Зашто модерни претварачи користе транзисторе, а не тиристоре

Тиристори припадају полуводичким уређајима п-н-п-н структуре, и у ствари припадају посебној класи биполарни транзисторичетворослојни, три (или више) прелазних уређаја са наизменичном проводљивошћу.

Тиристорски уређај омогућава му да ради као диода, односно да пропушта струју само у једном правцу.

Као и транзистор са ефектом поља, тиристор постоји контролна електрода. Штавише, као диода, тиристор има посебност - без убризгавања мањинских радних носача набоја кроз контролну електроду неће прећи у проводно стање, односно неће се отворити.

Поједностављени модел тиристора омогућава нам да схватимо да је овде управљачка електрода слична бази биполарног транзистора, међутим, постоји ограничење да је могуће откључати тиристор помоћу ове базе, али не може се закључати.

Тиристор, попут моћног транзистора са ефектом поља, може наравно да пребаци значајне струје. За разлику од транзистора са ефектом поља, снаге тиристорских тастера могу се мерити у мегаватима при високим радним напонима. Али тиристори имају један озбиљан недостатак - значајно време искључивања.

Да би се тиристор закључао, потребно је прекинути или значајно смањити његову једносмерну струју током дужег времена, током којег би неравновесни главни носачи радног набоја, парови електрона-рупа, имали времена да се поново комбинују или разреше. Док се струја не прекине, тиристор ће остати у проводном стању, то јест, наставит ће се понашати диода.

Прекидачки кругови за промену синусоидне струје пружају тиристорима одговарајући режим рада - синусоидни напон смета прелазу у супротном смеру, а тиристор се аутоматски закључава. Али да би се одржао рад уређаја, потребно је применити контролни импулс за откључавање на контролну електроду у сваком полу-циклусу.

У круговима са једносмерним напоном прибегавају се додатним помоћним круговима, чија је функција да присилно смањују анодну струју тиристора и врате је у закључано стање. А пошто носачи набоја рекомбинују када су закључани, брзина пребацивања тиристора много је мања од брзине моћног транзистора са ефектом поља.

Ако упоредимо време потпуног затварања тиристора са временом потпуног затварања транзистора са ефектом поља, разлика досеже хиљаде пута: за транзистор са ефектом поља потребно је неколико наносекунди (10-100 нс) да би се затворио, а тиристору потребно неколико микросекунди (10-100 μс). Осети разлику.

Наравно, постоје подручја примене тиристора у којима транзистори са ефектом на терену не подносе конкуренцију са њима. За тиристоре практично не постоје ограничења максималне дозвољене преклопљене снаге - то је њихова предност.

Тиристори управљају мегаватима снаге у великим електранама, у индустријским машинама за заваривање пребацују струје од стотина ампера, а традиционално такође управљају мегаватним индукцијским пећима у челичанима. Овде транзистори са ефектом поља нису ни на који начин применљиви. У импулсним претварачима средње снаге, транзистори са ефектом на терену побеђују.

Дуго искључивање тиристора, као што је већ споменуто, објашњава се чињеницом да када је укључен, он захтева уклањање напона на колектору, и попут биполарног транзистора, тиристору је потребно ограничено време да комбинује или уклони мањинске носаче.

Проблеми који узрокују тиристоре у вези с овом особином везани су пре свега за немогућност пребацивања при великим брзинама, као што то могу учинити и транзистори са ефектом поља.И пре него што се напон на колектору примени на тиристор, тиристор се мора затворити, у супротном су губици снаге пребацивања неизбежни, полупроводник ће се прегревати.

Другим речима, ограничавање дУ / дт ограничава перформансе. Графикон расипања енергије као функција струје и времена, илуструје овај проблем. Висока температура унутар тиристорског кристала не само да може изазвати лажни аларм, већ и ометати пребацивање.

У резонантним претварачима на тиристорима проблем закључавања се решава сам, при чему пораст реверзне поларности доводи до закључавања тиристора, под условом да је изложеност прилично дугачка.

Ово открива главну предност транзистора са ефектом поља над тиристорима. Теренски транзистори могу да раде на фреквенцијама од стотине килохерца, а контрола данас није проблем.

Тиристори ће поуздано радити на фреквенцијама до 40 килохерца, ближим 20 килохерцима. То значи да ако би се тиристори користили у модерним претварачима, тада би уређаји довољно велике снаге, рецимо, 5 киловата, били веома незгодни.

У том смислу, транзистори са ефектом на терену чине претвараче компактнијима због мање величине и тежине језгара енергетских трансформатора и пригушница.

Што је већа фреквенција, што је мањој величини потребан трансформатор и пригушница за претварање исте снаге, то је познато свима који су упознати са струјом модерних импулских претварача.

Наравно, у неким апликацијама, тиристори су на пример врло корисни пригушивачи за подешавање јачине светлостирадећи на мрежној фреквенцији од 50 Хз, у сваком случају је профитабилнија производња на тиристорима, они су јефтинији него ако су тамо коришћени транзистори са ефектом поља.

И унутра инвертери за заваривањена пример, исплативије је користити транзисторе са ефектом поља, управо због лакоће пребацивања управљања и велике брзине овог пребацивања. Узгред, приликом преласка са тиристора у транзисторски круг, и поред великих трошкова потоњег, непотребне скупе компоненте су искључене из уређаја.