Thyristor là gì ? Với nhiều người Thyristor còn khá lạ lẫm vì nó là 1 từ ngữ chuyên ngành. Thyristor có tên đầy đủ là Silicon Controlled Rectifier (SCR). Hãy hiểu đơn giản Thyristor là một Điốt được ghép từ bởi 2 Transistor có 2 chiều đối nghịch với nhau và có thể điều khiển được. Chúng hoạt động cùng nhau khi được cấp điện và tự động ngắt, chúng sẽ quay về trạng thái ngưng dẫn khi không có điện nữa. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu thêm về Thyristor qua bài viết dưới đây bạn nhé!

hình ảnh Thyristor thực tế
hình ảnh Thyristor thực tế

Thyristor là gì ?

Thyristor là gì ? Trước khi vào nội dung chính thì chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu sơ lược về chúng trước nhé. Thyristor hay còn gọi với cái tên đầy đủ là Silicon Controlled Rectifier (Chỉnh lưu silic có điều khiển) là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn là một loại linh kiện được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử.

Thyristor Silicon Controlled Rectifier
Thyristor Silicon Controlled Rectifier

Thyristor bản chất là một điốt được ghép từ bởi 2 transistor có với hai chiều đối nghịch và có thể điều khiển được (tương đương hai BJT gồm một BJT loại NPN và một BJT loại PNP). Chúng hoạt động khi được cấp điện và tự động ngắt, trở về trạng thái ngưng dẫn khi không có điện. Nó được thường được dùng cho chỉnh lưu dòng điện có điều khiển.

Lịch sử phát triển của Thyristor

Vào những năm 1950, Thyristor được đề xuất bởi William Shockley. Chúng được bảo vệ bởi Moll cùng một số người khác ở trong phòng thí nghiệm Bell (Hoa Kỳ). Thyristor được phát triển lần đầu bởi các kỹ sư năng lượng của General Electric (G.E) mà người đứng đầu là Gordon Hall và thương mại hóa bởi Frank W. “Bill” Gutzwiller của General Electric vào năm 1957.

William Shockley
William Shockley

Cấu tạo Thyristor

Sau khi tìm hiểu và biết được thyristor là gì ở phần trước. Trong phần này chúng ta cùng nhau đi mổ xẻ để tìm hiểu cấu tạo bên trong của một con thyristor nhé. Từ định nghĩa và hình minh họa ở trên, chúng ta thấy rằng bên trong một con Thyristor sẽ có 4 lớp bán dẫn P-N ghép xen kẽ nhau tạo thành 3 chân là G (Gate), A (Anode), K (Cathode).

Cấu tạo Thyristor
Cấu tạo Thyristor

Ký hiệu

Có hai loại Thyristor, chúng được ký hiệu như hình vẽ dưới đây. Trong thực tế, chúng ta chỉ gặp phần lớn Thyristor loại P (chiếm khoảng 80%). Vì vậy trong nội dung bài viết chúng mình chủ yếu đề cập nguyên lý hoạt động của Thyristor loại P cho các bạn dễ hình dung. Còn loại N các bạn có thể tự đọc thêm trên mạng nhé.

Ký hiệu
Ký hiệu

Phân loại

Như phần cấu tạo bên trên chúng ta có thể thấy phần tử bán dẫn này có cấu tạo khá đơn giản. Nếu xét về ký hiệu thì nó khá giống với Đi-ốt. Còn xét về cấu tạo thì nó lại giống Tranzitor nhiều hơn. Một số loại thyristor phổ biến trên thị trường như:

  • Thyristor SCR
  • Thyristor GTO
  • Triac
  • Thyristor cực phát tắt hoặc ETOs
  • Thyristor dẫn điện ngược hoặc RCT
  • Thyristor MOS tắt hoặc MTO
  • Thyristor điều khiển pha hai chiều hoặc BCT
  • Thyristor chuyển đổi nhanh hoặc SCR
  • Bộ điều chỉnh silicon được kích hoạt bằng ánh sáng hoặc LASCR
  • Thyristor kiểm soát FET hoặc FET-CTHs
  • Thyristor tích hợp cổng hoặc IGCT

Các ưu điểm, nhược điểm khi sử dụng Thyristor

Với thông số kỹ thuật như trên thì ta có thể dễ dàng nhận thấy ưu nhược điểm của Thyristor như sau:

