A modern erőelektronika valóban a tirisztorok megjelenésével kezdődött. A tirisztorok szilícium-vezérelt egyenirányítóként vagy SCR-ként is ismertek. Ez négy rétegű és három terminálos félvezető eszköz. A tirisztorok pedig egyirányú eszközök.
A szilícium által vezérelt egyenirányítók olyan félvezető eszközök, amelyeket általában nagyfeszültséggel párosított nagy teljesítmény vezérlésére használnak. Ezért ezek az eszközök alkalmazást találnak a nagyfeszültségű váltakozó áramú áramszabályozó rendszerekben, a lámpa fényerő-szabályozó áramkörében, a szabályozó áramkörében stb. Az SCR a tirisztorok családjába tartozik, és valójában az SCR név a General Electrics tirisztorának kereskedelmi neve.
Az SCR egy négyrétegű készülék, váltakozó N és P típusú anyagokkal. Az SCR egy négyrétegű félvezetőből áll, amely PNPN vagy NPNP szerkezetet alkot. A szilíciumot belső félvezetőként használják, amelyhez a megfelelő adalékanyagokat adják. Három terminálja van, úgynevezett anód, katód és kapu. A katódot adják a legnagyobb mértékben, a kaput és az anódot pedig kevésbé. A központi N-típusú réteg csak enyhén adalékolt, és vastagabb is, mint a többi réteg, amely nagy blokkoló feszültséget támogat.
Az SCR-nek három csomópontja van, nevezetesen J1, J2 és J3. Az anód a PNPN szerkezet P-típusú anyagához, míg a katód az N-típusú anyaghoz van csatlakoztatva. A kapu a katód közelében lévő P típusú anyaghoz van csatlakoztatva.
Ezek egyirányú eszközök, és csak egy irányban vezetik az áramot. Ez az anódtól a katódig terjed. Az SCR kiváltására akkor kerül sor, ha kapuja pozitív feszültséget kap. Az SCR-t általában kapcsolási alkalmazásokban használják, például relé meghajtóban, akkumulátortöltőkben stb.
A tirisztornak három alapállapota van:
Fordított blokkolás: Ebben az állapotban a tirisztor ugyanúgy blokkolja az áramot, mint egy fordított előfeszítésű diódaé.
Előre blokkolás: Ebben az állapotban a tirisztor működése olyan, hogy blokkolja az előremenő áramvezetést, amelyet általában egy előre irányított dióda hordozna.
Előre vezető: Ebben az állapotban a tirisztor vezetésre vált. Addig folytatja a vezetést, amíg az előremenő áram nem csökken a tartóáramként ismert küszöbérték alá.
Tirisztor működése
SCR-SZIMBÓLUM
Az SCR akkor indul el, amikor előre torzítja. Erre a célra a katódot negatív, az anódot pedig pozitív feszültségen tartják. Amikor az elõzetes előfeszültséget alkalmazzák az SCR-re, a J1 és J3 csomópont elõre torzul, míg a J2 elágazás fordított torzítású lesz. Ha a kapun pozitív feszültséget alkalmaznak, a J2 csomópont előre torzul, és az SCR bekapcsol.
Működés közben a tirisztor NPN- és PNP-tranzisztornak tekinthető, amelyek egymáshoz vannak kapcsolva, és pozitív visszacsatolási hurkot képeznek az eszközön belül. A tranzisztor, amelynek emittere a tirisztor katódjához csatlakozik, egy NPN eszköz, míg a tranzisztor az emitterével a tirisztor PNP eszköz . A kapu az NPN tranzisztor aljához van csatlakoztatva. Az egyik tranzisztor kimenetét a második bemenetére táplálják, a második tranzisztor kimenetét pedig visszavezetik az első bemenetére. Ez azt jelenti, hogy amikor az áram folyni kezd, akkor gyorsan felépül, amíg mindkét tranzisztor teljesen be nem kapcsol, vagy telítődik. Lássunk egy kis példát:
Az alábbi áramkörből itt egy TYN616 tirisztort használtunk.
