Thyrister Rating

• Voltage rating
  มี voltage สามระดับที่ควรจะพิจารณา
  
  • The peak forward voltage (PFV) เป็นค่าจำกัดของ voltage ที่เป็นบวกของ anode ถ้ามากกว่านี้ thyrister อาจจะเสียหายได้
    
  • The forward breakdown voltage (Vbo) เป็น voltage ต่ำสุด ที่ ทำให้ thyrister on ได้โดยไม่ต้องอาศัย gate signal ในการที่จะหาค่านี้ โดยการ open circuit ที่ gate และ ที่อุณหภูมิสูงสุดที่เป็นไปได้ แต่ Vbo ยังเป็นฟังก์ชั่นของ dv/dt โดยทั่วๆไป PFV มากกว่า Vbo จึงเป็นตัวป้องกันให้กับตัว thyrister เอง อย่างไรก็ตามถ้ามี voltage transient และ แอมพลิจูดมากกว่า transient rating ของ thyrister แม้ว่า จะไม่ทำให้ thyrister เสียหาย แต่อาจทำให้วงจร ทำงานผิดพลาด เช่นทำให้ thyrister on ผิดเวลา แต่ถ้า อุณหภูมิที่ junction ต่ำ ก็เป็นไปได้ที่ PFV จะต่ำกว่า Vbo
    
  • peak reverse voltage (PRV) เป็น voltage มากที่สุดที่สามารถ ให้กับ thyrister ได้ในขณะที่ cathode เป็นบวกเมื่อเทียบกับ anode ถ้า voltage ถึง PRV จะทำให้เกิด avalanche breakdown และ thyrister จะเสียหายได้ถ้าวงจรภายนอกไม่มีการ ควบคุมปริมาณกระแส
    
  high voltage rating แพร่หลายในแง่ของ fast turn-off time และ voltage drop มีค่าต่ำ สำหรับการออกแบบ high voltage, silicon wafer จะหนา และสำหรับ high current และ high di/dt, silicon wafer จะบาง ผู้ออกแบบจะพบกับความขัดแย้งกัน เมื่อ thyrister ต้องรองรับ large power และต้องมีความยืดหยุ่นด้วย
  
  
• Current rating
  เพื่อจะสร้าง thyrister ที่มี current rating ที่ดีที่สุดจะต้องมี active crystal area ที่ใหญ่พอสมควร บาง และมีการถ่ายเทความร้อนที่ดี อย่างไรก็ตาม crystal ที่บางเป็นวิธีเพิ่มความสามารถ low voltage และ large silicon area เป็นวิธีเพื่อลด high voltage, thyrister ควรเพิ่ม ความหนาแน่นของความไม่สมบูรณ์ และความต้านทาน ที่แยกออกมา นิยามหนึ่งของ current rating โดยกำหนดอุณหภูมิ ของตัวกลาง แล้วสร้าง current ขณะที่ junction มีอุณหภูมิที่ทนได้สูงสุด
  
  
• Power rating
  เป็นสิ่งที่สำคัญรองจาก voltage rating และ current rating ดังนั้นจะเป็นการดีกว่าถ้าจะคำนึงถึง power loss อุปกรณ์ที่ทำจาก silicon มีอุณหภูมิสูงสุดที่ junction ได้ระหว่าง 120 ถึง 180 องศาเซลเซียส ถ้าอุณหภูมิรอบข้างเพิ่ม power ที่เสียไปจะต้องถูกทำให้ลดลง ทำให้ rating ลดลง
  power ที่เสียใน thyrister สามารถแบ่งได้เป็น 5 ส่วน กำหนดโดยผู้ผลิต
  
