สวิตซ์เปิดปิดประตู

บทความนี้จะอธิบายการทำงานของสวิตช์ปิดประตูในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง

สวิตซ์เปิดปิดประตู

สวิตช์ปิดประตู หรือที่เรียกว่าสวิตช์ควบคุมประตู (GCS) หรือไทริสเตอร์ปิดประตู (GTO) มีลักษณะคล้ายกับ SCR แต่สามารถปิดได้ด้วยสัญญาณลบที่ขั้วประตู โดยทั่วไป GTO จะจัดการกับกระแสไฟฟ้าที่ต่ำกว่า SCR มาก

GTO มีคุณสมบัติหลายประการของ SCR และทรานซิสเตอร์ และในบางแง่ก็เหนือกว่าทั้งคู่สำหรับการใช้งานการสลับกำลังไฟฟ้า GTO สลับกระแสไฟตรงโดยไม่ต้องใช้ส่วนประกอบเสริมที่ SCR ต้องการ ส่งผลให้ต้นทุนลดลงและมีสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าและแม่เหล็กไฟฟ้าน้อยลง นอกจากนี้ GTO ยังล็อกเปิดหรือปิดด้วยพัลส์เดียว

แม้จะมีข้อดีหลายประการ แต่ GTO ก็ไม่ได้ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายเท่าที่เคยคิด การใช้ GTO ในปริมาณน้อยอาจเป็นเพราะกระแสสูงสุดที่สามารถปิดได้อย่างน่าเชื่อถือใน GTO รุ่นแรกๆ ถูกจำกัดให้มีค่าต่ำ ข้อจำกัดนี้เกิดจากเส้นใยกระแสที่สร้างจุดร้อนเฉพาะที่ในระหว่างการปิด

อย่างไรก็ตาม GTO รุ่นใหม่จะปิดกระแสไฟฟ้าที่สูงกว่ารุ่นก่อนหน้ามาก โดยได้รับค่าพิกัดที่ควบคุมได้สูงสุดที่สูงขึ้นด้วยโครงสร้างขั้วบวกแบบลัดวงจรใหม่ การเจือปนที่แม่นยำ และรูปทรงเรขาคณิตที่สลับกันอย่างละเอียดอ่อน นอกจากนี้ GTO รุ่นใหม่ยังสลับได้เร็วกว่ารุ่นก่อนหน้า แสดงอัตราส่วนของกระแสไฟฟ้าสูงสุดต่อค่าเฉลี่ยที่สูงขึ้น และค่าเกนสถานะที่สูงกว่า นอกจากนี้ ค่าพิกัดแรงดันไฟฟ้าสูงสุดยังสูงกว่าของไบโพลาร์และดาร์ลิงตันอีกด้วย

โดยทั่วไปแล้ว GTO จะไม่สามารถปิดได้สำเร็จหากมีกระแสไฟฟ้าอยู่ในช่วงระหว่างค่าพิกัดปิดสูงสุดและค่าพิกัดไฟกระชากสูงสุด อย่างไรก็ตาม ฟิวส์ที่เลือกอย่างเหมาะสมอาจช่วยปกป้องอุปกรณ์ใหม่จากความเสียหายอันเนื่องมาจากกระแสไฟฟ้าในช่วงนี้ได้

GTO นั้นคล้ายคลึงกับ SCR ตรงที่ทั้งคู่เป็นอุปกรณ์สี่ชั้น อย่างไรก็ตาม กระแสไฟเฉลี่ยของ GTO นั้นต่ำกว่า SCR ที่มีขนาดเท่ากันอย่างเห็นได้ชัด เนื่องมาจากโครงสร้างที่สลับกัน

โดยทั่วไปแล้วค่าพิกัดกระแสเฉลี่ยของ GTO จะค่อนข้างใกล้เคียงกับค่าพิกัดกระแสเฉลี่ยของ Darlington ที่มีขนาดเท่ากัน เนื่องจากมีการใช้เทคนิคการวัดแบบเดียวกันสำหรับทั้งสองแบบ แต่โดยทั่วไปแล้ว GTO สามารถปิดกระแสที่สูงกว่าได้ เนื่องจาก Darlington จะออกจากจุดอิ่มตัวเมื่อมีกระแสสูง

สวิตช์ควบคุมด้วยซิลิคอน (SCS): SCS เรียกอีกอย่างว่าไทริสเตอร์เทโทรด ไทริสเตอร์เหล่านี้มีลักษณะคล้ายกับ SCR ที่มีขั้วเกตสองขั้ว ได้แก่ เกตแอโนดและเกตแคโทด

