ไทริสเตอร์คืออะไรและทำงานอย่างไร?

โดยทั่วไปไทริสเตอร์ยังเปลี่ยนอุปกรณ์ที่คล้ายกับทรานซิสเตอร์ ดังที่เราได้กล่าวไปแล้วว่าทรานซิสเตอร์เป็นชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กที่เปลี่ยนแปลงโลกทุกวันนี้เราสามารถพบได้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทุกชนิดเช่นทีวีโทรศัพท์มือถือแล็ปท็อปเครื่องคิดเลขหูฟังเป็นต้นซึ่งสามารถปรับเปลี่ยนได้และใช้งานได้หลากหลาย แต่ก็ไม่ได้หมายความว่า สามารถใช้งานได้ในทุกแอพพลิเคชั่นเราสามารถใช้เป็นอุปกรณ์ขยายสัญญาณและสวิตชิ่งได้ แต่ไม่สามารถรองรับกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นได้และทรานซิสเตอร์ต้องใช้กระแสไฟฟ้าสลับอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นสำหรับปัญหาเหล่านี้ทั้งหมดและเพื่อเอาชนะปัญหาเหล่านี้เราใช้ไทริสเตอร์

โดยทั่วไปSCR และ Thyristorจะใช้แทนกันได้ แต่ SCR เป็นไทริสเตอร์ชนิดหนึ่ง ไทริสเตอร์ประกอบด้วยสวิตช์หลายประเภทบางชนิดคือ SCR (Silicon Controlled Rectifier) ​​GTO (Gate Turn OFF) และ IGBT (Insulated Gate Controlled Bipolar Transistor) เป็นต้น แต่ SCR เป็นอุปกรณ์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายดังนั้นคำว่า Thyristor จึงกลายเป็น ตรงกันกับ SCR เพียงแค่ SCR เป็นชนิดของ Thyristor

SCR หรือไทริสเตอร์เป็นอุปกรณ์เปลี่ยนเซมิคอนดักเตอร์สี่ชั้นสามทางแยก มันมีขั้วที่สามขั้วบวกขั้วลบและประตูไทริสเตอร์ยังเป็นอุปกรณ์ทิศทางเดียวเช่นไดโอดซึ่งหมายความว่ามันจะไหลกระแสไปในทิศทางเดียวเท่านั้น ประกอบด้วยทางแยก PN สามชุดในอนุกรมเนื่องจากเป็นสี่ชั้น เทอร์มินัลประตูใช้ในการทริกเกอร์ SCR โดยให้แรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กไปยังเทอร์มินัลนี้ซึ่งเราเรียกอีกอย่างว่าเกตทริกเกอร์เมธอดเพื่อเปิด SCR

ไทริสเตอร์แตกต่างจากมอสเฟตอย่างไร?

ไทริสเตอร์และมอสเฟตเป็นสวิตช์ไฟฟ้าและนิยมใช้กันมากที่สุด ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างทั้งสองอย่างคือสวิตช์ MOSFET เป็นอุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้าและสามารถเปลี่ยนกระแสไฟฟ้ากระแสตรงได้เท่านั้นในขณะที่สวิตช์ไทริสเตอร์เป็นอุปกรณ์ควบคุมกระแสและสามารถเปลี่ยนได้ทั้งกระแส DC และ AC

มีความแตกต่างเพิ่มเติมระหว่างไทริสเตอร์และมอสเฟตตามตารางด้านล่าง:

ทรัพย์สิน	ไทริสเตอร์	มอสเฟต
ความร้อนหนีไป	ใช่	ไม่
ความไวต่ออุณหภูมิ	น้อยกว่า	สูง
ประเภท	อุปกรณ์กระแสไฟฟ้าแรงสูง	อุปกรณ์กระแสไฟฟ้าแรงสูงขนาดกลาง
ปิด	ต้องใช้วงจรสวิตชิ่งแยกต่างหาก	ไม่จำเป็นต้องใช้
เปิด	ต้องใช้ชีพจรเดียว	ไม่จำเป็นต้องจ่ายไฟต่อเนื่องยกเว้นในระหว่างการเปิดและปิด
เปลี่ยนความเร็ว	ต่ำ	สูง
อิมพีแดนซ์อินพุตต้านทาน	ต่ำ	สูง
การควบคุม	อุปกรณ์ควบคุมปัจจุบัน	อุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้า

ไทริสเตอร์ต่างจากทรานซิสเตอร์อย่างไร?

