Τα σύγχρονα ηλεκτρονικά ισχύος ξεκίνησαν πραγματικά με την έλευση των θυρίστορ. Οι θυρίστορες είναι επίσης γνωστοί ως ανορθωτές ελεγχόμενοι από πυρίτιο ή SCR. Αυτές είναι συσκευές ημιαγωγών τεσσάρων επιπέδων και τριών τερματικών. Και οι θυρίστορ είναι μονοκατευθυντικές συσκευές.
Οι ελεγχόμενοι ανορθωτές πυριτίου είναι συσκευές ημιαγωγών που χρησιμοποιούνται συνήθως για τον έλεγχο της υψηλής ισχύος σε συνδυασμό με την υψηλή τάση. Επομένως, αυτές οι συσκευές βρίσκουν εφαρμογές σε συστήματα ελέγχου ισχύος AC υψηλής τάσης, κυκλώματα dimmer λαμπτήρων, κυκλώματα ρυθμιστή κ.λπ. Η SCR βρίσκει επίσης εφαρμογή στην διόρθωση υψηλής ισχύος AC σε μετάδοση ισχύος DC υψηλής τάσης. Το SCR ανήκει στην οικογένεια των Thyristors και στην πραγματικότητα, το όνομα SCR είναι το εμπορικό όνομα του Thyristor από την General Electrics.
Το SCR είναι μια συσκευή τεσσάρων στρωμάτων με εναλλασσόμενα υλικά τύπου Ν και Ρ. Το SCR αποτελείται από τέσσερα στρώματα ημιαγωγών που σχηματίζουν δομή PNPN ή NPNP. Το πυρίτιο χρησιμοποιείται ως εγγενής ημιαγωγός, στον οποίο προστίθενται τα κατάλληλα προσμείγματα. Έχει τρία τερματικά που ονομάζονται άνοδος, κάθοδος και πύλη. Η κάθοδος είναι η πιο βαριά νάρθηκα και η πύλη και η άνοδος είναι λιγότερο βαριά. Το κεντρικό στρώμα τύπου Ν έχει μόνο ελαφριά πρόσμιξη και είναι επίσης παχύτερο από τα άλλα στρώματα που του επιτρέπουν να υποστηρίζει υψηλή τάση αποκλεισμού.
Το SCR έχει τρεις συνδέσμους, δηλαδή J1, J2 και J3. Η άνοδος συνδέεται με το υλικό τύπου Ρ της δομής PNPN ενώ η κάθοδος συνδέεται με το υλικό τύπου Ν. Η πύλη συνδέεται με το υλικό τύπου P κοντά στην κάθοδο.
Αυτές είναι μονοκατευθυντικές συσκευές και διεξάγουν ρεύμα μόνο σε μία κατεύθυνση. Αυτό είναι από το Anode στην Cathode. Η ενεργοποίηση του SCR λαμβάνει χώρα όταν η πύλη του έχει θετική τάση. Το SCR χρησιμοποιείται γενικά για την εναλλαγή εφαρμογών, όπως πρόγραμμα οδήγησης ρελέ, φορτιστές μπαταρίας κ.λπ.
Ο θυρίστορ έχει τρεις βασικές καταστάσεις:
Αντίστροφη φραγή: Σε αυτήν την κατάσταση, ο θυρίστορ μπλοκάρει το ρεύμα με τον ίδιο τρόπο όπως αυτό μιας διόδου αντίστροφης πόλωσης.
Αποκλεισμός προς τα εμπρός: Σε αυτήν την κατάσταση, το λειτουργία θυρίστορ είναι τέτοιο ώστε να εμποδίζει την αγωγιμότητα προς τα εμπρός ρεύμα που κανονικά θα φέρεται από μια δίοδο προκαθορισμένη προς τα εμπρός.
Προώθηση: Σε αυτήν την κατάσταση, ο θυρίστορ έχει ενεργοποιηθεί σε αγωγιμότητα. Θα παραμείνει αγώγιμο έως ότου το προς τα εμπρός ρεύμα πέσει κάτω από μια τιμή κατωφλίου γνωστή ως το ρεύμα διατήρησης.