เกตทั้งสองสามารถใช้งานได้หลายวิธี การใส่สัญญาณลบที่เกตแอโนดจะทำให้ SCS ทำงานเพื่อให้อุปกรณ์ทำหน้าที่เหมือน SCR เสริม (ซึ่งนำกระแสบวกที่มีทริกเกอร์เชิงลบ) หาก SCS เปิดด้วยสัญญาณเกตแคโทดเหมือน SCR ทั่วไป สัญญาณบวกที่เพียงพอที่เกตแอโนดจะทำให้ปิดลงในภายหลัง สัญญาณบวกที่ส่งไปยังเกตทั้งสองพร้อมกันจะทำให้ SCS เปิดได้เร็วกว่า SCR ที่เทียบเท่ากัน SCS สามารถปิดได้เหมือนกับสวิตช์ที่ควบคุมด้วยเกตโดยใส่สัญญาณลบที่แคโทด

ไตรโอดทวิภาคี (ไตรแอค): ไตรแอคสามารถทนต่อกระแสไฟฟ้าสูงได้ และมักใช้ในการควบคุมไฟฟ้ากระแสสลับ ไตรแอคมีลักษณะคล้ายกับ SCR แต่สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้ในสองทิศทาง เมื่อมีแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าเพียงเล็กน้อยระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ ไตรแอคก็จะปิดและไม่นำกระแสไฟฟ้า หากแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าเพิ่มขึ้นเพียงพอ ไตรแอคก็จะเริ่มนำกระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าบวกที่จ่ายไปยังขั้วเกตจะควบคุมเกณฑ์การนำไฟฟ้า ยิ่งสัญญาณเกตสูงขึ้น แรงดันไฟฟ้าของไตรแอคก็จะยิ่งลดลงเมื่อเกิดการนำไฟฟ้า ไตรแอคทำงานคล้ายกันสำหรับกระแสไฟฟ้าที่ไหลในทิศทางตรงข้าม ในกรณีนี้ ขั้วของสัญญาณเกตจะต้องกลับกัน ยิ่งสัญญาณเกตเป็นลบมากเท่าไร จุดการนำไฟฟ้าก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น

ทรานซิสเตอร์ยูนิจังก์ชัน (UJT): ทรานซิสเตอร์ยูนิจังก์ชันมีขั้วสามขั้วที่เรียกว่าตัวปล่อย เบส 1 และเบส 2 วัสดุตัวปล่อยเป็น  เซมิคอนดักเตอร์ชนิด pและวัสดุฐานเป็น  ชนิด nใน UJT เสริม วัสดุฐานเป็น  ชนิด pและวัสดุตัวปล่อย เป็นชนิด n

สัญญาณที่ส่งไปยังขั้วต่อตัวปล่อย UJT จะควบคุมความต้านทานระหว่างขั้วต่อฐาน เมื่อไม่มีสัญญาณตัวปล่อย ความต้านทานระหว่างฐาน 1 และฐาน 2 จะสูงและมีกระแสไหลน้อยมาก เมื่อแรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยเพิ่มขึ้น ความต้านทานระหว่างขั้วต่อฐานจะยังคงสูงอยู่จนกว่าแรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยจะถึงจุดที่เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุด V pณ จุดนี้ ความต้านทานระหว่างขั้วต่อฐานจะเริ่มลดลงเมื่อกระแสไหลเข้าสู่ขั้วต่อตัวปล่อยเพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยจะลดลงเมื่อกระแสของตัวปล่อยเพิ่มขึ้นจนถึงจุดแรงดันที่จุดวัลเลย์ V vหลังจากจุดวัลเลย์ กระแสของตัวปล่อยที่เพิ่มขึ้นทำให้แรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยเพิ่มขึ้น

ทรานซิสเตอร์ยูนิจังก์ชั่นสามารถใช้เป็นตัวต้านทานเชิงลบได้เมื่อทำงานระหว่าง Vp และ Vv ลักษณะ พิเศษ นี้และกระแสไฟทำงานต่ำทำให้ทรานซิสเตอร์เหล่านี้มีประโยชน์ในวงจรออสซิลเลเตอร์และวงจรจับเวลา และ ในการกระตุ้น SCR

ไดแอก: ไดแอกประกอบด้วยไดโอดทริกเกอร์กระแสสลับและไดโอดทวิภาคี ไดโอดแต่ละตัวมีขั้วสองขั้วและทำหน้าที่เหมือนกันสำหรับกระแสในทั้งสองทิศทาง เมื่อแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กของขั้วใดขั้วหนึ่งถูกจ่ายผ่านไดแอก กระแสจะไหลเพียงเล็กน้อย ความต้านทานของไดแอกจะยังคงสูงจนกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ใช้จะไปถึงจุดแรงดันไฟฟ้าพังทลาย เมื่อถึงจุดนี้ ความต้านทานของไดแอกจะลดลงและกระแสสูงจะเริ่มไหล เนื่องจากการกระทำนี้เกิดขึ้นในทั้งสองทิศทางของการไหลของกระแส อุปกรณ์นี้จึงบางครั้งเรียกว่าสวิตช์กระแสสลับ มักใช้สำหรับทริกเกอร์ไตรแอก

