Kako rade tiristori (SCR) - Vodič

Isprobajte Naš Instrument Za Uklanjanje Problema





U osnovi SCR (Silicon Controlled Rectifier), koji je također poznat pod nazivom Tiristor, djeluje poput tranzistora.

Za što SCR zastupa

Uređaj je dobio svoje ime (SCR) zbog svoje višeslojne poluvodičke unutarnje strukture koja se na početku naziva odnosi na riječ „silicij“.



Drugi dio naziva 'Kontrolirano' odnosi se na terminal vrata uređaja koji se prebacuje s vanjskim signalom radi upravljanja aktivacijom uređaja, a time i riječ 'Kontrolirano'.

A pojam 'Ispravljač' označava ispravljačko svojstvo SCR-a kada se aktivira njegov ulaz i dopušta struja preko njegove anode prema katodnim stezaljkama, što može biti slično ispravljanju ispravljačkom diodom.



Iz gornjeg objašnjenja jasno je vidljivo kako uređaj radi poput 'ispravljača kontroliranog silicijem'.

Iako se SCR ispravlja poput diode i oponaša tranzistor zbog svoje okidačke značajke s vanjskim signalom, SCR unutarnja konfiguracija sastoji se od četveroslojnog poluvodičkog rasporeda (PNPN) koji se sastoji od 3 serije PN spojeva, za razliku od diode koja ima dvoslojni (PN) ili tranzistor koji uključuje troslojnu (PNP / NPN) poluvodičku konfiguraciju.

Možete se pozvati na sljedeću sliku da biste razumjeli unutarnji raspored objašnjenih poluvodičkih spojeva i kako rade tiristori (SCR).

Još jedno svojstvo SCR-a koje se izrazito podudara s diodom je njezino jednosmjerno svojstvo koje omogućuje da struja kroz nju teče samo u jednom smjeru i blokira se s druge strane dok je uključena, imajući u vidu da SCR-ovi imaju još jednu specijaliziranu prirodu koja im omogućuje rad kao otvoreni prekidač dok je u isključenom načinu rada.

Ova dva ekstremna načina prebacivanja u SCR-ovima ograničavaju ove uređaje od pojačavajućih signala i oni se ne mogu koristiti poput tranzistora za pojačavanje pulsirajućeg signala.

Ispravljači koji kontroliraju silicij ili SCR-ovi poput Triacs-a, Diacs-a ili UJT-a, koji svi imaju svojstvo izvođenja poput brzih preklopnih izmjeničnih sklopki, dok reguliraju zadani AC potencijal ili struju.

Dakle, za inženjere i hobiste ovi uređaji postaju izvrsna opcija čvrstog stanja prekidača kada je u pitanju regulacija izmjeničnih sklopnih uređaja, poput svjetiljki, motora, prekidača za prigušivanje s maksimalnom učinkovitošću.

SCR je 3-polni poluvodički uređaj koji je dodijeljen kao anoda, katoda i kapija, koji su pak interno izrađeni s 3 P-N spoja, koji imaju svojstvo prebacivanja vrlo velikom brzinom.

Tako se uređaj može uključiti bilo kojom željenom brzinom i diskretno podesiti razdoblja UKLJUČIVANJA / ISKLJUČIVANJA za provođenje određenog prosječnog prekidača UKLJUČENO ili isključeno vrijeme na opterećenje.

Tehnički se izgled SCR-a ili tiristora može razumjeti uspoređivanjem s nekoliko tranzistora (BJT) povezanih stražnjim redom tako da nastaju poput nadopunjujućeg regenerativnog para prekidača, kao što je prikazano na sljedećoj slici :

Tiristori dva tranzistorska analogija

Dva ekvivalentna kruga tranzistora pokazuju da se kolektorska struja NPN tranzistora TR2 napaja izravno u bazu PNP tranzistora TR1, dok kolektorska struja TR1 ulazi u bazu TR2.

Ova dva međusobno povezana tranzistora oslanjaju se jedni na druge za provođenje jer svaki tranzistor dobiva svoju osnovnu emitersku struju od kolektorske emiterske struje druge. Dakle, sve dok jedan od tranzistora ne dobije baznu struju, ništa se ne može dogoditi čak i ako je prisutan napon od anode do katode.

Simulacija SCR topologije s integracijom dva tranzistora otkriva da formacija mora biti takva da kolektorska struja NPN tranzistora napaja ravno na bazu PNP tranzistora TR1, dok kolektorska struja TR1 povezuje napajanje s baza TR2.

