تریستور چیست و چه کاربرد هایی دارد قسمت 1

تریستور چیست و چه کاربرد هایی دارد

در صنایع مختلف، برای کنترل جریان متناوب در ابزارها، مانند کنترل سرعت موتور و غیره از تریستور استفاده می‌شود. اگر به دنبال اطلاعات کاملی درباره تریستور هستید، در این مقاله به تریستور، انواع و کاربرد آن پرداخته‌ایم.

تریستور چیست؟

تریستور (thyristor ) یک قطعه چهار لایه‌ای P-N-P-N و نیمه‌رسانا برای تنظیم قدرت است که دارای ۳ پایانه آند، کاتد و گیت است. در تریستور پایه آند با A ، کاتد با K و گیت (دروازه) با G نشان داده می‌شوند که از این میان آند و کاتد به مدار قدرت متصل شده و گیت جریان کمتری دارد. تریستور‌ها در دو حالت پایدار روشن و خاموش مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کاربرد تریستور

در مدارهایی که جریان و ولتاژ بالا باشد، برای کنترل جریان متناوب از تریستور استفاده می‌شود. کار تریستور مانند عملیات نامتقارن نیست، در عملیات نامتقارن، خروجی یک طرفه بوده و فقط از کاتد به آند منتقل می‌شود. عملکرد صفر متقابل zero crossدر مدار زمانی اتفاق میافتد که تغییر قطبیت جریان باعث خاموش شدن خودکار دستگاه می‌شود.

در این حالت که دستگاه فعال شده به طور همزمان اجرا می‌شود، به این صورت که فاز جریان را با ولتاژ ایجاد شده روی کاتد به آند، بدون نیاز به مدولاسیون بیشتر، منتقل می‌کند و دستگاه به طور کامل درگیر می‌شود.

از جمله کاربردهای تریستور می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

• کنترل سرعت موتور
• سیستم‌‌‌های تنظیم نور (light dimmers)
• سیستم‌‌‌های کنترل فشار
• تنظیم کننده‌‌‌های سطح مایع

طرز کار تریستور

تریستور یک کلید یک جهته است و جریان در آن همیشه از آند به سمت کاتد برقرار می‌شود و با اعمال ولتاژ به پایه‌‌‌های کاتد و گیت (Gate)، این جریان که به آن جریان آند گفته می‌شود، برقرار می‌شود. در تریستور جریان همواره از آند به سمت کاتد است و اگر بخواهیم جریان دوطرفه داشته باشیم باید از قرار دادن دو تریستور به صورت برعکس و موازی استفاده کنیم.

روشن‌شدن تریستور

برای روشن شدن تریستور باید ولتاژ آند به سمت کاتد باعث دریافت پالس مثبت در گیت شود و ولتاژ آن را نسبت به کاتد افزایش دهد. مدار آتش در واقع همان مداری است که پالس مثبت را در گیت ایجاد می‌کند، و این پالس وارده به گیت با دامنه حدود 20 تا 200 میلی‌آمپر و در زمان حدود 10 تا 50 میکروثانیه می‌رسد.

تریستور خیلی سریع روشن می‌شود، و زمان روشن سازی آن حدود ۱ تا ۳ میکروثانیه است که با ton نشان داده می‌شود، اما برای روشن ماندن تریستور باید جریان آند به اندازه کافی زیاد باشد.

زاویه آتش

اگرجریان آند به کاتد برقرار باشد، می‌توان پالس وارده به گیت را طوری تنظیم کرد تا در زمان خاصی پس از ورود موج جریان تریستور روشن شود.

اگر امواج جریان را روی کاغذ در نظر بگیریم و محور افقی را برحسب درجه از صفر تا ۳۶۰ تقسیم‌ کنیم، (معادل صفر تا ۲ پی رادیان)، با این وجود، لحظه روشن شدن تریستور، معادل زاویه‌ای خاص خواهد بود که به آن، زاویه آتش تریستور می‌گوییم. با استفاده از زاویه آتش و تعیین آن در مدارها مقدار مؤثر ولتاژ خروجی مورد استفاده در مدار‌‌های کنترل دور موتور‌‌های جریان مستقیم، یکسوکننده‌‌‌های کنترل‌شده و را‌ه انداز‌‌های نرم قابل تغییر خواهد بود.

روشن‌سازی روشن‌سازی (با تغییر ناگهانی ولتاژ)

تریستور قابلیت روشن شدن بدون پالس گیت را نیز دارد، به این صورت که اگر ولتاژ ناگهانی و به میزان زیاد به تریستور وارد شود، آن را روشن می‌کند که به این فرآیند روشن‌سازی dv/dt می‌گویند. روشن‌سازی dv/dt در عملکرد مدار اشکال ایجاد می‌کند و بنابراین در مدار از یک مدار حفاظتی RC (اسنوبر مقاومتی-خازنی) در کنار تریستور استفاده می‌شود تا از این اتفاق جلوگیری شود.