ไดโอดสี่ชั้น: ได โอดสี่ชั้นเรียกอีกอย่างว่าไดโอดช็อคลีย์และมีขั้วสองขั้ว เมื่อแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าเล็กน้อยถูกจ่ายผ่านไดโอดสี่ชั้น กระแสไฟฟ้าจะไหลเพียงเล็กน้อยและความต้านทานของไดโอดจะสูง ความต้านทานจะยังคงสูงจนกว่าแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าจะเพิ่มขึ้นถึงจุดสวิตช์  V sจากนั้นกระแสไฟฟ้าสูงจะเริ่มไหลและแรงดันไฟฟ้าจะลดลง เมื่อไดโอดนำไฟฟ้าไปข้างหน้าแล้ว ก็สามารถปิดได้โดยลดกระแสหรือแรงดันไฟฟ้าให้ต่ำกว่าค่าคงที่

ในทิศทางไปข้างหน้า กระแสจะพบกับจุดเชื่อมต่อแบบไบอัสไปข้างหน้า 2 จุดและจุดเชื่อมต่อแบบไบอัสย้อนกลับ 1 จุดที่มีแรงดันพังทลายต่ำ สำหรับแรงดันที่ใช้ในทิศทางตรงข้าม ไดโอดจะบล็อกกระแสและทำงานเหมือนไดโอดแบบไบอัสย้อนกลับทั่วไป ในทิศทางนี้ กระแสจะพบกับจุดเชื่อมต่อแบบไบอัสไปข้างหน้า 1 จุดและจุดเชื่อมต่อแบบไบอัสย้อนกลับ 2 จุด ซึ่งแต่ละจุดมีแรงดันพังทลายสูง

ไทริสเตอร์ควบคุมโดย MOS: ไทริสเตอร์ควบคุมโดย MOS (MCT) เพิ่มความเร็วในการสลับกำลังงาน ไทริสเตอร์นี้คล้ายกับไทริสเตอร์ปิดประตู (GTO) แต่จำเป็นต้องใช้กำลังขับน้อยกว่ามากในการปิด MCT เนื่องจากมีกระแสไฟฟ้าไหลเข้าสู่ประตูเพียงเล็กน้อย MCT สามารถรองรับ 100 A ที่ 1,000 V โดยมีเวลาปิดเครื่องต่ำกว่า 2 \#181>วินาทีและเวลาเปิดเครื่อง 200 nsec นอกจากนี้ ยังมีแรงดันไฟฟ้าค้างที่ต่ำในสถานะเปิดอีกด้วย

สวิตซ์เปิดปิดประตู

บทความนี้จะอธิบายการทำงานของสวิตช์ปิดประตูในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง

นักเขียนบทความ
by 
นักเขียนบทความ
สวิตซ์เปิดปิดประตู

สวิตซ์เปิดปิดประตู

บทความนี้จะอธิบายการทำงานของสวิตช์ปิดประตูในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง

สวิตช์ปิดประตู หรือที่เรียกว่าสวิตช์ควบคุมประตู (GCS) หรือไทริสเตอร์ปิดประตู (GTO) มีลักษณะคล้ายกับ SCR แต่สามารถปิดได้ด้วยสัญญาณลบที่ขั้วประตู โดยทั่วไป GTO จะจัดการกับกระแสไฟฟ้าที่ต่ำกว่า SCR มาก

GTO มีคุณสมบัติหลายประการของ SCR และทรานซิสเตอร์ และในบางแง่ก็เหนือกว่าทั้งคู่สำหรับการใช้งานการสลับกำลังไฟฟ้า GTO สลับกระแสไฟตรงโดยไม่ต้องใช้ส่วนประกอบเสริมที่ SCR ต้องการ ส่งผลให้ต้นทุนลดลงและมีสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าและแม่เหล็กไฟฟ้าน้อยลง นอกจากนี้ GTO ยังล็อกเปิดหรือปิดด้วยพัลส์เดียว

แม้จะมีข้อดีหลายประการ แต่ GTO ก็ไม่ได้ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายเท่าที่เคยคิด การใช้ GTO ในปริมาณน้อยอาจเป็นเพราะกระแสสูงสุดที่สามารถปิดได้อย่างน่าเชื่อถือใน GTO รุ่นแรกๆ ถูกจำกัดให้มีค่าต่ำ ข้อจำกัดนี้เกิดจากเส้นใยกระแสที่สร้างจุดร้อนเฉพาะที่ในระหว่างการปิด

