Türistori kommutatsioonimeetodid jõuelektroonikas

Enamik muunduri seadmed ja lülitusrežiimis toiteallikate kasutamine jõuelektroonika komponendid nagu türistorid, MOSFET ja muud pooljuhtseadised kõrgsageduslikuks lülitamiseks suurvõimsusel. Mõelge türistoritele, mida kasutame väga sageli bistabiilsete lülititena mitmes rakenduses. Need türistorid kasutavad sisse- ja väljalülitamiseks vajalikke lüliteid. Türistorite sisselülitamiseks on mõned türistorid sisse lülitatud meetodid, mida nimetatakse türistori käivitamise meetoditeks. Samamoodi on türistorite väljalülitamiseks olemas meetodid, mida nimetatakse türistorite kommuteerimise meetoditeks või tehnikateks. Enne türistori kommuteerimisvõtete arutamist peame teadma midagi türistori põhitõdedest, näiteks türistor, türistori töö, erinevat tüüpi türistorid ja türistori sisselülitusmeetodid.

Mis on türistor?

Kaks kuni neli plii pooljuhtseadet, mis koosnevad neljast vahelduva N- ja P-tüüpi materjali kihist, nimetatakse türistoriteks. Neid kasutatakse tavaliselt kahestabiilsete lülititena, mis toimivad ainult siis, kui türistori väravaklemm käivitatakse. Türistorit nimetatakse ka räniga juhitavaks alaldiks või SCR-ks.

Türistor

Mis on SCR-i kommutatsioon?

Komutatsioon pole muud kui SCR-i väljalülitamise meetod. See on üks meetod, mida kasutatakse SCR-i või türistori viimiseks ON-olekust OFF-olekusse. Me teame, et SCR-i saab aktiveerida, kasutades väravasignaali SCR-i suunas, kui see on edastamise eelarvamuses. Muidu toite konditsioneerimiseks peab SCR välja lülitama, kui see on vajalik võimsuse juhtimiseks.

SCR-i kommuteerimisahel

Kui SCR liigub edastamise juhtimise režiimis, kaotab selle väravaterminal juhtimise. Selleks tuleks türistori / SCR-i väljalülitamiseks kasutada mõnda täiendavat vooluringi. Niisiis, seda täiendavat vooluahelat nimetatakse kommuteerimisahelaks.

Nii et seda terminit kasutatakse peamiselt voolu ülekandmiseks ühest anest teise. Türistori väljalülitamiseks vähendab kommuteerimisahel peamiselt edasivoolu nulli. Niisiis peaksid türistori välja lülitamiseks pärast selle juhtimist olema täidetud järgmised tingimused.

• Türistori või SCR-i ettepoole suunatud voolu tuleks vähendada nullini, muidu hoidevvoolu taseme all.
• Ettepoole blokeeritava seisundi taastamiseks peaks SCR / türistori kaudu olema tagatud piisavalt vastupidine pinge.

Kui SCR on välja lülitatud, vähendades edasivoolu nulli, on erinevates kihtides üleliigseid laengukandjaid. Türistori ettepoole blokeeriva seisundi taastamiseks tuleks need üleliigsed laengukandjad uuesti kombineerida. Niisiis, see rekombinatsioonimeetod võib kiireneda, rakendades türistori vastupinge.

Türistori kommutatsioonimeetodid

Nagu me eespool uurisime, saab türistori sisse lülitada, käivitades madala pingega lühikese impulsi väravaklemmi. Kuid pärast sisselülitamist töötab see pidevalt, kuni türistor on vastupidine või koormusvool langeb nulli. See türistorite pidev juhtimine tekitab mõnes rakenduses probleeme. Türistori väljalülitamiseks kasutatavat protsessi nimetatakse kommuteerimiseks. Kommuteerimisprotsessi abil muudetakse türistori töörežiim ettejuhtivast režiimist edasi blokeerimise režiimiks. Niisiis, väljalülitamiseks kasutatakse türistori kommuteerimismeetodeid või türistori kommuteerimise tehnikaid.