Čini se da simulirane konfiguracije dvaju tranzistora međusobno blokiraju i nadopunjuju provođenje primanjem osnovnog pogona od kolektorske emiterske struje drugog, što čini napon vrata vrlo presudnim i osigurava da prikazana konfiguracija nikada ne može provoditi dok se ne primijeni potencijal vrata, čak i u prisutnosti anode na katodi potencijal može biti postojan.

U situaciji kada je anodni vod uređaja negativniji od njegove katode, omogućuje da N-P spoj ostane pristran prema naprijed, ali osiguravajući da vanjski P-N spojevi budu obrnuto pristrani tako da djeluje poput standardne ispravljačke diode.

Ovo svojstvo SCR-a omogućuje mu blokiranje obrnutog protoka struje, sve dok se na spomenutim vodovima ne nanese značajno velika veličina napona koji može biti i izvan njegovih napuhanih karakteristika, što prisiljava SCR na provođenje čak i ako nema pogona na vratima .

Navedeno se odnosi na kritične karakteristike tiristora zbog kojih se uređaj može poželjno aktivirati obrnutim visokonaponskim šiljkom i / ili visokom temperaturom ili prijelaznim naponom dv / dt koji sve više raste.

Pretpostavimo sada u situaciji kada anodni terminal doživljava pozitivnije s obzirom na svoj katodni vod, to pomaže vanjskom P-N spoju da postane pristran, iako središnji N-P spoj ostaje i dalje obrnuto pristran. To posljedično osigurava da je i naprijed struja blokirana.

Stoga u slučaju da pozitivan signal induciran preko baze NPN tranzistora TR2 rezultira prolaskom kolektorske struje prema bazi f TR1, što u trunu prisiljava struju kolektora da prolazi prema PNP tranzistoru TR1 pojačavajući osnovni pogon TR2 i proces se pojačava.

Gore navedeni uvjet omogućava dva tranzistora da poboljšaju svoje provođenje do točke zasićenja zahvaljujući njihovoj prikazanoj povratnoj petlji regenerativne konfiguracije koja drži situaciju zaključanom i zabravljenom.

Dakle, čim se SCR aktivira, on omogućuje protok struje od svoje anode do katode sa samo minimalnim otporom naprijed oko dolaznog puta, osiguravajući učinkovito provođenje i rad uređaja.

Kada je podvrgnut izmjeničnom naponu, SCR može blokirati obje cikluse izmjeničnog napona sve dok se SCR ne ponudi s pokretačkim naponom na vratima i katodi, koji trenutno omogućava pozitivnom poluciklu AC izmjeničnog prolaska preko anodnih katodnih izvoda, i uređaj počinje oponašati standardnu ​​ispravljačku diodu, ali samo dok okidač na vratima ostaje UKLJUČEN, provodljivost se prekida u trenutku kad se okidač na vratima ukloni.

Krivulje prisilnih naponskih struja ili I-V za aktiviranje silicijskog kontroliranog ispravljača mogu se vidjeti na sljedećoj slici:

Krivulje svojstava tiristora I-V

Međutim, za istosmjerni ulaz, čim se tiristor aktivira, zbog objašnjene regenerativne vodljivosti on podvrgava zahvatu tako da se anoda na katodnoj vodljivosti drži i nastavlja provoditi čak i ako je uklonjen okidač na vratima.

Prema tome, za istosmjernu struju vrata potpuno gube svoj utjecaj nakon što se preko okidača uređaja primijeni prvi okidački impuls koji osigurava zabravljenu struju od svoje anode do katode. Može se prekinuti trenutnim prekidom izvora struje anode / katode dok je ulaz potpuno neaktivan.

SCR ne može raditi kao BJT

SCR nisu dizajnirani da budu savršeno analogni kao i tranzistorski kolege, pa se zbog toga ne mogu provoditi u nekom srednje aktivnom području za opterećenje koje može biti negdje između potpune provodljivosti i konkurentskog prekidača.

To je također istina jer okidač vrata nema utjecaja na to koliko se anoda na katodi može provesti ili zasititi, pa je čak i mali trenutni impuls na vratima dovoljan da anodu usmjeri na vodljivost katode u puni prekidač UKLJUČEN.

