Современная силовая электроника по-настоящему началась с появлением тиристоров. Тиристоры также известны как кремниевые выпрямители или тиристоры. Это четырехслойные и трехконтактные полупроводниковые приборы. А тиристоры - устройства однонаправленные.
Выпрямители с кремниевым управлением - это полупроводниковые устройства, обычно используемые для управления высокой мощностью в сочетании с высоким напряжением. Поэтому эти устройства находят применение в системах управления питанием переменного тока высокого напряжения, схемах диммера ламп, схемах регуляторов и т. Д. SCR также находит применение в выпрямлении переменного тока большой мощности при передаче энергии постоянного тока высокого напряжения. SCR принадлежит к семейству тиристоров, и на самом деле название SCR является торговым названием тиристора от General Electrics.
SCR представляет собой четырехслойное устройство с чередованием материалов N- и P-типа. SCR состоит из четырехслойного полупроводника, который образует структуру PNPN или NPNP. Кремний используется как внутренний полупроводник, к которому добавляются соответствующие легирующие примеси. Он имеет три вывода, которые называются анодом, катодом и затвором. Катод является наиболее легированным, а затвор и анод менее легированы. Центральный слой N-типа слегка легирован и толще других слоев, что позволяет ему поддерживать высокое напряжение блокировки.
SCR имеет три перехода, а именно J1, J2 и J3. Анод соединен с материалом P-типа структуры PNPN, а катод соединен с материалом N-типа. Затвор соединен с материалом P-типа рядом с катодом.
Это однонаправленные устройства, которые проводят ток только в одном направлении. То есть от анода к катоду. Срабатывание SCR происходит, когда его затвор получает положительное напряжение. SCR обычно используется в коммутационных приложениях, таких как драйвер реле, зарядные устройства и т. Д.
Тиристор имеет три основных состояния:
Обратная блокировка: В этом состоянии тиристор блокирует ток так же, как и диод с обратным смещением.
Прямая блокировка: В этом состоянии тиристорный режим таков, что он блокирует прямой ток, который обычно переносится диодом с прямым смещением.
Форвардное ведение: В этом состоянии тиристор переведен в состояние проводимости. Он будет оставаться проводящим до тех пор, пока прямой ток не упадет ниже порогового значения, известного как ток удержания.
Работа тиристора
SCR-СИМВОЛ
SCR начинает проводить, когда он смещен в прямом направлении. Для этого на катоде поддерживается отрицательное напряжение, а на аноде - положительное напряжение. Когда напряжение прямого смещения прикладывается к тринистору, переход J1 и J3 становится смещенным в прямом направлении, а переход J2 становится смещенным в обратном направлении. Когда на затвор подается положительное напряжение, переход J2 становится смещенным в прямом направлении, и тиристор включается.
В процессе работы тиристор можно рассматривать как транзисторы NPN и PNP, соединенные спина к спине, образуя контур положительной обратной связи внутри устройства. Транзистор с эмиттером, соединенным с катодом тиристора, является устройством NPN, тогда как транзистор с эмиттером, соединенным с анодом тиристор - устройство ПНП . Затвор подключен к базе транзистора NPN. Выход одного транзистора подается на вход второго, а выход второго транзистора, в свою очередь, возвращается на вход первого. Это означает, что когда ток начинает течь, он быстро нарастает, пока оба транзистора не будут полностью включены или насыщены. Давайте посмотрим на небольшой пример:
Из схемы ниже мы использовали тиристор TYN616.
- Когда затвор открыт, три напряжения отключения определяются по минимальному прямому напряжению, при котором тиристор проводит сильную проводку. Теперь большая часть напряжения питания приходится на сопротивление нагрузки. Удерживающий ток - это максимальный анодный ток, который затвор открывается при отключении.
- Когда затвор находится в выключенном состоянии, тиристор обеспечивает бесконечное сопротивление, чем во включенном состоянии, он предлагает очень низкое сопротивление, которое находится в диапазоне от 0,010 до 10.
Режим срабатывания
В нормальном выключенном состоянии SCR предотвращает прохождение тока через него, но когда напряжение между затвором и катодом увеличивается и превышает определенный уровень, SCR включается и ведет себя как транзистор. Одна важная особенность SCR заключается в том, что после проведения он остается зафиксированным и продолжает проводить даже после снятия напряжения затвора. SCR остается включенным до тех пор, пока ток удержания устройств не упадет до низкого значения. Но если затвор получает пульсирующее напряжение, а ток через него ниже тока фиксации, тиристор останется в выключенном состоянии. SCR может срабатывать без положительного напряжения на затворе. SCR обычно соединяется анодом с положительной шиной и катодом с отрицательной шиной. Если приложенное к аноду напряжение увеличивается, емкостная связь в устройстве вызывает заряд в затворе и срабатывает тринистор. Этот тип запуска без внешнего тока затвора известен как «запуск DV / dt». Обычно это происходит при включении питания. Это называется эффектом скорости.
Но срабатывание DV / dt не приведет к включению SCR полностью, а частично сработавший SCR рассеивает много энергии, что может привести к повреждению устройства. Для предотвращения срабатывания DV / dt используется демпферная сеть. Другой способ запуска - увеличение прямого напряжения SCR выше его номинального напряжения пробоя. Запуск по прямому напряжению происходит, когда напряжение на тиристоре увеличивается при открытом затворе. Это называется «лавина», во время которой выход из строя 2 устройства. Это также частично включает SCR и повредит устройство. Таким образом, напряжение не должно превышать номинальное напряжение SCR.
Как выключить SCR?
После включения SCR он будет в проводящем режиме даже после снятия тока затвора. Это фиксация SCR. SCR можно отключить с помощью обратного запуска. Это можно сделать, подав на затвор отрицательное напряжение. Устройство также можно выключить, сняв анодный ток или закоротив затвор и катод на мгновение.
Применение тиристора:
Тиристоры в основном используются в устройствах, где требуется управление большой мощностью, возможно, в сочетании с высоким напряжением. Их работа делает их пригодными для использования в системах управления питанием переменного тока среднего и высокого напряжения, например, для регулирования яркости ламп, контроллеров и т. Д. блок управления двигателем .
Одно применение SCR - управление реле с использованием SCR:
Если на мгновение нажать переключатель S1, реле включится. Его можно выключить, нажав S2.
Если переключатель S1 заменен на LDR, а R1 с предустановкой 4,7K, реле включится, когда светится LDR. Предустановка отрегулируйте точку срабатывания.
Если переключатель S1 заменен термистором NTC (отрицательный температурный коэффициент) 4,7 K, а R1 с предустановкой 1K, реле включается при повышении температуры. Предустановка отрегулируйте точку срабатывания.
Фото:
- SCR-SYMBOL, автор: Викимедиа