Türistorite kommutatsioonitehnikad on jagatud kahte tüüpi:

• Loomulik kommuteerimine
• Sunnitud kommutatsioon

Loomulik kommuteerimine

Üldiselt, kui arvestada vahelduvvooluvarustust, voolab vool läbi nullpunkti joone, liikudes samal ajal positiivsest tipust negatiivsesse tippu. Seega ilmub kogu seadmes samaaegselt vastupidine pinge, mis lülitab türistori kohe välja. Seda protsessi nimetatakse loomulikuks kommutatsiooniks, kuna türistor lülitatakse loomulikult välja, ilma et kommuteerimise eesmärgil kasutataks väliseid komponente, vooluahelat või toiteallikat.

Loomulikku kommutatsiooni võib täheldada vahelduvvoolu pinge regulaatorites, faasiga juhitavate alaldite ja tsüklo muundurites.

Sunnitud kommutatsioon

Türistori saab välja lülitada SCR-i vastupidise kallutamise või aktiivsete või passiivsete komponentide abil. Türistori voolu saab vähendada väärtuseni, mis on madalam hoovoolu väärtusest. Kuna türistor on sunniviisiliselt välja lülitatud, nimetatakse seda sunnitud kommuteerimisprotsessiks. The põhielektroonika ja elektrilised komponendid näiteks induktiivsust ja mahtuvust kasutatakse kommuteerimise eesmärkidel kommuteerivate elementidena.

Alalisvoolu toite kasutamisel võib täheldada sundkommuteerimist, seega nimetatakse seda ka alalisvoolu kommuteerimiseks. Sunnitud kommuteerimisprotsessi jaoks kasutatavat väliskontuuri nimetatakse kommuteerimisahelaks ja selles vooluringis kasutatavaid elemente kommuteerivateks elementideks.

Sunnitud kommutatsioonimeetodite klassifikatsioon

Siin käsitletakse allpool türistori kommutatsioonimeetodite klassifikatsiooni. Selle klassifikatsioon toimub peamiselt sõltuvalt sellest, kas kommuteerimise impulss on pinge impulsi voolu impulss, kas see on ühendatud järjestikku / paralleelselt kommuteeritava SCR kaudu, kas signaal antakse abi- või põhitüristori kaudu, kas kommuteerimisahel on laetud abi- või peaallikast. Inverterite klassifitseerimine toimub peamiselt kommutatsioonisignaalide asukoha põhjal. Sundkommuteerimise võib jaotada erinevateks meetoditeks järgmiselt:

• Klass A: ise kommuteeritud resoneeriva koormusega
• Klass B: isekommuteeritud LC-ahelaga
• Klass C: Cor L-C, mida lülitab teine ​​koormust kandev SCR
• D-klass: C või L-C, mida lülitatakse täiendava SCR-ga
• Klass E: väline pulsiallikas kommuteerimiseks
• Klass F: vahelduvvooluliini kommuteerimine

A-klass: ise kommuteeritud resoneeriva koormusega

A-klass on üks sageli kasutatavat türistori kommuteerimise tehnikat. Kui türistor käivitatakse või lülitatakse sisse, siis voolab anoodvool laadimisega kondensaator C täpiga positiivne. Teise järgu alakummutatud vooluahela moodustab induktiivpool või vahelduvvoolutakisti , kondensaator ja takisti. Kui vool koguneb läbi SCR-i ja lõpetab pooltsükli, siis induktorivool voolab läbi SCR-i vastupidises suunas, mis lülitab türistori välja.

A-klassi türistori kommutatsioonimeetod

Pärast türistori kommuteerimist või türistori väljalülitamist hakkab kondensaator maksimaalsest väärtusest takisti kaudu eksponentsiaalselt tühjenema. Türistor on vastupidises nihkes, kuni kondensaatori pinge jõuab toitepinge tasemele.

