Bài giảng kỹ thuật điện chương 4 thyristor

Chương 4: THYRISTOR
3.1 Giới thiệu họ Thyristor.
3.2 SCR.
3.2.1 Giới thiệu SCR.
3.2.2 Đặc tuyến Vol-Ampe SCR.
3.2.3 Phương pháp tắt - mở SCR.
3.2.4 Ứng dụng SCR điều khiển pha.
3.2.5 Các thông số SCR.
3.3 TRIAC và DIAC
3.3.1 Giới thiệu.
3.2.2 Đặc tuyến Vol-Ampe TRIAC.
3.3.3 Mạch kích TRIAC.
3.3.4 Ứng dụng TRIAC điều khiển pha.
3.2.5 Các thông số TRIAC.
.1


3.1 Giới thiệu họ Thyristor.
• Thyristor là họ các linh kiện đóng ngắt bán dẫn có đặc
tính chung là cho dòng điện đi qua khi được kích dẫn
và cản dòng điện khi chưa được kích dẫn.
• Một khi đã được kích dẫn, Thyristor sẽ dẫn điện và
duy trì ở trạng thái này cho dù mất dòng kích. Ở trạng
thái dẫn điện, Thyristor có tổng trở rất thấp (có thể xem
như công tắc đóng).
• Thyristor chỉ chuyển sang trạng thái ngưng dẫn khi
dòng điện đi qua nhỏ hơn mức giữ (Holding Current).

2

3.2 SCR.
3.2.1 Giới thiệu SCR.
• SCR (Silicon Controlled Rectifier): là linh kiện bán dẫn 3
cực tính, bao gồm 4 lớp bán dẫn ghép nối lại với nhau như
hình. Các cực của Thyristor bao gồm: Anode, Cathode và
chân kích G. Về mặt cấu tạo, có thể xem Thyristor như là 2
transistor PNP và NPN kết nối với nhau như hình bên.

Cấu trúc

Sơ đồ tương đương

Ký hiệu
3


3.2.2 Đặc tuyến Vol-Ampe SCR.
 TH1: PHÂN CỰC NGƯỢC
UAK<0.
• TR1 và TR2 bị phân cực
ngược, nên dòng qua SCR
chính là dòng rò ngược.
• Nếu ta tăng giá trị điện áp
phân cực ngược đến một
giá trị nhất định (Reverse
Breakdown Voltage) thì 2 tiếp
giáp B-E của TR1 và TR2 sẽ
bị đánh thủng, dòng ngược
qua SCR tăng lên đột ngột
gây hỏng SCR.

4


3.2.2 Đặc tuyến Vol-Ampe SCR.(tt)
 TH2: PHÂN CỰC THUẬN UAK>0.
các tiếp giáp B-E phân cực
thuận, B-C phân cực nghịch.
• KHI IG=0:
– Nếu UAK nhỏ, dòng qua SCR
là dòng rò ngược qua mối nối
B-C → Đây cũng chính là
dòng rò thuận qua SCR.
– Khi tăng UAK đủ lớn
(Breakover Voltage), sẽ làm
cho TR1 và TR2 dẫn. Do dòng
IB (TR1) là IC (TR2), và ngược
lại nên 2 dòng IB và IC của 2TR
sẽ bổ sung cho nhau và dòng
điện IB được khuếch đại lên
nhiều lần → cả 2TR chuyển
hẳn sang trạng thái bão hòa.
5


3.2.2 Đặc tuyến Vol-Ampe SCR.(tt)
Khi 2TR hoạt động ở trạng thái bão
hòa, thì SCR ở trạng thái dẫn, nội
trở giảm đi, sụt áp giữa 2 cực A và
K giảm xuống.

Phương pháp chuyển SCR từ
trạng thái khóa →mở bằng cách
tăng dần UAK gọi là kích mở bằng
điện áp thuận.
• KHI IG ≠ 0: Dòng IG cùng với
dòng điện vốn có trong SCR làm
cho SCR có thể mở ngay với
điện áp UAK nhỏ hơn nhiều so
với giá trị kích mở lúc IG=0.
Dòng IG càng lớn thì UAK cần
thiết để mở SCR càng nhỏ.
6


3.2.2 Đặc tuyến Vol-Ampe SCR.(tt)
 Khi thôi không kích dòng vào chân G thì SCR vẫn duy

trì trạng thái dẫn vì dòng điện nội trong SCR vẫn được
duy trì.

