تبليغات
تبلیغات در دانشجو کلوب محک :: موسسه خيريه حمايت از کودکان مبتلا به سرطان ::
جستجوگر انجمن.براي جستجوي مطالب دانشجو کلوپ مي توانيد استفاده کنيد 
برای بروز رسانی تاپیک کلیک کنید
 
امتیاز موضوع:
  • 1 رأی - میانگین امتیازات: 5
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

تيريستور (يا يكسو كننده قابل كنترل p-n-p-n )

نویسنده پیام
  • ♔ αϻἰг κнаη ♔
    آفلاین
  • مدیرکل  سایت
    *******
  • ارسال‌ها: 16,105
  • تاریخ عضویت: تير ۱۳۹۰
  • اعتبار: 1090
  • تحصیلات:زیر دیپلم
  • علایق:مبارزه
  • محل سکونت:ایران زمین
  • سپاس ها 34951
    سپاس شده 49155 بار در 13535 ارسال
  • امتیاز کاربر: 551,587$
  • حالت من:حالت من
ارسال: #1
تيريستور (يا يكسو كننده قابل كنترل p-n-p-n )
1-1-تيريستور (يا يكسو كننده قابل كنترل p-n-p-n )
تيريستور يك وسيله نيمه هادي چهار لايه سه اتصالي با سه خروجي است و از لايه هاي نوع p و n سيليكوني كه به طور متناوب قرار گرفته اند ساخته شده اند .. ناحيه p انتهايي آند ، ناحيه n انتهاي كاتد و ناحيه p داخلي دريچه يا گيت است . آند از طريق مدار به طور سري به كاتد وصل مي شود . اين وسيله اساساً يك كليد است و همواره تا زماني كه به پايانه هاي آند و دريچه ولتاژ مثبت مناسبي به كاتد اعمال نشده است در حالت قطع (حالت ولتاژ مسدود كننده ) باقي مي ماند و امپدانس بينهايتي از خود نشان خواهد داد . در حالت وصل و عبور جريان بدون احتياج به علامت (يا ولتاژ) بيشتري روي دريچه به عبور جريان ادامه خواهد داد . در اين حالت به طور ايده آل هيچ امپدانسي در مسير جريان از خود نشان نمي دهد . براي قطع كليد و يا برگرداندن تيريستور به حالت خاموشي بايستي روي دريچه علامت و يا ولتاژي نباشد و جريان در مسير آند به كاتد به صفر تقليل يابد . تيريستور عبور جريان را فقط در يك جهت امكان پذير مي سازد .
اگر به پايانه هاي تيريستور ولتاژ باياس خارجي اعمال نشود ، حاملهاي اكثريت در هر لايه تا زماني كه ولتاژ الكتروستاتيكي داخلي به وجود آمده از انتشار بيشتر حاملها جلوگيري كند ، منتشر مي شوند . اما بعضي از حاملهاي اكثريت انرژي كافي جهت عبور از سد توليد شده توسط ميدان الكتريكي ترمزكن هر اتصال را دارد . اين حاملها پس از عبور ، تبديل به حاملهاي اقليت مي شوند و مي توانند با حاملهاي اكثريت تركيب شوند . حاملهاي اقليت هر لايه نيز مي توانند توسط ميدان الكتريكي ثابتي در هر يك از اتصالها شتابدار شوند ، ولي چون در اين حالت (از خارج ولتاژي اعمال نمي شود) مدار خارجي وجود ندارد مجموع جريانهاي حاملهاي اقليت و اكثريت بايستي صفر شود .
حال اگر يك ولتاژ باياس با يك مدار خارجي براي حمل جريانهاي داخلي منظور شود ، اين جريان ها شامل قسمتهاي زير خواهند
بود.
جريان ناشي از :
1-عبور حاملهاي اكثريت (حفره ها ) از اتصال
2-عبور حاملهاي اقليت از اتصال
3-حفره هاي تزريق شده به اتصال كه از طريق ناحيه n اشاعه
مي يابند اتصال را قطع مي كند .
4-حاملهاي اقليت از اتصال كه از طريق ناحيه n اشاعه يافته و از اتصال عبور كرده است . عيناً نيز از شش قسمت و از چهار قسمت تشكيل خواهد يافت .
براي تشريح اصول كار تيريستور از دو روش متشابه مدلهاي ديودي و يا دو ترانزيستوري مي توان استفاده كرد .

(الف) مدلهاي ديودي تيريستور
تيريستور كه يك نيمه هادي سه اتصالي ، شبيه سه ديودي است كه به طور سري اتصال يافته اند . اگر دريچه باياس نشود ولي به دو سر آند و كاتد ولتاژ باياسي اعمال شود اين ولتاژ هر قطبيتي كه داشته باشد همواره حداقل يك اتصال معكوس باياس شده ، وجود خواهد داشت تا از هدايت تيريستور جلوگيري كند .
اگر كاتد توسط ولتاژ منبع تغذيه (نسبت به آند ) منفي شود و دريچه نسبت به كاتد به طور مثبت باياس شود لايه p دريچه توسط كاتد از الكترون لبريز مي شود و خاصيت خودش را به عنوان لايه p از دست مي دهد . در نتيجه تيريستور به ديود هدايتي معادلي تبديل مي شود .

(ب)مدل دو ترانزيستوري تيريستور
پولك p-n-p-n را مي توان به صورت دو ترانزيستور با دو ناحيه پايه در نظر گرفت . كلكتور ترانزيستور n-p-n ، جريان محركي براي پايه ترانزيستور p-n-p كه جريان كلكتورش اضافه جريان دريچه به مثابه جريان محرك پايه ترانزيستور n-p-n است ، مهيا كند .
براي روشن كردن تريستور جريان دريچه به جزء خيلي حساس ترانزيستور n-p-n از اتصال p-n-p-n اعمال مي شود . اولين ده درصد افزايش جريان آند ، در اصل جريان كلكتور ترانزيستور n-p-n است . پايه n ترانزيستور p-n-p توسط جريان كلكتور ترانزيستور n-p-n باردار مي شود . در نتيجه فيدبك مثبتي توسط جريان كلكتور ترانزيستور p-n-p به منظور افزايش بارهاي ايجاد شده در پايه p ترانزيستور n-p-n داير مي شود . به اين ترتيب جريان تيريستور شروع به افزايش مي كند ، به سرعت به مقدار اشباع مي رسد و جريان تيريستور فقط توسط امپدانس بار محدود
مي شود .
بهتر است به منظور تشريح مشخصه و خواص تيريستور حالتهاي مختلف آن را (از نظر باياس ) مورد بررسي قرار دهيم .