Klass B: isekommuteeritud L-C vooluahelaga

Peamine erinevus klassi A ja B türistori kommutatsioonimeetodite vahel on see, et LC on ühendatud järjestikku A klassi türistoriga, samas paralleelselt klassi B türistoriga. Enne SCR-i käivitamist laetakse kondensaator üles (punkt näitab positiivne). Kui SCR käivitatakse või antakse käivitav impulss, on saadud voolul kaks komponenti.

B-klassi türistori kommutatsioonimeetod

R-L koormuse kaudu voolav pidev koormusvool on tagatud suure reaktantsiga, mis on järjestikku ühendatud koormaga, mis on kinnitatud vabakäigu dioodiga. Kui sinusoidaalne vool voolab läbi resonantsi L-C vooluahela, laaditakse kondensaator C pooltsükli lõpus negatiivsena.

SCR-i kaudu voolav kogu vool muutub nulliks, SCR-i läbiv vastupidine vool on väikese osa negatiivse kiigu korral koormusvoolu vastas. Kui resonantsahela vool või pöördvool muutub koormuse voolust veidi suuremaks, lülitatakse SCR välja.

Klass C: C või L-C, lülitatakse teise koormat kandva SCR-ga

Ülaltoodud türistori kommutatsioonimeetodites täheldasime ainult ühte SCR-i, kuid nendes türistori C-klassi kommutatsioonitehnikates on kaks SCR-i. Ühte SCR-i peetakse põhitüristoriks ja teist abistüristoriks. Selles klassifikatsioonis võivad mõlemad toimida põhiliste SCR-dena, mis kannavad koormusvoolu, ja neid saab kavandada nelja SCR-ga, mille koormus on üle kondensaatori, kasutades integreeritud muunduri tarnimiseks vooluallikat.

C-klassi türistori kommutatsioonimeetod

Kui türistor T2 käivitatakse, laaditakse kondensaator üles. Kui türistor T1 käivitatakse, tühjeneb kondensaator ja see C tühjendusvool on vastu koormusvoolu voolule T2, kuna kondensaator lülitatakse T1 kaudu üle T2.

D-klass: L-C või C, lülitatav abiseadme SCR abil

C-klassi ja D-klassi türistori kommutatsioonimeetodeid saab eristada D-klassi koormusvooluga: ainult üks SCR-ist kannab koormusvoolu, samas kui teine ​​toimib abitüristorina, samas kui C-klassis kannavad mõlemad SCR-d koormusvoolu. Abitüristor koosneb anoodis olevast takistist, mille takistus on ligikaudu kümnekordne koormustakistus.

D-klassi tüüp

Ta (abistüristori) käivitamisega laetakse kondensaator toitepingeks ja seejärel lülitub Ta välja. Lisapinge, kui see on sisendliinides olulise induktiivsuse tõttu, tühjeneb diood-induktor-koormusahelas.

Kui käivitatakse Tm (peamine türistor), siis vool voolab kahel teel: kommuteerimisvool voolab läbi tee C-Tm-L-D ja koormusvool voolab läbi koormuse. Kui kondensaatori laeng on dioodi abil vastupidine ja hoitakse sellel tasemel ning kui Ta uuesti käivitatakse, ilmub kondensaatori pinge üle Tm Ta kaudu. Seega lülitatakse türistor Tm välja.

Klass E: väline pulsiallikas kommuteerimiseks

Türistori klassi E kommutatsioonitehnikate puhul ei saa trafo küllastuda (kuna sellel on piisavalt raua- ja õhuvahet) ning see on võimeline kandma koormusvoolu toitepingega võrreldes väikese pingelangusega. Kui türistor T käivitatakse, voolab vool läbi koormus- ja impulsstrafo.