  • Load current forward conduction loss
    กระแส anode เฉลี่ย คูณกับ forward voltage drop ที่ thyrister ( 1.2 ถึง 1.5 ) เป็น power เฉลี่ยที่สูญเสียใน thyrister, thyrister ขนาด 10 kVa, 400 A ที่สามารถถือได้สบายๆ ในฝ่ามือมี forward conduction loss เฉลี่ยประมาณ 600 W. เพื่อที่จะรักษาให้อุณหภูมิต่ำกว่า 120 องศาเซลเซียส ตัวทำความร้อนใน thyrister ต้องถูกเอาออกโดยเร็ว โดยจะต้องมี heat sink ขนาดใหญ่ และพัดลม
    ตัวอย่างของการทำความเย็น คือ switch แบบ กระแสสลับ ที่ 120 A rms จะมี thyrister สองตัว ต่อกลับหัวกันแบบขนาน โดยใช้ ระบายความร้อนด้วยน้ำ จะต้องใช้น้ำหนึ่งแกลลอน ต่อนาที เพื่อรักษาอุณหภูมิที่ 40 องศาเซลเซียส ในขณะที่ power เฉลี่ยที่เสียไปประมาณ 1800 W.
  • Forward leakage loss
    เมื่อ thyrister อยู่ในสภาวะ block กระแสและมี positve voltage ให้กับ anode จะมี leakage current โดย power ที่เสียนี้ได้จากการอินทิเกรต vxi product waveform แต่มีขนาดน้อยมากเมื่อเทียบกับ conduction loss
  • Reverse leakage power loss and turn-off loss
    เกิดขึ้นได้เมื่อเกิดการ turn-off อย่างกะทันหัน สำหรับกระแส reverse ที่มากขึ้นจนเทียบเท่ากับกระแส forward เมื่อ impedance ของ thyrister เริ่มที่จะเพิ่มมากขึ้น จะเกิดการสูญเสียพลังงาน ในขณะที่กระแสลดลงและกระแส reverse เพิ่มขึ้น เพื่อที่จะกำหนดขอบเขตอัตราการเปลี่ยนแปลง ของกระแสในขณะ turn-off จึงมีการใช้วงจรเหนี่ยวนำเข้ามาช่วย วงจรเหนี่ยวนำนี้จะเป็นตัวควบคุมอัตราการเพิ่มของกระแส forward ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบ แต่วงจรเหนี่ยวนำสามารถทำให้เกิด high voltage reverse transient ตลอดการ turn-off
  • Gate power loss
    มีขนาดน้อยมากถ้าใช้สัญญาณ pulse เพื่อ turn-on thyrister ผลคูณของ gate voltage กับกระแส ในระบบสัญญาณต่อเนื่องคือพลังงานที่สูญเสียไป
  • Turn-on loss
    การสูญเสียพลังงานนี้มากกว่า turn-off loss เพราะว่ากระบวนการ switch ใช้เวลาที่มีค่าจำกัด และมี high voltage คร่อมตัว thyrister ในขณะที่มีกระแสไหล ตัวอย่างเช่น เมื่อเวลาที่กระแสขึ้นไปถึง 90 เปอร์เซนต์ ของค่าสูงสุด จะยังคงมี 10 เปอร์เซนต์ ของ voltage ที่ให้เข้ามา คร่อม thyrister อยู่ จะทำให้มีพลังงานที่สูญเสียไปตลอดช่วงเวลาการ turn-on การ switch ที่ความถี่มากกว่า 400 Hz วงจรที่เสริมเข้ามา จะใช้เพื่อลดการสูญเสียเนื่องจากการ switch หรือเพื่อการลดอัตรากระแส forward ทำให้ใช้ได้กับวงจรที่มีการสูญเสียมากเป็นพิเศษ
    ค่าคงที่ thermal time ของ thyrister จะสั้น ดังนั้นความร้อนจะไม่ถึงอัตราที่กำหนดไว้ และ heat sink ที่ติดกับ thyrister ก็จะมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับ thyrister โดย heat sink จะมีการนำความร้อนด้วยอะไรก็ได้อาจจะเป็น อากาศหรือน้ำก็ได้
  
  
  
• Intermittent rating
  เพราะว่า thyrister มีค่าคงที่ thermal time สั้น ทำให้ไม่มีความแตกต่างระหว่าง continuous และ Intermittent บนช่วงเวลาไม่กี่วินาทีของช่วงเวลาการนำไฟฟ้า ในช่วงเวลาอันสั้นนี้ถ้า heat sink ไม่ร้อนจนถึงขีดสุดสำหรับค่าที่ steady state ตลอดช่วงการ on ครั้งแรก rating บางอย่างจะเพิ่มขึ้นถ้าเป็นไปได้ ข้อมูลเหล่านี้จะให้มากับ thyrister แต่ละชนิด
  ตัวอย่างของ Intermittent rating เช่น thyrister ที่ใช้ใน radar pulse modulators ค่ากระแสสูงสุดคือ 1000 A ในขณะที่กระแสเฉลี่ยคือ 30 A
  เพื่อที่จะรับ rating สูงสุดของ thyrister วิธีการทำความเย็นจึงเป็นสิ่งที่ต้องทำควบคู่กัน