علت سوختن تریستور

برای حفظ یک عملکرد مطلوب و قابل اعتماد، پارامترهایی چون بار اضافی، ولتاژ جریان عبوری و سایر شرایط غیر طبیعی، نباید از حدود مشخصی تجاوز کنند. اگر این حدود شکسته شوند، احتمال آسیب شدید به تریستور و حتی سوختن تریستور بسیار بالاست.
در ادامه، به اصلی‌ترین علت‌های سوختن تریستور اشاره می‌کنیم و شیوه‌های رایج در محافظت از تریستور در مقابل این علت‌ها را توضیح می‌دهیم.

اضافه ولتاژ اصلی‌ترین علت در ناکارآمدی و سوختن تریستور است. این اضافه ولتاژ‌های گذار در اکثر مواقع منجر به حالت‌های ON برنامه‌ریزی نشده در تریستور می‌شوند. همچنین، اگر ولتاژ عبوری معکوس بیشتر از VBR در سراسر تریستور باشد، سوختن تریستور تقریبا حتمی است.
ورود ولتاژ اضافه به دلایل مختلفی اتفاق می‌افتد، بسته به نوع کانون انتشار این ولتاژ‌های خارج از محدوده توان تعریف شده تریستور، اضافه ولتاژ به دو نوع داخلی و خارجی تقسیم‌‌بندی می‌شود.

اضافه ولتاژ داخلی زمانی تولید می‌شود که تریستور در حال انجام عمل سوئیچینگ است. گاهی و در زمان خاموش شدن (OFF شدن)، یک جریان معکوس همچنان در مدار باقی می‌ماند؛ دقیقا زمانی که جریان آند به صفر کاهش می‌یابد تا بار ذخیره‌شده قبلی را از مدار حذف کند. به‌ویژه، این جریان معکوس برنامه‌ریزی نشده، با نسبت سریع‌تری در مرحله بازیابی معکوس کاهش می‌یابد (بنابراین تغییر پتانسیل و افزایش ولتاژ رخ می‌دهد).
با توجه به فرایند القاء مدار، نسبت بالای di/dt، باعث ایجاد یک ولتاژ داخلی بالا می‌شود. این ولتاژ داخلی ممکن است فراتر از مقدار اسمی تریستور باشد و به آن آسیب جدی وارد کند.

این ولتاژ‌های مخرب از منبع تغذیه یا بار ناشی می‌شوند:

• اگر تریستور در حالت مسدود کردن از یک مدار مبدل باشد، که با یک ترانسفورماتور تغذیه می‌شود، یک جریان      مغناطیسی کوچک در سیم‌پیچ اولیه ترانسفورماتور جریان می‌یابد. اگر سوئیچ سیم‌پیچ اولیه به‌طور لحظه‌ای حذف شود، یک جریان با ولتاژ بالا به سیم‌پیچ ثانویه ترانسفورماتور وارد می‌شود و درنتیجه، به تمام اجزای تریستور منتقل می‌گردد. این اضافه ولتاژ، چندین برابر بیشتر از آستانه تعریف‌شده برای تریستور است.

و بروز یک جرقه شدید (صاعقه) بر روی سیستم‌های HVDC که مبدل‌های تریستور به آن‌ها متصل‌اند باعث افزایش ولتاژ در تریستور می‌شود.

فروش ویژه

فروش میکروکنترلر  Atmega16a-au  در سایت هادی بان الکترونیک

• ✔میکروکنترولر

خرید میکروکنترلر

• اگر مدار مبدل به یک بار القایی زیاد اتصال یابد، قطع ناگهانی جریان باعث ایجاد ولتاژ بالا در تریستور می‌گردد.
• اگر سوئیچ‌ها در سمت DC ارائه شده باشند، یک عملکرد ناگهانی از این سوئیچ‌ها باعث تولید ولتاژهای قوس می‌شود. این فرایند، به تولید ولتاژی بالا در سراسر تریستور می‌انجامد.

