Tyristory

1. Tyristory Prof. Ing. Karel Pokorný, CSc. Elektronickou oporu zhotovil: Martin Doležal 2006

2. je-li na A+ uzavřen přechod • je-li na A-uzavřeny přechody Tyristor • čtyřvrstvá polovodičová součástka • se3 polovodičovými přechody • tři vrstvy jsou vyvedeny: • A… anoda • K… katoda • G… řídící elektroda • 2 typy: PNPN; NPNP • čtyřvrstvá struktura blokuje vstupní signál obou polarit:

3. Aby tyristor se uvedl do vodivého stavu musí být splněny 2 podmínky: • mezi A a K musí být kladné napětí • mezi G a K musí být přiveden kladný proudový impuls dostatečné velikosti a trvání NEBO: 2) Při musí být mezi A a K větší napětí než průrazné napětí Uppv propustném směru Vypnutí tyristoru: 2 možnosti • zmenšením zatěžovacího proudu pod hodnotu vratného proudu • krátkodobým převedením tyristoru vnějším zdrojem do závěrného směru – tzv. nucená komutace Tyristor nelze vypnout odstraněním proudu tyristor je bistabilní prvek

4. Statická V-A ch-ka tyristoru Při současném zatěžování proudem v závěrném směru (nevhodné!) zvýšené ztráty v tyristoru

5. 1) strmost anodového napětíje-li velká dochází vlivem kapacitních proudů ke snížení Upp a tím může dojít k nežádoucímu zapnutí tyristoru Při zapnutém tyristoru (přímková část – propustná větev) nelze měnit jeho stav změnou řídícího proudu. Velikost proudu tekoucího tyristorem je dána pouze napájecím napětím a odporem zátěže. Dynamické vlastnosti tyristoru – uplatňují se při přechodu z vodivého do nevodivého stavu a naopak: 2) strmost anodového proudu přechod do vodivého stavu neprobíhá okamžitě – vodivá oblast kolem G se postupné rozšiřuje. Při velké strmosti může nastat místní přehřátí strmost lze snížit vnějším rezistorem nebo zvětšením indukčnosti obvodu 3) zapínací dobaod okamžiku přivedení řídícího impulzu do okamžiku, kdy proud dosáhne 90 % ustálené hodnoty 4) vypínací dobadoba potřebná k obnovení řídící schopnosti tyristoru v propustném směru

6. Vliv teploty na parametry tyristoru: • Obvyklý teplotní rozsah (katalog tranzistorů) -40°C až 125°C. • Rostoucí teplota má vliv na: • pokles Upp (při vysokých teplotách samovolné zapínání tyristoru); • růst závěrného proudu roste ztrátový výkon tyristoru (dovolená • hodnota ztrátového výkonu - střední řídící výkon); • Klesá hodnota vratného proudu • Klesá úbytek napětí v zapnutém stavu; • Roste vypínací doba tyristoru; • Klesá napěťová a proudová přetížitelnost.

7. Užití tyristorů: • řízené usměrňovací obvody ve N schématech – užitím tyristorů lze ovládat okamžik sepnutí a tím na rozdíl od diod lze měnit velikost usměrněného výstupního • řízené spínače ve stejnosměrných obvodech • Pulzní měniče – bezeztrátové řízení otáček ve stejnosm. Elmotorů • Měniče kmitočtu • Střídače – pro kmitočtovou regulaci otáček střídavých elektrických pohonů

8. A) Obvody s přirozenou komutací (střídavé napájení) tyristor se samočinně vypne při průchodu proudu nulou, okamžik zapálení lze ovládat řídícím impulzem, Lze tedy vhodně měnit fázi řídícího napětí ve vztahu k napětí sítě a tím i měnit množství energie dodávané do zátěže. (Na tomto principu – tzv. fázové řízení – pracují usměrňovače.) B) Obvody s nucenou komutací (stejnosměrné napájení) proud zde nikdy přirozenou cestou neklesne na nulu. Proud se musí snížit na nulovou hodnotu vnějším zásahem. Řízení tyristorů ! (pomocí řídících impulzů lze ovládat okamžik sepnutí tyristoru, ale nikoliv vypnutí tyristoru) !

9. ŘÍZENÍ TYRISTORŮ Závislé řídící obvody (obr. 1,2) řídící napětí je odvozeno od napětí sítě. Obr. 1 posouvání řídícího impulzu od 0 do 90° kladné půlperiody napájecího napětí. Jestliže napětí na G dosáhne zapínací hodnoty zapne a proud klesne téměř k nule. Změnou odporu potenciometru lze měnit okamžik, kdy napětí na G dosáhne zapal. hodnot. Záporná půlperioda nap. napětí je blokována diodou D.

10. Obr. 2 – posouvání říd. impulzu v celém rozsahu + půlperiody napáj. napětí. V(+) půlper. se nabíjí kondenzátor s čas. konst. RC. V(-) půlper. se C vybíjí a přes dioduse nabije na záporné napětí rovné amplitudě napáj. napětí. Tyristor sepne v okamžiku, kdy napětí na C dosáhne potřebné zápalné hodnoty.

11. Obr. 3 – zapojení přesytkou ( - pracovní vinutí). Není-li přesytka nasycena je její odpor velký a C se nabíjí přes diodu D. Při nasycení přesytky její odpor klesne, C se vybije přes řídící elektrodu a katodu, čímž dojde k zapnutí tyristoru.

12. Změnou řídícího napětí lze posouvat fázi řídícího impulzu . Ve složitějších řídících obvodech se získává řídící impuls tak, že se porovnává určitý periodický signál Y(t) – tzv. referenční signál – s řídícím signálem X(t). V okamžiku, kdy jsou si oba signály rovny, vznikne řídící impulz. Pro okamžik koincidence platí: X(t)=Y(t) Referenční signál mívá obvykle pilovitý průběh. V okamžiku, kdy referenční napětí dosáhne hodnoty x, dojde k otevření diody D a na výstupu tvarovacího obvodu TO vznikne řídící impulz.

13. Zapojení s komutačním kondenzátorem Řídícím impulzem na se sepne a se přes nabije na naznačenou polaritu napětí Chceme-li vypnout, přivede se řídící impulz na pomocný tyristor , ten se zapne a připojí k komutační kondenzátor , který póluje do závěrného směru. Trvá-li tento stav déle, než je vypínací doba se vypne OBVODY S NUCENOU KOMUTACÍ PROUDU V obvodech stejnosměrného proudu se ovládá vypnutí tyristoru pomocí vnějšího zásahu v obvodě A – K tyristoru. Volba komutačního kondenzátoru je dána podmínkou, aby udržel na závěrné napětí po delší dobu, než je jeho vypínací doba.

14. Z podmínky, že pro musí být platí pro velikost komutačního Matematicky: v okamžiku sepnutí se začíná přebíjet přes odpor na obrácenou polaritu. Podle II. Kirchh.z.: ; řešením difer. rce.: A pro napětí kondenzátoru: kondenzátoru vztah:

15. Sepnutím se nabije na horní polaritu napětí. zhasne, . Sepnutím se jednak připojí zátěž k napětí zdroje a dále vznikne kmitavý proud v obvodu . tím se přebije na dolní polaritu. Obrácenému přebití zabrání dioda D, udržující na dolní polaritu. Sepne –li se nyní připojí se k napětí na , které jej póluje do závěrného směru a je-li toto závěrné napětí na přiloženo déle než je jeho vypínací doba vypne. Zapojení s kmitavým obvodem: K vypínání stejnosměrného proudu je vždy třeba 2 tyristorů