7


3.2.3 Phương pháp tắt - mở SCR.
 CÁC CÁCH MỞ SCR.
– Tăng điện áp VAK đến giá trị VBR(Breakover Voltage).
– Phân cực thuận VAK, kích một xung dương vào cổng G.

8

3.2.3 Phương pháp tắt - mở SCR.(tt)
 CÁC CÁCH TẮT SCR.
– Giảm dòng Anode IF– Ngắt dòng Anode IF=0.
– Phân cực ngược SCR.

9


3.2.3 Phương pháp tắt - mở SCR.(tt)
 Ví dụ 1: (hình A)

• Bình thường, S2 đóng, S1 mở, không có tín hiệu kích ở
chân G (và điện áp VDC không đủ lớn) nên SCR không
dẫn →Đèn tắt.
• Khi nhấn S1 , có tín hiệu kích ở chân G, VA dương hơn VK
nên SCR dẫn →Đèn sáng. Khi nhả S1, đèn vẫn sáng.
• Khi nhấn S2 → Ngắt dòng qua SCR→ Đèn tắt.
10


3.2.3 Phương pháp tắt - mở SCR.(tt)
 Ví dụ 2: (hình B)

• Bình thường, S1 ,S2 mở, không có tín hiệu kích ở chân G
(và điện áp VDC không đủ lớn) nên SCR không dẫn →Đèn
tắt.
• Khi nhấn S1, có tín hiệu kích ở chân G, VA dương hơn VK
nên SCR dẫn →Đèn sáng. Khi nhả S1, SCR vẫn dẫn

→Đèn vẫn sáng.
• Khi nhấn S2 → SCR không dẫn → Đèn SÁNG. Khi nhả S2
→ SCR tắt cho đến khi nhấn S1.
11


3.2.3 Phương pháp tắt - mở SCR.(tt)
 Ví dụ 3: (hình C)

• Khi khóa S1 mở thì không có dòng qua chân kích G nên
SCR không dẫn→đèn tắt.
• Khi đóng khóa S1:
 Trong bán kỳ dương, SCR phân cực thuận, có dòng
kích IG tại cổng G nên SCR dẫn→đèn sáng.
 Trong bán kỳ âm, SCR phân cực ngược, diode có tác
dụng ngăn dòng điện ngược áp vào cổng G nên SCR
không dẫn→đèn tắt.
12


3.2.4 Ứng dụng SCR điều khiển pha.
• TH1: Nếu kích SCR
với góc kích θ1=0º,
bóng đèn ON trong
suốt bán kỳ dương
với điện áp trung
bình bằng 0,318Vp.
• TH2: Nếu góc kích 0º < θ ≤ 180º, bóng
đèn ON trong khoảng thời gian ngắn
hơn (tθ → T/2) và điện áp trung bình qua

tải sẽ nhỏ hơn TH1→ Đèn sáng yếu hơn
TH1.
• Mạch điều khiển độ sáng của đèn gọi
là mạch Lamp Dimmer.
13


3.2.4 Ứng dụng SCR điều khiển pha.(tt)
 Xét mạch Triac Phase Control
như hình.
• Đóng khóa S1, thời điểm đầu
của bán kỳ dương, SCR chưa
dẫn, tụ C được nạp thông qua
biến trở R1, điện áp trên tụ tăng
dần. Khi tụ nạp đến giá trị điện
áp đủ lớn làm diode dẫn;
khi đó, dòng trên chân kích G đủ lớn và SCR phân cực
thuận nên dẫn làm sáng đèn.
Thời gian dẫn của SCR có thể được điều chỉnh thông
qua biến trở R1. R1 dùng chỉnh độ sáng của đèn.
• Trong bán kỳ âm, SCR bị phân cực ngược nên không
dẫn.
14


3.2.5 Các thông số SCR.
• Điện áp đánh thủng phân cực thuận và
nghịch cực đại.
• Dòng điện thuận cực đại.
• Điện áp và dòng điện cổng.

• Dòng giữ (IH).
• Công suất tiêu tán.