ไทริสเตอร์และทรานซิสเตอร์ทั้งสองเป็นสวิตช์ไฟฟ้า แต่ความสามารถในการจัดการพลังงานของไทริสเตอร์นั้นดีกว่าทรานซิสเตอร์มาก เนื่องจากมีไทริสเตอร์ที่ให้คะแนนสูงโดยมีหน่วยเป็นกิโลวัตต์ในขณะที่กำลังของทรานซิสเตอร์มีหน่วยเป็นวัตต์ ไทริสเตอร์ถูกนำมาใช้เป็นทรานซิสเตอร์คู่ปิดในการวิเคราะห์ ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทรานซิสเตอร์และไทริสเตอร์คือทรานซิสเตอร์ต้องการแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งอย่างต่อเนื่องเพื่อให้ยังคงเปิดอยู่ แต่ในกรณีของไทริสเตอร์เราจำเป็นต้องทริกเกอร์เพียงครั้งเดียวเท่านั้นและยังคงเปิดอยู่ สำหรับการใช้งานเช่นวงจรเตือนภัยที่ต้องเปิดใช้งานครั้งเดียวและเปิดตลอดไปไม่สามารถใช้ทรานซิสเตอร์ได้ ดังนั้นเพื่อเอาชนะปัญหาเหล่านี้เราใช้ไทริสเตอร์

มีความแตกต่างเพิ่มเติมระหว่างไทริสเตอร์และทรานซิสเตอร์ดังแสดงไว้ด้านล่างในตาราง:

ทรัพย์สิน	ไทริสเตอร์	ทรานซิสเตอร์
ชั้น	สี่ชั้น	สามชั้น
ขั้ว	ขั้วบวกแคโทดและประตู	Emitter, Collector และ Base
การทำงานมากกว่าแรงดันและกระแส	สูงขึ้น	ต่ำกว่าไทริสเตอร์
เปิด	เพียงแค่ต้องใช้เกตพัลส์เพื่อเปิด	จำเป็นต้องมีการจ่ายกระแสควบคุมอย่างต่อเนื่อง
การสูญเสียพลังงานภายใน	ต่ำกว่าทรานซิสเตอร์	สูงกว่า

VI ลักษณะของไทริสเตอร์หรือ SCR

วงจรพื้นฐานสำหรับการรับคุณสมบัติของไทริสเตอร์ VI แสดงไว้ด้านล่างแอโนดและแคโทดของไทริสเตอร์เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟหลักผ่านโหลด ประตูและแคโทดของไทริสเตอร์ถูกป้อนจากแหล่ง Es ซึ่งใช้เพื่อให้กระแสเกตจากเกตไปยังแคโทด

ตามแผนผังคุณลักษณะ SCR มีโหมดพื้นฐานสามโหมด ได้แก่ โหมดการบล็อกย้อนกลับโหมดการปิดกั้นไปข้างหน้าและโหมดการนำไปข้างหน้า

ย้อนกลับโหมดการปิดกั้น:

ในโหมดนี้แคโทดจะทำให้เป็นบวกเมื่อเทียบกับแอโนดโดยเปิดสวิตช์ S Junction J1 และ J3 จะกลับด้านแบบเอนเอียงและ J2 จะเอนเอียงไปข้างหน้า เมื่อใช้แรงดันย้อนกลับข้ามไทริสเตอร์ (ควรน้อยกว่า V _BR) อุปกรณ์จะให้อิมพีแดนซ์สูงในทิศทางย้อนกลับ ดังนั้นไทริสเตอร์จึงถือว่าเป็นสวิตช์เปิดในโหมดปิดกั้นย้อนกลับ V _BRคือแรงดันไฟฟ้าแบบย้อนกลับเมื่อเกิดหิมะถล่มหากแรงดันไฟฟ้าเกิน V _BRอาจทำให้ไทริสเตอร์เสียหาย

