วิธีการเปลี่ยนไทริสเตอร์ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง

ส่วนใหญ่ อุปกรณ์แปลง และแหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์ใช้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง ส่วนประกอบเช่นไทริสเตอร์มอสเฟตและอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังอื่น ๆ สำหรับการดำเนินการสลับความถี่สูงที่อัตรากำลังสูง พิจารณาไทริสเตอร์ที่เราใช้บ่อยมากเป็นสวิตช์ bistable ในหลาย ๆ แอพพลิเคชั่น ไทริสเตอร์เหล่านี้ใช้สวิตช์ที่จำเป็นในการเปิดและปิด สำหรับการเปิดไทริสเตอร์มีวิธีการเปิดไทริสเตอร์บางวิธีที่เรียกว่าวิธีทริกเกอร์ไทริสเตอร์ ในทำนองเดียวกันสำหรับการปิดไทริสเตอร์มีวิธีการที่เรียกว่าวิธีการหรือเทคนิคการเปลี่ยนไทริสเตอร์ ก่อนที่จะพูดถึงเทคนิคการเปลี่ยนไทริสเตอร์เราต้องรู้บางอย่างเกี่ยวกับพื้นฐานของไทริสเตอร์เช่นไทริสเตอร์การทำงานของไทริสเตอร์ไทริสเตอร์ประเภทต่างๆและวิธีการเปิดไทริสเตอร์

ไทริสเตอร์คืออะไร?

อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ตะกั่วสองถึงสี่ชิ้นซึ่งประกอบด้วยวัสดุชนิด N และ P สลับกันสี่ชั้นเรียกว่าไทริสเตอร์ โดยทั่วไปจะใช้เป็นสวิตช์ที่มีเสถียรภาพสองทางซึ่งจะดำเนินการก็ต่อเมื่อมีการกระตุ้นขั้วประตูของไทริสเตอร์ ไทริสเตอร์เรียกอีกอย่างว่าวงจรเรียงกระแสที่ควบคุมด้วยซิลิคอนหรือ SCR

ไทริสเตอร์

การเปลี่ยน SCR คืออะไร?

การสับเปลี่ยนไม่ใช่อะไรนอกจากวิธีปิดของ SCR เป็นวิธีการหนึ่งที่ใช้ในการนำ SCR หรือไทริสเตอร์จากสถานะเปิดเป็นสถานะปิด เรารู้ว่า SCR สามารถเปิดใช้งานได้โดยใช้สัญญาณประตูไปยัง SCR เมื่ออยู่ในการส่งต่ออคติ แต่ SCR จำเป็นต้องปิดเมื่อจำเป็นสำหรับการควบคุมพลังงานหรือการปรับสภาพพลังงาน

วงจรสับเปลี่ยนสำหรับ SCR

เมื่อ SCR เคลื่อนที่ในโหมดการนำส่งต่อขั้วประตูจะสูญเสียการควบคุม ดังนั้นควรใช้วงจรเพิ่มเติมบางส่วนเพื่อปิดไทริสเตอร์ / SCR ดังนั้นวงจรเพิ่มเติมนี้จึงเรียกว่าวงจรสับเปลี่ยน

ดังนั้นคำนี้ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการถ่ายโอนกระแสจากแอนหนึ่งไปยังอีกอันหนึ่ง วงจรของการเปลี่ยนส่วนใหญ่จะลดกระแสไปข้างหน้าเป็นศูนย์เพื่อปิดไทริสเตอร์ ดังนั้นควรปฏิบัติตามเงื่อนไขต่อไปนี้เพื่อปิดไทริสเตอร์เมื่อดำเนินการ

• กระแสไปข้างหน้าของไทริสเตอร์หรือ SCR ควรลดลงเป็นศูนย์มิฉะนั้นภายใต้ระดับปัจจุบันที่ถือครอง
• ควรมีแรงดันไฟฟ้าย้อนกลับที่เพียงพอทั่ว SCR / thyristor เพื่อกู้คืนสภาพการปิดกั้นไปข้างหน้า

