Тиристоры в современном мире, история и предназначение.

Тиристор — это полупроводниковый прибор, работающий как надёжный переключатель, пропускающий ток в одном направлении и блокирующий его в другом. Он управляется электродом затвора и используется в мощных устройствах, таких как инверторы и радары. Тиристор состоит из четырёх слоёв материалов P- и N-типа и работает как бистабильный переключатель. Существуют две конструкции: с тремя выводами, где небольшой ток на затворе управляет большим током в цепи анод-катод, и двухпроводная, где проводимость начинается при определённом напряжении между анодом и катодом. Тиристор проводит ток до изменения напряжения или снятия напряжения другим способом, а некоторые источники считают SCR и тиристор синонимами.

Серийное производство первых тиристорных устройств началось в 1956 году. Благодаря способности управлять большими мощностями и напряжениями при помощи компактных устройств, тиристоры широко применяются для управления электроэнергией в различных сферах, включая освещение, регулирование частоты вращения двигателей, высоковольтную передачу постоянного тока. Они используются в схемах переключения питания, замены реле, инверторах, генераторах, датчиках уровня, прерывателях, схемах затемнения света, таймерах, логических схемах, регуляторах скорости и управления фазой. Изначально тиристоры могли отключаться только при изменении направления тока, что затрудняло их использование в цепях постоянного тока. Однако современные модели можно отключать при помощи сигнала управляющего затвора, известного как тиристор с отключением затвора или тиристор GTO. В отличие от транзисторов, тиристоры обладают двухзначной характеристикой переключения, то есть могут быть только полностью включены или выключены, в то время как транзисторы способны находиться в промежуточном состоянии. Это делает тиристоры непригодными для использования в качестве аналоговых усилителей, но полезными в роли переключателей.

Управляемый кремниевый выпрямитель (SCR), также известный как тиристор, был изобретён Уильямом Шокли в 1950 году и усовершенствован инженерами General Electric (GE) под руководством Гордона Холла. Фрэнк У. «Билл» Гутцвилл из GE коммерциализировал это устройство в 1956 году. Институт инженеров электротехники и электроники признал это изобретение историческим и установил мемориальную доску на месте его создания в Клайде, Нью-Йорк.

Тиристоры состоят из шести дисков с силой тока 2000 ампер, расположенных в ряд. Более ранние ламповые устройства, такие как тиратроны, обладали аналогичной способностью к электронной коммутации, позволяя небольшому управляющему напряжению контролировать большие токи. Термин «тиристор» образовался от слияния слов «тиратрон» и «транзистор».

В последнее время производители разработали тиристоры на основе карбида кремния (SiC), которые могут работать при высоких температурах до 350 °C.

Тиристор — это четырёхслойное полупроводниковое устройство с тремя выводами, состоящими из чередующихся материалов N- и P-типа. Анод и катод являются основными выводами, расположенными на всех четырёх слоях. Затвор, управляющий вывод, присоединён к материалу p-типа рядом с катодом. Работа тиристора основана на паре связанных транзисторов с биполярным переходом, которые обеспечивают самоблокирующееся действие.

Тиристоры используются в различных областях, где требуется управление большими токами и напряжениями. Они часто применяются для управления переменными токами, особенно в ситуациях, когда изменение полярности тока автоматически выключает устройство. Тиристоры работают синхронно, проводя ток в фазе с напряжением, приложенным к переходу катод-анод, без дополнительной модуляции затвора. Тиристоры могут использоваться в качестве элементов управления контроллерами с фазовым срабатыванием. Они также применяются в блоках питания для цифровых схем, где служат в качестве усовершенствованных автоматических выключателей для защиты нижележащих компонентов от повреждений при сбоях в питании.

Тиристоры впервые нашли применение в потребительских товарах, таких как стабилизированные источники питания для цветных телевизоров, в начале 1970-х годов. Они позволили стабилизировать высокое напряжение постоянного тока для приёмников путём изменения точки переключения тиристорного устройства по положительному наклону входной синусоиды переменного тока.