1-2-مشخصات تيريستور
براي اينكه بتوان وسيله هاي الكترونيكي را با كيفيت كافي مورد استفاده قرار داد و از آنها محافظت كرد بايستي مشخصات و خواص آنها كاملا معلوم شوند . مشخصات تيريستور را مي توان با ملاحظه سه حالت مختلف اصلي اين وسيله تعيين كرد :
1- شرايط باياس معكوس
2- باياس مستقيم و مسدود
3- باياس مستقيم و هدايت
1-2-1-باياس معكوس تيريستور (كاتد نسبت به آند مثبت)
در اين حالت اتصالات اول و سوم به طور معكوس اتصال دوم به طور مستقيم باياس مي شوند و درست مثل يك اتصال p-n مقدار كمي جريان نشتي از كاتد به آند عبور خواهد كرد .
اعمال ولتاژ محرك مثبتي به دريچه تيريستور در حالي كه آند هنوز منفي است سبب مي شود كه تيريستور رفتاري شبيه ترانزيستور داشته باشد و جريان معكوس نشتي آند تا مقدار قابل ملاحظه مقايسه اي با جريان دريچه افزايش يابد ، از اين رهگذر اتلاف قدرت قابل ملاحظه اي در تيريستور وقوع خواهد يافت . زياد گرم شدن اتصال مي تواند سبب افسار گسيختگي حرارتي شود .
جريان آند با جريان اشباع معكوس اتصال اول به اضافه كسري از
جريان دريچه برابر است . جريان اشباع بستگي به درجه حرارت دارد . بنابراين بالا رفتن درجه حرارت اتصال باعث افزايش جريان اشباع مي شود كه آن نيز موجب گرم شدن بيشتر اتصال مي شود . ولتاژ بيشينه دريچه در شرايط باياس معكوس غالباً توسط سازندگان براي محدود كردن اثر حرارت معين مي شود .
افزايش ولتاژ باياس معكوس باعث پهن شدن لايه هاي تهي اتصالات اول و سوم مي شود . اتصال اول معمولاً بخش اعظم ولتاژ آند به كاتد را مسدود مي كند ، لذا منطقه تهي اين اتصال غالباً پهن است . به خاطر اينكه ولتاژ مسير سوراخ كني توسط تماس لايه هاي تهي اتصالات و به وجود نيايد لايه n وسطي را كمي پهن مي سازند .

1-3-2-تيريستور باياس مستقيم و مسدود (آند نسبت به كاتد مثبت)
اتصالات اول و سوم باياس مستقيم و اتصال دوم باياس معكوس
مي شود . جريان آند در خلال مدتي كه يك اتصال p-n باياس معكوس وجود دارد ، خيلي كم است و مقدارش برابر با جريان اشباع اتصال دوم به اضافه قسمتي از جريان دريچه است . جريان دريچه در طول اين شيوه عمل با اين كه خودش بايستي كوچك باشد جريان آند را افزايش مي دهد .


1-2-3-تيريستور باياس مستقيم و هدايت
چهار روش براي روشن كردن تيريستور وجود دارد و به محض اينكه هدايت شروع شد امپدانس صفر در مسير عبور جريان از خود نشان مي دهد . همان طوري كه از مشخصه كلي ولتاژ جريان يك تريستور ، در طول زماني كه تريستور هدايت مي كند افت ولتاژ بين آند و كاتد در حدود 1 تا 5/1 ولت است و اصولاً مستقل از جريان آند است . چهار روش راه اندازي تيريستور وجود دارد : 1) فعال سازي نوري 2) علائم الكتريكي 3)ولتاژ باياس مستقيم با دامنه زياد و 4)ولتاژ باياس مستقيم با ميزان صعود سريع وجود دارد . روش دوم ، يعني راه اندازي توسط علائم الكتريكي مهمترين و معمول ترين روش است ، در حالي كه آخرين روش به علت طبيعت مزاحمي كه دارد قابل اجتناب است .

(الف) روشن كردن توسط نور
يك شعاع نوري كه از دريچه به سوي اتصال كاتد ، جهت داده
مي شود ، مي تواند انرژي كافي براي شكستن پيوندهاي الكترونيكي در نيمه هادي را توليد و حاملهاي اقليت اضافي لازم جهت وصل كليد يا روشن كردن تريستور را مهيا كند .

(ب) روشن كردن توسط علائم الكتريكي اعمال شده به دريچه :
اگر تريستور در باياس مستقيم قرار داشته باشد ، تزريق جريان به دريچه منجر به روشن شدن تريستور مي گردد . اين كار با اعمال پالس مثبت مناسب بين گيت و كاتد عملي خواهد شد . ، با افزايش جريان دريچه ، ولتاژ سد كنندگي مستقيم كاهش پيدا مي كند .
تاخير زماني بين لحظه اعمال سيگنال به دريچه و لحظه هدايت تيريستور را زمان روشن شدن ton مي ناميم . ton بنا به تعريف برابر است با فاصله زماني بين لحظه اي كه جريان دريچه 10% جربان حالت پايدار دريچه ( ) و جريان تيريستور 90% جريان حالت پايدار روشن شدن خود ( ) مي رسد .
ton مجموع زمان تاخير td و زمان صعود tr مي باشد . td بنا به تعريف فاصله زماني بين لحظاتي است كه جريان دريچه به 10% مقدار نهايي خود و جريان حالت روشن تيريستور به 10 مقدار نهايي خود ( ) مي رسد . ti نيز فاصله زماني مورد نياز است تا جريان آند از 10% جريان حالت روشن به 90% جريان حالت روشن برسد .