ไปข้างหน้าโหมดการปิดกั้น:

เมื่อขั้วบวกถูกทำให้เป็นบวกเทียบกับแคโทดโดยเปิดสวิตช์ประตู ไทริสเตอร์ถูกกล่าวว่าเอนเอียงไปข้างหน้าทางแยก J1 และ J3 จะเอนเอียงไปข้างหน้าและ J2 กลับลำเอียงดังที่คุณเห็นในรูป ในโหมดนี้กระแสไฟฟ้าขนาดเล็กเรียกว่ากระแสรั่วไหลไปข้างหน้าเนื่องจากกระแสรั่วไหลไปข้างหน้ามีขนาดเล็กและไม่เพียงพอที่จะกระตุ้น SCR ดังนั้น SCR จึงถือว่าเป็นสวิตช์เปิดแม้ในโหมดการปิดกั้นไปข้างหน้า

ไปข้างหน้าโหมดการนำ:

เมื่อแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าเพิ่มขึ้นโดยที่วงจรประตูยังคงเปิดอยู่จะเกิดหิมะถล่มที่ทางแยก J2 และ SCR จะเข้าสู่โหมดการนำไฟฟ้า เราสามารถเปิด SCR ได้ตลอดเวลาโดยให้พัลส์เกตบวกระหว่างเกทและแคโทดหรือโดยแรงดันไฟฟ้าเบรกโอเวอร์ไปข้างหน้าข้ามขั้วบวกและแคโทดของไทริสเตอร์

วิธีการทริกเกอร์ SCR หรือไทริสเตอร์

มีหลายวิธีในการเรียก SCR เช่น:

• แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าทริกเกอร์
• เกททริกเกอร์
• ทริกเกอร์ dv / dt
• อุณหภูมิทริกเกอร์
• เรียกแสง

การกระตุ้นแรงดันไปข้างหน้า:

ด้วยการใช้แรงดันไปข้างหน้าระหว่างขั้วบวกและแคโทดโดยที่เปิดวงจรประตูไว้ทางแยก J2 จะเอนเอียงแบบย้อนกลับ เป็นผลให้การก่อตัวของชั้นพร่องเกิดขึ้นทั่ว J2 ในฐานะที่เป็นแรงดันไปข้างหน้าเพิ่มขึ้นเวทีมาเมื่อชั้นได้รับการพร่องหายไปและ J2 จะกล่าวว่ามีหิมะถล่มทลายดังนั้นไทริสเตอร์จึงอยู่ในสถานะการนำไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าที่หิมะถล่มเกิดขึ้นเรียกว่าเป็นแรงดันไฟฟ้า breakover ไปข้างหน้า V BO

เกททริกเกอร์:

เป็นวิธีหนึ่งที่พบบ่อยที่สุดเชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพในการเปิดไทริสเตอร์หรือ SCR ในการทริกเกอร์เกตเพื่อเปิด SCR แรงดันไฟฟ้าบวกจะถูกนำไปใช้ระหว่างเกตและแคโทดซึ่งก่อให้เกิดกระแสเกตและประจุจะถูกฉีดเข้าไปในชั้น P ภายในและเกิดการแตกไปข้างหน้า เมื่อกระแสเกตสูงขึ้นจะทำให้แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าลดลง

ดังแสดงในรูปมีสามทางแยกใน SCR,. โดยใช้วิธีการทริกเกอร์เกตเนื่องจากเกตพัลส์ใช้การแยก J2 ทางแยก J1 และ J2 จะเอนเอียงไปข้างหน้าหรือ SCR มาในสถานะการนำ ดังนั้นจึงอนุญาตให้กระแสไหลผ่านขั้วบวกไปยังแคโทด