เมื่อปิด SCR โดยการลดกระแสไปข้างหน้าเป็นศูนย์แล้วจะมีตัวให้บริการประจุส่วนเกินอยู่ภายในชั้นต่างๆ ในการกู้คืนสภาพการปิดกั้นไปข้างหน้าของไทริสเตอร์ผู้ให้บริการประจุไฟฟ้าส่วนเกินเหล่านี้ควรรวมกันใหม่ ดังนั้นวิธีการรวมกันใหม่นี้สามารถเร่งความเร็วได้โดยใช้แรงดันย้อนกลับข้ามไทริสเตอร์

วิธีการเปลี่ยนไทริสเตอร์

ดังที่เราได้ศึกษาไว้ข้างต้นไทริสเตอร์สามารถเปิดได้โดยการเรียกใช้เทอร์มินัลประตูที่มีพัลส์ระยะสั้นแรงดันไฟฟ้าต่ำ แต่หลังจากเปิดเครื่องจะดำเนินการต่อเนื่องจนกว่าไทริสเตอร์จะเอนเอียงย้อนกลับหรือกระแสโหลดลดลงเหลือศูนย์ การนำไทริสเตอร์อย่างต่อเนื่องนี้ทำให้เกิดปัญหาในบางแอพพลิเคชั่น กระบวนการที่ใช้ในการปิดไทริสเตอร์เรียกว่าการสับเปลี่ยน โดยขั้นตอนการเปลี่ยนโหมดการทำงานของไทริสเตอร์จะเปลี่ยนจากโหมดการดำเนินการไปข้างหน้าเป็นโหมดการบล็อกไปข้างหน้า ดังนั้นจึงใช้วิธีการเปลี่ยนไทริสเตอร์หรือเทคนิคการเปลี่ยนไทริสเตอร์เพื่อปิด

เทคนิคการเปลี่ยนไทริสเตอร์แบ่งออกเป็นสองประเภท:

• การเปลี่ยนธรรมชาติ
• การเปลี่ยนที่บังคับ

การเปลี่ยนธรรมชาติ

โดยทั่วไปถ้าเราพิจารณาแหล่งจ่ายไฟกระแสสลับกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านเส้นตัดศูนย์ในขณะที่จากจุดสูงสุดที่เป็นบวกไปสู่จุดสูงสุดที่เป็นลบ ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าย้อนกลับจะปรากฏขึ้นทั่วทั้งอุปกรณ์พร้อมกันซึ่งจะปิดไทริสเตอร์ทันที กระบวนการนี้เรียกว่าการเปลี่ยนตามธรรมชาติเนื่องจากไทริสเตอร์ถูกปิดโดยธรรมชาติโดยไม่ต้องใช้ส่วนประกอบภายนอกหรือวงจรหรือแหล่งจ่ายเพื่อจุดประสงค์ในการเปลี่ยน

การเปลี่ยนธรรมชาติสามารถสังเกตได้ในตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับวงจรเรียงกระแสแบบควบคุมเฟสและตัวแปลงไซโคล

การเปลี่ยนที่บังคับ

ไทริสเตอร์สามารถปิดได้โดยการให้น้ำหนักย้อนกลับ SCR หรือโดยใช้ส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่หรือแบบพาสซีฟ กระแสของไทริสเตอร์สามารถลดลงเป็นค่าที่ต่ำกว่าค่าของกระแสไฟฟ้าที่ถืออยู่ เนื่องจากไทริสเตอร์ถูกปิดโดยบังคับจึงถูกเรียกว่าเป็นกระบวนการสับเปลี่ยนแบบบังคับ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์ไฟฟ้าพื้นฐาน เช่นการเหนี่ยวนำและความจุถูกใช้เป็นองค์ประกอบการสับเปลี่ยนเพื่อจุดประสงค์ในการสับเปลี่ยน