E-klassi tüüp

Positiivse impulsi genereerimiseks kasutatakse välist impulssigeneraatorit, mis antakse impulsstrafo kaudu türistori katoodile. Kondensaator C laetakse umbes 1v ja arvatakse, et väljalülitamise impulsi kestel on see impedants null. Türistori pinge pööratakse ümber impulsi abil elektritrafo mis varustab tagurpidi pöördvoolu ja hoiab nõutava väljalülitusaja jooksul negatiivset pinget.

Klass F: vahelduvvoolu liin

F-klassi türistori kommutatsioonitehnikates kasutatakse toiteallikaks vahelduvat pinget ja selle toite positiivse poolperioodi jooksul voolab koormusvool. Kui koormus on väga induktiivne, jääb vool püsima seni, kuni induktiivkoormusse salvestatud energia hajub. Negatiivse pooltsükli ajal, kui koormusvool muutub nulliks, lülitub türistor välja. Kui seadme nimelise väljalülitusaja jooksul eksisteerib pinge, lülitab väljuva türistori pinge negatiivne polaarsus selle välja.

Klass F tüüp

Siin peab pooltsükli kestus olema suurem kui türistori väljalülitusaeg. See kommuteerimisprotsess sarnaneb kolmefaasilise muunduri kontseptsiooniga. Mõelgem, peamiselt toimivad T1 ja T11 muunduri käivitamisnurgaga, mis on võrdne 60 kraadiga ja töötab pidevas juhtimisrežiimis väga induktiivse koormusega.

Kui türistorid T2 ja T22 käivitatakse, ei tõuse sissetulevate seadmete kaudu voolav vool hetkega koormusvoolu tasemele. Kui sissetulevate türistorite vool jõuab koormusvoolu tasemeni, käivitatakse väljuvate türistorite kommuteerimisprotsess. Seda türistori vastupidist kallutatavat pinget tuleks jätkata kuni eesmise blokeerimisseisundini.

Türistori kommutatsioonimeetodite rike

Türistori kommuteerimise rike ilmneb peamiselt seetõttu, et need on liini kommuteeritud ja pingelangus võib põhjustada ebapiisava pinge kommuteerimiseks, seega põhjustab rikke pärast järgmise türistori käivitamist. Nii et kommuteerimise ebaõnnestumine toimub mitmel põhjusel, millest mõnda käsitletakse allpool.
Türistorid tagastavad tagasikäigu üsna aeglaselt, nii et peamine pöördvool võib tarnida edastamise juhtimisel. See võib tähendada 'rikkevoolu', mis ilmub tsükliliselt SCR-i rikke korral seonduva võimsuse hajumise kaudu.

Elektriahelas toimub kommuteerimine põhimõtteliselt siis, kui vooluhulk voolab vooluahela ühest harust teise. Kommuteerimise rike ilmneb peamiselt siis, kui tee muutmine ebaõnnestub mis tahes põhjusel.
SCR-sid kasutava inverteri või alaldi vooluahela korral võib kommuteerimise rike juhtuda kahel põhilisel põhjusel.

Kui türistor ei lülitu sisse, siis voolu vool ei lülitu ja kommuteerimismeetod jääb alla. Samamoodi võib türistori väljalülitamiseks vaja minna vooluhulka järgmise haru suunas. Nii et seda peetakse ka läbikukkumiseks.

Loodusliku kommuteerimise ja sunnitud kommutatsioonitehnikate erinevus

Loodusliku kommuteerimise ja sundkommutatsiooni erinevusi käsitletakse allpool.

Türistori võib lihtsalt nimetada juhitavaks alaldiks. Türistoreid on erinevat tüüpi, mida kasutatakse jõuelektroonika baasil uuenduslikud elektriprojektid . Türistori sisselülitamise protsessi värava terminali käivitavate impulsside pakkumise abil nimetatakse käivitamiseks. Samamoodi nimetatakse türistori väljalülitamise protsessi kommutatsiooniks. Loodetavasti annab see artikkel lühikest teavet türistori erinevate kommuteerimisvõtete kohta. Edasist tehnilist abi pakutakse teie kommentaaride ja päringute põhjal allpool olevas kommentaaride jaotises.