Gornja značajka omogućuje usporedbu SCR-a i njegovo razmatranje poput bistabilne zasune koja ima dva stabilna stanja, bilo potpuno UKLJUČENO ili potpuno ISKLJUČENO. To je uzrokovano dvjema posebnim karakteristikama SCR-a kao reakcijom na izmjenični ili istosmjerni ulaz kao što je objašnjeno u gornjim odjeljcima.

Kako se koristi ulaz SCR-a za upravljanje njegovim prebacivanjem

Kao što je prethodno spomenuto, jednom kada se SCR pokrene istosmjernim ulazom i njegova se anodna katoda samozaključa, to se može otključati ili ISKLJUČITI ili trenutnim uklanjanjem izvora napajanja anode (struja anode Ia) u potpunosti, ili smanjenjem istog na neki znatno niža razina ispod navedene zadržavajuće struje uređaja ili 'minimalne zadrške' Ih.

To podrazumijeva da treba smanjiti minimalnu struju zadržavanja od anode do katode dok unutarnja spona t-tirstora P-N ne uspije vratiti svoje prirodno svojstvo blokiranja u djelo.

Stoga to također znači da je za postizanje rada SCR-a ili provođenja s okidačem na vratima neophodno da je anoda na katodnoj struji opterećenja iznad specificirane 'minimalne zadržavajuće struje' Ih, u suprotnom SCR možda neće uspjeti provesti provođenje opterećenja, stoga ako je IL struja opterećenja, to mora biti kao IL> IH.

Međutim, kao što je već spomenuto u prethodnim odjeljcima, kada se AC koristi preko SCR Anode.Cathode pinova, osigurava se da SCR ne smije izvršiti efekt zasuna kada se ukloni pogon vrata.

To je zato što se izmjenični signal UKLJUČUJE i ISKLJUČUJE na svojoj liniji nule koja prelazi SCR anodu na katodnu struju i isključuje se na svakih 180 stupnjeva pomicanja pozitivnog polucikla izmjeničnog vala.

Ovaj se fenomen naziva 'prirodnom komutacijom' i nameće presudnu značajku provođenju SCR-a. Suprotno ovome kod DC napajanja, ova značajka postaje beznačajna za SCR.

No budući da je SCR dizajniran da se ponaša poput ispravljačke diode, on učinkovito reagira samo na pozitivne polucikluse izmjeničnog napona i ostaje obrnuto pristran i potpuno ne reagira na drugi poluciklus izmjeničnog napona, čak i u prisutnosti ulaznog signala.

To podrazumijeva da se u prisutnosti okidača vrata SCR provodi preko svoje anode do katode samo za odgovarajuće pozitivne polucikluse izmjenične struje, a ostaje prigušen tijekom ostalih pola ciklusa.

Zbog gore objašnjene značajke zasuna, a također i rezanja tijekom drugog polucikla izmjeničnog vala, SCR se može učinkovito koristiti za usitnjavanje faznih ciklusa izmjenične struje tako da se opterećenje može prebaciti na bilo koju željenu (podesivu) nižu razinu snage .

Također poznata kao fazna kontrola, ova se značajka može implementirati putem vanjskog vremenskog signala primijenjenog preko vrata SCR-a. Ovaj signal odlučuje nakon koliko odgode se SCR može aktivirati nakon što je AC faza započela svoj pozitivni poluciklus.

Dakle, ovo omogućuje prebacivanje samo onog dijela izmjeničnog vala koji prolazi nakon okidača na vratima ... ova kontrola faze je među glavnim značajkama tiristora pod kontrolom silicija.

Način na koji tiristori (SCR) djeluju u faznoj kontroli može se razumjeti gledanjem slika u nastavku.

Prvi dijagram prikazuje SCR čiji je ulaz trajno aktiviran, kao što se može vidjeti na prvom dijagramu, što omogućuje pokretanje kompletnog pozitivnog valnog oblika od početka do kraja, preko središnje crte nule.

Tiristorska kontrola faze

Na početku svakog pozitivnog poluciklusa SCR je 'ISKLJUČEN'. Pri indukciji vrata napon aktivira SCR u provodljivosti i omogućuje mu da se u cijelosti zakači 'ON' tijekom pozitivnog poluciklusa. Kada se tiristor uključi na početku poluciklusa (θ = 0o), priključeno opterećenje (žarulja ili bilo koje slično) bilo bi 'UKLJUČENO' za cijeli pozitivni ciklus izmjeničnog vala (poluvalni ispravljeni izmjenični napon) ) pri povišenom prosječnom naponu od 0,318 x Vp.