อย่างไรก็ตาม GTO รุ่นใหม่จะปิดกระแสไฟฟ้าที่สูงกว่ารุ่นก่อนหน้ามาก โดยได้รับค่าพิกัดที่ควบคุมได้สูงสุดที่สูงขึ้นด้วยโครงสร้างขั้วบวกแบบลัดวงจรใหม่ การเจือปนที่แม่นยำ และรูปทรงเรขาคณิตที่สลับกันอย่างละเอียดอ่อน นอกจากนี้ GTO รุ่นใหม่ยังสลับได้เร็วกว่ารุ่นก่อนหน้า แสดงอัตราส่วนของกระแสไฟฟ้าสูงสุดต่อค่าเฉลี่ยที่สูงขึ้น และค่าเกนสถานะที่สูงกว่า นอกจากนี้ ค่าพิกัดแรงดันไฟฟ้าสูงสุดยังสูงกว่าของไบโพลาร์และดาร์ลิงตันอีกด้วย

โดยทั่วไปแล้ว GTO จะไม่สามารถปิดได้สำเร็จหากมีกระแสไฟฟ้าอยู่ในช่วงระหว่างค่าพิกัดปิดสูงสุดและค่าพิกัดไฟกระชากสูงสุด อย่างไรก็ตาม ฟิวส์ที่เลือกอย่างเหมาะสมอาจช่วยปกป้องอุปกรณ์ใหม่จากความเสียหายอันเนื่องมาจากกระแสไฟฟ้าในช่วงนี้ได้

GTO นั้นคล้ายคลึงกับ SCR ตรงที่ทั้งคู่เป็นอุปกรณ์สี่ชั้น อย่างไรก็ตาม กระแสไฟเฉลี่ยของ GTO นั้นต่ำกว่า SCR ที่มีขนาดเท่ากันอย่างเห็นได้ชัด เนื่องมาจากโครงสร้างที่สลับกัน

โดยทั่วไปแล้วค่าพิกัดกระแสเฉลี่ยของ GTO จะค่อนข้างใกล้เคียงกับค่าพิกัดกระแสเฉลี่ยของ Darlington ที่มีขนาดเท่ากัน เนื่องจากมีการใช้เทคนิคการวัดแบบเดียวกันสำหรับทั้งสองแบบ แต่โดยทั่วไปแล้ว GTO สามารถปิดกระแสที่สูงกว่าได้ เนื่องจาก Darlington จะออกจากจุดอิ่มตัวเมื่อมีกระแสสูง

สวิตช์ควบคุมด้วยซิลิคอน (SCS): SCS เรียกอีกอย่างว่าไทริสเตอร์เทโทรด ไทริสเตอร์เหล่านี้มีลักษณะคล้ายกับ SCR ที่มีขั้วเกตสองขั้ว ได้แก่ เกตแอโนดและเกตแคโทด

เกตทั้งสองสามารถใช้งานได้หลายวิธี การใส่สัญญาณลบที่เกตแอโนดจะทำให้ SCS ทำงานเพื่อให้อุปกรณ์ทำหน้าที่เหมือน SCR เสริม (ซึ่งนำกระแสบวกที่มีทริกเกอร์เชิงลบ) หาก SCS เปิดด้วยสัญญาณเกตแคโทดเหมือน SCR ทั่วไป สัญญาณบวกที่เพียงพอที่เกตแอโนดจะทำให้ปิดลงในภายหลัง สัญญาณบวกที่ส่งไปยังเกตทั้งสองพร้อมกันจะทำให้ SCS เปิดได้เร็วกว่า SCR ที่เทียบเท่ากัน SCS สามารถปิดได้เหมือนกับสวิตช์ที่ควบคุมด้วยเกตโดยใส่สัญญาณลบที่แคโทด

ไตรโอดทวิภาคี (ไตรแอค): ไตรแอคสามารถทนต่อกระแสไฟฟ้าสูงได้ และมักใช้ในการควบคุมไฟฟ้ากระแสสลับ ไตรแอคมีลักษณะคล้ายกับ SCR แต่สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้ในสองทิศทาง เมื่อมีแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าเพียงเล็กน้อยระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ ไตรแอคก็จะปิดและไม่นำกระแสไฟฟ้า หากแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าเพิ่มขึ้นเพียงพอ ไตรแอคก็จะเริ่มนำกระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าบวกที่จ่ายไปยังขั้วเกตจะควบคุมเกณฑ์การนำไฟฟ้า ยิ่งสัญญาณเกตสูงขึ้น แรงดันไฟฟ้าของไตรแอคก็จะยิ่งลดลงเมื่อเกิดการนำไฟฟ้า ไตรแอคทำงานคล้ายกันสำหรับกระแสไฟฟ้าที่ไหลในทิศทางตรงข้าม ในกรณีนี้ ขั้วของสัญญาณเกตจะต้องกลับกัน ยิ่งสัญญาณเกตเป็นลบมากเท่าไร จุดการนำไฟฟ้าก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น