در طراحي مدار كنترل دريچه بايد نكات زير را رعايت كرد :
1-پس از روشن شدن تيريستور بايد سيگنال دريچه را از روي دريچه برداريم ادامه اعمال سيگنال ، تلفات توان را در پيوند دريچه افزايش مي دهد .
2-پهناي پالس دريچه tg بايد طولاني تر از زمان رسيدن جريان آند به جريان نگهدارنده باشد . در عمل پهناي پالس دريچه را بيشتر از زمان روشن شدن تيريستور ton در نظر مي گيرند .
اگر علامت دريچه قبل از اينكه جريان صعودي آند به جريان قفلي (به حداقل جريان لازم براي ادامه هدايت ) برسد به صفر تنزل يابد ، تيريستور دوباره خاموش خواهد شد . بلافاصله پس از آنكه جريان در آند از جريان قفلي تجاوز كرد تريستور تا زماني كه جريان آند از جريان نگهدارنده ، كه كمتر از جريان قفلي است ، كمتر نشده است روشن خواهد ماند (اين مساله پس زني الكتريكي است) . در جريانهاي بار كم ، به منظور اينكه در طول روشن بودن تيريستور متجاوز بودن جريان آن از جريان نگهدارنده تضمين شود ، ممكن است از يك مدار تخليه خازني يا مقاومت سالم ساز استفاده شود . جريان قفلي با جريانهاي دريچه بزرگتر به آهستگي اضافه مي شود .
در فاصله اولين روشن شدن تيريستور فقط سطح كوچكي در نزديكي الكترود دريچه جريان آند را هدايت مي كند به همين علت افزايش قابل ملاحظه اي جريان آند در مدتي كوتاه ، يعني بزرگ ، قبل از گسترش هدايت در بين اتصال ممكن است سبب بالا رفتن حرارت موضعي به اندازه اي كه كافي براي خسارت ديدن تيريستور است ، شود . اين گرم شدگي بيشينه تغييرات را در طول روشن شدن بين 3 تا 30 آمپر بر ميكروثانيه محدود مي كند ، گرچه تيريستورهاي مخصوص سريع ممكن است قابليت تغييرات جرياني تا آمپر بر ميكرو ثانيه را هم داشته باشند .يك سلف سري شده با آند تغييرات را كاهش مي دهد و پس از انكه تريستور به هدايت كامل رسيد ممكن است كاري كرد تا سلف به حد اشباع برسد و مقدار بيشتري تا جريان بار كامل داشته باشد . اين سلف همچنين باعث كاهش تلفات روشن و خاموش شدن مي شود . ولي قادر است سبب صعود ولتاژ گذاري معكوس ، كه به نوبه خود مخرب است ، نيز شود . جريان دريچه بالاتر نيز به افزايش قابليت ايستادگي آند در مقابل منجر مي شود .
زمان ، شروع روشن شدن تريستور توسط ولتاژ پله اي اعمال شده به دريچه را معين مي كند . دوره تاخير زماني بين پيشاني پالس دريچه و شروع افزايش سريع جريان آند است . بنابراين پالس دريچه بايستي حداقل داراي دوره ثانيه باشد . اتلاف قدرت در تيريستور در دوره ، به علت افزايش سريع جريان در روي يك سطح كوچك در حالي كه افت ولتاژ هنوز قابل ملاحظه است بيشرين مقدار را خواهد داشت . دوره زمان گسترش رسانندگي است و نيز مدت زماني است كه افت ولتاژ در تيريستور به حالت پايدار مي رسد .

(پ) روشن كردن با ولتاژ شكست
افزايش ولتاژ مستقيم آند به كاتد باعث افزايش پهناي منطقه تهي اتصال 2 و همچنين ازدياد ولتاژ شتاب دهنده حاملهاي اقليت همان اتصال مي شود . اين حاملها با اتمهاي ثابت برخورد مي كنند و حاملهاي اقليت بيشتري را تا رسيدن به شكست بهمني در اتصال به جلو مي رانند . اين شكست اتصل 2 رادر جهت مستقيم باياس مي كند ، و در اين حالت جريان آند تنها توسط امپدانس بار مدار خارجي محدود مي شود .
در ولتاژ شكست تيريستور از وضعيت ولتاژ زياد در دو سر خود با جريان نشتي خيلي كم به وضعيت ولتاژ خيلي كم با جريان مستقيم زياد تغيير مشخصه مي دهد ، يعني ، با ولتاژ تيريستور روشن
مي شود .
اثرات سطحي پولك سيليكوني احتمالاً لايه بار فضا را به طور موضعي
فشرده مي سازد و ولتاژ قطع را كاهش مي دهد . اين پديده معمولاً در اطراف سطح بروني پيوندگاه به طور غيريكنواخت اتفاق مي افتد . در نتيجه ممكن است كل جريان بهمني از طريق سطح كوچكي عبور كند و اتصال p-n در اثر گرمازدگي از بين برود . در ساختمان تيريستورهاي ولتاژ بالا اين نقيصه محيطي رايج است . كناره مناسب يا پخ بودن لبه پولكي جايي كه انتشار اتصال سطح را قطع مي كند ، ساخت و توليد تيريستورهاي ولتاژ بالا و قابل اعتمادي را ممكن مي سازد .
ولتاژ شكست از ولتاژ معكوس اسمي بيشتر است ، و اين روش روشن كردن فقط براي ديودهاي چهارلايه p-n-p-n مورد استفاده قرار مي گيرد .

(ت) روشن كردن
ميزان افزايش سريع ولتاژ مستقيم آند به كاتد سبب مي شود كه توسط خارنهاي موجود بين آند - دريچه و دريچه - كاتد جريان گذرا در دريچه ايجاد شود . ابن تغيير سريع ولتاژ مي تواند تيريستور را روشن كند ولي بايستي از آن اجتناب ورزيد . تيريستورها محدوديتي از 20 الي 200 ولت بر ميكرو ثانيه تغييرات ولتاژ بر حسب زمان در آند دارند ، با اين تيريستور هاي ولتاژ بالاي 1600 ولت با مقدار بيشتر از 500 ولت بر ميكروثانيه وجود دارد كه در آنها حساسيت دريچه كمتر است . عملاً مقدار براي كليد زني با استفاده از يك مقاومت خارجي در مسير دريچه به كاتد قابل افزايش است .