Λειτουργία Thyristor
SCR-ΣΥΜΒΟΛΟ
Το SCR ξεκινά την αγωγή όταν είναι μεροληπτικό προς τα εμπρός. Για το σκοπό αυτό, η κάθοδος διατηρείται σε αρνητικό και άνοδο σε θετική τάση. Όταν η τάση εμπρόσθιας πόλωσης εφαρμόζεται στο SCR, οι συνδέσεις J1 και J3 γίνονται μεροληπτικές προς τα εμπρός ενώ η διασταύρωση J2 γίνεται αντίστροφη μεροληψία Όταν εφαρμόζεται θετική τάση στην πύλη, η διασταύρωση J2 γίνεται μεροληπτική προς τα εμπρός και ενεργοποιείται το SCR.
Κατά τη λειτουργία ο θυρίστορ μπορεί να θεωρηθεί ως τρανζίστορ NPN και PNP συνδεδεμένο πλάτη με πλάτη, σχηματίζοντας ένα βρόχο θετικής ανάδρασης μέσα στη συσκευή. Το τρανζίστορ με τον πομπό του συνδεδεμένο στην κάθοδο του θυρίστορ είναι μια συσκευή NPN ενώ το τρανζίστορ με τον πομπό του συνδεδεμένο στην άνοδο του Το thyristor είναι συσκευή PNP . Η πύλη συνδέεται με τη βάση του τρανζίστορ NPN. Η έξοδος ενός τρανζίστορ τροφοδοτείται στην είσοδο του δεύτερου και η έξοδος του δεύτερου τρανζίστορ τροφοδοτείται με τη σειρά της στην είσοδο του πρώτου. Αυτό σημαίνει ότι όταν ένα ρεύμα αρχίζει να ρέει, συσσωρεύεται γρήγορα έως ότου και τα δύο τρανζίστορ ενεργοποιηθούν πλήρως ή κορεστούν. Ας δούμε ένα μικρό παράδειγμα:
Από το παρακάτω κύκλωμα, εδώ χρησιμοποιήσαμε ένα θυρίστορ TYN616.
- Όταν η πύλη είναι ανοιχτή, προσδιορίζονται τρεις τάσεις διακοπής στην ελάχιστη τάση προς τα εμπρός στην οποία ο θυρίστορ ασκεί έντονα. Τώρα, το μεγαλύτερο μέρος της τάσης τροφοδοσίας εμφανίζεται κατά μήκος της αντίστασης φορτίου. Το ρεύμα συγκράτησης είναι η μέγιστη πύλη ρεύματος ανόδου που ανοίγει όταν συμβαίνει διακοπή.
- Όταν η πύλη στην κατάσταση OFF το θυρίστορ παρέχει αντίσταση στο άπειρο από ό, τι στην κατάσταση ON, προσφέρει πολύ χαμηλή αντίσταση, η οποία κυμαίνεται από 0,010 έως 10.
Τρόπος ενεργοποίησης
Στην κανονική κατάσταση απενεργοποίησης, το SCR εμποδίζει τη ροή ρεύματος μέσω αυτού, αλλά όταν η τάση πύλης προς καθοδική αύξηση και υπερβαίνει ένα συγκεκριμένο επίπεδο, το SCR ενεργοποιείται και συμπεριφέρεται σαν τρανζίστορ. Μια σημαντική ιδιαιτερότητα του SCR είναι ότι, μόλις πραγματοποιηθεί, παραμένει κλειδωμένο και συνεχίζει να λειτουργεί ακόμη και μετά την αφαίρεση της τάσης της πύλης. Το SCR παραμένει αναμμένο έως ότου το ρεύμα συγκράτησης των συσκευών μειωθεί σε χαμηλή τιμή. Αλλά αν η πύλη έχει παλλόμενη τάση και το ρεύμα που περνά κάτω από το ρεύμα μανδάλωσης, το SCR θα παραμείνει σε κατάσταση απενεργοποίησης. Το SCR μπορεί να ενεργοποιηθεί χωρίς θετική τάση στην πύλη. Το SCR συνήθως συνδέεται με την άνοδο προς τη θετική ράγα και την κάθοδο με την αρνητική ράγα. Εάν η εφαρμοζόμενη τάση στην άνοδο αυξάνεται, η χωρητική ζεύξη στη συσκευή προκαλεί φόρτιση στην πύλη και ενεργοποιεί το SCR. Αυτός ο τύπος ενεργοποίησης χωρίς το ρεύμα εξωτερικής πύλης είναι γνωστός ως 'DV / dt triggering'. Αυτό συμβαίνει συνήθως κατά την ενεργοποίηση. Αυτό ονομάζεται εφέ ρυθμού.
