Thyristor – Wikipedia tiếng Việt

Thyristor
Chỉnh lưu silic có điều khiển và tinh chỉnh
Loại	Chủ động
Phát minh	Gordon Hall & Frank W. Gutzwiller
Sản xuất lần đầu tiên	General Electric, 1957
Chân	anode, gate và cathode
Ký hiệu điện

Biểu diễn lớp của thyristor .

Thyristor hay Chỉnh lưu silic có điều khiển là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn, ví dụ như P-N-P-N, tạo ra ba lớp tiếp giáp P-N: J1,J2,J3.

Thyristor có ba cực hoạt động là anode (A), cathode (K) và cực điều khiển (G) như được biểu diễn trong hình vẽ. Nó được dùng cho chỉnh lưu dòng điện có điều khiển [1].

General Electric gọi Thyristor là Silicon-controlled rectifier (SCR).

Lịch sử nghiên cứu và điều tra[sửa|sửa mã nguồn]

Năm 1950, thyristor được đề xuất kiến nghị bởi William Shockley và bảo vệ bởi Moll cùng một số ít người khác ở phòng thí nghiệm Bell ( Hoa Kỳ ), được tăng trưởng lần đầu bởi những kỹ sư nguồn năng lượng của General Electric ( G.E ) mà đứng đầu là Gordon Hall và kinh doanh thương mại hóa bởi Frank W. ” Bill ” Gutzwiller của General Electric năm 1957 .

Đặc tính Volt-Ampere của thyristor[sửa|sửa mã nguồn]

Đặc tính Volt-Ampere của một thyristor gồm hai phần. Phần thứ nhất nằm trong góc phần tư thứ I của đồ thị Descartes, ứng với trường hợp điện áp Uak > 0, phần thứ hai nằm trong góc phần tư thứ III, gọi là đặc tính ngược, tương ứng với trường hợp Uak < 0 .

Không có dòng điện vào cực tinh chỉnh và điều khiển ( iG = 0 )[sửa|sửa mã nguồn]

Khi dòng điện vào cực tinh chỉnh và điều khiển của thyristor bằng 0, hay khi hở mạch cực tinh chỉnh và điều khiển, thyristor sẽ cản trở dòng điện ứng với cả hai trường hợp phân cực điện áp giữa anode và cathode. Khi điện áp Uak < 0 theo cấu trúc bán dẫn của thyristor hai tiếp giáp J1, J3 đều phân cực ngược, lớp tiếp giáp J2 phân cực thuận, như vậy thyristor sẽ giống như hai diode mắc tiếp nối đuôi nhau bị phân cực ngược. Qua thyristor sẽ chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua, gọi là dòng rò. Khi Uak tăng đạt đến một giá trị điện áp lớn nhất sẽ xảy ra hiện tượng kỳ lạ thyristor bị đánh thủng, dòng điện hoàn toàn có thể tăng lên rất lớn. Giống như ở đoạn đặc tính ngược của diode quy trình đánh thủng là không hề đảo ngược được, nghĩa là thyristor đã bị hỏng .Khi tăng điện áp anode - cathode theo chiều thuận, Uak > 0, lúc đầu cũng chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua, gọi là dòng rò. Điện trở tương tự mạch anode – cathode vẫn có giá trị rất lớn. Khi đó tiếp giáp J1, J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược. Cho đến khi Uak tăng đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất sẽ xảy ra hiện tượng kỳ lạ điện trở tương tự mạch anode – cathode bất thần giảm, dòng điện hoàn toàn có thể chạy qua thyristor và giá trị sẽ chỉ bị số lượng giới hạn bởi điện trở tải ở mạch ngoài. Nếu khi đó dòng qua thyristor có giá trị lớn hơn một mực dòng tối thiểu, gọi là dòng duy trì, Idt, thì khi đó thyristor sẽ dẫn dòng trên đường đặc tính thuận, giống như đường đặc tính thuận của diode .

Có dòng điện vào cực điều khiển và tinh chỉnh ( iG > 0 )[sửa|sửa mã nguồn]

Nếu có dòng tinh chỉnh và điều khiển đưa vào giữa cực tinh chỉnh và điều khiển và cathode thì quy trình chuyển điểm thao tác trên đường đặc tính thuận sẽ xảy ra sớm hơn, trước khi điện áp thuận đạt giá trị lớn nhất. Nói chung nếu dòng tinh chỉnh và điều khiển lớn hơn thì điểm chuyển đặc tính thao tác sẽ xảy ra với Uak nhỏ hơn .

