Moderni tehoelektroniikka alkoi todella tyristorien myötä. Tyristorit tunnetaan myös nimellä piiohjatut tasasuuntaajat tai SCR: t. Nämä ovat neljä kerroksista ja kolmipäätteistä puolijohdelaitetta. Tyristorit ovat yksisuuntaisia laitteita.
Piin ohjatut tasasuuntaajat ovat puolijohdelaitteita, joita käytetään tyypillisesti suurjännitteen ja suuren jännitteen yhdistämiseen. Siksi nämä laitteet löytävät sovelluksia suurjännitteisistä vaihtovirran tehonohjausjärjestelmistä, lampun himmentimien piireistä, säätöpiireistä jne. SCR löytää sovelluksen myös suuritehoisen vaihtovirran tasasuuntaamiseen suurjännitevirtalähteessä. SCR kuuluu tyristorien perheeseen, ja itse asiassa nimi SCR on General Electrics -yrityksen tyristorin kauppanimi.
SCR on nelikerroksinen laite, jossa on vuorotellen N- ja P-tyyppisiä materiaaleja. SCR koostuu nelikerroksisesta puolijohteesta, joka muodostaa PNPN- tai NPNP-rakenteen. Piinä käytetään luontaisena puolijohteena, johon lisätään oikeat lisäaineet. Siinä on kolme liitintä, joita kutsutaan anodiksi, katodiksi ja portiksi. Katodi on seostettu voimakkaimmin ja portti ja anodi seostettu vähemmän. Keskimmäinen N-tyyppinen kerros on vain kevyesti seostettu ja myös paksumpi kuin muut kerrokset, jotka antavat sen tukea suurta estojännitettä.
SCR: llä on kolme risteystä, nimittäin J1, J2 ja J3. Anodi on kytketty PNPN-rakenteen P-tyyppiseen materiaaliin, kun taas katodi on kytketty N-tyyppiseen materiaaliin. Portti on kytketty P-tyyppiseen materiaaliin lähellä katodia.
Nämä ovat yksisuuntaisia laitteita ja johtavat virtaa vain yhteen suuntaan. Se on anodista katodiin. SCR laukaistaan, kun sen portti saa positiivisen jännitteen. SCR: ää käytetään yleensä kytkentäsovelluksissa, kuten releohjaimessa, akkulaturissa jne.
Tyristorilla on kolme perustilaa:
Käänteinen esto: Tässä tilassa tyristori estää virran samalla tavalla kuin päinvastaisella esijännitetyllä diodilla.
Eteenpäin estäminen: Tässä tilassa tyristorin toiminta on sellainen, että se estää eteenpäin tulevan virran johtamisen, jota normaalisti eteenpäin suuntautuva diodi kuljettaisi.
Eteenpäin johtaminen: Tässä tilassa tyristori on laukaistu johtumaan. Se pysyy johtavana, kunnes eteenpäin virta laskee alle kynnysarvon, joka tunnetaan pitovirrana.
Tyristorin toiminta
SCR-SYMBOLI
SCR aloittaa johtamisen, kun se on esijännitetty. Tätä tarkoitusta varten katodi pidetään negatiivisella ja anodi positiivisella jännitteellä. Kun eteenpäin suuntautuva esijännite syötetään SCR: ään, risteyksistä J1 ja J3 tulee eteenpäin esijännitys, kun taas risteyksestä J2 tulee päinvastainen. Kun positiivista jännitettä käytetään portissa, risteys J2 on esijännitetty ja SCR käynnistyy.
Tyristoria voidaan toiminnassa pitää NPN- ja PNP-transistoreina, jotka on kytketty taaksepäin muodostaen positiivisen takaisinkytkentäsilmukan laitteen sisällä. Transistori, jonka emitteri on kytketty tyristorin katodiin, on NPN-laite, kun taas transistori, jonka emitteri on kytketty tyristori on PNP-laite . Portti on kytketty NPN-transistorin kantaan. Yhden transistorin lähtö syötetään toisen tuloon ja toisen transistorin lähtö puolestaan syötetään takaisin ensimmäisen tuloon. Tämä tarkoittaa, että kun virta alkaa virrata, se muodostuu nopeasti, kunnes molemmat transistorit ovat täysin päällä tai kyllästettyjä. Katsotaanpa pieni esimerkki:
Alla olevasta piiristä käytimme tässä TYN616-tyristoria.