ตามรูปแบบทรานซิสเตอร์สองตัวเมื่อขั้วบวกถูกทำให้เป็นบวกเทียบกับแคโทด กระแสจะไม่ไหลผ่านขั้วบวกไปยังขั้วลบจนกว่าขาประตูจะถูกทริกเกอร์ เมื่อกระแสไหลเข้าขาเกตมันจะเปิดทรานซิสเตอร์ตัวล่าง ในขณะที่ทรานซิสเตอร์มีค่าต่ำกว่าก็จะเปิดทรานซิสเตอร์ตัวบน นี่เป็นผลตอบรับเชิงบวกภายในที่ดีดังนั้นการให้ชีพจรที่ประตูครั้งเดียวทำให้ไทริสเตอร์อยู่ในสภาพเปิด เมื่อทรานซิสเตอร์ทั้งสองเปิดกระแสเริ่มดำเนินการผ่านขั้วบวกไปยังขั้วลบ สถานะนี้เรียกว่าการดำเนินการไปข้างหน้าและนี่คือวิธีที่ทรานซิสเตอร์ "สลัก" หรืออยู่อย่างถาวรสำหรับการปิด SCR คุณไม่สามารถปิดได้เพียงแค่เอากระแสเกตออกที่สถานะนี้ไทริสเตอร์จะไม่ขึ้นกับกระแสเกต ดังนั้นสำหรับการปิดคุณต้องทำการปิดวงจร

dv / dt ทริกเกอร์:

ในทางแยกแบบย้อนกลับ J2 ได้รับลักษณะเช่นตัวเก็บประจุเนื่องจากมีประจุอยู่ตรงข้ามทางแยกหมายความว่าทางแยก J2 จะทำงานเหมือนความจุ หากใช้แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้ากะทันหันกระแสไฟฟ้าที่ชาร์จผ่าน Cj ความจุของทางแยกจะนำไปสู่การเปิด SCR

กระแสชาร์จ i _Cกำหนดโดย;

i _C = dQ / dt = d (Cj * Va) / dt (โดยที่ Va คือแรงดันไปข้างหน้าปรากฏตรงข้ามทางแยก J2) i _C = (Cj * dVa / dt) + (Va * dCj / dt) เนื่องจากความจุของทางแยกคือ เกือบคงที่ dCj / dt เป็นศูนย์แล้ว i _C = Cj dVa / dt

ดังนั้นหากอัตราการเพิ่มขึ้นของแรงดันไปข้างหน้า dVa / dt สูงกระแสชาร์จ i _Cก็จะมากขึ้น ที่นี่กระแสไฟชาร์จมีบทบาทของกระแสประตูเพื่อเปิด SCR แม้สัญญาณประตูจะเป็นศูนย์

การกระตุ้นอุณหภูมิ:

เมื่อไทริสเตอร์อยู่ในโหมดการปิดกั้นไปข้างหน้าแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ส่วนใหญ่จะสะสมบนทางแยก J2 แรงดันไฟฟ้านี้เกี่ยวข้องกับกระแสไฟฟ้ารั่ว ซึ่งจะเพิ่มอุณหภูมิของทางแยก J2 ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นชั้นการพร่องจะลดลงและที่อุณหภูมิสูงบางส่วน (ภายในขีด จำกัด ที่ปลอดภัย) ชั้นการพร่องจะแตกและ SCR จะเปลี่ยนเป็นสถานะเปิด

การเรียกแสง:

สำหรับการเรียก SCR ด้วยแสงช่อง (หรือกลวง) จะถูกสร้างขึ้นภายใน p-layer ดังแสดงในรูปด้านล่าง ลำแสงที่มีความยาวคลื่นเฉพาะถูกนำโดยเส้นใยนำแสงสำหรับการฉายรังสี เนื่องจากความเข้มของแสงเกินค่าที่กำหนด SCR จึงเปิดขึ้น SCR ประเภทนี้เรียกว่าLight Activated SCR (LASCR) บางครั้ง SCR เหล่านี้จะถูกกระตุ้นโดยใช้ทั้งแหล่งกำเนิดแสงและสัญญาณประตูร่วมกัน ต้องใช้กระแสประตูสูงและความเข้มของแสงที่ต่ำกว่าเพื่อเปิด SCR

LASCR หรือ SCR ที่ทริกเกอร์ด้วยแสงใช้ในระบบส่งกำลัง HVDC (กระแสตรงแรงดันสูง)