Khi được phân cực thuận, Uak>0, thyristor có thể mở bằng hai cách. Thứ nhất, có thể tăng điện áp anode-cathode cho đến khi đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất, Uth,max.Điện trở tương đương trong mạch anode-cathode sẽ giảm đột ngột và dòng qua thyristor sẽ hoàn toàn do mạch ngoài xác định. Phương pháp này trong thực tế không được áp dụng do nguyên nhân mở không mong muốn và không phải lúc nào cũng tăng được điện áp đến giá trị Uth,max. Hơn nữa như vậy xảy ra trường hợp thyristor tự mở ra dưới tác dụng của các xung điện áp tại một thời điểm ngẫu nhiên, không định trước.

Phương pháp thứ hai, được áp dụng trong thực tế, là đưa một xung dòng điện có giá trị nhất định vào các cực điều khiển và cathode. Xung dòng điện điều khiển sẽ chuyển trạng thái của thyristor từ trở kháng cao sang trở kháng thấp ở mức điện áp anode-cathode nhỏ. Khi đó nếu dòng qua anode-cathode lớn hơn một giá trị nhất định gọi là dòng duy trì (Idt) thyristor sẽ tiếp tục ở trong trạng thái mở dẫn dòng mà không cần đến sự tồn tại của xung dòng điều khiển. Điều này nghĩa là có thể điều khiển mở các thyristor bằng các xung dòng có độ rộng xung nhất định, do đó công suất của mạch điều khiển có thể là rất nhỏ, so với công suất của mạch lực mà thyristor là một phần tử đóng cắt, khống chế dòng điện.

Các thông số kỹ thuật cơ bản[sửa|sửa mã nguồn]

Giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua thyristor Iv,tb

[sửa|sửa mã nguồn]

Đây là giá trị dòng trung bình được cho phép chạy qua thyristor với điều kiện kèm theo nhiệt độ của cấu trúc tinh thể bán dẫn của thyristor không vượt quá một giá trị nhiệt độ được cho phép. Trong thực tiễn, dòng điện được cho phép chạy qua thyristor còn phụ thuộc vào vào điều kiện kèm theo làm mát và môi trường tự nhiên. Có thể làm mát tự nhiên nhưng hiệu suất không cao, vì vậy với nhu yếu cao hơn người ta làm mát cưỡng bức thyristor bằng quạt gió hoặc bằng nước, tuy nhiên điều này hoàn toàn có thể khiến kích cỡ thiết bị tăng đáng kể, dùng cho những thiết bị có hiệu suất lớn. Nói chung hoàn toàn có thể lựa chọn dòng điện theo những điều kiện kèm theo làm mát như sau

• Làm mát tự nhiên: dòng sử dụng cho phép tới một phần ba dòng cho phép Iv,tb.
• Làm mát cưỡng bức bằng quạt gió: dòng sử dụng cho phép bằng hai phần ba dòng cho phép Iv,tb.
• Làm mát cưỡng bức bằng nước: có thể sử dụng đến 100% dòng Iv,tb.

Điện áp ngược cho phép lớn nhất Ung,max

[sửa|sửa mã nguồn]

Đây là giá trị điện áp ngược lớn nhất cho phép đặt lên thyristor. Trong các ứng dụng phải đảm bảo rằng tại bất kỳ thời điểm nào điện áp giữa anode và cathode Uak luôn nhỏ hơn hoặc bằng Ung,max. Ngoài ra phải đảm bảo một độ dự trữ nhất định về điện áp, nghĩa là Ung,max phải được chọn ít nhất là bằng 1,2 – 1,5 lần giá trị biên độ lớn nhất của điện áp trên sơ đồ.

Thời gian phục hồi tính chất khóa của thyristor τ(μs)

[sửa|sửa mã nguồn]

Đây là thời hạn tối thiểu phải đặt điện áp âm lên giữa anode và cathode của thyristor sau khi dòng anode – cathode đã về bằng không trước khi lại hoàn toàn có thể có điện áp Uak dương mà thyristor vẫn khóa. τ là một thông số kỹ thuật quan trọng của thyristor. Thông thường phải bảo vệ thời hạn dành cho quy trình khóa phải bằng 1,5 – 2 lần τ .

