تریستور یا SCR یک نیمه رسانای قدرت است و به صورت یک قطعه چهار لایه ای –P-N-P-N ساخته می شود که به طور گسترده در مدارهای الکترونیک پرتوان بکار می رود. تریستورها با کلید زنی از حالت نارسانایی به رسانایی در نقش کلیدهای دو حالته عمل می کنند. در بسیاری از کاربردها می توان به عنوان کلیدهای ایده آل در نظر گرفت، اما در عمل دارای مشخصه های معین و محدودیت هایی هستند

تریستورها ۳ پایانه آند، کاتد و گیت دارند. پایه آند با A، کاتد با K، و گیت (دروازه) با G نمایش داده می شوند؛ که از این میان آند و کاتد به مدار قدرت متصل شده و گیت که به جریان کمتری نیاز دارد به مدار کنترل یا درایور تریستور متصل می شود. تریستورها در دو حالت پایدار روشن و خاموش مورد بهره برداری قرار می گیرند. تریستور را می توان به صورت اتصال سری سه دیود در نظر گرفت که مانع هدایت جریان در هر دو جهت می شوند. مشخصه معکوس یعنی حالتی که کاتد، مثبت است و تا زمانی که ولتاژ اعمال شده از ولتاژ شکست پیوند کنترل مرکزی بیشتر نشود، فقط جریان نشتی عبور خواهد کرد. ولتاژهای شکست مستقیم و معکوس از نظر اندازه مساوی هستند.

تریستور با اعمال ولتاژ به پایه های کاتد و گیت (Gate)، جریان بین پایه های آند و کاتد برقرار می شود که به آن جریان آند می گویند.

تریستور یا SCR چند تفاوت مهم با رله دارد:

• رله یک کلید الکترومکانیکی است اما تریستور یک کلید الکترونیکی که صدا و جرقه تولید نمی کند.
• تریستور یا SCR یک کلید یک جهته است و جریان در آن همیشه از آند به سمت کاتد برقرار می شود؛ و اگر بخواهیم جریان دوطرفه داشته باشیم باید دو تریستور را به صورت برعکس با هم موازی کنیم.
• برخلاف رله ها که با قطع ولتاژ بوبین رله خاموش می شود، تریستور با قطع ولتاژ گیت آن، خاموش نخواهد شد.

 

مسائل اصلی در تریستور که همواره در حال تکمیل و توسعه بوده است، عبارت اند از:  

• تحمل ولتاژ معکوس زیاد
  
• سرعت کموتاسیون (سرعت روشن و خاموش شدن)
• تحمل عبور جریان های قوی

 

مشخصه های عمومی تریستور:

تریستورها عناصر نیمه هادی و حالتی هستند که فقط در یکی از دو حالت قطع و وصل می توانند قرار گیرند.

تریستور یا SCR در مقایسه با ترانزیستور عملکرد کلید زنی بهتری دارد و تلفات کلید زنی آن کمتر است.

تریستور فقط از یک سو می تواند جریان الکتریکی را هدایت کند؛ یعنی آند همیشه باید به طرف مثبت و کاتد به طرف منفی باشد.

 

کاربردهای تریستور

کنترل توان AC

اهرم حفاظتی اضافه ولتاژ در منابع تغذیه

سوئیچ های قدرت AC

عناصر کنترلی در کنترل کننده های فاز

درون ساختمان فلش های عکاسی که به عنوان سوئیچی برای دشارژ ولتاژ ذخیره شده درون فلش لامپ، استفاده می شوند و در زمان لازم آن را قطع می کند.

 

طرز کار تریستور یا SCR

تریستور یا SCR دارای تعدادی ویژگی های غیر معمول است. این قطعه دارای سه ترمینال می باشد: آند، کاتد و گیت، همان طور که انتظار می رود گیت ترمینال کنترل کننده است در حالی که جریان اصلی بین ترمینال های آند و کاتد جاری می شود. نماد مداری تریستور یا SCR در شکل زیر مشخص شده است. همان طور که در شکل مشخص است، می توان تصور نمود که این قطعه یک قطعه یک طرفه می باشد؛ بنابراین وقتی از این قطعه در حالت AC استفاده می شود، حداکثر یک نیم سیکل را می تواند عبور دهد. در عمل تریستور یا SCR در ابتدا هدایت نمی کند، بلکه لازم است مقدار معینی جریان درون گیت آن جاری شده تا روشن شود. بعد از روشن شدن تریستور در حالت هدایت باقی می ماند تا ولتاژ دو سر آند و کاتد حذف شود. واضح است این مسئله در پایان نیم سیکلی که در آن تریستور هدایت می کند اتفاق می افتد. نیم سیکل بعدی به دلیل عملکرد یکسو کننده بلوک می شود. برای این که SCR مجدداً روشن شود باید جریان لازم در گیت آن جاری شود.