การเปลี่ยนแบบบังคับสามารถสังเกตได้ในขณะที่ใช้แหล่งจ่ายไฟ DC ดังนั้นจึงเรียกอีกอย่างว่าการสับเปลี่ยน DC วงจรภายนอกที่ใช้สำหรับกระบวนการเปลี่ยนการบังคับเรียกว่าวงจรการเปลี่ยนและองค์ประกอบที่ใช้ในวงจรนี้เรียกว่าองค์ประกอบการสับเปลี่ยน

การจำแนกประเภทของวิธีการเปลี่ยนการบังคับ

ที่นี่การจำแนกประเภทวิธีการเปลี่ยนไทริสเตอร์จะกล่าวถึงด้านล่าง การจำแนกประเภทของมันส่วนใหญ่จะทำขึ้นอยู่กับว่าพัลส์ของการเปลี่ยนเป็นพัลส์ปัจจุบันของพัลส์แรงดันไฟฟ้าไม่ว่าจะเชื่อมต่อแบบอนุกรม / ขนานผ่าน SCR ที่จะสับเปลี่ยนไม่ว่าจะส่งสัญญาณผ่านไทริสเตอร์เสริมหรือหลักไม่ว่าจะเป็น วงจรของการสับเปลี่ยนถูกเรียกเก็บเงินจากแหล่งเสริมหรือแหล่งหลัก การจำแนกประเภทของอินเวอร์เตอร์สามารถทำได้ตามตำแหน่งของสัญญาณการเปลี่ยนเป็นหลัก การเปลี่ยนแบบบังคับสามารถแบ่งออกเป็นวิธีการต่างๆดังนี้:

• คลาส A: สับเปลี่ยนตัวเองโดยโหลดเสียงสะท้อน
• คลาส B: สับเปลี่ยนตัวเองด้วยวงจร LC
• คลาส C: Cor L-C ถูกเปลี่ยนโดย SCR ที่รับน้ำหนักบรรทุกอื่น
• คลาส D: C หรือ L-C ถูกเปลี่ยนโดย SCR เสริม
• คลาส E: แหล่งกำเนิดพัลส์ภายนอกสำหรับการเปลี่ยน
• คลาส F: การเปลี่ยนสาย AC

คลาส A: สับเปลี่ยนตัวเองโดยโหลดเสียงสะท้อน

คลาส A เป็นหนึ่งในเทคนิคการเปลี่ยนไทริสเตอร์ที่ใช้บ่อย หากไทริสเตอร์ถูกกระตุ้นหรือเปิดอยู่กระแสแอโนดจะไหลโดยการชาร์จ ตัวเก็บประจุ C ด้วยจุดเป็นบวก วงจรใต้หมาดอันดับสองถูกสร้างขึ้นโดย ตัวเหนี่ยวนำหรือตัวต้านทานกระแสสลับ ตัวเก็บประจุและตัวต้านทาน หากกระแสสร้างขึ้นผ่าน SCR และดำเนินการครึ่งรอบให้เสร็จสิ้นกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะไหลผ่าน SCR ในทิศทางย้อนกลับซึ่งจะปิดไทริสเตอร์

วิธีการเปลี่ยนไทริสเตอร์คลาส A

หลังจากเปลี่ยนไทริสเตอร์หรือปิดไทริสเตอร์ตัวเก็บประจุจะเริ่มปล่อยประจุจากค่าสูงสุดผ่านตัวต้านทานในลักษณะเลขชี้กำลัง ไทริสเตอร์จะอยู่ในสภาพไบแอสย้อนกลับจนกว่าแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุจะกลับสู่ระดับแรงดันของแหล่งจ่าย

