Mô hình mạch kích sử dụng Thuritor

TRƯỜNG ĐẠI CẦN THƠ

KHOA CÔNG NGHỆ

MÔ HÌNH MẠCH KÍCH SỬ DỤNG

THURITOR

THS. NGUYỄN VĂN BIÊN

CẦN THƠ 2010

MO HINH MACH KICH SU DUNG THURITOR

NOÄI DUNG

Chöông 1 GIÔÙI THIEÄU SÔ LÖÔÏC VEÀ THYRISTOR

I - Caáu taïo – Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa Thyristor

1 - Caáu taïo

Thyristor coøn goïi laø SCR (Sillcon – Controlled – Rectifier) laø loaïi linh kieän 4 lôùp P –

N ñaët xen keõ nhau. Ñeå tieän vieäc phaân tích caùc lôùp baùn daãn naøy ngöôøi ta ñaët laø P1, N1,

P2, N2, giöõa caùc lôùp baùn daãn hình thaønh caùc chuyeån tieáp laàn löôït töø treân xuoáng döôùi laø

J1, J2, J3.

Sô ñoà caáu truùc, kyù hieäu, sô ñoà töông ñöông vaø caáu taïo cuûa thyristor ñöôïc trình

baøy H1

H.I.1a. H.I.1b H.I.1c H.I.1d

A : Anoát

K : catoát

G : Cöïc ñieàu khieån

J1, J3 : Maët tieáp giaùp phaùt ñieän tích

J2 : Maët tieáp giaùp trung gian

H.I.1a : Sô ñoà kyù hieäu cuûa SCR

H.I.1b : Sô ñoà caáu truùc boán lôùp cuûa SCR

H.I.1c : Sô ñoà moâ taû caáu taïo cuûa SCR

H.I.1d : Sô ñoà töông ñöông cuûa SCR

2. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa thyristor:

Coù theå moâ phoûng moät Thyristor baèng hai transistor Q1, Q2 nhö H.I.1d.

Transistor Q1 gheùp kieåu PNP, coøn Q2 kieåu NPN.

Goïi α1, α2 laø heä soá truyeàn ñieän tích cuûa Q1vaø Q2. Khi ñaët ñieän aùp U leân hai ñaàu

A &K cuûa Thyristor, caùc maët tieáp giaùp J1 & J3 chuyeån dòch thuaän, coøn maët tieáp giaùp J2

chuyeån dòch ngöôïc ( J2 maët tieáp giaùp chung cuûa Q1 & Q2 ). Do ñoù doøng chaûy qua J2 laø

IJ2

IJ2 = α1 Ie1 + α2Ie2 + Io

.

I0 : Laø doøng ñieän roø qua J2

Nhöng vì Q1 & Q2 gheùp thaønh moät toång theå ta coù:

Ie1 = Ie2 = IJ2 = I.

Do ñoù IJ2 = I = α1 I + α2 I + Io

Suy ra => I = Io / [1-( α1 + α2 )] (1)

Do J2 chuyeån dòch ngöôïc neân haïn cheá doøng chaûy qua noù, daãn ñeán α1, α2 cuøng

ñieàu coù giaù trò nhoû, I ≈ Io

, caû hai transistor ôû traïng thaùi ngaét.

Töø bieåu thöùc (1) ta thaáy raèng doøng ñieän chaûy qua Thyristor phuï thuoäc vaøo heä soá

truyeàn ñieän tích α1 & α2. Moái quan heä giöõa α vaø doøng emiter ñöôïc trình baøy ôû H.I.2.

Nhö vaäy khi α1 + α2 taêng daàn ñeán 1 thì I taêng raát nhanh. Theo sô ñoà töông ñöông

cuûa SCR H.I.1d ta coù theå giaûi thích nhö sau:

- Doøng IC1 chaûy vaøo cöïc B cuûa Q2 laøm cho Q2

daãn vaø IC2 taêng, töùc IB1 cuõng taêng (IC2 = IB1) khieán Q1

daãn maïnh -> IC1 taêng vaø cöù tieáp dieãn nhö theá. Hieän

töôïng naøy goïi laø hoài tieáp döông veà doøng, taïo ñieàu kieän

laøm taêng tröôûng nhanh doøng ñieän chaûy qua Thyristor.

- Doøng Ie1 taêng laøm cho α1 taêng (H.I.

2), coøn taêng Ie2 laøm cho α2 taêng.

Cuoái cuøng thöcï hieän ñöôïc ñieàu kieän

(α1 + α2) -> 1, caû hai transistor

chuyeån sang traïng thaùi môû, luùc naøy noäi trôû giöõa A vaø K cuûa SCR raát

nhoû.

Vaäy muoán laøm cho Q1, Q2 töø traïng thaùi ngaét chuyeån sang traïng thaùi baõo hoaø

(hay muoán môû Thyristor) chæ caàn laøm taêng IB2. Ñeå laøm ñöôïc vieäc naøy ngöôøi ta thöôøng

cho moät doøng ñieàu khieån Iñk chaûy vaøo cöïc coång cuûa Thyristor, ñuùng theo chieàu IB2 treân

H.I.1d.

α

1

Ie

0

H.I.2

II. Ñaëc tuyeán Volt - Ampere cuûa Thyristor:

H.I.3

H.I.3 Ñaëc tuyeán Volt - Ampere cuûa Thyristor

Ith max : Giaù trò cöïc ñaïi doøng thuaän

Uth : Ñieän aùp thuaän

Ung : Ñieän aùp ngöôïc

Udt : Ñieän aùp ñaùnh thuûng

Ing : Doøng ngöôïc.