1-2-4-خاموش شدن تيريستور
خاموش شدن تيريستور به اين معني است كه هدايت در جهت مستقيم قطع مي شود و اعمال دوباره ولتاژ مثبت در آند بدون وجود علامت دريچه باعث عبور جريان نخواهد شد ، جا به جايي فرآيند خاموش شدن تيريستور است .
سه روش زير براي قطع تيريستور وجود دارد كه عبارتند از : جابجايي طبيعي ، خاموشي با باياس معكوس و خاموشي دريچه .

الف) جابجايي طبيعي
موقعي كه جريان آند به مقدار كمتر از جريان نگهدارنده كاهش يابد تيريستور خاموش يا قطع مي شود . به هر حال لازم به تذكر است كه ميزان اسمي جريان آند معمولاً بيشتر از 1000 برابر جريان نگهدارنده است . از آنجا كه در مدارهاي جريان مستقيم ولتاژ آند نسبت به كاتد همواره مثبت باقي
مي ماند ، جريان آند فقط در موقع كليد خط ، افزايش امپدانس مدار ، و يا انشعاب قسمتي از بار توسط مدار موازي (از طريق موازي كردن مداري) باتيريستور يعني همانا اتصال كوتاه كردن تيريستور مي تواند كاهش
يابد .


ب)خاموش يا باياس معكوس :
به منظور ايجاد ولتاژ باياس معكوس در دو سر تريستوري كه در خط جريان مستقيم قرار دارد ، مي توان از خازنها استفاده كرد . روش تخليه خازن به طور موازي با تيريستور براي خاموشي تيريستور را ، جا به جايي اجباري گويند .
مدارهاي جا به جايي اجباري چون داراي جريان زياد هستند و افت حرارتي در مسائل مربوط به طراحي اولويت زيادي دارد ، بيشتر مورد توجه قرار مي گيرند .
اين عمل را به طرق زيادي مي توان عملي كرد . ساده ترين روش ، جا به جايي فاز است يعني موقعي كه منبع تغذيه متناوب است ، پس از نيم سيكل تيريستور به طور معكوس باياس ، و خاموش خواهد شد . گذشت 20 ميكروثانيه از زمان مثبت شدن كاتد الزاماً موجب خاموشي نمي شود ، بلكه تيريستور موقعي قطع يا خاموش مي شود كه جريان مستقيم در آن به صفر تنزل كند و اين بستگي به راكتانس بارخواهد داشت . اگر بار خازني باشد جريان قبل از ولتاژ به صفر تقليل مي يابد ، كه اين خود را ، به مثابه جا به جايي اجباري از طريق تشديد و در حالي كه منبع تغذيه مدار از نوع جريان مستقيم است نشان مي دهد . در زير چهار نوع مدار خاموش كننده خازني تشريح شده است . ليكن انتخاب يكي از چهار نوع و يا روش ديگر اغلب به كاربرد تيريستور ارتباط دارد .

(الف) خود جابه جايي توسط مدار تشديد
صفحه X خازن C موقعي كه تيريستور مي خواهد روشن شود و جريان بار را هدايت كند مثبت است ، و به محض روشن شدن تيريستور خازن از طريق تيريستور و سلف L (در مدار تشديد ) تخليه ، و قطبيت صفحاتش عوض مي شود . جريان تشديد پس از نيم سيكل معكوس خواهد شد و اگر مقدارش بزرگتر از مقدار جريان بار باشد تيريستور خاموش مي شود . حال اگر بار اتصال كوتاه شود در آن صورت مدار تشديد نمي تواند جريان زيادي به اندازه كافي براي خاموش كردن تيريستور مهيا سازد . لذا ، بايستي براي كليه بارها رابطه زير برقرار باشد .

كه در آن زمان جابجايي بر حسب ميكرو ثانيه و مقاومت بار است . عملاً مقدار خازن C از اين مقدار به مقدار كمينه اي كه جابجايي قابل اعتمادي ايجاد كند تقليل مي يابد .
مدار مشابهي كه ولتاژ معكوس توسط خاصيت تشديد مدار فراهم
مي كند يعني اينكه وقتي خازن باردار شد مدار تشديد سعي در ايجاد جريان معكوسي براي خاموش كردن تيريستور مي كند. دوره هدايت با مقادير L و C كه مقادير ثابتي هستند تعيين مي شود.

(ب) خاموش كردن تيريستور توسط مدار تشديد كمكي
تيريستور بايستي به منظور باردار شدن خازن C قبل از تيريستور اصلي روشن شود تا به محض باردار شدن خازن و افت جريان مدار به مقدار زير جريان نگهدارنده ، تيريستور خاموش شود . اكنون تيريستور مي تواند براي عبور جريان بار و جريان تشديد مدار LC روشن شود . موقعي كه خازن C قطبيت خود را عوض كرد ، يعني موقعي كه صفحه Y نسبت به صفحه X مثبت شد و اختلاف پتانسيل بين دو صفحه به دو برابر ولتاژ منبع تغذيه نزديك شد ، ديود از تغيير بيشتر بار در صفحات خازن جلوگيري مي كند . در اين لحظه اگر تيريستور براي دومين بار روشن شود ولتاژ دو سر خازن تيريستور را باياس معكوس ، و آن را خاموش مي كند . همانند قسمت الف در اين مدار بايستي بين ظرفيت خازن و زمان خاموش شدن و مقاومت بار رابطه زير برقرار باشد .

زمان هدايت تيريستور نبايستي خيلي طولاني شود چون وجود جريان نشتي معكوس در ديود و تيريستور باعث تخليه خازن مي شود و در طول زمان معيني ولتاژ دو سرخازن براي خاموش كردن توام با اطمينان تيريستور كافي نخواهد بود. بنابراين معمولآً از اين مدار در مواقعي كه جريان مستقيم متوسط متغيري مورد لزوم است استفاده مي شود ، با كليد زني سريع تيريستور و تغيير نسبت به زمان وصل به قطع ، به اين منظور نائل مي شوند .