คลาส B: สับเปลี่ยนตัวเองโดยวงจร L-C

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างวิธีการเปลี่ยนไทริสเตอร์คลาส A และคลาส B คือ LC เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับไทริสเตอร์ในคลาส A ในขณะที่คู่ขนานกับไทริสเตอร์ในคลาส B ก่อนที่จะเรียกใช้ SCR ตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จขึ้น (จุดบ่งชี้ บวก). หาก SCR ถูกทริกเกอร์หรือได้รับพัลส์ทริกเกอร์กระแสไฟฟ้าที่ได้จะมีสององค์ประกอบ

วิธีการเปลี่ยนไทริสเตอร์คลาส B

กระแสโหลดคงที่ที่ไหลผ่านโหลด R-L นั้นมั่นใจได้โดยรีแอคแตนซ์ขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับโหลดซึ่งยึดด้วยไดโอดอิสระ หากกระแสไซน์ไหลผ่านวงจร L-C แบบเรโซแนนซ์ตัวเก็บประจุ C จะถูกชาร์จโดยมีจุดเป็นลบเมื่อสิ้นสุดครึ่งรอบ

กระแสรวมที่ไหลผ่าน SCR จะกลายเป็นศูนย์โดยกระแสย้อนกลับที่ไหลผ่าน SCR ซึ่งตรงข้ามกับกระแสโหลดสำหรับเศษเสี้ยวของการแกว่งเชิงลบเพียงเล็กน้อย ถ้ากระแสของวงจรเรโซแนนซ์หรือกระแสย้อนกลับมากกว่ากระแสโหลดเท่านั้น SCR จะถูกปิด

คลาส C: C หรือ L-C สลับโดย SCR ที่บรรทุกโหลดอื่น

ในวิธีการเปลี่ยนไทริสเตอร์ข้างต้นเราสังเกตเห็น SCR เพียงตัวเดียว แต่ในเทคนิคการเปลี่ยนคลาส C ของไทริสเตอร์จะมี SCR สองตัว SCR หนึ่งถือเป็นไทริสเตอร์หลักและอีกตัวหนึ่งเป็นไทริสเตอร์เสริม ในการจำแนกประเภทนี้ทั้งสองอาจทำหน้าที่เป็น SCR หลักที่มีกระแสโหลดและสามารถออกแบบด้วย SCR สี่ตัวที่มีโหลดข้ามตัวเก็บประจุโดยใช้แหล่งกระแสสำหรับการจัดหาตัวแปลงอินทิกรัล

วิธีการเปลี่ยนไทริสเตอร์คลาส C

หากไทริสเตอร์ T2 ถูกกระตุ้นตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จขึ้น หากไทริสเตอร์ T1 ถูกทริกเกอร์ตัวเก็บประจุจะคายประจุและกระแสที่ปล่อยออกมาของ C นี้จะต่อต้านการไหลของกระแสโหลดใน T2 เนื่องจากตัวเก็บประจุถูกสลับข้าม T2 ผ่าน T1

คลาส D: L-C หรือ C เปลี่ยนโดย Auxiliary SCR

วิธีการเปลี่ยนไทริสเตอร์คลาส C และคลาส D สามารถแตกต่างกันได้กับกระแสโหลดในคลาส D: SCR เพียงตัวเดียวเท่านั้นที่จะรับกระแสโหลดในขณะที่อีกตัวทำหน้าที่เป็นไทริสเตอร์เสริมในขณะที่ในคลาส C SCR ทั้งสองจะรับกระแสโหลด ไทริสเตอร์เสริมประกอบด้วยตัวต้านทานในขั้วบวกซึ่งมีความต้านทานประมาณสิบเท่าของความต้านทานต่อโหลด

ประเภทคลาส D

โดยการกระตุ้น Ta (ไทริสเตอร์เสริม) ตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จจนถึงแรงดันไฟฟ้าจากนั้น Ta จะดับลง แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นถ้ามีเนื่องจากการเหนี่ยวนำที่มีนัยสำคัญในสายอินพุตจะถูกระบายออกผ่านวงจรไดโอด - ตัวเหนี่ยวนำ - โหลด