Αλλά η ενεργοποίηση DV / dt δεν θα ενεργοποιήσει πλήρως το SCR και το μερικώς ενεργοποιημένο SCR θα διαλύσει πολλή ισχύ και η συσκευή μπορεί να προκαλέσει ζημιά. Για να αποφευχθεί η ενεργοποίηση του DV / dt, χρησιμοποιείται ένα δίκτυο snubber. Ένας άλλος τρόπος ενεργοποίησης είναι η αύξηση της εμπρόσθιας τάσης του SCR πάνω από την ονομαστική τάση διακοπής. Η ενεργοποίηση της τάσης προς τα εμπρός συμβαίνει όταν η τάση στο SCR αυξάνεται με την πύλη του ανοιχτή. Αυτό ονομάζεται 'Διακοπή χιονοστιβάδας' κατά την οποία η διασταύρωση 2 της βλάβης της συσκευής. Αυτό ενεργοποιεί επίσης το SCR μερικώς και θα προκαλέσει ζημιά στη συσκευή. Επομένως, η τάση δεν πρέπει να υπερβαίνει την ονομαστική τάση του SCR.
Πώς να απενεργοποιήσετε το SCR;
Μόλις το SCR είναι ενεργοποιημένο, θα είναι σε κατάσταση αγωγού ακόμη και μετά την αφαίρεση του ρεύματος πύλης. Πρόκειται για μανδάλωση SCR. Το SCR μπορεί να απενεργοποιηθεί μέσω αντίστροφης ενεργοποίησης. Αυτό μπορεί να γίνει εφαρμόζοντας αρνητική τάση στην πύλη. Η συσκευή μπορεί επίσης να απενεργοποιηθεί είτε αφαιρώντας το ρεύμα Anode είτε με βραχυκύκλωμα της πύλης και της καθόδου στιγμιαία.
Εφαρμογές του Thyristor:
Οι θυρίστορ χρησιμοποιούνται κυρίως σε συσκευές όπου απαιτείται ο έλεγχος υψηλής ισχύος, πιθανώς σε συνδυασμό με υψηλή τάση. Η λειτουργία τους τα καθιστά κατάλληλα για χρήση σε εφαρμογές ελέγχου ισχύος AC μεσαίας έως υψηλής τάσης, για παράδειγμα, εξασθένιση λαμπτήρων, ελεγκτές και μηχανικός έλεγχος .
Μία εφαρμογή του SCR - Relay Control χρησιμοποιώντας SCR:
Εάν ο διακόπτης S1 πατηθεί στιγμιαία, το ρελέ θα ενεργοποιηθεί. Μπορεί να απενεργοποιηθεί πατώντας S2.
Εάν ο διακόπτης S1 αντικατασταθεί με LDR και R1 με 4,7K προκαθορισμένο, το ρελέ θα ανάψει όταν το φως πέσει στο LDR. Προεπιλογή ρυθμίστε το σημείο ενεργοποίησης.
Εάν ο διακόπτης S1 αντικατασταθεί με 4,7 K NTC (Αρνητικός Συντελεστής Θερμοκρασίας) Thermister και R1 με προεπιλογή 1Κ, το ρελέ ενεργοποιείται όταν η θερμοκρασία αυξάνεται. Προεπιλογή ρυθμίστε το σημείο ενεργοποίησης.
Δικαιώματα φωτογραφίας:
- SCR-SYMBOL από wikimedia
