تریستور چیست؟

امروزه پیشرفت تکنولوژی نیمه هادی ها، نقشی اساسی در شکل گیری دوران مدرن کنونی داشته است. در میان این پیشرفت های مهم، تریستور به عنوان یک قطعه نیمه هادی در کاربردهای متعددی استفاده می شود. در این مقاله به بررسی نحوه عملکرد تریستور، کاربردها، مزایا و محدودیت های آن پرداخته‌ایم.

تریستور چیست؟

تریستور(Thyristor) یک قطعه الکترونیک قدرتی مشابه با دیود است. تفاوت این قطعه با دیود در قابل کنترل بودن آن می باشد. تریستور همچنین با نماد (SCR) نیز شناخته می شود. تریستورها قطعات حالت جامدی هستند که می توانند برای جریان های الکتریکی متناوب به عنوان یک کلید کنترل استفاده شوند.

تریستور نیز همانند دیود و ترانزیستور از نیمه هادی تشکیل شده است. این قطعه، از لایه هایی از مواد نیمه هادی به صورت P-N-P-N ساخته می شود که دارای 3 پایه یا ترمینال می باشد. پایه های اصلی تریستور عبارتند از: آند، کاتد و گیت. در توضیح این پایه ها می توان گفت که آند ترمینال مثبت، کاتد ترمینال منفی و گیت برای کنترل استفاده می شود. در شکل زیر ساختار داخلی تریستور به همراه نماد مداری آن نشان داده شده است:

نحوه عملکرد تریستور

تریستورها معمولاً با اعمال یک پالس ولتاژ مثبت به ترمینال گیت روشن می شوند. برای خاموش شدن تریستور باید یکی از این دو شرط فراهم شود:

1- ولتاژ آند به کاتد منفی شود.

2- جریان تریستور به صفر برسد که البته رسیدن جریان تریستور به صفر مهم تر است.

انواع پکیج تریستور

تریستورها بسته به توانی که در آن قرار است کار کنند، در پکیج ها و شکل های متنوعی ساخته و طراحی شده اند. سه مورد از مهم ترین پکیج های تریستور که بیشتر ممکن است با آن ها روبرو شویم عبارتند از:

1- پکیج TO220

2- ماژول های تریستور

3- تریستور دیسکی شکل

کاربرد تریستور

تریستورها با توجه به ویژگی های منحصر به فرد خود، در زمینه های مختلف کاربرد دارند. برخی از مهمترین این کاربردها عبارتند از:

الف) کنترل در بخش قدرت

تریستورها به طور گسترده در سیستم های کنترل قدرت، مانند کنترل سرعت موتور، کنترل گرمایش و کنترل روشنایی استفاده می شوند. توانایی آن ها در مدیریت سطوح جریان و ولتاژ بالا، آنها را برای این کاربرد مناسب می سازد.

ب) تبدیل برق AC/DC

تریستورها در مدارات یکسو کننده برای تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) استفاده می شوند. آنها کنترل مناسب و کارآمدی را بر روی تبدیل ولتاژ ارائه می دهند که آنها را برای کاربردهایی مانند شارژ باتری و انتقال جریان مستقیم با ولتاژ بالا (HVDC) ایده آل می کند.

ج) تنظیم ولتاژ

تریستورها در مدارهای تنظیم ولتاژ برای حفظ سطح ولتاژ پایدار استفاده می شوند. آنها می توانند شرایط اضافه ولتاژ را احساس کنند و اقدامات حفاظتی را برای محافظت از تجهیزات الکتریکی در برابر آسیب ایجاد کنند.

د) اینورترها

تریستورها می توانند در مدارات اینورتر به منظور تبدیل برق DC به برق AC استفاده شوند. اینورترها به طور گسترده در کاربردهایی مانند سیستم های انرژی تجدیدپذیر، منابع تغذیه بدون وقفه (UPS) و موتورهای خودروهای الکتریکی استفاده می شوند.

مزایای تریستور

تریستورها دارای مزایای فراوانی می باشند که موجب کاربرد گسترده آنها در صنایع مختلف شده است. این موارد مهم در ادامه مورد بررسی قرار گرفته است:

الف) هندلینگ توان های بالا

تریستورها می توانند سطوح جریان و ولتاژ بالا را تحمل کنند و این مزیت، آنها را برای کاربردهایی که نیاز به توان بالایی دارند مناسب می کند.

ب) بازدهی بالا

تریستورها تلفات توان کمی داشته و بازدهی بالایی برای کاربردهای تبدیل توان دارند.

ج) استحکام

تریستورها در برابر شرایط محیطی مختلف بسیار مقاوم می باشند.

معایب تریستور

تریستورها با وجود مزایای بسیار زیادی که دارند، دارای محدودیت هایی نیز هستند که بایستی در طراحی ها در نظر گرفته شوند:

الف) هدایت جریان یک طرفه

تریستور همانند دیود فقط می‌تواند جریان را تنها در یک جهت عبور دهد، پس برای کاربردهای دو طرفه بدون مدار اضافی نمی توان از آن استفاده کرد.

ب) کنترل پذیری محدود

پس از روشن شدن تریستور، تا زمانیکه جریان آن به صفر برسد و یا ولتاژ روی تریستور معکوس شود، در حالت روشن باقی می ماند. این کنترل پذیری محدود، استفاده از آنها را در مدارات خاصی که نیاز به کنترل سوئیچینگ دقیق دارند محدود می کند.

ج) افت ولتاژ بالا

تریستورها هنگام عبور جریان، افت ولتاژ نسبتا بالایی در پایانه های خود دارند که منجر به تلفات انرژی می شود.

بنابراین تریستور یک قطعه نیمه هادی است که تکنولوژی دستگاه های مبتنی بر الکترونیک قدرت را متحول ساخته است. توانایی آن در مدیریت سطوح توان و ولتاژ بالا، به همراه قابلیت اطمینان و کارایی بالایش، استفاده از آن را در کاربردهای مختلف از کنترل و تبدیل برق گرفته تا تنظیم ولتاژ و اینورترها ضروری کرده است.

جمع بندی

در این مقاله، در مورد تریستورها، اصول کاری، انواع و کاربردهای آن ها در مدارات مختلف صحبت شد و در نهایت مزایا و معایب استفاده از این قطعات مهم در انواع مدارات الکترونیک قدرتی از جمله اینورترها و یکسوسازها به طور کامل مورد بحث و بررسی قرار گرفت. تمامی موارد فوق را به صورت عملی همراه با نکات تجربی دیگر در مورد تریستورها و انواع آنها و نکات عملی مربوط به هر کدام به طور کامل در دوره جامع آموزش الکترونیک بررسی کرده ایم.

در پایان، ممنون که همراه ما بودید. هر سوال یا ابهامی در مورد مطالب ارائه شده در این مقاله دارید حتما در کامنت ها بنویسید، به تمام سوالات پاسخ داده میشه. اگه انتقاد یا پیشنهادی هم داشتید ممنون میشم با ما در میان بزارید.

منابع: Electronics Tutorials TechTarget