ทรานซิสเตอร์ยูนิจังก์ชัน (UJT): ทรานซิสเตอร์ยูนิจังก์ชันมีขั้วสามขั้วที่เรียกว่าตัวปล่อย เบส 1 และเบส 2 วัสดุตัวปล่อยเป็น  เซมิคอนดักเตอร์ชนิด pและวัสดุฐานเป็น  ชนิด nใน UJT เสริม วัสดุฐานเป็น  ชนิด pและวัสดุตัวปล่อย เป็นชนิด n

สัญญาณที่ส่งไปยังขั้วต่อตัวปล่อย UJT จะควบคุมความต้านทานระหว่างขั้วต่อฐาน เมื่อไม่มีสัญญาณตัวปล่อย ความต้านทานระหว่างฐาน 1 และฐาน 2 จะสูงและมีกระแสไหลน้อยมาก เมื่อแรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยเพิ่มขึ้น ความต้านทานระหว่างขั้วต่อฐานจะยังคงสูงอยู่จนกว่าแรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยจะถึงจุดที่เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุด V pณ จุดนี้ ความต้านทานระหว่างขั้วต่อฐานจะเริ่มลดลงเมื่อกระแสไหลเข้าสู่ขั้วต่อตัวปล่อยเพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยจะลดลงเมื่อกระแสของตัวปล่อยเพิ่มขึ้นจนถึงจุดแรงดันที่จุดวัลเลย์ V vหลังจากจุดวัลเลย์ กระแสของตัวปล่อยที่เพิ่มขึ้นทำให้แรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยเพิ่มขึ้น

ทรานซิสเตอร์ยูนิจังก์ชั่นสามารถใช้เป็นตัวต้านทานเชิงลบได้เมื่อทำงานระหว่าง Vp และ Vv ลักษณะ พิเศษ นี้และกระแสไฟทำงานต่ำทำให้ทรานซิสเตอร์เหล่านี้มีประโยชน์ในวงจรออสซิลเลเตอร์และวงจรจับเวลา และ ในการกระตุ้น SCR

ไดแอก: ไดแอกประกอบด้วยไดโอดทริกเกอร์กระแสสลับและไดโอดทวิภาคี ไดโอดแต่ละตัวมีขั้วสองขั้วและทำหน้าที่เหมือนกันสำหรับกระแสในทั้งสองทิศทาง เมื่อแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กของขั้วใดขั้วหนึ่งถูกจ่ายผ่านไดแอก กระแสจะไหลเพียงเล็กน้อย ความต้านทานของไดแอกจะยังคงสูงจนกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ใช้จะไปถึงจุดแรงดันไฟฟ้าพังทลาย เมื่อถึงจุดนี้ ความต้านทานของไดแอกจะลดลงและกระแสสูงจะเริ่มไหล เนื่องจากการกระทำนี้เกิดขึ้นในทั้งสองทิศทางของการไหลของกระแส อุปกรณ์นี้จึงบางครั้งเรียกว่าสวิตช์กระแสสลับ มักใช้สำหรับทริกเกอร์ไตรแอก

ไดโอดสี่ชั้น: ได โอดสี่ชั้นเรียกอีกอย่างว่าไดโอดช็อคลีย์และมีขั้วสองขั้ว เมื่อแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าเล็กน้อยถูกจ่ายผ่านไดโอดสี่ชั้น กระแสไฟฟ้าจะไหลเพียงเล็กน้อยและความต้านทานของไดโอดจะสูง ความต้านทานจะยังคงสูงจนกว่าแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าจะเพิ่มขึ้นถึงจุดสวิตช์  V sจากนั้นกระแสไฟฟ้าสูงจะเริ่มไหลและแรงดันไฟฟ้าจะลดลง เมื่อไดโอดนำไฟฟ้าไปข้างหน้าแล้ว ก็สามารถปิดได้โดยลดกระแสหรือแรงดันไฟฟ้าให้ต่ำกว่าค่าคงที่