- Kun portti on auki, määritetään kolme murtojännitettä pienimmälle eteenpäin suuntautuvalle jännitteelle, jolla tyristori johtaa voimakkaasti. Nyt suurin osa syöttöjännitteestä näkyy kuormitusvastuksen poikki. Pitovirta on suurin anodivirran portti, joka on auki, kun tapahtuu murtuminen.
- Kun portti OFF-tilassa, tyristori tarjoaa ääretön vastuksen kuin ON-tilassa, se tarjoaa erittäin alhaisen vastuksen, joka on välillä 0,010-10.
Laukaisutila
Normaalissa sammutustilassa SCR estää virran virtauksen sen läpi, mutta kun portti katodijännitteelle kasvaa ja ylittää tietyn tason, SCR kytkeytyy päälle ja johtaa kuten transistori. Yksi SCR: n tärkeä erityispiirre on, että kun se suoritetaan, se pysyy lukittuna ja jatkaa johtamista myös portin jännitteen poistamisen jälkeen. SCR pysyy päällä, kunnes laitteiden pitovirta laskee pieneen arvoon. Mutta jos portti saa sykkivän jännitteen ja sen läpi kulkeva virta on lukitusvirran alapuolella, SCR pysyy pois päältä -tilassa. SCR voidaan laukaista ilman positiivista jännitettä portissa. SCR on yleensä kytketty anodilla positiiviseen kiskoon ja katodi negatiiviseen kiskoon. Jos anodiin kohdistettu jännite kasvaa, laitteen kapasitiivinen kytkentä aiheuttaa varauksen porttiin ja SCR-liipaisimet. Tämän tyyppinen laukaisu ilman ulkoista porttivirtaa tunnetaan nimellä ”DV / dt-liipaisu”. Tämä tapahtuu yleensä virran ollessa kytkettynä. Tätä kutsutaan nopeusvaikutukseksi.
DV / dt-liipaisu ei kuitenkaan käynnistä SCR: ää kokonaan ja osittain laukaistu SCR kuluttaa paljon virtaa ja laite voi vahingoittua. DV / dt-liipaisun estämiseksi käytetään snubber-verkkoa. Toinen laukaisutapa on nostamalla SCR: n lähtöjännitettä sen nimellisen rikkoutumisjännitteen yläpuolelle. Eteenpäin suuntautuva jännitteen laukaisu tapahtuu, kun jännite SCR: n yli kasvaa sen portin ollessa auki. Tätä kutsutaan Avalanche-hajoamiseksi, jonka aikana laitteen risteys 2 hajoaa. Tämä käynnistää myös SCR: n osittain ja vahingoittaa laitetta. Joten jännitteen ei tulisi ylittää SCR: n nimellisjännitettä.
Kuinka kytkeä SCR pois päältä?
Kun SCR on kytketty päälle, se on johtavassa tilassa silloinkin kun portin virta on poistettu. Tämä on SCR-salpa. SCR voidaan kytkeä pois päältä käänteisellä liipaisulla. Se voidaan tehdä liittämällä negatiivinen jännite porttiin. Laite voidaan myös kytkeä pois päältä joko poistamalla anodivirta tai oikosulkemalla portti ja katodi hetkellisesti.
Tyristorin sovellukset:
Tyristoreja käytetään pääasiassa laitteissa, joissa vaaditaan suuritehoista, mahdollisesti korkeaan jännitteeseen yhdistettyä ohjausta. Niiden toiminta tekee niistä sopivia käytettäviksi keski- ja korkeajännitteisissä vaihtovirtalähteen ohjaussovelluksissa, esimerkiksi lampun himmennyksessä, ohjaimissa moottorin ohjaus .
Yksi SCR-releohjauksen sovellus SCR: n avulla:
Jos kytkintä S1 painetaan hetkellisesti, rele käynnistyy. Se voidaan sammuttaa painamalla S2.
Jos kytkin S1 korvataan LDR: llä ja R1 4,7 K: n esiasetuksella, rele syttyy, kun valo putoaa LDR: ään. Esiasetettu säädä liipaisupiste.
Jos kytkin S1 korvataan 4,7 K NTC (negatiivinen lämpötilakerroin) -termisterillä ja R1 1K-esiasetuksella, rele käynnistyy, kun lämpötila nousee. Esiasetettu säädä liipaisupiste.
Valokuvahaku:
- SCR-SYMBOLI wikimedia
