อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ AC

แผนผังและการออกแบบอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับเซมิคอนดักเตอร์ถูกกำหนดโดยวัตถุประสงค์ ข้อกำหนด และเงื่อนไขการใช้งาน ด้วยแอพพลิเคชั่นมากมายที่อุปกรณ์ไร้สัมผัสพบ จึงมีความเป็นไปได้ที่หลากหลายสำหรับการนำไปใช้งาน อย่างไรก็ตาม ทั้งหมดนี้สามารถแสดงได้ด้วยแผนภาพบล็อกทั่วไปที่แสดงจำนวนบล็อกการทำงานที่ต้องการและการโต้ตอบ

รูปที่ 1 แสดงบล็อกไดอะแกรมของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับในโครงสร้างแบบยูนิโพลาร์ ประกอบด้วยสี่หน่วยที่สมบูรณ์ตามหน้าที่

ยูนิตจ่ายไฟ 1 ที่มีองค์ประกอบป้องกันไฟกระชาก (วงจร RC ในรูปที่ 1) เป็นพื้นฐานของอุปกรณ์สวิตชิ่งซึ่งเป็นส่วนบริหาร สามารถทำได้โดยใช้วาล์วควบคุมเท่านั้น - ไทริสเตอร์หรือใช้ไดโอด

เมื่อออกแบบอุปกรณ์สำหรับกระแสที่เกินขีด จำกัด ในปัจจุบันของอุปกรณ์ชิ้นเดียว จำเป็นต้องเชื่อมต่อแบบขนานในกรณีนี้ ต้องใช้มาตรการพิเศษเพื่อกำจัดการกระจายกระแสไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอในอุปกรณ์แต่ละชิ้น ซึ่งเกิดจากการไม่ระบุลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าในสถานะการนำไฟฟ้าและการกระจายของเวลาเปิดเครื่อง

บล็อกควบคุม 2 ประกอบด้วยอุปกรณ์ที่เลือกและจดจำคำสั่งที่มาจากส่วนควบคุมหรือส่วนป้องกัน สร้างพัลส์ควบคุมพร้อมพารามิเตอร์ที่ตั้งไว้ ซิงโครไนซ์การมาถึงของพัลส์เหล่านี้ที่อินพุตไทริสเตอร์กับช่วงเวลาที่กระแสในโหลดข้ามศูนย์

วงจรของชุดควบคุมจะซับซ้อนมากขึ้นหากอุปกรณ์นอกเหนือจากฟังก์ชันการสลับวงจรต้องควบคุมแรงดันและกระแส ในกรณีนี้จะเสริมด้วยอุปกรณ์ควบคุมเฟสซึ่งให้การเปลี่ยนแปลงของพัลส์ควบคุมตามมุมที่กำหนดซึ่งสัมพันธ์กับกระแสศูนย์

บล็อกเซ็นเซอร์สำหรับโหมดการทำงานของอุปกรณ์ 3 ประกอบด้วยอุปกรณ์วัดกระแสและแรงดัน รีเลย์ป้องกันสำหรับวัตถุประสงค์ต่าง ๆ วงจรสำหรับสร้างคำสั่งเชิงตรรกะและส่งสัญญาณตำแหน่งสวิตช์ของอุปกรณ์

อุปกรณ์สวิตชิ่งแบบบังคับ 4 รวมตัวเก็บประจุ วงจรชาร์จ และไทริสเตอร์สวิตชิ่ง ในเครื่องไฟฟ้ากระแสสลับ อุปกรณ์นี้จะมีอยู่เฉพาะในกรณีที่ใช้เป็นเครื่องป้องกัน (เบรกเกอร์วงจร)

ส่วนพลังงานของอุปกรณ์สามารถทำได้ตามรูปแบบที่มีการเชื่อมต่อแบบขนานของไทริสเตอร์ (ดูรูปที่ 1) โดยอิงตามไทริสเตอร์แบบสมมาตร (triac) (รูปที่ 2, a) และในชุดไทริสเตอร์และไดโอดต่างๆ (รูปที่ 2, ข และ ค ).

ในแต่ละกรณี เมื่อเลือกตัวเลือกวงจร ควรคำนึงถึงปัจจัยต่อไปนี้: พารามิเตอร์แรงดันและกระแสของอุปกรณ์ที่กำลังพัฒนา จำนวนอุปกรณ์ที่ใช้ ความสามารถในการรองรับโหลดในระยะยาว และความต้านทานต่อกระแสเกิน ระดับความซับซ้อนของการจัดการไทริสเตอร์ ข้อกำหนดด้านน้ำหนักและขนาด และต้นทุน

รูปที่ 1 — บล็อกไดอะแกรมของอุปกรณ์ AC ไทริสเตอร์

รูปที่ 2 — พาวเวอร์บล็อกของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กระแสสลับ

