Modern inverterler neden tristörler değil transistörler kullanır

Tristörler, p-n-p-n yapısının yarı iletken cihazlarına aittir ve aslında özel bir sınıfa aittir. bipolar transistörler, alternatif iletkenliğe sahip dört katmanlı, üç (veya daha fazla) geçiş cihazı.

Tristör cihazı bir diyot gibi çalışmasına, yani akımı sadece bir yönde geçirmesine izin verir.

Ayrıca bir alan etkili transistör gibi, tristör bir kontrol elektrodu var. Dahası, bir diyot olarak tristörün kendine özgü bir özelliği vardır - azınlık çalışma yükü taşıyıcılarının kontrol elektrodu yoluyla enjeksiyonu olmadan iletken bir duruma geçmeyecek, yani açılmayacaktır.

Basitleştirilmiş bir tristör modeli, buradaki kontrol elektrodunun bipolar transistörün tabanına benzer olduğunu anlamamıza izin verir, ancak bu tabanı kullanarak tristörün kilidini açmanın bir sınırlaması vardır, ancak kilitlenemez.

Bir tristör, güçlü bir alan etkili transistör gibi, elbette önemli akımları değiştirebilir. Ve alan etkili transistörlerin aksine, tristör anahtarlamalı güçler yüksek çalışma voltajlarında megawatt cinsinden ölçülebilir. Ancak tristörlerin ciddi bir dezavantajı var - önemli bir kapanma süresi.

Tristörü kilitlemek için, doğrudan akımını yeterince uzun bir süre kesmek veya önemli ölçüde azaltmak gerekir, bu sırada dengesiz ana çalışma şarj taşıyıcıları, elektron deliği çiftleri, yeniden birleştirmek veya çözmek için zamana sahip olur. Akım kesilene kadar, tristör iletken bir durumda kalır, yani şu şekilde davranmaya devam eder: diyot.

AC sinüzoidal akım anahtarlama devreleri, tristörlere uygun bir çalışma modu sağlar - sinüzoidal voltaj, geçişi ters yöne doğru yönlendirir ve tristör otomatik olarak kilitlenir. Ancak cihazın çalışmasını sürdürmek için, her yarım döngüde kontrol elektroduna bir kilit açma kontrol darbesi uygulamak gerekir.

DC gücüne sahip devrelerde, işlevi tristörün anot akımını zorla azaltmak ve kilitli duruma döndürmek olan ek yardımcı devrelere başvururlar. Yük taşıyıcılar kilitlendiğinde yeniden birleştiğinden, tristör anahtarlama hızı güçlü bir alan etkili transistörünkinden çok daha düşüktür.

Tristörün tamamen kapanma zamanını alan etkili transistörün tamamen kapanma zamanı ile karşılaştırırsak, fark binlerce kez ulaşır: bir alan etkili transistörün kapanması için birkaç nanosaniye (10-100 ns) ihtiyacı vardır ve bir tristör birkaç mikrosaniye (10-100 μs) gerektirir. Farkı hissedin.

Tabii ki, alan etkili transistörlerin onlarla rekabete dayanmadığı tristörlerin uygulama alanları vardır. Tristörler için, izin verilen maksimum anahtarlanan güç üzerinde neredeyse hiçbir kısıtlama yoktur - bu onların avantajıdır.

Tristörler büyük enerji santrallerindeki megawatt'lık gücü kontrol ederler, endüstriyel kaynak makinelerinde yüzlerce amperlik akımları değiştirirler ve geleneksel olarak çelik fabrikalarındaki megawatt indüksiyon fırınlarını kontrol ederler. Burada alan etkili transistörler hiçbir şekilde uygulanamaz. Orta güçte darbeli dönüştürücülerde alan etkili transistörler kazanır.

Yukarıda belirtildiği gibi tristörün uzun süre kapatılması, açıldığında kolektör voltajının çıkarılması gerektiğini ve bipolar bir transistör gibi, tristörün azınlık taşıyıcılarını yeniden birleştirmek veya çıkarmak için sınırlı bir zaman aldığı gerçeğiyle açıklanmaktadır.

Bu özelliğe bağlı olarak tristörlere neden olan problemler, alan etkili transistörlerin yapabileceği gibi öncelikle yüksek hızlarda geçiş yapamama ile ilişkilidir.Toplayıcı voltajı tristöre uygulanmadan önce, tristör kapatılmalıdır, aksi takdirde anahtarlama güç kayıpları kaçınılmazdır, yarı iletken aşırı ısınır.

Başka bir deyişle, sınırlayıcı dU / dt performansı sınırlar. Akımın ve zamanında bir fonksiyon olarak güç dağıtımının bir grafiği bu sorunu göstermektedir. Tristör kristalinin içindeki yüksek sıcaklık sadece yanlış bir alarma neden olmakla kalmaz, aynı zamanda anahtarlamaya da müdahale eder.

Tristörler üzerindeki rezonant invertörlerde, kilitleme problemi kendi başına çözülür, burada ters polarite dalgalanması tristörün kilitlenmesine yol açar, ancak pozlama oldukça uzun olur.

Bu, alan etkili transistörlerin tristörlere göre ana avantajını ortaya koymaktadır. Alan etkili transistörler yüzlerce kilohertz frekansında çalışabilir ve bugün kontrol bir sorun değildir.

Tristörler, 40 kilohertz'e kadar, 20 kilohertz'e yakın frekanslarda güvenilir bir şekilde çalışacaktır. Bu, tristörler modern invertörlerde kullanıldıysa, yeterince yüksek güce sahip cihazların, örneğin 5 kilowatt, çok hantal olacağı anlamına gelir.

Bu anlamda, alan etkili transistörler, güç transformatörleri ve bobinlerin çekirdeklerinin daha küçük boyutu ve ağırlığı nedeniyle invertörleri daha kompakt hale getirir.

Frekans ne kadar yüksek olursa, aynı gücü dönüştürmek için gerekli olan transformatörler ve bobinler ne kadar küçük olursa, modern puls dönüştürücülerin devresini bilen herkes tarafından bilinir.

Tabii ki, bazı uygulamalarda, tristörler çok faydalıdır, örneğin ışığın parlaklığını ayarlamak için dimmerler50 Hz ağ frekansında çalışan, her durumda, tristörler üzerinde üretim yapmak daha karlı, orada alan etkili transistörlerin kullanılmasından daha ucuzdur.

Ve içinde kaynak invertörleriÖrneğin, tam olarak anahtarlama kontrolünün kolaylığı ve bu anahtarlamanın yüksek hızı nedeniyle alan etkili transistörlerin kullanılması daha kârlıdır. Bu arada, bir tristörden bir transistör devresine geçerken, ikincisinin yüksek maliyetine rağmen, gereksiz pahalı bileşenler cihazlardan hariç tutulur.