(پ)خاموش كردن تيريستور توسط خازن موازي
طرز كار اين مدار به اين صورت است كه در زير تشريح مي شود : مدار با خاموش بودن تيريستور و هدايت جريان بار توسط تيريستور شروع به كار مي كند . صفحه Y از خازن C تقريباً به علت افت كم ولتاژ در دو سر تيريستور داراي پتانسيل معادل زمين يا صفر است و صفحه X داراي پتانسيل مثبتي معادل پتانسيل منبع تغذيه خواهد بود ، زيرا خازن C از طريق C ، R و باردار مي شود . اگر انرژي ذخيره شده در خازن C موقعي كه روشن مي شود به اندازه كافي زياد باشد خازن C شروع به خالي شدن مي كند و را به مدتي بيش از زمان خاموش شدن (تيريستور) باياس معكوس مي كند . روشن شدن يكي از تيريستورها
باعث خاموش شدن تيريستور ديگر مي شود ، اين سيستم مرتباً تكرار
مي شود .
اگر مقاومت R بار مصرفي ديگري غير از بار مصرفي اصلي مدار نباشد در انتخاب مقدار آن بايستي دقت كفي مبذول داشت تا اولاً اتلاف قدرت در آن كمينه ، باشد ثانياً مطمئن شد كه ثابت زماني RC در مقايسه بامقادير اسمي كليدزني خيلي زياد و طولاني نباشد ، ثالثاً بايستي مقدار آن به حد كافي كوچك باشد تا اينكه جريان عبوري از آن از جريان نشتي بيشتر شود ، به عبارت ديگر خازن صفحه X را به طور مثبت باردار نخواهد كرد .
به منظور محاسبه مقدار ظرفيت خازن C براي خاموش كردن مطمئن تيريستور تعيين زمان لازم براي باياس مستقيم شدن تيريستور پس از روشن شدن دوباره تيريستور ضرورت دارد . در حالي كه تيريستور باياس معكوس است ، خازن C جريان بار كامل را از خود عبور مي دهد .
لذا اگر V ولتاژ منبع تغذيه باشد جريان بار به صورت زير خواهد بود :

ولتاژ دو سر تيريستور عبارت است از :

يعني :

و زمان لازم براي به صفر رسيدن اين ولتاژ كه همان زمان لازم براي باياس مستقيم شدن تيريستور است ، عبارت است از :

كه بايستي از زمان خاموش شدن تيريستور بيشتر باشد ، يعني :

و يا :

توصيه مي شود كه از خازني با ظرفيت بيشتر از مقدار محاسبه شده استفاده شود ، و سپس در عمل خازن C را به حدي كاهش داد تا كمي بيشتر از مقداري شود كه به ازاي آن جا به جايي امكان پذير نخواهد بود . اگر بار شامل القا باشد مقدار ظرفيت خازن C كاهش مي يابد . با اين حال مطالب گفته شده در بالا براي هر نوع باري مي تواند مورد استفاده قرار گيرد .


(ت)خاموش كردن تيريستور توسط خازن سري
يكي از روشهاي خاموش كردن با خازن سري در مدار وارونگر (معكوس كننده) كه داراي موج ولتاژ خروجي مربعي است اگر تيريستور قطع و وصل باشد جريان بار عبور خواهد كرد و در صورت قطع و وصل جريان از بار در جهت معكوس عبور خواهد كرد .
اغلب ، جريان خروجي مورد درخواست از مدار سينوسي شكل است . كه در آن صورت براي داشتن تنظيم صفر در فركانس اصلي و تضعيف زياد در فركانسهاي ناخواسته (يا هارمونيكها) از صافي استفاده مي شود . اگر اتصال صافي وارونگر (معكوس كننده) ، بار مدار را خازني كند ، اين امر موجب معكوس شدن جريان قبل از معكوس شدن ولتاژ مي شود . جريان معكوس از طريق ديود عبور ، و يك ولتاژ باياس معكوسي در دو سر تيريستور ايجاد مي كند ، كه باعث خاموش شدن تيريستور مي شود . قابل توجه است كه در اين حالت ولتاژ معكوس از افت ولتاژ مستقيم در دوسر ديود ، يعني ، حدود يك ولت بيشتر نخواهد بود .
عناصر سلف وخازن در مدار با فركانس اصلي در حال تشديد هستند و امپدانس صفري بين مدار وارونگر (معكوس كننده) و فركانس مورد احتياج ايجاد مي كنند ، به اين ترتيب عناصر LC مثل يك صافي پايين گذر عمل ، و فركانسهاي ناخواسته را تضعيف مي كنند . خازن به طور موازي با بار اتصال مي يابد تا بار را خازني كند ، در نتيجه جريان از نظر فاز از ولتاژ جلو مي افتد و تيريستور به راحتي خاموش مي شود .
براي تكميل يك سيكل كامل در مدار چهار مرحله به ترتيب زير وجود دارد :
(1) تيريستور هادي و قطع
(2) ديود هادي و و قطع
(3) تيريستور هادي و قطع
(4) ديود هادي و و قطع
هرگز نبايستي دوتيريستور تواماً و در يك لحظه روشن ، و باعث اتصال كوتاه منبع تغذيه شوند .

(پ) خاموشي دريچه
بعضي از تيريستورهاي مخصوص طوري طراحي شده اند كه اعمال جريان منفي به دريچه يا با برداشتن سيگنال فرمان باعث خاموشي تيريستور مي شود .
1-2-5-زمان خاموشي تيريستور
زمان خاموشي زماني است كه در طول آن بارهاي الكتريكي حاضر در ساختمان سيليكون به نزديكي سطح تراز انرژي حالت قطع ، نزول كنند . اگر در طول اين فاصله زماني ، ولتاژ باياس مستقيمي به تيريستور دوباره اعمال شود هدايت شروع خواهد شد . زمان خاموشي به درجه حرارت حساسيت دارد و بين 25 تا125 درجه سانتي گراد دو برابر مي شود . زمان خاموشي براي تيريستورهاي معمولي در جابه جايي طبيعي بين 10 تا 100 ميكروثانيه است ، در صورتي كه در جابجايي اجباري اين زمان بين 7 تا 20 ميكروثانيه خواهد بود ، ولي اين اعداد شامل تيريستور هاي مخصوص نيست . اگر بخواهيم كمي دقيق تر و مشخص تر گفته باشيم، زمان خاموشي تيريستورها حدوداً به قرار زير است :
10 ميكروثانيه براي تيريستورهاي ولتاژ كم و جريان كم
كمتر از 20 ميكروثانيه براي مقادير اسمي 500 ولت
كمتر از 35 ميكروثانيه براي مقادير اسمي 800 ولت
كمتر از 50 ميكروثانيه براي مقادير اسمي 1200 ولت
و 100 تا 200 ميكروثانيه براي مقادير اسمي 1500 تا 2000 ولت

