Szilícium vezérelt egyenirányító - Silicon controlled rectifier
típus | Aktív |
---|---|
Működési elv | Ian M. Mackintosh ( Bell Laboratories ) |
Feltalált | Gordon Hall és Frank W. "Bill" Gutzwiller |
Első produkció | General Electric , 1957 |
Csapkonfiguráció | Anód , kapu és katód |
Elektronikus szimbólum | |
A szilíciumvezérelt egyenirányító vagy félvezető által vezérelt egyenirányító négyrétegű szilárdtest- áramszabályozó eszköz. A "szilíciumvezérelt egyenirányító" név a General Electric kereskedelmi neve egy tirisztor típusra . A négyrétegű p – n – p – n kapcsolás elvét Moll, Tanenbaum, Goldey és Holonyak, a Bell Laboratories dolgozta ki 1956-ban. A szilíciumvezérelt kapcsolás gyakorlati bemutatása és az eszköz részletes elméleti viselkedése, összhangban a kísérleti eredményekkel Dr. Ian M. Mackintosh, a Bell Laboratories munkatársa mutatta be 1958 januárjában. Az SCR -t egy Gordon Hall vezette energiamérnöki csapat dolgozta ki, és Frank W. "Bill" Gutzwiller 1957 -ben forgalmazta.
Egyes források a szilíciumvezérelt egyenirányítókat és tirisztorokat szinonimaként határozzák meg, míg más források a szilíciumvezérelt egyenirányítókat a tirisztorok halmazának megfelelő részhalmazaként határozzák meg; az utóbbiak olyan eszközök, amelyek legalább négy rétegben váltakoznak n- és p-típusú anyaggal . Bill Gutzwiller szerint az "SCR" és az "irányított egyenirányító" kifejezések korábban voltak, a "tirisztorok" pedig később kerültek alkalmazásra, mivel az eszköz nemzetközileg elterjedt.
Az SCR -ek egyirányú eszközök (azaz csak egy irányban tudnak áramot vezetni), szemben a TRIAC -okkal , amelyek kétirányúak (azaz a töltéshordozók mindkét irányban átfolyhatnak rajtuk). Az SCR -eket normál esetben csak a kapuba áramló pozitív áram válthatja ki, szemben a TRIAC -okkal, amelyeket normál esetben a kapuelektródájára alkalmazott pozitív vagy negatív áram is kiválthat.
Működési módok
Az SCR -nek háromféle üzemmódja van, a kapott torzítástól függően:
- Előre blokkoló mód (kikapcsolt állapot)
- Előrevezetés mód (bekapcsolt állapotban)
- Fordított blokkoló mód (kikapcsolt állapot)
Előre blokkoló mód
Ebben az üzemmódban az anód (+) pozitív feszültséget kap, míg a katód ( -) negatív feszültséget kap, így a kapu nulla (0) potenciálon marad, azaz nincs lekapcsolva. Ebben az esetben a J1 és J3 csomópont előfeszített, míg a J2 fordított előfeszítésű, csak kis szivárgási áramot enged az anódról a katódra. Amikor az alkalmazott feszültség eléri a J2 áttörési értékét , akkor a J2 lavina lebomlik. Ekkor a J2 feszültség elkezd vezetni, de a J2 feszültség alatt nagyon nagy ellenállást biztosít az áramnak, és az SCR állítólag kikapcsolt állapotban van.
Előrevezetés mód
Az SCR -t kétféleképpen lehet a blokkoló üzemmódból vezetési üzemmódba hozni: vagy az anód és a katód közötti feszültség növelésével a megszakítási feszültségen túl, vagy pozitív impulzus alkalmazásával a kapun. Amint az SCR elkezdi a vezetést, nincs szükség több kapufeszültségre annak ON állapotban tartásához . Azt a minimális áramot, amely szükséges ahhoz, hogy az SCR ON állapotban maradjon a kapu feszültségének eltávolításakor, reteszelő áramnak nevezzük.