หาก Tm (ไทริสเตอร์หลัก) ถูกทริกเกอร์กระแสจะไหลในสองเส้นทาง: กระแสไฟฟ้าสับเปลี่ยนจะไหลผ่านเส้นทาง C-Tm-L-D และกระแสโหลดจะไหลผ่านโหลด หากประจุบนตัวเก็บประจุกลับด้านและยึดไว้ที่ระดับนั้นโดยใช้ไดโอดและถ้า Ta ถูกกระตุ้นอีกครั้งแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวเก็บประจุจะปรากฏทั่ว Tm ผ่านทาง Ta ดังนั้นไทริสเตอร์หลัก Tm จะถูกปิด

คลาส E: แหล่งกำเนิดพัลส์ภายนอกสำหรับการเปลี่ยน

สำหรับเทคนิคการเปลี่ยนไทริสเตอร์คลาส E หม้อแปลงไม่สามารถอิ่มตัวได้ (เนื่องจากมีช่องว่างของเหล็กและอากาศเพียงพอ) และสามารถรับกระแสโหลดที่มีแรงดันไฟฟ้าตกเล็กน้อยเมื่อเทียบกับแรงดันไฟฟ้า หากไทริสเตอร์ T ถูกกระตุ้นกระแสจะไหลผ่านโหลดและหม้อแปลงพัลส์

ประเภทคลาส E

เครื่องกำเนิดพัลส์ภายนอกใช้เพื่อสร้างพัลส์บวกซึ่งจ่ายให้กับแคโทดของไทริสเตอร์ผ่านหม้อแปลงพัลส์ ตัวเก็บประจุ C ถูกชาร์จที่ประมาณ 1v และถือว่ามีอิมพีแดนซ์เป็นศูนย์สำหรับระยะเวลาพัลส์ปิด แรงดันไฟฟ้าทั่วไทริสเตอร์จะกลับกันโดยพัลส์จาก หม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งจ่ายกระแสการกู้คืนย้อนกลับและสำหรับเวลาปิดเครื่องที่ต้องการจะมีแรงดันไฟฟ้าลบ

คลาส F: สาย AC สับเปลี่ยน

ในเทคนิคการเปลี่ยนไทริสเตอร์คลาส F แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจะใช้สำหรับการจ่ายและในช่วงครึ่งรอบบวกของแหล่งจ่ายนี้กระแสโหลดจะไหล ถ้าโหลดเป็นอุปนัยสูงกระแสจะยังคงอยู่จนกว่าพลังงานที่เก็บไว้ในโหลดอุปนัยจะสลายไป ในช่วงครึ่งรอบที่เป็นลบเมื่อกระแสโหลดกลายเป็นศูนย์จากนั้นไทริสเตอร์จะดับลง หากมีแรงดันไฟฟ้าอยู่ในช่วงเวลาปิดที่กำหนดของอุปกรณ์ขั้วลบของแรงดันไฟฟ้าที่ข้ามไทริสเตอร์ขาออกจะปิด

ประเภทคลาส F

ที่นี่ระยะเวลาของครึ่งรอบต้องมากกว่าเวลาปิดเครื่องของไทริสเตอร์ กระบวนการสับเปลี่ยนนี้คล้ายกับแนวคิดของตัวแปลงสามเฟส ให้เราพิจารณาโดยหลัก T1 และ T11 กำลังดำเนินการกับมุมทริกเกอร์ของตัวแปลงซึ่งเท่ากับ 60 องศาและทำงานในโหมดการนำไฟฟ้าต่อเนื่องที่มีโหลดอุปนัยสูง

หากไทริสเตอร์ T2 และ T22 ถูกกระตุ้นกระแสไฟฟ้าที่ผ่านอุปกรณ์ที่เข้ามาในทันทีจะไม่เพิ่มขึ้นถึงระดับกระแสโหลด หากกระแสไฟฟ้าผ่านไทริสเตอร์ขาเข้าถึงระดับกระแสโหลดระบบจะเริ่มกระบวนการสับเปลี่ยนของไทริสเตอร์ขาออก แรงดันไฟฟ้าการให้น้ำหนักย้อนกลับของไทริสเตอร์ควรดำเนินต่อไปจนกว่าจะถึงสถานะการปิดกั้นไปข้างหน้า