ในทิศทางไปข้างหน้า กระแสจะพบกับจุดเชื่อมต่อแบบไบอัสไปข้างหน้า 2 จุดและจุดเชื่อมต่อแบบไบอัสย้อนกลับ 1 จุดที่มีแรงดันพังทลายต่ำ สำหรับแรงดันที่ใช้ในทิศทางตรงข้าม ไดโอดจะบล็อกกระแสและทำงานเหมือนไดโอดแบบไบอัสย้อนกลับทั่วไป ในทิศทางนี้ กระแสจะพบกับจุดเชื่อมต่อแบบไบอัสไปข้างหน้า 1 จุดและจุดเชื่อมต่อแบบไบอัสย้อนกลับ 2 จุด ซึ่งแต่ละจุดมีแรงดันพังทลายสูง

ไทริสเตอร์ควบคุมโดย MOS: ไทริสเตอร์ควบคุมโดย MOS (MCT) เพิ่มความเร็วในการสลับกำลังงาน ไทริสเตอร์นี้คล้ายกับไทริสเตอร์ปิดประตู (GTO) แต่จำเป็นต้องใช้กำลังขับน้อยกว่ามากในการปิด MCT เนื่องจากมีกระแสไฟฟ้าไหลเข้าสู่ประตูเพียงเล็กน้อย MCT สามารถรองรับ 100 A ที่ 1,000 V โดยมีเวลาปิดเครื่องต่ำกว่า 2 \#181>วินาทีและเวลาเปิดเครื่อง 200 nsec นอกจากนี้ ยังมีแรงดันไฟฟ้าค้างที่ต่ำในสถานะเปิดอีกด้วย

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Suspendisse varius enim in eros elementum tristique. Duis cursus, mi quis viverra ornare, eros dolor interdum nulla, ut commodo diam libero vitae erat. Aenean faucibus nibh et justo cursus id rutrum lorem imperdiet. Nunc ut sem vitae risus tristique posuere.

สวิตซ์เปิดปิดประตู

สวิตซ์เปิดปิดประตู

บทความนี้จะอธิบายการทำงานของสวิตช์ปิดประตูในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง

Lorem ipsum dolor amet consectetur adipiscing elit tortor massa arcu non.

สวิตช์ปิดประตู หรือที่เรียกว่าสวิตช์ควบคุมประตู (GCS) หรือไทริสเตอร์ปิดประตู (GTO) มีลักษณะคล้ายกับ SCR แต่สามารถปิดได้ด้วยสัญญาณลบที่ขั้วประตู โดยทั่วไป GTO จะจัดการกับกระแสไฟฟ้าที่ต่ำกว่า SCR มาก

GTO มีคุณสมบัติหลายประการของ SCR และทรานซิสเตอร์ และในบางแง่ก็เหนือกว่าทั้งคู่สำหรับการใช้งานการสลับกำลังไฟฟ้า GTO สลับกระแสไฟตรงโดยไม่ต้องใช้ส่วนประกอบเสริมที่ SCR ต้องการ ส่งผลให้ต้นทุนลดลงและมีสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าและแม่เหล็กไฟฟ้าน้อยลง นอกจากนี้ GTO ยังล็อกเปิดหรือปิดด้วยพัลส์เดียว

แม้จะมีข้อดีหลายประการ แต่ GTO ก็ไม่ได้ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายเท่าที่เคยคิด การใช้ GTO ในปริมาณน้อยอาจเป็นเพราะกระแสสูงสุดที่สามารถปิดได้อย่างน่าเชื่อถือใน GTO รุ่นแรกๆ ถูกจำกัดให้มีค่าต่ำ ข้อจำกัดนี้เกิดจากเส้นใยกระแสที่สร้างจุดร้อนเฉพาะที่ในระหว่างการปิด

อย่างไรก็ตาม GTO รุ่นใหม่จะปิดกระแสไฟฟ้าที่สูงกว่ารุ่นก่อนหน้ามาก โดยได้รับค่าพิกัดที่ควบคุมได้สูงสุดที่สูงขึ้นด้วยโครงสร้างขั้วบวกแบบลัดวงจรใหม่ การเจือปนที่แม่นยำ และรูปทรงเรขาคณิตที่สลับกันอย่างละเอียดอ่อน นอกจากนี้ GTO รุ่นใหม่ยังสลับได้เร็วกว่ารุ่นก่อนหน้า แสดงอัตราส่วนของกระแสไฟฟ้าสูงสุดต่อค่าเฉลี่ยที่สูงขึ้น และค่าเกนสถานะที่สูงกว่า นอกจากนี้ ค่าพิกัดแรงดันไฟฟ้าสูงสุดยังสูงกว่าของไบโพลาร์และดาร์ลิงตันอีกด้วย