Kétféleképpen lehet kikapcsolni :
- Csökkentse a rajta keresztül érkező áramot a tartási áramnak nevezett minimális érték alá, vagy
- Kikapcsolt kapuval zárja rövidre az anódot és a katódot egy nyomógombos kapcsolóval vagy tranzisztorral a csomóponton.
Fordított blokkoló mód
Ha negatív feszültséget alkalmaznak az anódra, és pozitív feszültséget a katódra, az SCR fordított blokkoló üzemmódban van, így J1 és J3 fordított és J2 előre torzított. A készülék két sorba kapcsolt diódaként viselkedik. Kis szivárgási áram folyik. Ez a fordított blokkoló mód. Ha a fordított feszültséget megnövelik, akkor a kritikus meghibásodási szinten, amelyet fordított megszakítási feszültségnek (V BR ) neveznek , lavina lép fel J1 és J3 esetén, és a fordított áram gyorsan növekszik. Az SCR-ek fordított blokkoló képességgel kaphatók, ami növeli az előremenő feszültségcsökkenést, mivel hosszú, alacsony adalékanyagú P1 régió szükséges. Általában a fordított blokkoló feszültség és az előremenő blokkoló feszültség névleges. A fordított blokkoló SCR tipikus alkalmazása az áramforrás-inverterekben.
A fordított feszültség blokkolására képtelen SCR -t aszimmetrikus SCR -nek , rövidítve ASCR -nek nevezik . Jellemzően fordított lebontású, több tíz voltos. Az ASCR-eket akkor használják, ha vagy fordított vezetõ diódát alkalmaznak párhuzamosan (például feszültség-forrás invertereknél), vagy ahol fordított feszültség soha nem fordulna elõ (például kapcsolóüzemû tápegységekben vagy egyenáramú vontatókapcsolóban).
Az aszimmetrikus SCR -ek fordított vezető diódával készíthetők ugyanabban a csomagban. Ezeket RCT -ként ismerik, fordított vezetésű tirisztorokhoz .
Tirisztoros bekapcsolási módszerek
- előremenő feszültség kioldása
- kapu kioldása
- dv / dt indítás
- hőmérséklet kiváltása
- fény kioldása
Az előremenő feszültség kiváltása akkor következik be, amikor az anód-katód előremenő feszültsége a kapu áramkörének nyitásával növekszik. Ezt lavinatörésnek nevezik, amely során a J2 csomópont lebomlik. Megfelelő feszültség mellett a tirisztor alacsony feszültségcsökkenéssel és nagy előremenő árammal vált bekapcsolt állapotába. Ebben az esetben a J1 és J3 már előre elfogult .
Annak érdekében, hogy a kapu kiváltódjon, a tirisztornak előre blokkoló állapotban kell lennie, ahol az alkalmazott feszültség kisebb, mint a megszakítási feszültség, ellenkező esetben előfordulhat, hogy előremenő feszültség vált ki. Ezután egyetlen kis pozitív feszültségimpulzust lehet alkalmazni a kapu és a katód között. Ez egyetlen kapuáram -impulzust szolgáltat, amely a tirisztort bekapcsolt állapotba kapcsolja. A gyakorlatban ez a leggyakoribb módszer a tirisztor kiváltására.
A hőmérséklet kiváltása akkor következik be, amikor a kimerülési tartomány szélessége csökken a hőmérséklet emelkedésével. Ha az SCR a VPO közelében van, akkor a hőmérséklet nagyon kicsi emelkedése a J2 csomópont eltávolítását eredményezi, ami aktiválja az eszközt.