Ưu điểm

  • Có khả năng xử lý điện áp, dòng điện và công suất lớn.
  • Cầu chì có thể bảo vệ được Thyristor.
  • Dễ dàng khi bật.
  • Cấu tạo của mạch kích hoạt bộ chỉnh lưu sử dụng Thyristor rất đơn giản.
  • Kiểm soát rất dễ dàng.
  • Không mất nhiều chi phí.
  • Có khả năng điều khiển nguồn xoay chiều.
ưu nhược điểm của thyristor
ưu nhược điểm của thyristor

Nhược điểm

  • Thyristor chỉ điều khiển nguồn một chiều vì nó chỉ có thể điều khiển công suất bằng nguồn một chiều trong nửa chu kỳ dương của nguồn xoay chiều.
  • Mỗi chu kỳ, Thyristor đều phải được bật lên trong mạch xoay chiều.
  • Không thể sử dụng ở tần số cao.
  • Dòng điện ở cổng (gate) không thể âm.

Thông số kỹ thuật Thyristor

Thông số kỹ thuật là những thông tin về thiết bị giúp cho người dùng dễ dàng sử dụng về Thyristor này, hiểu được cách thức hoạt động và phạm vi hoạt động của thiết bị đó. Đầu tiên thì các bạn hãy lưu ý giá trị sau của Thyristor

Giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua (Iv, tb)

Giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua Thyristor là giá trị trung bình được phép chạy qua Thyristor trong điều kiện nhiệt độ của cấu trúc tinh thể bán dẫn không vượt quá một giá trị nhiệt độ cho phép. Trên thực tế, giá trị dòng điện cho phép chạy qua Thyristor không cố định mà nó phụ thuộc vào điều kiện làm mát và môi trường. Nhìn chung, ta có thể làm mát dòng điện bằng một trong ba cách sau:

  • Làm mát tự nhiên: Dòng sử dụng cho phép bằng một phần ba dòng cho phép Iv, tb.
  • Làm mát cưỡng bức bằng nước: Dòng sử dụng cho phép bằng 100% dòng cho phép Iv, tb.
  • Làm mát cưỡng bức bằng quạt gió: Dòng sử dụng cho phép bằng hai phần ba dòng cho phép Iv, tb.

Điện áp ngược cho phép lớn nhất (Ung, max)

Đây là mức điện áp ngược lớn nhất được sử dụng trên Thyristor nếu không muốn Thyristor bị hỏng. Chính vì vậy, chúng ta phải luôn đảm bảo rằng điện áp giữa Anode và Cathode luôn nhỏ hơn hoặc bằng mức điện áp ngược cho phép lớn nhất. Ngoài ra, chúng ta cũng cần đảm bảo độ dự trữ nhất định về điện áp (Ung, max phải ít nhất là bằng 1,2 – 1,5 lần biên độ lớn nhất của điện áp trên sơ đồ).

Thời gian phục hồi tính chất khóa τ (μs)

Thời gian phục hồi tính chất khóa của Thyristor là thời gian tối thiểu phải đặt điện áp âm lên giữa anode và cathode của Thyristor sau khi dòng anode-cathode đã về bằng không trước khi lại có thể có điện áp Uak dương mà Thyristor vẫn khóa. Thông thường, ta phải đảm bảo thời gian dành cho quá trình khóa phải bằng 1,5-2 lần τ.

Tốc độ tăng điện áp cho phép dU/dt (V/μs)

Bởi vì Thyristor là một linh kiện bán dẫn có điều khiển nên cho dù khi Thyristor được phân cực thuận mà không có tín hiệu điều khiển thì nó cũng không cho phép dòng chạy qua. Tốc độ tăng điện áp là một thông số để phân biệt giữa Thyristor tần số thấp với Thyristor tần số cao. Ở Thyristor tần số thấp, dU/dt vào khoảng 50 đến 200 V/μs còn với các Thyristor tần số cao dU/dt có thể lên tới 500-2000 V/μs.

Cách đo và kiểm tra Thyristor

Giống với các linh kiện điện tử như: đi-ốt, transistor, triac, điện trở… Muốn kiểm tra thyrsitor còn hoạt động hay không chúng ta sẽ sử dụng đến đồng hồ vạn năng VOM. Để kiểm tra thyristor, bạn cần chuyển thang đo của VOM về 1W.