โดยทั่วไปแล้ว GTO จะไม่สามารถปิดได้สำเร็จหากมีกระแสไฟฟ้าอยู่ในช่วงระหว่างค่าพิกัดปิดสูงสุดและค่าพิกัดไฟกระชากสูงสุด อย่างไรก็ตาม ฟิวส์ที่เลือกอย่างเหมาะสมอาจช่วยปกป้องอุปกรณ์ใหม่จากความเสียหายอันเนื่องมาจากกระแสไฟฟ้าในช่วงนี้ได้

GTO นั้นคล้ายคลึงกับ SCR ตรงที่ทั้งคู่เป็นอุปกรณ์สี่ชั้น อย่างไรก็ตาม กระแสไฟเฉลี่ยของ GTO นั้นต่ำกว่า SCR ที่มีขนาดเท่ากันอย่างเห็นได้ชัด เนื่องมาจากโครงสร้างที่สลับกัน

โดยทั่วไปแล้วค่าพิกัดกระแสเฉลี่ยของ GTO จะค่อนข้างใกล้เคียงกับค่าพิกัดกระแสเฉลี่ยของ Darlington ที่มีขนาดเท่ากัน เนื่องจากมีการใช้เทคนิคการวัดแบบเดียวกันสำหรับทั้งสองแบบ แต่โดยทั่วไปแล้ว GTO สามารถปิดกระแสที่สูงกว่าได้ เนื่องจาก Darlington จะออกจากจุดอิ่มตัวเมื่อมีกระแสสูง

สวิตช์ควบคุมด้วยซิลิคอน (SCS): SCS เรียกอีกอย่างว่าไทริสเตอร์เทโทรด ไทริสเตอร์เหล่านี้มีลักษณะคล้ายกับ SCR ที่มีขั้วเกตสองขั้ว ได้แก่ เกตแอโนดและเกตแคโทด

เกตทั้งสองสามารถใช้งานได้หลายวิธี การใส่สัญญาณลบที่เกตแอโนดจะทำให้ SCS ทำงานเพื่อให้อุปกรณ์ทำหน้าที่เหมือน SCR เสริม (ซึ่งนำกระแสบวกที่มีทริกเกอร์เชิงลบ) หาก SCS เปิดด้วยสัญญาณเกตแคโทดเหมือน SCR ทั่วไป สัญญาณบวกที่เพียงพอที่เกตแอโนดจะทำให้ปิดลงในภายหลัง สัญญาณบวกที่ส่งไปยังเกตทั้งสองพร้อมกันจะทำให้ SCS เปิดได้เร็วกว่า SCR ที่เทียบเท่ากัน SCS สามารถปิดได้เหมือนกับสวิตช์ที่ควบคุมด้วยเกตโดยใส่สัญญาณลบที่แคโทด

ไตรโอดทวิภาคี (ไตรแอค): ไตรแอคสามารถทนต่อกระแสไฟฟ้าสูงได้ และมักใช้ในการควบคุมไฟฟ้ากระแสสลับ ไตรแอคมีลักษณะคล้ายกับ SCR แต่สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้ในสองทิศทาง เมื่อมีแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าเพียงเล็กน้อยระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ ไตรแอคก็จะปิดและไม่นำกระแสไฟฟ้า หากแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าเพิ่มขึ้นเพียงพอ ไตรแอคก็จะเริ่มนำกระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าบวกที่จ่ายไปยังขั้วเกตจะควบคุมเกณฑ์การนำไฟฟ้า ยิ่งสัญญาณเกตสูงขึ้น แรงดันไฟฟ้าของไตรแอคก็จะยิ่งลดลงเมื่อเกิดการนำไฟฟ้า ไตรแอคทำงานคล้ายกันสำหรับกระแสไฟฟ้าที่ไหลในทิศทางตรงข้าม ในกรณีนี้ ขั้วของสัญญาณเกตจะต้องกลับกัน ยิ่งสัญญาณเกตเป็นลบมากเท่าไร จุดการนำไฟฟ้าก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น

ทรานซิสเตอร์ยูนิจังก์ชัน (UJT): ทรานซิสเตอร์ยูนิจังก์ชันมีขั้วสามขั้วที่เรียกว่าตัวปล่อย เบส 1 และเบส 2 วัสดุตัวปล่อยเป็น  เซมิคอนดักเตอร์ชนิด pและวัสดุฐานเป็น  ชนิด nใน UJT เสริม วัสดุฐานเป็น  ชนิด pและวัสดุตัวปล่อย เป็นชนิด n