Kako se inicijalizacija prekidača na vratima UK podiže tijekom pola ciklusa (θ = 0o do 90o), priključena svjetiljka svijetli kraće vrijeme, a neto napon doveden na svjetiljku proporcionalno manje pada joj intenzitet.

Nakon toga je lako iskoristiti ispravljač kontroliran silicijem kao prigušivač izmjeničnog svjetla i u mnogim različitim dodatnim primjenama izmjeničnog napajanja, na primjer: upravljanje brzinom motora naizmjenične struje, uređaji za regulaciju topline i krugovi regulatora snage, i tako dalje.

Do sada smo bili svjedoci da je tiristor u osnovi poluvalni uređaj koji može propuštati struju samo u pozitivnoj polovici ciklusa kad god je Anoda pozitivna i sprečava protok struje baš poput diode u slučajevima kada je Anoda negativna , čak i ako struja vrata ostaje aktivna.

Unatoč tome, možete pronaći mnogo više varijanti sličnih poluvodičkih proizvoda koje možete odabrati između kojih je podrijetlo pod naslovom 'Tiristor', dizajniranih za rad u oba smjera poluciklusa, cjelovitih jedinica ili ih signal Vrata može isključiti 'ISKLJUČENO' .

Ova vrsta proizvoda uključuje 'Tiristore za isključivanje vrata' (GTO), 'Tiristore s statičkom indukcijom' (SITH), 'MOS kontrolirane tiristore' (MCT), 'Silicijski upravljani prekidač' (SCS), 'Triodni tiristori' (TRIAC) i 'Tiristori pokrenuti svjetlom' (LASCR) kako bi se identificirali nekolicina, s toliko ovih uređaja dostupnih u različitim naponima i strujama, što ih čini zanimljivim za upotrebu u svrhe na vrlo visokim razinama snage.

Pregled rada tiristora

Ispravljači s kontroliranim silicijem poznatiji općenito kao tiristori su PNPN poluvodički poluvodički uređaji s tri spoja koji se mogu smatrati dvama međusobno povezanim tranzistorima koje možete koristiti u prebacivanju velikih električnih opterećenja na mrežni pogon.

Karakterizira se da su zaključani - 'UKLJUČENI' jednim pulsom pozitivne struje primijenjene na njihov izlazni kabel i mogu neprestano biti 'UKLJUČENI' sve dok se struja Anode na katodi ne smanji ispod njihove minimalne mjere zaključavanja ili ne poništi.

Statički atributi tiristora

Tiristori su poluvodička oprema konfigurirana da funkcionira samo u preklopnoj funkciji. Tiristori su proizvodi kojima se kontrolira struja, a sićušna struja izlaza može kontrolirati značajniju anodnu struju. Omogućuje struju samo jednom pristranu i pokretačku struju primijenjenu na vrata.

Tiristor djeluje slično ispravljačkoj diodi kad god se dogodi da je aktiviran 'ON'. Anodna struja mora biti više od održavanja vrijednosti struje da bi se očuvalo provođenje. Inhibira prolazak struje u slučaju obrnuto pristranog, bez obzira je li stavljena struja izlaza ili ne.

Čim se uključi 'ON', postiže se zasun 'ON', bez obzira primjenjuje li se struja na ulazu, ali samo u slučaju da je anodna struja iznad struje za zaključavanje.

Tiristori su brzi prekidači pomoću kojih možete zamijeniti elektromehaničke releje u brojnim krugovima, jer jednostavno nemaju vibracijske dijelove, nemaju kontaktne luke ili imaju problema s oštećenjem ili prljavštinom.

Ali uz jednostavno uključivanje značajnih struja 'ON' i 'OFF', tiristori se mogu postići za upravljanje efektivnom vrijednošću izmjenične struje opterećenja bez rasipanja znatne količine snage. Izvrsni primjer kontrole tiristorske snage je u kontroli električne rasvjete, grijača i brzine motora.

U sljedećem uputstvu pogledat ćemo neke osnovne Tiristorski krugovi i primjene koristeći i AC i DC opskrbu.




Prethodno: Solarni krug za ubijanje insekata za zaštitu usjeva na farmama Dalje: Automatski sklop indikatora za uključivanje kupaonice / WC-a