Тиристоры используются в качестве диммеров света в телевидении, кино, театре и фотографии, заменяя более дешёвые технологии, такие как автотрансформаторы и реостаты.

Функциональный недостаток тиристора заключается в том, что он, подобно диоду, проводит ток только в одном направлении, что делает его небезопасным для использования с переменным током. Аналогичное самоблокирующееся 5-слойное устройство, называемое симистором, способно работать в обоих направлениях. Однако и этой дополнительной возможности может быть недостаточно. Поскольку симистор может проводить ток в обоих направлениях, реактивные нагрузки могут привести к тому, что он не сможет отключиться в моменты нулевого напряжения в цикле питания переменного тока. Из-за этого использование симисторов с сильно индуктивными нагрузками двигателя обычно требует применения схемы “демпфирования” вокруг симистора, чтобы гарантировать его отключение при каждом полупериоде сетевого питания. Обратнопараллельные SCR также могут использоваться вместо симистора; поскольку к каждому SCR в паре применяется весь полупериод обратной полярности, SCR, в отличие от симисторов, обязательно выключаются. Однако “цена” такого устройства заключается в дополнительной сложности двух отдельных, но по существу идентичных схем стробирования.

Хотя тиристоры широко используются в мегаваттном выпрямлении переменного тока в постоянный, в приложениях малой и средней мощности (от нескольких десятков Ватт до нескольких десятков киловатт) их практически заменили другими устройствами с превосходными коммутационными характеристиками, такими как силовые МОП-транзисторы или IGBT. Одна из основных проблем, связанных с SCR, заключается в том, что они не являются полностью управляемыми переключателями. В тиристор GTO и IGCT - это два устройства, связанные с тиристором, которые решают эту проблему. В высокочастотных приложениях тиристоры являются плохими кандидатами из-за длительного времени переключения, возникающего из-за биполярной проводимости. МОП-транзисторы, с другой стороны, обладают гораздо более быстрой коммутационной способностью из-за их однополярной проводимости (ток пропускают только основные несущие).

В течение многих десятилетий тиристоры и их модификации служили фундаментом силовой электроники во всём мире. В XXI веке тиристоры стали постепенно вытесняться SiC MOSFET и IGBT-транзисторами. Введение экономических санкций Западом против Российской Федерации побудило рост интереса к тиристорам, поскольку наша промышленность в производстве этого вида полупроводниковых приборов достигло высоких результатов. Так же эксперты утверждают, что тиристоры часто оказываются надёжнее современных компонентов.

Одной из компанией на территории РФ, поставляющая тиристоры, является Компонентс РУ. Преимущество— это обширный выбор электронных изделий и компонентов. В каталоге представлено множество наименований и модификаций тиристоров от проверенных временем мировых брендов.

Компания предоставляет персонализированный сервис каждому клиенту при покупке тиристоров и сопутствующих компонентов. Это особенно ценно для крупных производителей электроники, которым необходимы большие объемы деталей или особые условия оплаты. Так же, есть возможность оформить спец. заказ если купить тиристор определенной модификации не представляется возможным. Гибкая ценовая политика и возможность изменения условий заказа помогают снизить затраты и оптимизировать производственные процессы.

Еще одно значимое преимущество компании «Компонентс РУ» — это высококвалифицированная помощь, если решили купить тиристоры или другие электронные компоненты. Специалисты компании обладают значительным опытом в области электронных устройств и всегда готовы помочь клиентам подобрать наиболее подходящие товары для их нужд. Независимо от сложности проекта, заказчики могут обратиться за консультацией, чтобы получить рекомендации по выбору изделий, их применению или техническим характеристикам. Профессиональная поддержка помогает избежать ошибок при выборе и покупке тиристоров и ускоряет процесс разработки.

Расскажите, есть ли у Вас какие либо проблемы с тиристорами?