1-2-6-مدارهاي محافظ گيت :
معمولاً خروجي مدارهاي آتش براي اتصال به پايانه هاي گيت - كاتد با اجزاء حفاظت گيت همراه هستند .
مقاومت : توانايي تايريستور را افزايش داده ، زمان قطع
را كم كرده و جريان نگهدارنده ( )و تثبيت كننده ( ) را افزايش
مي دهد .
خازن : مولفه هاي نويز فركانس بالا را از بين مي برد و
توانايي تيريستور و همچنين زمان تاخير گيت را افزايش
مي دهد .
ديود Dg : گيت را در برابر ولتاژ منفي محافظت مي كند . البته در تيريستورهاي نامتقارن به منظور بهبود بخشيدن به تواناي هاي و
كاهش زمان قطع بهتر است كه ولتاژ منفي كوچكي روي گيت اعمال شود .
ديود D1 : فقط به پالس هاي مثبت اجازه عبور مي دهد .
مقاومت R1 : نوسانهاي گذرا رااز بين برده و جريان گيت را محدود
مي سازد.


1-2-7-حفاظت در برابر :
اگر كليد S1 در t=0 بسته شود ، يك ولتاژ پله به دوسر تيريستور T1 اعمال گردد ممكن است به حدي بزرگ باشد كه تيريستور روشن شود . اين پديده در Switching بارهاي AC ، اينورتورهاي فركانس بالا و سيكلوكانورتوها مشاهده مي شود .
مي توان با اتصال خازن ، را محدود كرد. وقتي كه تيريستور T1 روشن مي گردد ، جريان تخليه خازن توسط محدود مي شود .
با استفاده از يك مدار كه آن را مدار پيشگيري مي ناميم . نرخ زماني ولتاژ بطور تقريبي از رابطه زير بدست مي آيد .

باتوجه به اينكه توسط سازندگان داده مي شود و يك مشخص مي توان مقدار ثابت زماني پيشگيري را بدست
آورد .
مقدار با توجه به جريان تخليه ITD بدست مي آيد :

براي كاهش تلف ضربه گير و حفظ مقدار مطلوب نسبت ميرائي ،
مي تواند كوچك باشد و RS براي كاهش جريان تخليه مي تواند بزرگ باشد .

1-2-8-حفاظت در برابر :
همانطور كه قبلاً هم گفته شد ، اگر نرخ افزايش جريان آند در مقايسه با سرعت فرآيند روشن شدن ، خيلي سريع باشد ، به واسطه چگالي جريان زياد يك «نقطه داغ» موضعي ايجاد مي شود و ممكن است در اثر بالا رفتن دما ، قطعه صدمه ببيند .
در عمل ، بايد قطعات را در برابر تغييرات شديد حفاظت كنيم . در حالت پايدار وقتي كه تيريستور T1 خاموش است ، ديود هدايت مي كند . اگر در حالي كه ديود به هدايت خود ادامه مي دهد تيريستور T1 آتش مي‌شود ، مقدار بزرگ شده و تنها توسط اندوكتاني پراكندگي مدار محدود مي شود .
هدر عمل بااضافه كردن يك سلف سري محدود مي شود . نسبت مستقيم برابر است با:

كه در آن اندكتانس سري مي باشد .

1-3-مشخصات تيريستور BT151 :
1- (ولتاژ لحظه اي مستقيم) : در اين ولتاژ يا كمتر از آن SCR (تيريستوري كه براي يكسوسازي برق شهر بكار مي رود .) فقط با يك پالس گيت مناسب روشن مي شود . مقدار اين ولتاژ براي تيريستورBT151 كه در انجام اين پروژه مورد استفاده قرار گرفته است 500V مي باشد .
2- (ولتاژ لحظه اي معكوس) : اين ولتاژ شبيه به ولتاژ معكوس ديود است و بايد ولتاژ را كمتر از اين مقدار نگه داشت . مقدار اين ولتاژ براي تيريستور BT151 500V مي باشد .
3- : افت ولتاژ آند به كاتد در حالت وصل تيريستور است ، كه براي تيريستور BT151 ، اين مقدار كمتر از 1.75V است . اين پارامتر تابع دما و جريان عبوري از تيريستور در باياس مستقيم مي باشد . هر چه جريان مستقيم بيشتر باشد افت ولتاژ دو سر تيريستور در حالت وصل ، بيشتر خواهد بود .
4- : ماكزيمم جريان rms كه تيريستور در حالت وصل از خود عبور مي دهد مقدار اين جريان براي تيريستور BT151 ، 12A مي باشد .

5- (جريان ناگهاني) : ماكزيمم جرياني كه تيريستور مي تواند به طور متناوب از خود عبور دهد . مقدار اين جريان براي BT151 ، 100A مي‌باشد .
6- (جريان نگهدارنده) : حداقل جريان مستقيم تيريستور مي باشد كه بايد از تيريستور در حالت روشن عبور كند تا تيريستور خاموش نشود . مقدار اين جريان براي BT151 كمتر از 20mA مي باشد .
7-جريان قفلي (تثبيت كننده) ( ) : حداقل جرياني است كه بايد بين آند و كاتد تيريستور برقرار شود تا تيريستور در صورت اعمال پالس گيت مناسب روشن گردد . مقدار اين جريان براي BT151 كمتر از 40mA
مي باشد .
8- (ولتاژ تريگر گيت ) : ولتاژ گيت و كاد بايد بيشتر از اين مقدار باشد تا جريان گيت كافي براي روشن كردن تيريستور فراهم شود . براي BT151 ، اين ولتاژ بيش از 1.5V مي باشد .
9- (ماكزيمم ولتاژ معكوس گيت ) : حداكثر ولتاژ منفي كه
مي توان بين گيت و كاتد ايجاد كرد بدون اينكه تيريستور خراب شود . اين ولتاژ براي BT151 ، 5V مي باشد .
10- (جريان تريگر گيت ) : حداقل جريان گيتي كه براي روشن كردن تيريستور لازم مي باشد ، مقدار اين جريان براي BT151 بيشتر از 15mA مي باشد .
11- (سرعت تغييرات ولتاژ) : در حالت گذرا ظرفيت خارني پيوندهاي pn روي مشخصه تيريستور تاثير مي گذارد . اگر تيريستور در حالت قطع باشد ، اعمال ولتاژ ناگهاني كوچكي به دو سر آن ، منجر به عبور جريان قابل ملاحظه اي از خارنهاي پيوند مي گردد . جريان خازن به صورت زير بيان مي شود :