Io : Doøng roø qua Thyristor

Idt : Doøng duy trì.

∆u: Ñieän aùp rôi treân Thyristor

Ñeå giaûi thích ñöôïc yù nghóa vaät lyù cuûa ñöôøng ñaëc tuyeán Volt - Ampere Thyristor,

ngöôøi ta chia ra laøm boán ñoaïn ñaùnh soá la maõ nhö H.I. 3b

- Ñoaïn ( I) öùng vôùi traïng thaùi ngaét cuûa Thyristor. Trong ñoaïn naøy (α1 + α2 ) <

1, coù doøng roø qua Thyristor I ≈ Io

, vieäc taêng giaù trò U ít coù aûnh höôûng ñeán giaù trò doøng

I. Khi U taêng ñeán giaù trò Uch (ñieän aùp chuyeån maïch) thì baét daàu quaù trình taêng tröôûng

nhanh choùng cuûa doøng ñieän,Thyristor chuyeån sang trang thaùi môû.

-Ñoaïn (II) öùng vôùi giai ñoaïn chuyeån dòch thuaän cuûa maët tieáp giaùp J2 (Q1, Q2

chuyeån sang traïng thaùi baõo hoaø). ÔÛ giai ñoaïn naøy, moãi moät löôïng taêng nhoû doøng ñieän

öùng vôùi moät löôïng giaûm lôùn cuûa ñieän aùp. Ñoaïn naøy ñöôïc goïi laø ñoaïn ñieän trôû aâm.

-Ñoaïn (III) öùng vôùi traïng thaùi môû cuûa Thyristor. Trong ñoaïn naøy caû 3 maët tieáp

giaùp J1, J2, J3 ñieàu ñaõ chuyeån dòch thuaän, moät giaù trò ñieän aùp nhoû coù theå taïo ra moät

doøng ñieän lôùn. Luùc naøy doøng ñieän thuaän chæ coøn bò haïn cheá bôûi ñieän trôû maïch ngoaøi,

ñieän aùp rôi treân Thyristor raát nhoû. Thyristor ñöôïc giöõ ôû traïng thaùi môû chöøng naøo doøng

Ith coøn lôùn hôn doøng duy trì Idt.

- Ñoaïn (IV) öùng vôùi traïng thaùi cuûa Thyristor khi ta ñaët moät ñieän aùp ngöôïc leân noù

(cöïc döông leân catoát, cöïc aâm leân Anod). Luùc naøy J1, J3 chuyeån dòch ngöôïc, coøn J2

chuyeån dòch thuaän, vì khaû naêng khoaù cuûa J3 raát yeáu neân nhaùnh ngöôïc cuûa ñaëc tính

Volt-Ampere chuû yeáu ñöôïc quyeát ñònh baèng khaû naêng khoaù cuûa maët tieáp giaùp J1, do ñoù

coù daïng nhaùmh ngöôïc cuûa ñaëc tính diod thöôøng. Doøng ñieän Ing coù giaù trò raát nhoû Ing ≈

Io

. Khi taêng Ung ñeán giaù trò Uñt (ñieän aùp ñaùnh thuûng) thì J1 bò choïc thuûng vaø Thyristor bò

phaù hoûng. Vì vaäy ñeå traùnh hö hoûng cho Thyristor ta khoâng neân ñaët ñieän aùp ngöôïc coù

giaù trò gaàn baèng Uñt leân Thyristor.

Neáu cho nhöõng giaù trò khaùc nhau cuûa doøng ñieàu khieån Iñk thì seõ nhaän ñöôïc moät

hoï ñöôøng ñaëc tính Volt-Ampere cuûa Thyristor (H.I.4). Ñoaïn (I) cuûa ñöôøng ñaëc tính Volt￾Ampere seõ bò ruùt ngaén laïi vaø ñieän aùp Uch cuõng nhoû ñi neáu taêng daàn giaù trò Uñk. Khi

doøng ñieàu khieån töông ñoái lôùn Iñk3 (H.I.4) thì ñöôøng ñaëc tính ñöôïc naén gaàn nhö thaúng

gioáng nhö nhaùnh thuaän cuûa ñaëc tính Diod, coù theå noùi vôùi giaù trò cuûa Iñk nhö theá (α1 +

α2) vaø maët tieáp giaùp J2 chuyeån dòch thuaän nhanh choùng.

III. Caùc thoâng soá chuû yeáu cuûa Thyristor.

1. Ñieän aùp thuaän cöïc ñaïi (Uth.max):

Laø giaù trò ñieän aùp lôùn nhaát coù theå ñaët leân Thyristor theo chieàu thuaän maø

Thyristor vaãn ôû traïng thaùi môû. Neáu vöôït quaù giaù trò naøy coù theå laøm hoûng Thyristor.

2. Ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi (Ung max):

Laø ñieän aùp lôùn nhaát coù theå daët leân Thyristor theo chieàu ngöôïc maø Thyristor

vaãn khoâng hoûng. Döôùi taùc ñoäng cuûa ñieän aùp naøy, doøng ñieän ngöôïc coù giaù trò Ing = (10

- 20)mmA. Khi ñieän aùp ngöôïc ñaët leân Thyristor löu yù phaûi giaûm doøng ñieàu khieån (H. I.

5)

Ung Ung.max

(10-20)mA

Iñk=0

Iñk1=100mA

Iñk2=1A Ing

Iñk < Iñk1 < Iñk2

H.I.5

3. Ñieän aùp ñònh möùc (Uñm):