Силиконови управляеми токоизправители - основи, работа и приложения

Опитайте Нашия Инструмент За Премахване На Проблемите





Съвременната силова електроника наистина започна с появата на тиристори. Тиристорите са известни също като силиконови изправители или SCR. Това са четирислойни и три терминални полупроводникови устройства. А тиристорите са еднопосочни устройства.

Силиконовите контролирани изправители са полупроводникови устройства, които обикновено се използват за управление на висока мощност, съчетана с високо напрежение. Следователно тези устройства намират приложение в системите за управление на променливотоковото напрежение с високо напрежение, веригите за димер на лампата, веригите на регулаторите и др. SCR намира приложение и при коригирането на променлив ток с висока мощност при пренос на постоянен ток с високо напрежение. SCR принадлежи към семейството на тиристорите и всъщност името SCR е търговското наименование на тиристора от General Electrics.




SCR е четирислойно устройство с редуващи се материали от тип N и P. SCR се състои от четирислоен полупроводник, който образува PNPN или NPNP структура. Като вътрешен полупроводник се използва силиций, към който се добавят подходящите добавки. Той има три терминала, наречени анод, катод и порта. Катодът е най-силно легиран, а портата и анодът са по-малко легирани. Централният слой от N-тип е само леко легиран и освен това е по-дебел от останалите слоеве, като го овластява да поддържа високо блокиращо напрежение.

SCR има три кръстовища, а именно J1, J2 и J3. Анодът е свързан с P-тип материал на структурата PNPN, докато катодът е свързан с N-тип материал. Портата е свързана с P-тип материал близо до катода.



Това са еднопосочни устройства и провеждат ток само в една посока. Това е от анод до катод. Задействането на SCR се извършва, когато портата му получи положително напрежение. SCR обикновено се използва при превключване на приложения като драйвер за реле, зарядни устройства и др.

Тиристорът има три основни състояния:


Обратно блокиране: В това състояние тиристорът блокира тока по същия начин, както този на диод с обратно пристрастие.

Блокиране напред: В това състояние, тиристорна операция е такъв, че блокира проводимостта на тока напред, която обикновено би се носила от диод с преден наклон.

Дирижиране напред: В това състояние тиристорът е задействан в проводимост. Той ще продължи да се провежда, докато предният ток не падне под праговата стойност, известна като задържащ ток.

Тиристорна операция

SCR-СИМВОЛ

SCR-СИМВОЛ

SCR започва провеждане, когато е пристрастен напред. За тази цел катодът се поддържа при отрицателно, а анодът при положително напрежение. Когато напрежението на пристрастието напред се приложи към SCR, кръстовището J1 и J3 стават пристрастни, докато кръстовището J2 става обратно пристрастено. Когато се подаде положително напрежение към портата, кръстовището J2 става пристрастно напред и SCR се включва.

ТИРИСТОР

В експлоатация тиристорът може да се разглежда като NPN и PNP транзистор, свързан назад към гърба, образувайки положителна обратна връзка в устройството. Транзисторът с излъчвател, свързан към катода на тиристора, е NPN устройство, докато транзисторът с излъчвателя е свързан към анода на тиристорът е PNP устройство . Портата е свързан към основата на транзистора NPN. Изходът на един транзистор се подава към входа на втория, а изходът на втория транзистор от своя страна се връща обратно към входа на първия. Това означава, че когато един ток започне да тече, той бързо се натрупва, докато двата транзистора са напълно включени или наситени. Нека да видим малък пример:

От схемата по-долу тук използвахме тиристор TYN616.

ТИРИСТОР-верига

  • Когато вратата е отворена, се определят три пробивни напрежения на минималното напрежение напред, при което тиристорът провежда силно. Сега по-голямата част от захранващото напрежение се появява в съпротивлението на товара. Задържащият ток е максималният аноден ток, който е отворен, когато настъпи прекъсване.
  • Когато портата в изключено състояние тиристорът осигурява безкрайно съпротивление, отколкото в състояние ON, той предлага много ниско съпротивление, което е в диапазона от 0,010 до 10.

Режим на задействане

В нормално изключено състояние SCR предотвратява протичането на ток през него, но когато напрежението на порта към катода се увеличи и надвиши определено ниво, SCR се включва и провежда като транзистор. Една важна особеност на SCR е, че след като бъде проведен, той остава фиксиран и продължава да се провежда дори след отстраняване на напрежението на портата. SCR остава включен, докато задържащият ток на устройствата спадне до ниска стойност. Но ако портата получи пулсиращо напрежение и токът през нея е под тока на заключване, SCR ще остане в изключено състояние. SCR може да се задейства без положително напрежение на портата. SCR обикновено е свързан с анода към положителната релса и катода към отрицателната релса. Ако приложеното напрежение към анода се увеличи, капацитивното съединение в устройството индуцира заряд в портата и задейства SCR. Този тип задействане без външен ток на затвора е известен като „DV / dt задействане“. Това обикновено се случва при включване. Това се нарича ефект на скоростта.

Но задействането DV / dt няма да включи SCR изцяло и частично задействаният SCR ще разсее голяма мощност и устройството може да повреди. За да се предотврати задействането на DV / dt, се използва snubber мрежа. Друг начин на задействане е чрез увеличаване на напрежението на SCR над номиналното напрежение на пробив. Задействането на напрежение напред се появява, когато напрежението в SCR се увеличи с отваряне на портата му. Това се нарича „авария на лавина“, по време на която кръстовището 2 на устройството се разпада. Това също включва SCR частично и ще повреди устройството. Така че напрежението не трябва да надвишава номиналното напрежение на SCR.

Как да изключите SCR?

След като SCR е включен, той ще бъде в проводящ режим дори след отстраняване на тока на затвора. Това е SCR фиксиране. SCR може да бъде изключен чрез обратно задействане. Това може да стане чрез прилагане на отрицателно напрежение към портата. Устройството може да се изключи или чрез премахване на анодния ток, или чрез кратко затваряне на портата и катода.

Приложения на тиристора:

Тиристорите се използват главно в устройства, където се изисква управление с висока мощност, евентуално съчетано с високо напрежение. Тяхната работа ги прави подходящи за използване в приложения за контрол на променливотоковото напрежение със средно и високо напрежение, например затъмняване на лампи, контролери и моторен контрол .

Едно приложение на SCR- Управление на реле, използващо SCR:

SCR-КОНТРОЛИРАНО-РЕЛЕ

Ако превключвателят S1 бъде натиснат за миг, релето ще се включи. Може да се изключи чрез натискане на S2.

Ако превключвателят S1 бъде заменен с LDR и R1 с предварително зададени 4.7K, релето ще се включи, когато светлината падне върху LDR. Предварително настройте точката на задействане.

Ако превключвателят S1 бъде заменен с 4,7 K NTC (отрицателен температурен коефициент) термостат и R1 с 1K предварително зададена, релето се включва, когато температурата се повиши. Предварително настройте точката на задействане.

Снимка: