ما هو الثايرستور وكيف يعمل؟

بشكل عام ، تقوم الثايرستور أيضًا بتبديل الأجهزة المشابهة للترانزستورات. كما ناقشنا بالفعل ، فإن الترانزستورات هي المكون الإلكتروني الصغير الذي غير العالم ، واليوم يمكننا العثور عليها في كل جهاز إلكتروني مثل أجهزة التلفزيون والهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والآلات الحاسبة وسماعات الأذن وما إلى ذلك ، فهي قابلة للتكيف ومتعددة الاستخدامات ، لكن هذا لا يعني ذلك يمكن استخدامها في كل تطبيق ، ويمكننا استخدامها كجهاز تضخيم وتبديل لكنها لا تستطيع التعامل مع تيار أعلى ، كما أن الترانزستور يتطلب تيار تحويل مستمر. لذلك ، لكل هذه المشاكل وللتغلب على هذه المشاكل نستخدم الثايرستور.

بشكل عام ، يتم استخدام SCR و Thyristor بالتبادل ولكن SCR هو نوع من الثايرستور. يشتمل الثايرستور على العديد من أنواع المفاتيح ، بعضها SCR (مقوم التحكم بالسيليكون) ، و GTO (إيقاف تشغيل البوابة) ، و IGBT (ترانزستور ثنائي القطب يتم التحكم فيه بالبوابة المعزولة) وما إلى ذلك ، ولكن SCR هو الجهاز الأكثر استخدامًا ، لذا أصبحت كلمة Thyristor مرادف لـ SCR. ببساطة ، SCR هو نوع من الثايرستور .

SCR أو الثايرستور هو جهاز تبديل أشباه الموصلات من أربع طبقات وثلاث وصلات. لديها ثلاث محطات أنود ، كاثود ، وبوابة. الثايرستور هو أيضًا جهاز أحادي الاتجاه مثل الصمام الثنائي ، مما يعني أنه يتدفق التيار في اتجاه واحد فقط. يتكون من ثلاثة تقاطعات PN في سلسلة لأنها من أربع طبقات. تستخدم محطة البوابة لتشغيل SCR من خلال توفير جهد صغير لهذه المحطة ، والتي أطلقنا عليها أيضًا طريقة تشغيل البوابة لتشغيل SCR.

كيف يختلف الثايرستور عن MOSFET؟

الثايرستور و MOSFET كلاهما مفاتيح كهربائية ويستخدمان بشكل شائع. يتمثل الاختلاف الأساسي بينهما في أن مفاتيح MOSFET هي جهاز يتم التحكم فيه بالجهد ويمكنها فقط تبديل تيار التيار المستمر بينما تكون مفاتيح الثايرستور جهازًا يتم التحكم فيه حاليًا ويمكنها تبديل كل من التيار المستمر والتيار المتردد.

هناك بعض الاختلافات بين Thyristor و MOSFET موضحة أدناه في الجدول:

خاصية	الثايرستور	موسفيت
هارب الحراري	نعم	لا
حساسية درجة الحرارة	أقل	عالي
نوع	جهاز عالي الجهد عالي التيار	جهاز تيار متوسط ​​عالي الجهد
ايقاف	مطلوب دائرة تبديل منفصلة	غير مطلوب
تحول على	مطلوب نبضة واحدة	لا يلزم توفير إمدادات مستمرة إلا أثناء التشغيل وإيقاف التشغيل
سرعة التحويل	منخفض	عالي
مقاومة المدخلات المقاومة	منخفض	عالي
المتابعة	جهاز التحكم الحالي	جهاز التحكم في الجهد

كيف يختلف الثايرستور عن الترانزستور؟

الثايرستور والترانزستور كلاهما مفتاحان كهربائيان ولكن قدرة التعامل مع الطاقة في الثايرستور أفضل بكثير من الترانزستور. نظرًا لارتفاع معدل الثايرستور ، يُعطى بالكيلوواط ، بينما تتراوح طاقة الترانزستور بالواط. يتم أخذ الثايرستور كزوج مغلق من الترانزستورات في التحليل. الفرق الرئيسي بين الترانزستور والثايرستور هو أن الترانزستور يحتاج إلى إمداد تبديل مستمر ليظل في وضع التشغيل ولكن في حالة الثايرستور نحتاج إلى تشغيله مرة واحدة فقط ويظل قيد التشغيل. بالنسبة للتطبيقات مثل دائرة الإنذار التي تحتاج إلى التشغيل مرة واحدة والبقاء في وضع التشغيل إلى الأبد ، لا يمكن استخدام الترانزستور. لذلك ، للتغلب على هذه المشاكل نستخدم الثايرستور.