สัญญาณที่ส่งไปยังขั้วต่อตัวปล่อย UJT จะควบคุมความต้านทานระหว่างขั้วต่อฐาน เมื่อไม่มีสัญญาณตัวปล่อย ความต้านทานระหว่างฐาน 1 และฐาน 2 จะสูงและมีกระแสไหลน้อยมาก เมื่อแรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยเพิ่มขึ้น ความต้านทานระหว่างขั้วต่อฐานจะยังคงสูงอยู่จนกว่าแรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยจะถึงจุดที่เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุด V pณ จุดนี้ ความต้านทานระหว่างขั้วต่อฐานจะเริ่มลดลงเมื่อกระแสไหลเข้าสู่ขั้วต่อตัวปล่อยเพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยจะลดลงเมื่อกระแสของตัวปล่อยเพิ่มขึ้นจนถึงจุดแรงดันที่จุดวัลเลย์ V vหลังจากจุดวัลเลย์ กระแสของตัวปล่อยที่เพิ่มขึ้นทำให้แรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยเพิ่มขึ้น

ทรานซิสเตอร์ยูนิจังก์ชั่นสามารถใช้เป็นตัวต้านทานเชิงลบได้เมื่อทำงานระหว่าง Vp และ Vv ลักษณะ พิเศษ นี้และกระแสไฟทำงานต่ำทำให้ทรานซิสเตอร์เหล่านี้มีประโยชน์ในวงจรออสซิลเลเตอร์และวงจรจับเวลา และ ในการกระตุ้น SCR

ไดแอก: ไดแอกประกอบด้วยไดโอดทริกเกอร์กระแสสลับและไดโอดทวิภาคี ไดโอดแต่ละตัวมีขั้วสองขั้วและทำหน้าที่เหมือนกันสำหรับกระแสในทั้งสองทิศทาง เมื่อแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กของขั้วใดขั้วหนึ่งถูกจ่ายผ่านไดแอก กระแสจะไหลเพียงเล็กน้อย ความต้านทานของไดแอกจะยังคงสูงจนกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ใช้จะไปถึงจุดแรงดันไฟฟ้าพังทลาย เมื่อถึงจุดนี้ ความต้านทานของไดแอกจะลดลงและกระแสสูงจะเริ่มไหล เนื่องจากการกระทำนี้เกิดขึ้นในทั้งสองทิศทางของการไหลของกระแส อุปกรณ์นี้จึงบางครั้งเรียกว่าสวิตช์กระแสสลับ มักใช้สำหรับทริกเกอร์ไตรแอก

ไดโอดสี่ชั้น: ได โอดสี่ชั้นเรียกอีกอย่างว่าไดโอดช็อคลีย์และมีขั้วสองขั้ว เมื่อแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าเล็กน้อยถูกจ่ายผ่านไดโอดสี่ชั้น กระแสไฟฟ้าจะไหลเพียงเล็กน้อยและความต้านทานของไดโอดจะสูง ความต้านทานจะยังคงสูงจนกว่าแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าจะเพิ่มขึ้นถึงจุดสวิตช์  V sจากนั้นกระแสไฟฟ้าสูงจะเริ่มไหลและแรงดันไฟฟ้าจะลดลง เมื่อไดโอดนำไฟฟ้าไปข้างหน้าแล้ว ก็สามารถปิดได้โดยลดกระแสหรือแรงดันไฟฟ้าให้ต่ำกว่าค่าคงที่

ในทิศทางไปข้างหน้า กระแสจะพบกับจุดเชื่อมต่อแบบไบอัสไปข้างหน้า 2 จุดและจุดเชื่อมต่อแบบไบอัสย้อนกลับ 1 จุดที่มีแรงดันพังทลายต่ำ สำหรับแรงดันที่ใช้ในทิศทางตรงข้าม ไดโอดจะบล็อกกระแสและทำงานเหมือนไดโอดแบบไบอัสย้อนกลับทั่วไป ในทิศทางนี้ กระแสจะพบกับจุดเชื่อมต่อแบบไบอัสไปข้างหน้า 1 จุดและจุดเชื่อมต่อแบบไบอัสย้อนกลับ 2 จุด ซึ่งแต่ละจุดมีแรงดันพังทลายสูง

ไทริสเตอร์ควบคุมโดย MOS: ไทริสเตอร์ควบคุมโดย MOS (MCT) เพิ่มความเร็วในการสลับกำลังงาน ไทริสเตอร์นี้คล้ายกับไทริสเตอร์ปิดประตู (GTO) แต่จำเป็นต้องใช้กำลังขับน้อยกว่ามากในการปิด MCT เนื่องจากมีกระแสไฟฟ้าไหลเข้าสู่ประตูเพียงเล็กน้อย MCT สามารถรองรับ 100 A ที่ 1,000 V โดยมีเวลาปิดเครื่องต่ำกว่า 2 \#181>วินาทีและเวลาเปิดเครื่อง 200 nsec นอกจากนี้ ยังมีแรงดันไฟฟ้าค้างที่ต่ำในสถานะเปิดอีกด้วย