كه در آن به ترتيب ظرفيت خازني و ولتاژ پيوند j2 مي باشند .
اگر سرعت تغييرات ولتاژ آند به كاتد يعني بزرگ باشد در اينصورت جريان ij2 نيز بزرگ شده ، در نتيجه تيريستور به نحو نامطلوبي روشن مي گردد .
12- (سرعت تغييرات جريان ) : تغيير ناگهاني جريان باعث گرم شدن سريع نقطه عبور جريان در سطح اتصال وكاهش مقاومت آن نقطه و افزايش بيشتر جريان در آن نقطه و بالاخره سوختن آن نقطه ودر نتيجه سوختن تيريستور خواهد شد. اين نقطه را Hot - Spot مي نامند .

2-1-بلوك دياگرام كلي مدار









2-2-تفاوتهاي مدار عملي با مدار شبيه سازي شده :
الف-در مدار شبيه سازي شده ولتاژ كنترل را دستي مي دهيم در حالي كه در مدار عملي ولتاژ كنترل توسط ميكروكنترل مي شود .
ب-با توجه به اينكه جريان كلكتورBD135 (ترانزيستور استفاده شده در مدار عملي) حدود 1/5A مي باشد به همين خاطر در مدار شبيه سازي شده به جاي BD135 از FZT690B كه جريان كلكتور آن نزديك 1/5A مي‌باشد استفاده شده است .
پ-مدار شبيه سازي شده براي نيم موج شبيه سازي شده است ولي مدار عملي تمام موج است .
ت-تيريستور بكار رفته در مدار عملي BT151 مي باشد ولي در مدار شبيه سازي شده از MCR506-6 استفاده شده است .

2-3-تحليل و شبيه سازي مدار توسط شبيه ساز Circuitmaker :
ابتدا تحليلي مختصر از فرايند كنترل زاويه آتش تيريستور (براي soft-start كردن موتور ) به عمل مي آوريم و سپس هر كدام از طبقات بلوك دياگرام مدار را بررسي مي كنيم .
اگر يك شكل موج RAMP و يك شكل موج DC داشته باشيم و با تغيير سطح DC و انداختن آن در داخل RAMP مي توانيم زاويه آتش تيريستور را تعيين كنيم زيرا محل برخورد سطح DC و شكل موج RAMP زاويه آتش را مشخص مي كنند . لازم به تذكر مي باشد كه مقاومتهاي k7/4 ، مقاومت هاي pull up خروجي LM339 مي باشند .

2-3-1-طبقه ترانس كاهنده :
در شبيه ساز circuitmaker از دو ترانس و استفاده شده است . بنابراين نسبت خروجي به ورودي ترانس خواهد شد .

2-3-2-طبقه آشكارساز عبور از صفر :
موج سينوسي و خروجي و 2-2 (موج سينوسي خروجي ) اگر ولتاژ پايه پشت آپ - امپ (در سيستم حلقه باز ) بزرگتر از پايه منفي آپ - امپ باشد خروجي آپ - امپ به اشباع مثبت و در غير اينصورت به اشباع منفي مي رود و چون مشتقگيري كه به خروجي وصل هست در زمانهاي 0 و 20ms و 40ms و ... و مشتقگيري كه به خروجي وصل مي باشد در زمانهاي 10ms و 30ms و 50ms و ... پالسهاي سوزني مثبت توليد مي كنند و با توجه به اينكه ديودها پالسهاي منفي را از خود عبور نمي دهند ، خروجي ديودها پالسهاي سوزني مثبت در نقاط عبور از صفر خواهد بود .

2-3-3-طبقه توليد RAMP :
همانطور كه گفته شد خروجي ديودها پالسهاي سوزني مثبت در نقاط عبور از صفر خواهد بود . اين مسئله باعث مي شود كه ترانزيستور در نقاط عبور از صفر به حالت اشباع و در بقيه زمانها به حالت قطع برود . در زمان اشباع ترانزيستور ، خازن اتصال كوتاه شده و باعث مي شود ولتاژ صفر به خروجي منتقل شود . از طرف ديگر در زمانهاي قطع ترانزيستور منبع تغذيه 15- ولت از خروجي جريان كشي كرده و باعث مي شود خازن شارژ شود و خروجي به صورت RAMP بالا برود . نكته قابل توجه در اين فرايند ثابت زماني مي باشد . اندازه اين ثابت زماني بايستي در حدود 10ms باشد تا در هم نيم سيكل يك شكل موج RAMP با حداكثر دامنه داشته باشيم .

2-3-4-طبقه Zero-span :
رابطه خروجي طبقه zero-span (پايه منفي ) با ولتاژ كنترل بصورت زير مي باشد :

در نتيجه :

حال با تغيير ولتاژ كنترل از صفر ولت تا 9 ولت ، خروجي Zero-spam (سطح DC ) از 8/13 ولت تاصفر ولت تغيير مي كند . و به اين ترتيب مي توانيم زاويه اتش تيريستور را كنترل كنيم .

2-3-5-طبقه مقايسه گر ( ) و مشتق گير :
همانطوريكه قبلاً گفته شد پايه مثبت شكل موج RAMP و پايه منفي سطح DC متغير (متناسب با ولتاژ كنترل متغير) مي باشد . در زمانهاي برخورد RAMP با سطح DC خروجي تغيير اشباع داده و در اين زمانها (پالسهاي بالارونده) زاويه آتش تيريستور مشخص مي شود . خروجي پالسهاي نسبتاً كشيده مي باشد و اين پالسهاي نسبتاً كشيده باعث اشباع ترانس پالس (طبقه ايزولاسيون) و اعوجاج خروجي آن مي شوند . براي جلوگيري از اين عمل بعد از طبقه مقايسه گر طبقه مشتق گيز گذاشته شده تا عرض پالسها را كاهش دهد .