- Ha a kapu nyitva van, három áttörési feszültséget határoznak meg a minimális előrefeszültségen, amelynél a tirisztor erősen vezet. Most a tápfeszültség nagy része a terhelési ellenálláson jelenik meg. A visszatartó áram az a maximális anódáramú kapu, amely nyitva van, amikor áttörés történik.
- Amikor a kapu az OFF állapotban van, akkor a tirisztor végtelen ellenállást biztosít, mint ON állapotban, nagyon alacsony ellenállást kínál, amely a 0,010-10 tartományba esik.
Kiváltás módja
Normál kikapcsolt állapotban az SCR megakadályozza az áram átáramlását, de amikor a katódra vezető kapu feszültsége megnő és meghaladja az adott szintet, az SCR bekapcsol és tranzisztor módjára vezet. Az SCR egyik fontos sajátossága, hogy miután elvégezték, reteszelt marad és folytatja a vezetést a kapu feszültségének eltávolítása után is. Az SCR addig marad bekapcsolva, amíg az eszközök tartóárama alacsony értékre nem csökken. De ha a kapu lüktető feszültséget kap, és a rajta keresztüli áram a reteszelő áram alatt van, az SCR kikapcsolt állapotban marad. Az SCR kiváltható a kapu pozitív feszültsége nélkül. Az SCR általában az anóddal van összekötve a pozitív sínnel és a katód a negatív sínnel. Ha az anódra alkalmazott feszültség növekszik, a készülékben lévő kapacitív csatolás töltést indukál a kapun és az SCR kiváltja. Az ilyen típusú kiváltás a külső kapuáram nélkül „DV / dt kiváltás” néven ismert. Ez általában bekapcsoláskor történik. Ezt hívják Rate rate-nek.
De a DV / dt kiváltása nem kapcsolja be teljesen az SCR-t, és a részben kiváltott SCR sok energiát elvezet, és a készülék károsodhat. A DV / dt kiváltásának megakadályozása érdekében egy snubber hálózatot használnak. A kiváltás másik módja az, hogy az SCR előremenő feszültségét a névleges megszakítási feszültség fölé emeli. Az előrefeszültség kiváltása akkor következik be, amikor az SCR-en keresztüli feszültség növekszik nyitott kapujával. Ezt „lavina-bontásnak” hívják, amelynek során az eszköz 2. csomópontja megszakad. Ez az SCR-t is részben bekapcsolja, és károsítja a készüléket. Tehát a feszültség nem haladhatja meg az SCR névleges feszültségét.
Hogyan lehet kikapcsolni az SCR-t?
Az SCR bekapcsolása után a kapuáram eltávolítása után is vezetési módban lesz. Ez SCR reteszelés. Az SCR visszakapcsolással kapcsolható ki. Megtehető úgy, hogy negatív feszültséget alkalmazunk a kapun. A készülék kikapcsolható akár az anódáram eltávolításával, akár a kapu és a katód rövidre zárásával.
A tirisztor alkalmazásai:
A tirisztorokat főként olyan készülékekben használják, ahol nagy teljesítményű, esetleg magas feszültséggel párosított vezérlés szükséges. Működésük alkalmassá teszi őket közepes és nagyfeszültségű váltakozó áramú tápellátás-szabályozó alkalmazásokban való felhasználásra, például lámpa tompításában, vezérlőkben és motorvezérlés .
Az SCR-relé vezérlés SCR használatával:
Ha az S1 kapcsolót pillanatnyilag megnyomja, a relé bekapcsol. Az S2 megnyomásával kikapcsolható.
Ha az S1 kapcsolót LDR-re cserélik, az R1-et pedig 4,7K-os előre beállítottra, akkor a relé bekapcsol, ha a fény ráesik az LDR-re. Az előre beállított a kioldási pont beállítása.
Ha az S1 kapcsolót egy 4,7 K NTC (negatív hőmérsékleti együttható) hőszigetelőre cseréljük, az R1 kapcsolót pedig 1K előre beállított értékre, akkor a relé bekapcsol, ha a hőmérséklet emelkedik. Az előre beállított a kioldási pont beállítása.
Photo Credit:
- SCR-SZIMBOLUM wikimedia