 

روشن کردن تریستور یا SCR

برای اینکه تریستور در وضعیت هدایت قرار بگیرد باید شرایط زیر برقرار باشد:

• ولتاژ آند نسبت به کاتد مثبت باشد.
• گیت یک پالس مثبت دریافت کند (ولتاژ گیت بیشتر از ولتاژ کاتد شود).
•  برای روشن ماندن تریستور، جریان آند باید به اندازه کافی زیاد باشد.

مدار آتش

مداری که پالس جریان گیت را تولید می کند مدار آتش می نامند. پس از روشن شدن تریستور، ولتاژ آند – کاتد بسیار ناچیز خواهد شد، به طوری که در مقاصد عملی ولتاژ آند – کاتد را تقریباً صفر در نظر می گیرند؛ و می توان گفت که تریستور در هنگام هدایت تقریباً مانند یک اتصال کوتاه عمل می کند. تریستور با SCR بسیار سریع روشن می شود، به مدت زمان لازم برای روشن سازی تریستور زمان روشن سازی می گویند که با ton نمایش داده می شود و حدود ۱ تا ۳ میکروثانیه است. پهنای پالس اعمالی به جریان گیت که برای روشن شدن تریستور استفاده می شود حدود ۱۰ تا ۵۰ میکروثانیه است و دامنه ای حدود ۲۰ تا ۲۰۰ میلی آمپر دارد.

زاویه آتش

برای شکل موج های متناوب ورودی می توان محور افقی را بر حسب درجه از صفر تا ۳۶۰ تقسیم بندی کرد (معادل صفر تا  2 پی رادیان). اگر شرط مثبت بودن آند نسبت به کاتد برقرار باشد، می توان پالس اعمالی به گیت را به گونه ای تنظیم کرد که در لحظه ای بخصوص از شکل موج ورودی تریستور روشن شود، این لحظه معادل زاویه ای معین خواهد بود. به این زاویه، زاویه آتش تریستور می گویند. با تعیین زاویه آتش مناسب می توان مقدار مؤثر ولتاژ خروجی را تغییر داد که از آن در مدارهای کنترل دور موتورهای جریان مستقیم، یکسوکننده های کنترل شده و سافت استارترها استفاده می شود.

 

روشن سازی با تغییر ناگهانی ولتاژ

اگر به صورت ناگهانی ولتاژ مستقیم زیادی به تریستور اعمال شود، حتی بدون وجود جریان گیت، تریستور ممکن است روشن شود، این پدیده را روشن سازی dv/dt می نامند که ممکن است در عملکرد مدارها مشکل ایجاد کند. برای جلوگیری از این اتفاق از یک مدار حفاظتی RC (اسنابر مقاومتی خازنی) به همراه تریستور یا SCR استفاده می شود.

 

خاموش کردن تریستور یا SCR (کموتاسیون)

به روش های خاموش کردن تریستور کموتاسیون می گویند. در مدارهای جریان متناوب به علت تغییر خودکار پلاریته دو سر آند و کاتد تریستور به صورت خودکار خاموش می شود که به این حالت کموتاسیون طبیعی می گویند. در مقابل اگر جریان اجباراً صفر شود کموتاسیون اجباری رخ داده است. برای خاموش کردن تریستوری که روشن شده است باید یکی از شرایط زیر برقرار شود:

• ولتاژ آند نسبت به کاتد منفی شود.
• جریان عبوری از آند قطع شود (به کمتر از مقدار بحرانی برسد.)

در روش اول خاموش کردن تریستور، دو پیوند از سه پیوند آن در گرایش معکوس قرار می گیرند و پیوند سوم گرایش مستقیم خواهد داشت، در این حالت تریستور جریان نشتی کمی از خود نشان می دهد. اگر ولتاژ معکوس بیش از حد زیاد شود و مقدار آن به ولتاژ فروپاشی معکوس برسد، پدیده بهمنی در تریستور رخ خواهد داد که در صورت محدود نشدن، بر اثر تلفات توان ممکن است به تریستور آسیب برسد.

در روش دوم، به جریان بحرانی آند که اگر از آن عبور کنیم تریستور خاموش می شود جریان نگه دارنده می گویند و آن را با Ih نمایش میدهند؛ در این حالت تریستور به حالت سد کننده مستقیم باز می گردد.

 

https://www.instagram.com/reel/C5P7WFooqxH/?igsh=MXZlaWV2cHh4cTYxbg==

https://www.instagram.com/reel/C5S0ITeIgca/?igsh=MWJ3NTdpN3c3ZWJ2ag==