วิธีการเปลี่ยนไทริสเตอร์ล้มเหลว

ความล้มเหลวในการเปลี่ยนไทริสเตอร์ส่วนใหญ่เกิดขึ้นเนื่องจากมีการสับเปลี่ยนสายและแรงดันไฟฟ้าตกอาจทำให้แรงดันไฟฟ้าไม่เพียงพอต่อการสับเปลี่ยนจึงทำให้เกิดความผิดปกติเมื่อไทริสเตอร์ต่อไปนี้ถูกยิงขึ้น ดังนั้นความล้มเหลวในการเปลี่ยนเกิดขึ้นเนื่องจากสาเหตุหลายประการซึ่งบางส่วนจะกล่าวถึงด้านล่าง
ไทริสเตอร์ให้เวลาในการฟื้นตัวย้อนกลับค่อนข้างช้าดังนั้นกระแสไฟฟ้าย้อนกลับหลักอาจจ่ายในการนำส่งต่อ สิ่งนี้สามารถบ่งบอกว่า“ กระแสไฟฟ้าผิดปกติ” ซึ่งปรากฏเป็นวงจรโดยการกระจายพลังงานที่เกี่ยวข้องจะเกิดขึ้นที่ความล้มเหลวของ SCR

ในวงจรไฟฟ้าการสับเปลี่ยนจะเกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลจากสาขาหนึ่งไปยังอีกสาขาหนึ่ง ความล้มเหลวในการเปลี่ยนส่วนใหญ่เกิดขึ้นเมื่อการเปลี่ยนแปลงในเส้นทางล้มเหลวเนื่องจากสาเหตุใดก็ตาม
สำหรับอินเวอร์เตอร์หรือวงจรเรียงกระแสที่ใช้ SCRs ความล้มเหลวในการเปลี่ยนอาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากสาเหตุพื้นฐานสองประการ

หากไทริสเตอร์ไม่สามารถเปิดได้การไหลของกระแสจะไม่เปลี่ยนและวิธีการเปลี่ยนจะสั้นลง ในทำนองเดียวกันถ้าไทริสเตอร์ขาดจนปิดการไหลของกระแสไฟฟ้าบางส่วนอาจเปลี่ยนไปยังสาขาถัดไป ดังนั้นนี่ก็ถือว่าล้มเหลวเช่นกัน

ความแตกต่างระหว่างการเปลี่ยนธรรมชาติและเทคนิคการเปลี่ยนแบบบังคับ

ความแตกต่างระหว่างการเปลี่ยนตามธรรมชาติและการเปลี่ยนแบบบังคับจะกล่าวถึงด้านล่าง

ไทริสเตอร์สามารถเรียกได้ง่ายๆว่าวงจรเรียงกระแสควบคุม ไทริสเตอร์มีหลายประเภทซึ่งใช้สำหรับการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง โครงการไฟฟ้าที่เป็นนวัตกรรมใหม่ . กระบวนการเปิดไทริสเตอร์โดยให้พัลส์ทริกเกอร์ไปยังเทอร์มินัลประตูเรียกว่าทริกเกอร์ ในทำนองเดียวกันกระบวนการปิดไทริสเตอร์เรียกว่าการสับเปลี่ยน หวังว่าบทความนี้จะให้ข้อมูลสั้น ๆ เกี่ยวกับเทคนิคการเปลี่ยนรูปแบบต่างๆของไทริสเตอร์ ความช่วยเหลือด้านเทคนิคเพิ่มเติมจะให้ตามความคิดเห็นและข้อสงสัยของคุณในส่วนความคิดเห็นด้านล่าง