Тиристор

Тиристор

Тиристор
Тип	Активан
Прва продукција	1956
Пин конфигурација	анода, капија и катода
Електорнски симбол

Тиристор

Тиристор је полупроводнички елеменат који се у електроенергетици користи у функцији снажног електронског прекидача. Назив тиристор садржи грчку реч тхy - прекидач, док остатак речи означава припадност фамилији транзистора. Тиристор се још среће под називом СЦР (Silicon Цонтроллед Рецтифиер - силиконски управљиви исправљач).

Тиристор је четворослојни полупроводнички елеменат који има три спољашња прикључка: аноду, катоду и гејт. То је у основи четворослојна диода са изводом на трећем слоју, који се означава са Г (енг. гате - капија) и има функцију управљачке електроде. Напоном између гејта и катоде УГК, односно струјом гејта IГ могуће је утицати на вредност пробојног напона директне поларизације Убо између аноде и катоде УАК, при којем тиристор прелази у проводно стање.

Неки извори дефинишу силиконски контролисани исправљач (СЦР) и тиристор као синоним. Други извори дефинишу тиристоре као сложеније уређаје који садрже најмање четири слоја наизменичног Н-типа и П-типа супстрата.

Увод

Тиристор је четворослојни полупроводнички уређај са три терминала, при чему се сваки слој састоји од наизменичног материјала Н-типа или П-типа, на пример П-Н-П-Н. Главни терминали, означени анода и катода, налазе се на сва четири слоја. Контролни терминал, назван капија, причвршћен је за материјал п-типа близу катоде. (Варијанта која се зове СЦС – прекидач контролисан силицијумом – доводи сва четири слоја до терминала.) Рад тиристора се може разумети у смислу пара чврсто повезаних биполарних транзистора, распоређених да изазову самозатварање:

Структура на физичком и електронском нивоу и симбол тиристора.

Тиристори имају три стања:

1. Режим обрнутог блокирања – напон се примењује у правцу који би био блокиран диодом
2. Режим блокирања унапред – напон се примењује у правцу који би проузроковао проводљивост диоде, али тиристор није покренут у проводљивост
3. Режим вођења унапред – Тиристор је покренут у проводљивост и остаће проводљив све док струја напред не падне испод граничне вредности познате као „струја задржавања“

Историја

Силицијумски контролисан исправљач (СЦР) или тиристор који је предложио Вилијам Шокли 1950. године, а заговарали Молл и други у Беловим лаборатирајама, развијен је 1956. од стране инжењера енергетике у Џенерал Електрику (ГЕ), на челу са Гордоном Холом, а комерцијализован од стране Франка V. „Бил” Гуцвајлер. Институт инжењера електротехнике и електронике препознао је проналазак тако што је поставио плочу на место проналаска у Клајду, Њујорк и прогласио га ИЕЕЕ историјском прекретницом.

Група од шест 2000 А тиристора (бели дискови распоређени у низу на врху, и виде се на ивици)

Етимологија

Ранији цевни уређај напуњен гасом назван тајратрон пружао је сличну могућност електронског пребацивања, где је мали контролни напон могао да пребаци велику струју. Из комбинације „ТХYРатрон” и „трансИСТОР” је изведен израз "тиристор".

Апликације

„Снуббер” кола

Тиристори се могу покренути великом брзином пораста напона ван стања. При повећању напона у искљученом стању на аноди и катоди тиристора, доћи ће до тока наелектрисања сличног струји пуњења кондензатора. Максимална брзина пораста напона у искљученом стању или дВ/дт оцена тиристора је важан параметар јер указује на максималну брзину пораста анодног напона која не доводи тиристор у проводљивост када се не примењује сигнал капије. Када ток наелектрисања услед брзине пораста напона у искљученом стању преко аноде и катоде тиристора постане једнак протоку наелектрисања убризганог када је капија под напоном, онда то доводи до случајног и лажног покретања тиристора што је непожељно.

Ово се спречава повезивањем пригушивача отпорник-кондензатор (РЦ) између аноде и катоде како би се ограничио дВ/дт (тј. брзина промене напона током времена). Пригушивачи су кола која апсорбују енергију која се користе за сузбијање скокова напона изазваних индуктивношћу кола када се прекидач, електрични или механички, отвори. Најчешћи пригушивач је кондензатор и отпорник спојени у серију преко прекидача (транзистора).

ХВДЦ пренос електричне енергије

Вентилска хала која садржи низове тиристорских вентила који се користе за пренос енергије на велике удаљености са брана фирме Манитоба Хајдро

Пошто савремени тиристори могу да пребацују снагу на скали мегавата, тиристорски вентили су постали срце конверзије високонапонске једносмерне струје (ХВДЦ) у или из наизменичне струје. У домену ове и других апликација велике снаге, и тиристори са електричним (ЕТТ) и светлосним (ЛТТ) окидањем су и даље примарни избор. Тиристори су распоређени у диодно премошћујуће коло и ради смањења хармоника су повезани у серију да формирају 12-пулсни претварач. Сваки тиристор се хлади дејонизованом водом, а цео аранжман постаје један од више идентичних модула који формирају слој у вишеслојној групи вентила која се назива четвороструки вентил. Три таква снопа се обично монтирају на под или се окаче са плафона вентилске хале постројења за пренос на велике удаљености.

Режими квара

Произвођачи тиристора генерално одређују регион безбедног паљења дефинишући прихватљиве нивое напона и струје за дату радну температуру. Граница овог региона је делимично одређена захтевом да се не прекорачи максимална дозвољена снага капије (П_Г), одређена за дато трајање окидачког импулса.