برای محافظت از تریستور در برابر اضافه ولتاژهای گذرا، یک شبکه موازی R-C Snubber برای هر تریستور در یک مدار مبدل ایجاد می‌گردد. وظیفه این شبکه، ممانعت از سوختن تریستور به دلیل اضافه ولتاژ‌های حاصل از فرایند بازیابی معکوس است.
ایجاد صاعقه و سوئیچینگ‌های مکرر در قسمت تغذیه ممکن است به مبدل یا ترانسفورماتور آسیب بزنند. برای کاهش خطرات حاصل از این فرایندهای پیش‌بینی نشده، از دستگاه‌های قطع ولتاژ در سراسر تریستور استفاده می‌شود. به‌ویژه، از دستگاه‌های قطع ولتاژی چون و تریستورهای اکسید فلزی و دیودهای ترکتور سلنیوم استفاده می‌گردد.

در این حالت و به علت بروز مدارهای کوتاه، جریان اضافی از تریستور عبور می‌کند. این مدارهای کوتاه، از نوع داخلی یا خارجی هستند. مدارهای کوتاه داخلی به دلایل مختلفی چون ناکارآمدی تریستور در بلوکه کردن ولتاژهای روبه‌جلو یا معکوس، اختلال و تغییر در پالس‌‎های آتش، ایجاد مدارهای کوتاه در ترمینال‌های خروجی مبدل به دلیل ایجاد گسل در کابل‌ها و …، به وجود می‌آیند. همچنین، مدارهای کوتاه خارجی در اثر وجود اضافه‌بار پایدار و اتصال کوتاه در بار ایجاد می‌شوند.
علاوه بر این، در مواقعی که مدارهای کوتاه ایجاد می‌شوند، احتمال سوختن تریستور وابستگی زیادی به آمپدانس منبع تغذیه دارد.

با استفاده از دستگاه‌های متعارف در کنترل اضافه جریان مانند فیوزهای معمولی (فیوز HRC، فیوزها با کاربرد مجدد، فیوز‌های نیمه‌هادی و غیره)، رله و قطع‌کننده‌های مدار، می‌توان از سوختن تریستور در حضور اضافه جریان ممانعت کرد. به‌ویژه، در هنگام انتخاب فیوز برای محافظت از تریستور، باید به موارد زیر توجه داشت:
• فیوز باید نسبت به تحمل جریان بار کامل و یک اضافه بار حاشیه‌ای، رتبه‌بندی شده باشد.
• L2t اسمی فیوز باید از l2t اسمی تریستور پایین‌تر باشد.
• در طول دوره جرقه‌زنی، ولتاژ فیوز باید بسیار بالا باشد تا بتواند اندازه جریان را کاهش دهد.
• پس از قطع جریان، فیوز باید در مقابل هرگونه ولتاژ محصوری مقاومت کند.

وقتی تریستور در حالت ON قرار گیرد، جریان آنود به سراسر تریستور منتقل می‌شود. این جریان آنودی به زمان مشخصی برای گسترش در اتصال‌های تریستور نیاز دارد. برای داشتن یک عملکرد مناسب از تریستور، این جریان باید به‌صورت کاملا یکنواخت در سطوح اتصال پخش شود.
اگر نرخ جریان آند (di/dt) بالا باشد، توزیع غیر یکنواختی از جریان نتیجه می‌شود. به دلیل چگالی بالا در برخی از نقاط تریستور، نقاط داغ یا پر استرسی نزدیک به اتصال ترمینال کاتد ایجاد می‌گردند. گرمایش بالا در این نقاط می‌تواند آنقدر بالا رود که منجر به سوختن تریستور شود. بنابراین، در طول فرایند ON بودن تریستور، نرخ di/dt باید از مقدار مشخصی بالاتر نرود.
یکی از روش‌ها برای ممانعت از تغییرات فراوان در جریان، حضور یک سلف به صورت سری در مجاورت تریستور است. وجود سلف، امکان بررسی آنی مقدار و شدت جریان را ممکن می‌سازد. توجه کنید که نرخ معمول di/dt در یک تریستور بین ۲۰ تا ۵۰۰ آمپر در هر میکروثانیه است.