هناك بعض الاختلافات بين الثايرستور والترانزستور موضحة أدناه في الجدول:

خاصية	الثايرستور	الترانزستور
طبقة	أربع طبقات	ثلاث طبقات
محطات	الأنود والكاثود والبوابة	الباعث والمجمع والقاعدة
العملية على الجهد والتيار	أعلى	أقل من الثايرستور
تحول على	فقط مطلوب نبضة بوابة للتشغيل	مطلوب توريد مستمر للتيار المتحكم
فقدان الطاقة الداخلي	أقل من الترانزستور	أعلى

السادس خصائص الثايرستور أو SCR

الدائرة الأساسية للحصول على خصائص الثايرستور VI مذكورة أدناه ، أنود وكاثود الثايرستور متصلان بالإمداد الرئيسي من خلال الحمل. يتم تغذية بوابة وكاثود الثايرستور من مصدر Es ، يستخدم لتوفير تيار البوابة من البوابة إلى الكاثود.

وفقًا للمخطط المميز ، هناك ثلاثة أوضاع أساسية لـ SCR: وضع الحجب العكسي ، ووضع الحجب الأمامي ، ووضع التوصيل الأمامي.

وضع المنع العكسي:

في هذا الوضع يكون الكاثود موجبًا فيما يتعلق بالأنود مع فتح المفتاح S. يكون التقاطع J1 و J3 متحيزين معكوسين بينما يكون J2 متحيزًا للأمام. عندما يتم تطبيق الجهد العكسي عبر الثايرستور (يجب أن يكون أقل من V _BR) ، يوفر الجهاز مقاومة عالية في الاتجاه العكسي. لذلك ، يتم التعامل مع الثايرستور كمفتاح مفتوح في وضع الحجب العكسي. V _BR هو جهد الانهيار العكسي حيث يحدث الانهيار الجليدي ، إذا تجاوز الجهد V _BR قد يتسبب في تلف الثايرستور.

وضع المنع الأمامي:

عندما يكون الأنود موجبًا فيما يتعلق بالكاثود ، مع فتح مفتاح البوابة. يقال إن الثايرستور متحيز للأمام ، والتقاطع J1 و J3 متحيزان للأمام و J2 متحيزان معكوسان كما ترون في الشكل. في هذا الوضع ، يُطلق على تيار صغير تدفقات تسمى تيار التسرب الأمامي ، حيث يكون تيار التسرب الأمامي صغيرًا ولا يكفي لتحريك SCR. لذلك ، يتم التعامل مع SCR على أنه مفتاح مفتوح حتى في وضع الحجب الأمامي.

وضع التوصيل الأمامي:

مع زيادة الجهد الأمامي مع بقاء دائرة البوابة مفتوحة ، يحدث الانهيار الجليدي عند التقاطع J2 ويأتي SCR في وضع التوصيل. يمكننا تشغيل SCR في أي لحظة عن طريق إعطاء نبضة بوابة موجبة بين البوابة والكاثود أو عن طريق جهد كسر أمامي عبر الأنود والكاثود في الثايرستور.

طرق التحفيز من SCR أو الثايرستور

هناك العديد من الطرق لتشغيل SCR مثل:

• اثار الجهد الى الامام
• تشغيل البوابة
• تشغيل dv / dt
• اثار درجة الحرارة
• اثار الضوء

تحريك الجهد إلى الأمام:

من خلال تطبيق الجهد الأمامي بين الأنود والكاثود ، مع إبقاء دائرة البوابة مفتوحة ، يكون التقاطع J2 متحيزًا عكسيًا. نتيجة لذلك ، يحدث تكوين طبقة النضوب عبر J2. مع زيادة الجهد الأمامي ، تأتي مرحلة عندما تختفي طبقة النضوب ، ويقال إن J2 لديها انهيار الانهيار الجليدي. ومن ثم ، يأتي الثايرستور في حالة التوصيل. يسمى الجهد الذي يحدث عنده الانهيار الجليدي باسم جهد الانهيار الأمامي V _BO.