2-3-6-طبقه تقويب جريان و ايزولاسيون :
براي راه اندازي تيريستور بايستي جريان كافي به گيت تيريستور برسد به همين خاطر از يك زوج دارلينتون استفاده شده است .
در طبقه ايزولاسيون همانطور كه گفته شد از ترانس پالس (كه در بازار اصطلاحاً چوك راديو گفته مي شود ) استفاده شده است . مقاومت ورودي و خروجي ترانس پالس در حدود چند اهم مي باشد (مدار عملي ) .
البته مقاومت ترانس پالس نبايستي بزرگ باشد زيرا اين مسئله باعث افت جريان و عدم راه اندازي تيريستور مي شود .
هانري ورودي و خروجي ترانس پالس در حدود چند ميلي هانري (مدار عملي و شبيه سازي شده ) مي باشد .

2-4-مدار عملي ساخته شده همراه با نرم افزار :
نكات قابل توجه :
1- بار استفاده شده ، موتور پمپ آب كولر مي باشد .
2- چون در مدار عملي EPROM خارجي نداريم به همين خاطر پايه 31 ميكرو به VCC وصل شده است .
3- ديود ، ديود هرزگرد مي باشد كه نقش حفاظت از ترانزيستور ها را به عهده دارد .
4- مقاومت ، جريان ترانس پالس را محدود و از اشباع ترانس پالس جلوگيري مي كند .
5- به دليل تغييرات ولتاژ دو سر تيريستور ممكن است در نبود پالس فرمان گيت ، تيريستور روشن شود . براي اجتناب از اين عمل مقاومتهاي و بين گيت و كاتد تيريستور گذاشته شده تا توانايي تيريستور را افزايش دهند .
6- بدليل هانري كم موتور از مدارات كماتاسيون (جابجايي) اجباري براي خاموش كردن تيريستور استفاده نشده است .
7- ديودهاي و گيت تيريستور را از ولتاژهاي منفي محافظت مي كنند .
8- مقاومت و نقش حفاظت در برابر را بر عهده دارند . و باعث مي شوند ولتاژ موتور به نرمي تغيير كند .
9- مقاومت و خيزهاي ناگهاني ولتاژ ترانس پالسها را محدود
مي كند .
بسياري از طبقات مدار عملي همانند شبيه سازي شده مي باشد . همانطوركه در قسمت 2-2 گفته شد در مدار عملي Voltage Control توسط ميكرو و D/A كنترل مي شود به همين خاطر ابتدا كاركرد D/A را بررسي مي كنيم تا نحوه نوشتن نرم افزار ميكرو مشخص شود .

2-4-1-طبقه D/A : حداكثر ولتاژ طبقه D/A طبق رابطه زير برابر 10 ولت مي باشد :

كه در آن تا بيت هاي پورت ميكروكنترلر 89c51 مي باشند . از طرفي حداكثر ولتاژ پورت ميكرو 5 ولت مي باشد . بنابراين طبقه D/A ولتاژ خروجي ميكرو (پورت ) را دو برابر مي كند .پتانسيومتر موجود در شبكه فيدبك ، جريان موجود در پايه چهار را به ولتاژ تبديل مي كند . بديهي است با تغيير اين پتانسيومتر مي توانيم ولتاژهاي كنترل مختلفي بدست آوريم .

2-4-2-نرم افزار ميكرو :
در طراحي نرم افزار دو نكته بايد مدنظر باشد . اول اينكه ولتاژ اوليه موتور بايستي در حدي باشد تا موتور در لحظات اوليه شروع به چرخيدن كند زيرا در غير اينصورت موتور انرژي دريافتي را به صورت حرارت تلف مي كند زاويه آتش تيريستور هم بايستي تا 90 درجه تغيير كند . دوم اينكه به ازاي ولتاژ خاص خروجي ميكرو (پورت ) ، طبقه D/A اين ولتاژ را دو برابر مي كند . حال با اين مقدمات نحوه كاركرد نرم افزار را بررسي مي كنيم . همچنين نرم افزار سيستم با شبيه ساز فرانكلين قابل شبيه سازي مي باشد .
توسط دستور A و ولتاژ پورت 74/1 (02/0 × 87)ولت مي شود . طبقه D/A اين ولتاژ را دوبرابر كرده ، ولتاژ كنترل به مقدار تقريبي 5/3 ولت مي رسد . حال با تاخير زماني در حدود ولتاژ را يكي يكي (2% ولت ، 02% ولت) افزايش مي دهيم .
وقتي ولتاژ پورت 5/2 (02/0×125) ولت شد ، حلقه بي نهايت آغاز
و باعث مي شود ولتاژ پورت در مقدار 5/2 ولت بماند . بنابراين در اين حالت ولتاژ كنترل 5 ولت باقي مي ماند .
نتيجه آنكه ولتاژ كنترل با تاخير زماني تقريباً ( ) از 5/3 ولت تا 5 ولت تغيير مي كند و بدين ترتيب زاويه آتش تيريستور كنترل و موتور Soft Start مي شود .

مطالب مشابه ...

تيريستور (يا يكسو كننده قابل كنترل p-n-p-n )

۱۸-۸-۱۳۹۰ ۱۱:۰۶ صبح
جستجو یافتن همه ارسال های کاربر اهدا امتیازاهدای امتیاز به کاربر پاسخ پاسخ با نقل قول
 سپاس شده توسط n0d3t

برای بروز رسانی تاپیک کلیک کنید


مطالب مشابه ...
موضوع: نویسنده پاسخ: بازدید: آخرین ارسال
  [مقاله] ميزان‌سازي تنظيم كننده‌هاي ولتاژ ژنراتورهاي سنكرون با به كارگيري مدل ژنراتور درون خطي senior engineer 0 1,097 ۹-۸-۱۳۹۱ ۱۱:۴۶ عصر
آخرین ارسال: senior engineer

پرش به انجمن:

کاربرانِ درحال بازدید از این موضوع: 1 مهمان