15


3.3 TRIAC và DIAC
3.3.1 Giới thiệu.
 TRIAC (Triode AC Switch) tương đương với 2 SCR mắc song
song và ngược chiều, có chung chân kích G.
 Hoạt động:
• Khi điện thế cực G dương hơn so với MT1, điện thế MT2
dương hơn so với MT1 thì SCR1 mở .
→MT2 (anode), MT1 (cathode).
• Khi điện thế cực G dương hơn so với MT2, điện thế MT1
dương hơn so với MT2 thì SCR2 mở.
→MT1 (anode), MT2 (cathode).
→TRIAC là linh kiện
có khả năng dẫn
dòng 2 chiều có
chân điều khiển. Dùng
dẫn dòng xoay chiều

16


 DIAC (Diode AC switch).
• Về cấu tạo, DIAC giống với TRIAC nhưng không có
cực khống chế G (không có chân kích).
• Do không có chân kích nên DIAC chỉ được kích mở bằng

cách nâng cao điện áp vào hai cực.
• Hai cực của DIAC hoàn toàn đối xứng nên ta không cần
phân biệt hai cực này.
• Ký hiệu DIAC:

• Các thông số quan trọng của DIAC:
- Điện áp giới hạn mà DIAC chịu đựng.
- Dòng tải tối đa.

17


3.3.2 Đặc tuyến Vol-Ampe TRIAC.

18


3.3.3 Mạch kích TRIAC.
a). Kích bằng tín hiệu DC.

• Đóng S1, trong bán kỳ dương, MT2 dương hơn MT1 điện áp
chân G dương hơn MT1 , Triac dẫn theo chiều từ MT2 qua
MT1 → đèn sáng.
• Trong bán kỳ âm, MT1 dương hơn MT2, điện áp chân G
dương hơn MT2, Triac dẫn theo chiều từ MT1 qua MT2 →
đèn sáng.
→Triac dẫn trong cả 2 bán kỳ.
19

3.3.3 Mạch kích TRIAC.(tt)
b). Kích bằng tín hiệu AC.

• Đóng S1, trong bán kỳ dương, điện áp tại MT2 dương
hơn MT1, điện áp chân G dương hơn MT1 → Triac dẫn,
dòng từ MT2 qua MT1→ Đèn sáng.
• Trong bán kỳ âm, điện áp tại MT1 dương hơn MT2, điện
áp chân G dương hơn MT2 → Triac dẫn , dòng từ MT1
qua MT2 → Đèn sáng.
→Fully ON
20


3.3.3 Mạch kích TRIAC. (tt)
c). Kích dẫn trong nửa chu kỳ.

• SW1 tại vị trí A: không có tín hiệu kích tại G → Triac
không dẫn (OFF) → Đèn tắt.
• SW1 tại vị trí B: giống trường hợp b) → Triac dẫn ở cả hai
bán kỳ (Fully ON)→ Đèn sáng.
• SW1 tại vị trí C: Trong bán kỳ dương, điện áp chân G
dương hơn MT1 → Triac dẫn (đèn sáng). Trong bán kỳ
âm, không có tín hiệu kích tại chân G → Triac không dẫn
21
(đèn tắt). (Half Power)


3.3.4 Ứng dụng TRIAC điều khiển pha.
• Triac: điều khiển điện áp trên
Motor.

• VR1: biến trở điều chỉnh
khoảng thời gian dẫn của Triac.
• Diac: định ngưỡng điện áp để
Triac dẫn.
• C: tụ điện tạo điện áp ngưỡng
để mở thông diac.
• Thời điểm đầu của bán kỳ dương, Triac chưa dẫn, tụ
C được nạp thông qua biến trở VR1, điện áp trên tụ
tăng dần. Khi tụ nạp đến giá trị điện áp ngưỡng làm
diac dẫn; khi đó, dòng điện trên chân kích G đủ lớn và
MT2 dương hơn MT1 nên Triac dẫn theo chiều
MT2→MT1 làm Motor hoạt động.
22


3.3.4 Ứng dụng TRIAC điều khiển pha.(tt)
• Tương tự, trong nửa đầu bán
kỳ âm, tụ C được nạp, quá
trình diễn ra tương tự và chân
MT1 dương hơn MT2, có tín
hiệu kích ở chân G nên triac
dẫn theo chiều MT1→MT2 làm
sáng đèn.

• Thời gian dẫn của Triac phụ thuộc vào thời hằng nạp
của tụ (được điều khiển thông qua biến trở VR1). Thời
gian dẫn của Triac càng tăng sẽ làm cho điện áp trung
bình trên Motor tăng làm Motor quay với tốc độ nhanh
hơn.

23


3.3.5 Các thông số TRIAC.
•
•
•
•
•

Điện áp kích dẫn (VBR(F) và VBR(R)).
Dòng điện cực đại.
Dòng giữ IH
Áp cổng và dòng cổng kích khởi.
Tốc độ chuyển mạch.

24