معرفی تریستور

در این مبحث می خواهیم تعریفی ساده از تریستور را داشته باشیم. در کتابهای الکترونیک صنعتی دانشگاه آن‌قدر بررسی فیزیک الکترونیک قطعه و فرمول های جریان و ولتاژ آن می‌پردازند و تحلیل مدار را از این حیث بررسی می‌کنند که شیرینی بحث از بین میرود. مثلاً در مورد ترانزیستور اغلب بچه ها با ماسفت مشکل دارند. چون از اول ترم آنقدر روی دیود و ترانزیستور BJT وقت گذاشتن که بررسی المانی با کارکرد متفاوت برایشان مشکل است. اما واقعاً تحلیل مدارات ماسفت بسیار ساده تر و طراحی مدار با آن نیز ساده تر است. حال می خواهیم به معرفی تریستور به زبان ساده بپردازیم. ابتدا این مطلب را بگویم که تریستور درست است که جزء قطعات الکترونیک قدرت است اما در اندازه های کوچک نیز وجود دارد و می توان از آن استفاده کرد.

تریستور در واقع همان دیود است ولی در حالت معمول (حالتی که ولتاژ آند به کاتد آن از حد معینی بیشتر باشد) هدایت نمی‌کند. ولی وقتی ولتاژ مثبت به بیت و کاتو اعمال شود تریستور روشن شده و هدایت می‌کند. وقتی این ولتاژ گیت به کاتو برداشته شود تریستور همچنان هدایت می‌کند. مشخصه ولتاژ جریان تریستور را در شکل زیر میبینید.

اگر روی مشخصه ولتاژ جریان دقت کنید می بینید که می توان در دو حالت تریستوری را که به ناحیه هدایت وارد شده قطع کرد. حالت اول آن است که ولتاژ آند به کاتد منفی شود و حالت دوم آن است که جریان آند به کاتد قطع شود. با توجه به منحنی ولتاژ جریان و اینکه نقطه کار روی نمودار بود در جریان جابه جا میشود تریستور با شرایط بالا به حالت قطع وارد میشود. همچنین با توجه به نمودار مشخص است که اگر ولتاژ آند به کاتد از حدی که روی نمودار مشخص است بیشتر شود تریستور هدایت کرده و در این حالت جریان آند به کاتد آن بسیار زیاد است و می سوزد.

همانطور که گفته شد با قطع جریان گیت تریستور خاموش نمیشود. بنابراین مداراتی برای تریستور طراحی شده تا تریستور را به حالت خاموشی ببرد. به روشهای خاموش کردن تریستور کموتاسیون میگویند. کموتاسیون ها انواع مختلفی دارند که در زیر معرفی می شود.

کموتاسیون طبیعی

اگر ورودی AC باشد در نیم سیکل منفی ولتاژ آند به کاتد تریستور منفی شده و تریستور خاموش می شود. به این خاموش شدن کموتاسیون طبیعی می گویند. واضح است که در مدارات DC این حالت رخ نمی دهد. به این نکته توجه داشته باشید که در نیم سیکل مثبت دوباره باید تریستور را با پالس گیت روشن کرد.

کموتاسیون اجباری

قطع جریان آند به کاتد به صورت اجباری نیز باعث خاموش شدن تریستور می‌شود که به آن کموتاسیون اجباری می گویند.

از تریستور می‌تواند به عنوان یک رله استفاده کرد. که در مقایسه با رله سرعت کلیدزنی بالایی دارد ولی در مقابل فقط از یک طرف جریان را رد میکند. در مدارهای AC در نیم سیکل منفی به صورت اتوماتیک تریستور خاموش میشود و عملا از نصف توان ورودی استفاده نمی کند اما به هر حال می توان از تریستور در این مدارات برای کنترل توان استفاده کرد.

اگر محور افقی را که نمایشگر فاز شکل موج متناوب ماست در هر دوره تناوب به ۳۶۰ قسمت تقسیم کنیم هر قسمت یک درجه است. حال در هر جایی از این شکل موج متناوب اگر به پایه گیت تریستور پالس مثبت وارد کنیم تریستور روشن می شود و به این زاویه، زاویه آتش می‌گویند. از چنین مداری برای دیمرها استفاده می‌شود ولی باید به خاطر داشته باشید که همان ابتدا نصب ولتاژ سینوسی را از دست داده اید.

اگر به صورت ناگهانی ولتاژ مستقیم زیادی به تریستور اعمال شود حتی بدون جریان گیت تریستور ممکن است روشن شود. این پدیده را روشن سازی dv/dt می گویند که ممکن است در عمل کرد مدارات مشکل ایجاد کند. برای جلوگیری از این اتفاق از یک مدار حفاظتی RC (اسنابر مقاومتی خازنی) به همراه تریستور استفاده می شود. شکل زیر را ببینید.

اگر نرخ تغییرات جریان تریستور زیاد باشد تریستور میسوزد. برای حفاظت تریستور در برابر تغییرات ناگهانی جریان از یک اندوکتانس (سلف) قبل از آن استفاده می‌کنند.

همانطور که قبلا گفتیم کموتاسیون اجباری یعنی مجبور کردن جریان برای اینکه در خلاف جهت هدایت تریستور جاری شود. می‌توانیم از یک مدار ساده برای این کار استفاده کنیم. برای توضیح بیشتر در مدار زیر را ببینید.

در این مدار با روشن شدن ترانزیستور Q1 جریان در خلاف جهت تریستور از آن عبور خواهد کرد و باعث خاموشی آن خواهد شد. به اینگونه مدارات که برای خاموش شدن تریستور طراحی و تعبیه می‌شوند مدارات کموتاسیون گفته می‌شود.

انتخاب تریستور

برای انتخاب تریستور باید مقادیر زیر در نظر گرفته شود.

• جریانی که برای تحریک کردن گیت لازم است. Igt
• پیک ولتاژ متناوب که در آن تریستور در حالت خاموش باقی بماند. Vdrm
• متوسط و موثر جریان آند به کاتد
• ولتاژ تحریک گیت
• نرخ افزایش ولتاژ
• نرخ افزایش جریان
• مدت زمان روشن شدن بعد از تحریک گیت
• مدت زمان خاموش شدن بعد از کموتاسیون تریستور