Varför moderna inverterare använder transistorer, inte tyristorer

Tyristorer tillhör halvledaranordningar med p-n-p-n-strukturen och tillhör faktiskt en speciell klass bipolära transistorer, fyrskikts, tre (eller fler) övergångsanordningar med växlande konduktivitet.

Tyristorapparaten tillåter den att fungera som en diod, det vill säga att passera ström i en enda riktning.

Och också som en fälteffekttransistor, tyristor det finns en kontrollelektrod. Dessutom, som en diode, har tyristorn en egenhet - utan injektion av minoritetsarbetsladdningsbärare genom kontrollelektroden kommer den inte att gå i ett ledande tillstånd, det vill säga, den kommer inte att öppnas.

En förenklad tyristormodell tillåter oss att förstå att styrelektroden här liknar basen på en bipolär transistor, men det finns en begränsning att det är möjligt att låsa upp tyristorn med denna bas, men den kan inte låsas.

En tyristor, som en kraftfull fälteffekttransistor, kan naturligtvis byta betydande strömmar. Och till skillnad från fälteffekttransistorer, kan tyristoromkopplade effekter mätas i megawatt vid höga driftspänningar. Men tyristorer har en allvarlig nackdel - en betydande avstängningstid.

För att låsa tyristorn är det nödvändigt att avbryta eller avsevärt minska dess likström under en tillräckligt lång tid, under vilken icke-quilibrium huvudarbetsladdningsbärare, elektronhål-par, skulle ha tid att rekombinera eller lösa. Tills strömmen avbryts kommer tyristorn att förbli i ett ledande tillstånd, det vill säga den kommer att fortsätta att bete sig som diod.

AC-sinusformade strömbrytarkretsar ger tyristorer ett lämpligt driftsläge - en sinusformad spänning förspänner övergången i motsatt riktning, och tyristorn låses automatiskt. Men för att upprätthålla anordningens drift är det nödvändigt att applicera en upplåsande styrpuls på styrelektroden i varje halvcykel.

I kretsar med likström utnyttjar de ytterligare hjälpkretsar, vars funktion är att med kraft minska tyristorns anodström och återföra den till det låsta tillståndet. Och eftersom laddningsbärare rekombineras när de är låsta är tyristorns växlingshastighet mycket lägre än för en kraftfull fälteffekttransistor.

Om vi ​​jämför tiden för fullständig stängning av tyristorn med tiden för fullständig stängning av fälteffekttransistorn når skillnaden tusentals gånger: fält-effekttransistorn behöver flera nanosekunder (10-100 ns) för att stängas, och tyristorn kräver flera mikrosekunder (10-100 μs). Känn skillnaden.

Naturligtvis finns det tillämpningsområden för tyristorer där fälteffekttransistorer inte tål konkurrens med dem. För tyristorer finns det praktiskt taget inga begränsningar för den maximala tillåtna kopplade effekten - det är deras fördel.

Tyristorer styr megawatt kraft i stora kraftverk, i industriella svetsmaskiner växlar de strömmar av hundratals ampere, och de kontrollerar också traditionellt megawatt induktionsugnar i stålverk. Här är fälteffekttransistorer inte tillämpliga på något sätt. I pulserade omvandlare av medeleffekt vinner fälteffekttransistorer.

En lång avstängning av tyristorn, som nämnts ovan, förklaras av det faktum att när den är påslagen kräver det att avlägsna kollektorspänningen, och som en bipolär transistor tar tyristorn en tid för att rekombinera eller ta bort minoritetsbärare.

Problemen som orsakar tyristorer i samband med denna egenhet är främst relaterade till oförmågan att växla vid höga hastigheter, som fälteffekttransistorer kan göra.Och även innan kollektorspänningen appliceras på tyristorn måste tyristorn vara stängd, annars är omkopplareffektförluster oundvikliga, halvledaren överhettas.

Med andra ord begränsar den begränsande dU / dt prestandan. Ett diagram över kraftförlust som en funktion av aktuell och i tid illustrerar detta problem. Den höga temperaturen inuti tyristorkristallen kan inte bara orsaka ett falskt larm utan också störa kopplingen.

I resonanta inverterare på tyristorer löses låsningsproblemet av sig själv, där överspänningen av omvänd polaritet leder till låsning av tyristorn, förutsatt att exponeringen är ganska lång.

Detta avslöjar den största fördelen med fälteffekttransistorer jämfört med tyristorer. Fälteffekttransistorer kan arbeta vid frekvenser av hundratals kilohertz, och styrning idag är inte ett problem.

Tyristorer kommer att arbeta pålitligt vid frekvenser upp till 40 kilohertz, närmare 20 kilohertz. Detta innebär att om tyristorer användes i moderna växelriktare, så skulle enheter med tillräckligt hög effekt, säga 5 kilowatt, vara mycket besvärliga.

I detta avseende gör fälteffekttransistorer inverterare mer kompakta på grund av den mindre storleken och vikten på kärnorna i krafttransformatorer och choker.

Ju högre frekvens, desto mindre storlek krävs transformatorer och kvävningar för att konvertera samma effekt, det är känt för alla som är bekanta med kretsarna för moderna pulsomvandlare.

I vissa applikationer är naturligtvis tyristorer mycket användbara, till exempel dimmer för att justera ljusets ljusstyrkaarbetar med en nätverksfrekvens på 50 Hz, i alla fall är det mer lönsamt att tillverka på tyristorer, de är billigare än om fälteffekttransistorer användes där.

Och i svetsomvandlareTill exempel är det mer lönsamt att använda fälteffekttransistorer, just på grund av enkel kopplingskontroll och den höga hastigheten för denna växling. Förresten, vid övergång från en tyristor till en transistorkrets, trots de höga kostnaderna för den senare, är onödiga dyra komponenter uteslutna från anordningarna.