Egyszerű SCR áramkör
Egy egyszerű SCR áramkör szemléltethető egy váltakozó feszültségforrás használatával, amely ellenállásos terhelésű SCR -hez van csatlakoztatva. Az SCR kapujához alkalmazott áramimpulzus nélkül az SCR előre blokkoló állapotban marad. Ezáltal az SCR vezetésének kezdete szabályozható. Az α késleltetési szög, amely az a pillanat, amikor a kapuáram impulzusát a természetes vezetési pillanatra alkalmazzák (ωt = 0), szabályozza a vezetés kezdetét. Miután az SCR végzi, az SCR nem kapcsolja ki, amíg az átfolyó áram, SCR i s , negatív lesz. i s nulla marad, amíg egy másik kapuáram -impulzust nem alkalmaznak, és az SCR ismét vezetni nem kezd.
Alkalmazások
Az SCR -eket főként olyan készülékekben használják, ahol nagy teljesítményű, esetleg magas feszültséggel párosított vezérlésre van szükség. Működésük miatt alkalmassá teszik őket közepes és nagyfeszültségű váltakozó áramú tápszabályozó alkalmazásokhoz, például lámpa tompításához , teljesítményszabályozókhoz és motorvezérléshez.
Az SCR-eket és hasonló eszközöket nagyfeszültségű egyenáramú váltóáram kiegyenlítésére használják nagyfeszültségű egyenáramú átvitelben. Ezeket hegesztőgépek, főleg GTAW (gáz -wolfram ívhegesztés) és hasonló folyamatok vezérlésére is használják . Különböző eszközök kapcsolójaként használják. A korai szilárdtest-flippergépek ezeket használták a lámpák, mágnesszelepek és egyéb funkciók vezérlésére digitálisan, mechanikus helyett, innen származik a Solid-state név.
Összehasonlítás az SCS -el
A szilíciumvezérelt kapcsoló (SCS) közel ugyanúgy viselkedik, mint az SCR; de van néhány különbség: Az SCR -rel ellentétben az SCS kikapcsol, ha pozitív feszültséget/bemeneti áramot helyeznek el egy másik anódkapu vezetéken. Az SCR -rel ellentétben az SCS -t vezetésbe is lehet váltani, ha ugyanahhoz a vezetékhez negatív feszültséget/kimeneti áramot alkalmaznak.
Az SCS -ek gyakorlatilag minden olyan áramkörben hasznosak, amelyekhez kapcsolóra van szükség, amely két különböző vezérlőimpulzuson keresztül kapcsol be/ki. Ide tartoznak a tápkapcsoló áramkörök, logikai áramkörök, lámpa meghajtók, számlálók stb.
A TRIAC -okhoz képest
A TRIAC hasonlít az SCR -hez , mivel mindkettő elektromos vezérlésű kapcsolóként működik. Az SCR -rel ellentétben a TRIAC mindkét irányban képes átadni az áramot. Így a TRIAC -ok különösen hasznosak váltakozó áramú alkalmazásokhoz. A TRIAC -ok három vezetéket tartalmaznak: egy kapuvezetéket és két vezető vezetéket, amelyeket MT1 és MT2 -nek neveznek. Ha nem kap áramot/feszültséget a kapu vezetékére, a TRIAC kikapcsol. Másrészt, ha a triggerfeszültséget a kapuvezetékre alkalmazzák, a TRIAC bekapcsol.
A TRIAC- ok alkalmasak fényerősítő áramkörökhöz, fázisvezérlő áramkörökhöz, váltakozó áramú kapcsolóáramkörökhöz, váltakozó áramú motorvezérlő áramkörökhöz stb.
Lásd még
- Nagyfeszültségű egyenáram
- Kapu kikapcsolási tirisztor
- Szigetelt kapu bipoláris tranzisztor
- Integrált kapukommutált tirisztor
- Feszültségszabályozó
- Snubber
- Vágófej (áramkör)
- DIAC
- BJT
Hivatkozások
További irodalom
- ON Semiconductor (2006. november). Tirisztorelmélet és tervezési szempontok (PDF) (rev.1, HBD855/D szerk.). o. 240.
- GK Mithal. Ipari és teljesítményelektronika .
- KB Khanchandani. Teljesítményelektronika .