Тиристори од силицијум карбида

Последњих година, неки произвођачи су развили тиристоре који користе силицијум карбид (СиЦ) као полупроводнички материјал. Они имају примену у окружењима са високим температурама, будући да могу да раде на температурама до 350 °Ц.

Литература

• Wинтрицх, Арендт; Ницолаи, Улрицх; Турскy, Wернер; Реиманн, Тобиас (2011). Апплицатион Мануал Поwер Семицондуцторс 2011 (ПДФ) (2нд изд.). Нуремберг: Семикрон. ИСБН 978-3-938843-66-6. Архивирано из оригинала (ПДФ) 2013-09-16. г. 
• Тхyристор Тхеорy анд Десигн Цонсидератионс; ОН Семицондуцтор; 240 пагес; 2006; ХБД855/D. (Фрее ПДФ доwнлоад)
• Улрицх Ницолаи, Тобиас Реиманн, Јüрген Петзолдт, Јосеф Лутз: Апплицатион Мануал ИГБТ анд МОСФЕТ Поwер Модулес, 1. Едитион, ИСЛЕ Верлаг, (1998) ISBN 3-932633-24-5. (Free PDF download)
• SCR Manual; 6th edition; General Electric Corporation; Prentice-Hall; 1979.
• „1960: Metal Oxide Semiconductor (MOS) Transistor Demonstrated”. The Silicon Engine: A Timeline of Semiconductors in Computers. Computer History Museum. Приступљено 31. 8. 2019. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• Majumdar, Gourab; Takata, Ikunori (2018). Power Devices for Efficient Energy Conversion. CRC Press. стр. 144, 284, 318. ISBN 9781351262316. 
• Baliga, B. Jayant (2015). The IGBT Device: Physics, Design and Applications of the Insulated Gate Bipolar Transistor. William Andrew. стр. xxviii, 5—12. ISBN 9781455731534. 
• Baliga, B. Jayant (1979). „Enhancement- and depletion-mode vertical-channel m.o.s. gated thyristors”. Electronics Letters. 15 (20): 645—647. Bibcode:1979ElL....15..645J. ISSN 0013-5194. doi:10.1049/el:19790459. 
• „Advances in Discrete Semiconductors March On”. Power Electronics Technology. Informa: 52—6. септембар 2005. Архивирано (PDF) из оригинала 22. 3. 2006. г. Приступљено 31. 7. 2019. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• Baliga, B.J.; Adler, M.S.; Gray, P.V.; Love, R.P.; Zommer, N. (1982). „The insulated gate rectifier (IGR): A new power switching device”. 1982 International Electron Devices Meeting. стр. 264—267. S2CID 40672805. doi:10.1109/IEDM.1982.190269. 
• Baliga, B.J. (1983). „Fast-switching insulated gate transistors”. IEEE Electron Device Letters. 4 (12): 452—454. Bibcode:1983IEDL....4..452B. S2CID 40454892. doi:10.1109/EDL.1983.25799. 
• Nakagawa, Akio; Ohashi, Hiromichi; Tsukakoshi, Tsuneo (1984). „High Voltage Bipolar-Mode MOSFET with High Current Capability”. Extended Abstracts of the 1984 International Conference on Solid State Devices and Materials. doi:10.7567/SSDM.1984.B-6-2. 
• Scharf, B.; Plummer, J. (1978). A MOS-controlled triac device. 1978 IEEE International Solid-State Circuits Conference. Digest of Technical Papers. XXI. стр. 222—223. S2CID 11665546. doi:10.1109/ISSCC.1978.1155837. 
• Nakagawa, A.; Ohashi, H.; Kurata, M.; Yamaguchi, H.; Watanabe, K. (1984). „Non-latch-up 1200V 75A bipolar-mode MOSFET with large ASO”. 1984 International Electron Devices Meeting. стр. 860—861. S2CID 12136665. doi:10.1109/IEDM.1984.190866. 
• Shenai, K. (2015). „The Invention and Demonstration of the IGBT [A Look Back]”. IEEE Power Electronics Magazine. 2 (2): 12—16. ISSN 2329-9207. S2CID 37855728. doi:10.1109/MPEL.2015.2421751. 
• „NIHF Inductee Bantval Jayant Baliga Invented IGBT Technology”. National Inventors Hall of Fame. Приступљено 17. 8. 2019. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• Russell, J.P.; Goodman, A.M.; Goodman, L.A.; Neilson, J.M. (1983). „The COMFET—A new high conductance MOS-gated device”. IEEE Electron Device Letters. 4 (3): 63—65. Bibcode:1983IEDL....4...63R. S2CID 37850113. doi:10.1109/EDL.1983.25649. 
• Goodman, A.M.; Russell, J.P.; Goodman, L.A.; Nuese, C.J.; Neilson, J.M. (1983). „Improved COMFETs with fast switching speed and high-current capability”. 1983 International Electron Devices Meeting. стр. 79—82. S2CID 2210870. doi:10.1109/IEDM.1983.190445. 
• Baliga, B.Jayant (1985). „Temperature behavior of insulated gate transistor characteristics”. Solid-State Electronics. 28 (3): 289—297. Bibcode:1985SSEle..28..289B. doi:10.1016/0038-1101(85)90009-7. 

Spoljašnje veze

• The Early History of the Silicon Controlled Rectifier – by Frank William Gutzwiller (of G.E.)
• THYRISTORS – from All About Circuits
• Universal thyristor driving circuit
• Thyristor Resources (simpler explanation)
• Thyristors of STMicroelectronics
• Thyristor basics Архивирано 2013-04-15 на сајту Archive.today