تشغيل البوابة:

إنها واحدة من أكثر الطرق شيوعًا وموثوقية وفعالية لتشغيل الثايرستور أو SCR. في إطلاق البوابة ، لتشغيل SCR ، يتم تطبيق جهد موجب بين البوابة والكاثود ، مما يؤدي إلى ظهور تيار البوابة ويتم حقن الشحنة في الطبقة P الداخلية ويحدث الانكسار الأمامي. كلما ارتفع تيار البوابة سوف يخفض جهد الانكسار الأمامي

كما هو مبين في الشكل هناك ثلاثة تقاطعات في SCR ،. باستخدام طريقة تشغيل البوابة ، حيث يتم تطبيق نبض البوابة على فواصل J2 ، يصبح التقاطع J1 و J2 متحيزًا للأمام أو يأتي SCR في حالة التوصيل. وبالتالي ، فإنه يسمح للتيار بالتدفق عبر الأنود إلى الكاثود.

وفقًا لنموذج الترانزستور ، عندما يكون الأنود موجبًا فيما يتعلق بالكاثود. لن يتدفق التيار عبر الأنود إلى الكاثود حتى يتم تشغيل دبوس البوابة. عندما يتدفق التيار إلى دبوس البوابة ، فإنه يتحول إلى الترانزستور السفلي. عند توصيل الترانزستور السفلي ، يتم تشغيله على الترانزستور العلوي. هذه ردود فعل إيجابية داخلية لطيفة ، لذا من خلال توفير النبض عند البوابة لمرة واحدة ، جعل الثايرستور يظل في حالة تشغيل. عندما يتم تشغيل كلا الترانزستور ، يبدأ التيار بإجراء توصيل من خلال الأنود إلى الكاثود. تُعرف هذه الحالة باسم التوصيل الأمامي وهذه هي الطريقة التي "يغلق" بها الترانزستور أو يظل قيد التشغيل بشكل دائم. لإيقاف تشغيل SCR ، لا يمكنك إيقاف تشغيله فقط عن طريق إزالة تيار البوابة ، في هذه الحالة يكون الثايرستور مستقلاً عن تيار البوابة. لذلك ، من أجل إيقاف التشغيل ، عليك إجراء إيقاف تشغيل الدائرة.

تشغيل dv / dt:

في التقاطع المنحاز العكسي ، يكتسب J2 خاصية مثل المكثف بسبب وجود شحنة عبر التقاطع ، مما يعني أن الوصلة J2 تتصرف مثل السعة. إذا تم تطبيق الجهد الأمامي فجأة ، يؤدي تيار الشحن من خلال سعة الوصلة Cj إلى تشغيل SCR.

يتم إعطاء تيار الشحن i _C بواسطة ؛

i _C = dQ / dt = d (Cj * Va) / dt (حيث يظهر الجهد الأمامي V عبر الوصلة J2) i _C = (Cj * dVa / dt) + (Va * dCj / dt) نظرًا لأن سعة الوصلة هي ثابت تقريبًا ، dCj / dt يساوي صفرًا ، ثم i _C = Cj dVa / dt

لذلك ، إذا كان معدل ارتفاع الجهد الأمامي dVa / dt مرتفعًا ، فإن تيار الشحن i _C سيكون أكثر. هنا ، يلعب تيار الشحن دور تيار البوابة لتشغيل SCR حتى تكون إشارة البوابة صفرية.

اثار درجة الحرارة:

عندما يكون الثايرستور في وضع الحجب الأمامي ، فإن معظم الجهد المطبق يتجمع فوق التقاطع J2 ، وهذا الجهد مرتبط ببعض تيار التسرب. مما يرفع درجة حرارة التقاطع J2. لذلك ، مع زيادة درجة الحرارة ، تنخفض طبقة النضوب وعند بعض درجات الحرارة المرتفعة (ضمن الحد الآمن) ، تنكسر طبقة النضوب ويتحول SCR إلى حالة التشغيل.

اثار الضوء:

لتحريك SCR بالضوء ، يتم عمل فجوة (أو مجوفة) طبقة p داخلية كما هو موضح في الشكل أدناه. يتم توجيه شعاع الضوء ذي الطول الموجي المعين بواسطة الألياف الضوئية للإشعاع. نظرًا لأن شدة الضوء تتجاوز قيمة معينة ، يتم تشغيل SCR. يسمى هذا النوع من SCR باسم SCR المنشط بالضوء (LASCR). في بعض الأحيان ، يتم تشغيل هذه SCR باستخدام كل من مصدر الضوء وإشارة البوابة معًا. يلزم وجود تيار بوابة عالي وشدة إضاءة منخفضة لتشغيل SCR.

يتم استخدام LASCR أو SCR المشغل بالضوء في نظام نقل HVDC (تيار عالي الجهد المباشر).