Mô hình mạch kích Thyristor

Luaän vaên toát ngieäp SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn

PHAÀN B 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

GVHD Nguyeãn Xuaân Khai Trang 1

Luaän vaên toát ngieäp SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn

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.

GVHD Nguyeãn Xuaân Khai Trang 2

α

1

Ie

0

H.I.2

Luaän vaên toát ngieäp SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn

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

GVHD Nguyeãn Xuaân Khai Trang 3

Luaän vaên toát ngieäp SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn

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.

H.I.4

GVHD Nguyeãn Xuaân Khai Trang 4

Luaän vaên toát ngieäp SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn

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):

laø giaù trò ñieän aùp cho pheùp ñaëc leân treân Thyristor theo chieàu thuaän

vaø ngöôïc. Thoâng thöôøng U ñm = 2/3 Uth max

4. Ñieän aùp rôi treân Thyristor:

Laø giaù trò ñieän aùp treân Thyristor khi Thyristor ñang ôû traïng thaùi môû.

5. Ñieän aùp chuyeån traïng thaùi (Uch):

ÔÛ giaù trò ñieän aùp naøy, khoâng caàn coù Iñk, Thyristor cuõng chuyeån sang

traïng thaùi môû.

6. Doøng ñieän ñònh möùc (Iñm):

Laø doøng ñieän coù giaù trò trung bình lôùn nhaát ñöôïc pheùp chaûy qua

Thyristor.

7. Ñieän aùp vaø doøng ñieän ñieàu khieån (Uñkmin, Iñkmin):

Laø giaù trò nhoû nhaát cuûa ñieän aùp ñieàu khieån ñaët vaøo G - K vaø doøng ñieän

ñieàu khieån ñaûm baûo môû ñöôïc Thyristor.

GVHD Nguyeãn Xuaân Khai Trang 5

Luaän vaên toát ngieäp SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn

8. Thôøi gian môû Thyristor (Ton):

Laø khoaûng thôøi gian tính töø söôøn tröôùc xung ñieàu khieån ñeán thôøi ñieåm

doøng ñieän taêng ñeán 0,9 Iñm.

9. Thôøi gian khoaù Thyristor (Toff ):

Laø khoaûng thôøi gian tính töø thôøi ñieåm I = 0 ñeán thôøi ñieåm laïi xuaát hieän

ñieän aùp thuaän treân Anod maø Thyristor khoâng chuyeån sang traïng thaùi môû.

10. Toác ñoä taêng ñieän aùp thuaän cho pheùp (du/ dt):

Laø giaù trò lôùn nhaát cuûa toác ñoä taêng aùp treân Anod maø Thyristor khoâng

chuyeån töø traïng thaùi khoaù sang traïng thaùi môû.

11. Toác ñoä taêng doøng thuaän cho pheùp (di/ dt):

laø iaù trò lôùn nhaát cuûa toác ñoä taêng doøng trong quaù trình môû Thyristor.

IV. Môû Thyristor:

+ Caùc bieän phaùp môû Thyristor:

a) Nhieät ñoä:

Neáu nhieät ñoä Thyristor taêng cao, soá löôïng ñieän töû töï do seõ taêng leân,

daãn ñeán doøng ñieän roø Io taêng leân. Söï taêng doøng naøy laøm cho heä soá truyeàn

ñieän tích α1, α2 taêng vaø Thyristor ñöôïc môû. Môû Thyristor baèng phöông

phaùp naøy khoâng ñieàu khieån ñöôïc söï chaïy hoãn loaïn cuûa doøng nhieät neân

thöôøng ñöôïc loaïi boû.

b ) Ñieän theá cao:

Neáu phaân cöïc Thyristor baèng moät ñieän theá lôùn hôn ñieän aùp ñaùnh

thuûng Uñt thì Thyristor môû. Tuy nhieân phöông phaùp naøy seõ laøm cho

Thyristor bò hoûng neân khoâng ñöôïc aùp duïng.

c ) Toác ñoä taêng ñieän aùp (du/dt ):

Neáu toác ñoä taêng ñieän aùp thuaän ñaët leân Anod vaø Catot thì doøng ñieän

tích cuûa tuï ñieän tieáp giaùp coù khaû naêng môû Thyristor. Tuy nhieân doøng ñieän

tích lôùn naøy coù theå phaù hoûng Thyristor vaø caùc thieát bò baûo veä. Thoâng

thöôøng toác ñoä taêng ñieän aùp du/dt thì do nhaø saûn xuaát qui ñònh.

d) Doøng ñieàu khieån cöïc G

Khi Thyristor ñaõ phaân cöïc thuaän ta ñöa doøng ñieàu khieån döông ñaët

vaøo hai cöïc G & K thì Thyristor daãn, doøng IG caøng taêng thì Uñt caøng giaûm.

GVHD Nguyeãn Xuaân Khai Trang 6