Tốc độ tăng điện áp được cho phép dU / dt ( V / μs )[sửa|sửa mã nguồn]

Thiristor là một thành phần bán dẫn có điều khiển và tinh chỉnh, có nghĩa là dù được phân cực thuận ( Uak > 0 ) nhưng vẫn phải có tín hiệu điều khiển và tinh chỉnh thì nó mới được cho phép dòng chạy qua. Khi thyristor phân cực thuận, hầu hết điện áp rơi trên lớp tiếp giáp J2 như hình vẽ .Lớp tiếp giáp J2 bị phân cực ngược nên độ dày của nó mở ra, tạo ra vùng khoảng trống nghèo điện tích, cản trở dòng điện chạy qua. Vùng khoảng trống này hoàn toàn có thể coi như một tụ diện có điện dung Cj2. Khi có điện áp biến thiên với vận tốc lớn, dòng điện của tụ hoàn toàn có thể có giá trị đáng kể, đóng vai trò như dòng tinh chỉnh và điều khiển. Kết quả là thyristor hoàn toàn có thể mở ra khi chưa có tín hiệu điều khiển và tinh chỉnh vào cực điều khiển và tinh chỉnh G .Tốc độ tăng điện áp là một thông số kỹ thuật phân biệt thyristor tần số thấp với thyristor tần số cao. Ở thyristor tần số thấp, dU / dt vào lúc 50 đến 200 V / μs còn với những thyristor tần số cao dU / dt hoàn toàn có thể lên tới 500 đến 2000 V / μs .( tìm hiểu thêm … )

Tốc độ tăng dòng cho phép dI/dt (A/μs)

[sửa|sửa mã nguồn]

Khi thyristor mở màn mở không phải mọi điểm trên tiết diện tinh thể bán dẫn của nó đều dẫn dòng đồng đều. Dòng điện sẽ chạy qua khởi đầu ở một vài điểm, gần với cực điều khiển và tinh chỉnh nhất, sau đó sẽ lan tỏa dần sang những điểm khác trên hàng loạt tiết diện. Nếu vận tốc tăng dòng điện quá lớn hoàn toàn có thể dẫn tới tỷ lệ dòng điện ở những điểm dẫn bắt đầu quá lớn, sự phát nhiệt cục bộ quá nhanh dẫn đến hỏng cục bộ, từ đó dẫn đến hỏng hàng loạt tiết diện tinh thể bán dẫn .Tốc độ tăng dòng được cho phép ở những thyristor tần số thấp vào lúc 50 ÷ 100A / μs, với những thyristor tần số cao dI / dt vào tầm 500 ÷ 2000A / μs. Trong những bộ đổi khác phải luôn có những giải pháp bảo vệ vận tốc tăng dòng dưới giá trị được cho phép. Điều này đạt được nhờ mắc tiếp nối đuôi nhau những thành phần bán dẫn với những điện kháng nhỏ, lõi không khí hoặc đơn thuần hơn là những xuyến ferit lồng lên nhau. Các xuyến ferit rất phổ cập vì cấu trúc đơn thuần, dễ đổi khác điện cảm bằng cách đổi khác số xuyến lồng lên thanh dẫn. Xuyến ferit còn có đặc thù của cuộn cảm bão hòa, khi dòng qua thanh dẫn còn nhỏ điện kháng sẽ lớn để hạn chế vận tốc tăng dòng. Khi dòng đã lớn ferit bị bão hòa từ, điện cảm giảm gần như bằng không. Vì vậy cuộn kháng kiểu này không gây sụt áp trong chính sách dòng định mức chạy qua dây dẫn .
Thyristor hầu hết được sử dụng ở những ứng dụng nhu yếu điện áp và dòng điện lớn, và thường được sử dụng để điều khiển và tinh chỉnh dòng xoay chiều AC ( Alternating current ), vì sự biến hóa cực tính của dòng điện khiến thiết bị hoàn toàn có thể đóng một cách tự động hóa ( được biết như thể quy trình Zero Cross-quá trình đóng cắt đầu ra tại lân cận điểm 0 của điện áp hình sin ) .

General Electric gọi “Thyristor” là Silicon-controlled rectifier (SCR) và trở thành tên phổ biến trong văn liệu Mỹ, và en-wiki tạo ra hai trang riêng nhau cho linh kiện này.

1. ^ Christiansen, Donald ; Alexander, Charles K. ( 2005 ) ; Standard Handbook of Electrical Engineering ( 5 th edition. ). McGraw-Hill, ISBN 0-07-138421 – 9

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

Phương tiện liên quan tới Thyristors tại Wikimedia Commons

Source: https://vh2.com.vn
Category : Điện Tử