Dùng đồng hồ VOM để đo Thyristor
Dùng đồng hồ VOM để đo Thyristor
  • Bước 1: đặt que đen vào chân Anode và que đỏ vào chân Cathode
  • Bước 2: Dùng tua vít chạm vào chân Gate của thyristor và thấy kim VOM dịch chuyển
  • Bước 3: Sau đó lấy tua vít ra mà kim VOM vẫn lên thì chứng tỏ thyristor còn tốt

Việc kiểm tra các linh kiện điện tử trước khi sử dụng vô cùng quan trọng. Đặc biệt đối với các linh kiện không sử dụng trong thời gian dài. Do đó chúng ta cần xác định chúng còn hoạt động tốt trước khi hàn vào các board mạch.

Tóm lại, qua bài viết này các bạn biết thêm thyristor la gi và cấu tạo cũng như cách kiểm tra thyristor còn hoạt động không. Hy vọng bài viết này sẽ giúp các bạn ôn lại những kiến thức đã học. Chắc chắn bài viết này không thể không thiếu sót, mong các bạn đóng góp để chúng ta cùng hoàn thiện hơn nhé. Cảm ơn các bạn đã xem bài viết này.

Công dụng của Thyristor ?

Các thiết bị thyristor đầu tiên được sản xuất cho mục đích thương mại vào năm 1956. Một thiết bị thyristor nhỏ có thể kiểm soát một lượng lớn điện áp và năng lượng. Vì thế nó được ứng dụng trong điều chỉnh ánh sáng, điều khiển công suất điện và điều khiển tốc độ của động cơ điện.

Công dụng của Thyristor
Công dụng của Thyristor

Trước đây, thyristor được dùng cho đảo ngược dòng điện để tắt thiết bị. Trên thực tế, nó có dòng điện trực tiếp nên rất khó sử dụng cho thiết bị. Nhưng bây giờ, bằng cách sử dụng tín hiệu cổng điều khiển có thể bật và tắt các thiết bị mới, có thể sử dụng Thyristor để bật và tắt hoàn toàn. Vì vậy, thyristor được sử dụng làm công tắc chứ không thích hợp làm bộ khuếch đại analog.

Điều chỉnh dòng xoay chiều AC

Khi SCR hoạt động ở điện thế xoay chiều tần số thấp (thí dụ 50Hz hoặc 60Hz) thì vấn đề tắt SCR được giải quyết dễ dàng. Khi không có xung kích thì mạng điện xuống gần 0V, SCR sẽ ngưng. Dĩ nhiên ở bán kỳ âm SCR không hoạt động mặc dù có xung kích.

Thyristor điều chỉnh dòng xoay chiều AC
Thyristor điều chỉnh dòng xoay chiều AC

Để tăng công suất cho tải, người ta cho SCR hoạt động ở nguồn chỉnh lưu toàn kỳ.

Vì điện 50Hz có chu kỳ T = 1/50 = 20nS nên thời gian điện thế xấp xỉ 0V đủ làm ngưng SCR.

Điều chỉnh ánh sáng, điều khiển công suất điện và điều khiển tốc độ của động cơ điện.

Với tính chất của mình, Thyristor thường dược dùng trong các bộ Dimmer như sau:

Bảo vệ quá dòng, quá áp

Do Thyristor có đặc điểm chỉ cần tín hiệu kích rất nhỏ vào chân G cũng có thể điều khiển được. Vậy nên chúng rất hay được sử dụng trong các mạch báo động, mạch bảo vệ quá dòng hoặc quá áp.

Thyristor bảo vệ quá dòng, quá áp
Thyristor bảo vệ quá dòng, quá áp

Ứng dụng trong mạch đèn khẩn cấp khi mất điện

Bình thường đèn 6V cháy sáng nhờ nguồn điện qua mạch chỉnh lưu. Lúc này SCR ngưng dẫn do bị phân cực nghịch, accu được nạp qua D1, R1. Khi mất điện, nguồn điện accu sẽ làm thông SCR và thắp sáng đèn.

Lời kết !

Bài viết này mình đã chia sẻ đến các bạn Thyristor là gì ? Thyristor là một linh kiện được sử dụng rất nhiều trong việc điều khiển các thiết bị xoay chiều như đèn, động cơ…. Chúng ta bắt gặp chúng rất nhiều trong các sản phẩm dân dụng vì đặc tính dẫn của nó.

Nếu cảm thấy bài viết có ích hay đánh giá và chia sẻ cho bạn bè. Đừng quên tham gia nhóm Nghiện lập trình để cùng trao đổi và kết nối nhé !

 

Bài viết tham khảo: Điện Áp Định Mức

 

Liên hệ

Kỹ Sư Cơ – Điện Tử

Mr. Trọng

Mobi/Zalo: 0975 116 329

Mail: trongle@huphaco.vn

BÀI VIẾT LIÊN QUAN