехода Cj приведет к включению тринистора.

Зарядный ток i _C определяется выражением;

i _C = dQ / dt = d (Cj * Va) / dt (где Va - прямое напряжение, появляющееся на переходе J2) i _C = (Cj * dVa / dt) + (Va * dCj / dt), поскольку емкость перехода почти постоянная, dCj / dt равно нулю, тогда i _C = Cj dVa / dt

Следовательно, если скорость нарастания прямого напряжения dVa / dt высока, зарядный ток i _C будет больше. Здесь зарядный ток играет роль тока затвора, чтобы включить SCR, даже если сигнал затвора равен нулю.

Температурный запуск:

Когда тиристор находится в режиме прямой блокировки, большая часть приложенного напряжения собирается через переход J2, это напряжение связано с некоторым током утечки. Что увеличивает температуру спая J2. Таким образом, с повышением температуры слой обеднения уменьшается, а при некоторой высокой температуре (в пределах безопасного предела) слой истощения разрушается, и SCR переходит в состояние ON.

Легкое срабатывание:

Для срабатывания тринистора светом во внутреннем p-слое делается углубление (или полость), как показано на рисунке ниже. Луч света определенной длины волны направляется оптическими волокнами для облучения. Когда интенсивность света превышает определенное значение, SCR включается. Этот тип SCR называется Light Activated SCR (LASCR). Иногда эти SCR запускаются с использованием комбинации как источника света, так и стробирующего сигнала. Для включения тиристора требуется высокий ток затвора и более низкая интенсивность света.

LASCR или световой триггер SCR используются в системе передачи HVDC (постоянный ток высокого напряжения).