 

خاموش‌شدن تریستور

فرآیند و روش‌‌‌ خاموش‌کردن تریستور کموتاسیون نام دارد. کموتاسیون دو نوع طبیعی و اجباری دارد، که طبیعی در زمانی اتفاق می‌افتد که در مدار‌‌های جریان متناوب با تغییر خودکار پلاریته دو سر آند و کاتد تریستور به طور اتومات خاموش شود، اما کموتاسیون اجباری جریان بالاجبار صفر میشود.

برای خاموش‌کردن تریستور باید یکی از دو حالت زیر اتفاق بیفتد.

• منفی شدن ولتاژ آند نسبت به کاتد : با خاموش کردن تریستور، دو پیوند از سه پیوند آن در گرایش معکوس و پیوند سوم گرایش مستقیم قرار می‌گیرد، این حالت تریستور باعث ایجاد جریان نشتی کمی در تریستور می‌شود. اگر ولتاژ معکوس بیشتر شده و به ولتاژ فروپاشی معکوس برسد، پدیده بهمنی در تریستور ایجاد می‌شود که در صورت محدود نشدن، بر اثر تلفات توان باعث خرابی و سوختن تریستور خواهد شد.
• جریان عبوری از آند قطع شود (جریان به کمتر از میزان ولتاژ بحرانی برسد) : جریان بحرانی آند که با عبور از آن تریستور خاموش می‌شود جریان نگهدارنده نام دارد و با Ih نشان داده می‌شود.

مدار کموتاسیون

همانطور که گفته شد برای قطع شدن جریان تریستور باید تریستور در گرایش معکوس قرار گرفته تا VAK منفی شود، که از این طریق کموتاسیون اجباری و مدار کموتاسیون انجام می‌شود. برای اینکه تریستور در گرایش معکوس قرار بگیرد، در بیشتر مدار کموتاسیون خازنی از پیش شارژ شده وجود دارد که ولتاژ آن به دو سر تریستور جریان می‌یابد.

با جریان این ولتاژ جریان آند تریستور به سرعت کاهش یافته و صفر شده و برای چند لحظه جریان معکوس نیز برقرار می‌شود. برای اینکه تریستور دوباره ولتاژ مستقیم را سد کند، مدتی زمان لازم دارد.

زمان خاموش‌سازی

یکی از حالاتی که بدون جریان گیت نیز تریستور هدایت را آغاز کند زمانی است که ولتاژ گرایش مستقیم حتی بلافاصله پس از صفرشدن جریان آند تریستور، به تریستور اعمال شود، بنابراین برای سد کردن ولتاژ گرایش مستقیم توسط تریستور باید برای مدتی آن را در حالت معکوس قرار داد، که به این زمان، زمان خاموش سازی تریستور گفته و با toff نشان می‌دهند. در واقع زمان خاموش‌سازی تریستور، حداقل زمانی است که از لحظه صفرشدن جریان آند تا آمادگی تریستور برای سد ولتاژ مستقیم طول می‌کشد.

 

زمان قطع مدار

tq زمان قطع مدار و در واقع مدت زمانی میان صفرشدن جریان آند تا لحظه اعمال دوباره ولتاژ مستقیم به دو آند و کاتد است که همواره باید از toff که زمان خاموش سازی است بیشتر باشد (tq>toff). اگر زمان قطع مدار از خاموش سازی بیشتر نباشد، کموتاسیون ناموفق اتفاق افتاده و تریستور به صورت ناخواسته روشن می‌شود.

 

مشخصه ولت-آمپر

تریستور اگر در معرض ولتاژ شکست یا ولتاژ فروپاشی VBO قرار گیرد، سبب از بین رفتن ناحیه سد مستقیم شده و تریستور مانند یک دیود عمل می‌کند و حتی می‌توان باعث سوختن تریستور شود.

ولتاژ شکست یا فروپاشی، زمانی اتفاق می‌افتد که جریان گیت تریستور (ig) صفر و ولتاژ اعمال‌شده به پایه آند بیشتر از کاتد باشد، در این حالت دو پیوند از سه‌پیوند نیمه‌‌هادی‌‌‌ موجود در تریستور در گرایش مستقیم قرار می‌گیرند، اما یکی از پیوند‌ها در گرایش معکوس مانده و از همین طریق تریستور در مقابل جریان مقاومت زیادی از خود نشان می‌دهد، اگر افزایش ولتاژ آند نسبت به گیت ادامه پیدا کند، به ولتاژ بحرانی، فروپاشی یا شکست می‌رسد و تریستور به مرحله هدایت قوی وارد خواهد شد.

برای جلوگیری از سوختن تریستور و محافظت از آن پیش از اتصال جریان، از یک اندوکتانس (سلف) استفاده می‌کنند. میزان مجاز di/dt مورد استفاده تریستور، همواره توسط کارخانه‌‌‌های تولیدکننده تریستور اعلام می‌شود.

تریستور چیست و چه کاربرد هایی دارد قسمت 2

مار را در آپارات دنبال کنید