การเปรียบเทียบบล็อกพลังงานที่แสดงในรูปที่ 1 และ 2 แสดงให้เห็นว่าโครงร่างที่มีไทริสเตอร์เชื่อมต่อแบบต้านขนานมีข้อได้เปรียบมากที่สุด โครงร่างดังกล่าวมีอุปกรณ์น้อยกว่า มีขนาด น้ำหนัก การสูญเสียพลังงาน และต้นทุนที่เล็กกว่า

เมื่อเปรียบเทียบกับไทรแอก ไทริสเตอร์ที่มีการนำไฟฟ้าแบบทิศทางเดียว (ทางเดียว) จะมีค่าพารามิเตอร์ของกระแสและแรงดันที่สูงกว่า และสามารถทนต่อกระแสไฟเกินได้อย่างมาก

ไทริสเตอร์ของแท็บเล็ตมีวงจรความร้อนสูงกว่า ดังนั้นจึงสามารถแนะนำวงจรที่ใช้ไตรแอกสำหรับการสลับกระแสซึ่งตามกฎแล้วจะต้องไม่เกินระดับปัจจุบันของอุปกรณ์เดียวนั่นคือเมื่อไม่ต้องการการเชื่อมต่อกลุ่ม โปรดทราบว่าการใช้ไตรแอกช่วยให้ระบบควบคุมของชุดจ่ายไฟง่ายขึ้น โดยจะต้องมีช่องสัญญาณออกที่เสาของอุปกรณ์

รูปแบบที่แสดงในรูปที่ 2, b, c แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการออกแบบอุปกรณ์สวิตชิ่งกระแสสลับโดยใช้ไดโอด ทั้งสองแบบจัดการง่าย แต่มีข้อเสียเนื่องจากใช้อุปกรณ์จำนวนมาก

ในวงจรของรูปที่ 2, b แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับของแหล่งพลังงานจะถูกแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าเต็มคลื่นของหนึ่งขั้วโดยใช้วงจรเรียงกระแสไดโอดบริดจ์ เป็นผลให้ไทริสเตอร์เพียงตัวเดียวที่เชื่อมต่อที่เอาต์พุตของบริดจ์วงจรเรียงกระแส (ในแนวทแยงของบริดจ์) จะสามารถควบคุมกระแสในโหลดระหว่างสองครึ่งรอบได้ หากตัวควบคุมอยู่ที่จุดเริ่มต้นของแต่ละครึ่งรอบ ได้รับพัลส์ที่อินพุต วงจรจะปิดที่จุดตัดของกระแสโหลดที่ใกล้ที่สุดหลังจากหยุดการสร้างพัลส์ควบคุม

อย่างไรก็ตาม ควรระลึกไว้เสมอว่าการสะดุดของวงจรที่เชื่อถือได้จะทำได้ก็ต่อเมื่อมีค่าความเหนี่ยวนำขั้นต่ำของวงจรที่ด้านข้างของกระแสที่แก้ไขแล้วเท่านั้น มิฉะนั้น แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าจะลดลงถึงศูนย์เมื่อสิ้นสุดครึ่งรอบ กระแสจะยังคงไหลผ่านไทริสเตอร์ ป้องกันไม่ให้ปิด อันตรายจากการสะดุดของวงจรอย่างฉุกเฉิน (โดยไม่มีการสะดุด) ยังเกิดขึ้นเมื่อความถี่ของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายเพิ่มขึ้น

ในวงจรในรูปที่ 2 โหลดจะถูกควบคุมโดยไทริสเตอร์สองตัวที่เชื่อมต่อเข้าด้วยกัน ซึ่งแต่ละตัวจะถูกควบคุมในทิศทางตรงกันข้ามโดยวาล์วที่ไม่มีการควบคุม เนื่องจากในการเชื่อมต่อดังกล่าวแคโทดของไทริสเตอร์มีศักยภาพเท่ากันทำให้สามารถใช้เครื่องกำเนิดพัลส์ควบคุมเอาต์พุตเดี่ยวหรือสองเอาต์พุตที่มีกราวด์ร่วมกัน

แผนผังไดอะแกรมของเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้นง่ายมาก นอกจากนี้ ไทริสเตอร์ในวงจรในรูปที่ 2, c ได้รับการป้องกันจากแรงดันย้อนกลับ ดังนั้นควรเลือกเฉพาะสำหรับแรงดันไปข้างหน้าเท่านั้น

ในแง่ของขนาด ลักษณะทางเทคนิค และตัวบ่งชี้ทางเศรษฐกิจ อุปกรณ์ที่ทำขึ้นตามโครงร่างที่แสดงในรูปที่ 2, b, c นั้นด้อยกว่าอุปกรณ์สวิตชิ่งที่มีวงจรดังแสดงในรูปที่ 1 c, 2, a อย่างไรก็ตามมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบอัตโนมัติและอุปกรณ์ป้องกันรีเลย์โดยวัดกำลังสวิตช์เป็นร้อยวัตต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สามารถใช้เป็นอุปกรณ์เอาต์พุตของตัวควบคุมพัลส์เพื่อควบคุมบล็อกไทริสเตอร์ของอุปกรณ์ที่ทรงพลังกว่า

Timofeev A.S.