Silikonowe prostowniki sterowane - podstawy, działanie i zastosowania

Wypróbuj Nasz Instrument Do Eliminowania Problemów





Nowoczesna elektronika mocy naprawdę zaczęła się wraz z pojawieniem się tyrystorów. Tyrystory są również znane jako prostowniki sterowane krzemem lub SCR. Są to czterowarstwowe i trójzaciskowe przyrządy półprzewodnikowe. A tyrystory są urządzeniami jednokierunkowymi.

Prostowniki sterowane krzemem to urządzenia półprzewodnikowe zwykle używane do sterowania dużą mocą sprzężoną z wysokim napięciem. Dlatego urządzenia te znajdują zastosowanie w układach sterowania wysokonapięciowym prądem przemiennym, obwodach ściemniaczy lamp, obwodach regulatorów itp. SCR znajduje również zastosowanie w prostowaniu prądu przemiennego o dużej mocy w przesyłaniu prądu stałego o wysokim napięciu. SCR należy do rodziny tyrystorów i tak naprawdę nazwa SCR to nazwa handlowa tyrystora firmy General Electrics.




SCR to czterowarstwowe urządzenie z naprzemiennymi materiałami typu N i P. SCR składa się z czterowarstwowego półprzewodnika, który tworzy strukturę PNPN lub NPNP. Krzem jest stosowany jako wewnętrzny półprzewodnik, do którego dodawane są odpowiednie domieszki. Ma trzy terminale zwane anodą, katodą i bramką. Katoda jest domieszkowana najsilniej, a brama i anoda są domieszkowane mniej. Środkowa warstwa typu N jest tylko lekko domieszkowana i jest również grubsza niż inne warstwy, dzięki czemu może wytrzymać wysokie napięcie blokujące.

SCR ma trzy połączenia, a mianowicie J1, J2 i J3. Anoda jest połączona z materiałem typu P struktury PNPN, podczas gdy katoda jest połączona z materiałem typu N. Bramka jest połączona z materiałem typu P w pobliżu katody.



Są to urządzenia jednokierunkowe i przewodzą prąd tylko w jednym kierunku. To jest od anody do katody. Wyzwolenie SCR ma miejsce, gdy jego bramka otrzyma dodatnie napięcie. SCR jest zwykle używany w aplikacjach przełączających, takich jak sterownik przekaźnika, ładowarki akumulatorów itp.

Tyrystor ma trzy podstawowe stany:


Odwróć blokowanie: W tym stanie tyrystor blokuje prąd w taki sam sposób, jak dioda o polaryzacji wstecznej.

Blokowanie do przodu: W tym stanie działanie tyrystora jest taki, że blokuje przewodzenie prądu do przodu, które normalnie byłoby przenoszone przez diodę spolaryzowaną do przodu.

Przewodzenie naprzód: W tym stanie tyrystor został pobudzony do przewodzenia. Będzie on przewodzić, dopóki prąd przewodzenia nie spadnie poniżej wartości progowej znanej jako prąd podtrzymania.

Operacja tyrystora

SYMBOL SCR

SYMBOL SCR

SCR rozpoczyna przewodzenie, gdy jest spolaryzowany do przodu. W tym celu katoda jest utrzymywana przy napięciu ujemnym, a anoda przy napięciu dodatnim. Kiedy napięcie polaryzacji do przodu jest przyłożone do tyrystora, złącze J1 i J3 zostaje polaryzowane do przodu, podczas gdy złącze J2 staje się polaryzowane do tyłu. Po przyłożeniu dodatniego napięcia do bramki złącze J2 staje się spolaryzowane do przodu i SCR włącza się.

TYRYSTOR

Podczas pracy tyrystor może być traktowany jako tranzystor NPN i PNP połączony plecami, tworząc pętlę dodatniego sprzężenia zwrotnego w urządzeniu. Tranzystor z emiterem podłączonym do katody tyrystora jest urządzeniem typu NPN, natomiast tranzystor z emiterem podłączonym do anody tyrystor jest urządzeniem PNP . Bramka jest podłączona do bazy tranzystora NPN. Wyjście jednego tranzystora jest podawane na wejście drugiego, a wyjście drugiego tranzystora jest z kolei zwracane na wejście pierwszego. Oznacza to, że gdy prąd zaczyna płynąć, szybko narasta, aż oba tranzystory zostaną w pełni włączone lub nasycone. Zobaczmy mały przykład:

Z poniższego obwodu użyliśmy tyrystora TYN616.

Obwód tyrystorowy

  • Gdy bramka jest otwarta, wyznaczane są trzy napięcia przebicia przy minimalnym napięciu przewodzenia, przy którym tyrystor silnie przewodzi. Teraz większość napięcia zasilania pojawia się na rezystancji obciążenia. Prąd trzymania to maksymalna bramka prądu anodowego, która jest otwarta, gdy nastąpi przebicie.
  • Gdy bramka w stanie OFF tyrystor zapewnia rezystancję nieskończoności niż w stanie ON, oferuje bardzo niską rezystancję, która mieści się w zakresie od 0,010 do 10.

Tryb wyzwalania

W normalnym stanie wyłączenia SCR zapobiega przepływowi prądu przez niego, ale gdy napięcie bramki do katody wzrasta i przekracza określony poziom, SCR włącza się i przewodzi jak tranzystor. Jedną z ważnych cech charakterystycznych SCR jest to, że po przeprowadzeniu pozostaje on zatrzaśnięty i nadal przewodzi nawet po usunięciu napięcia bramki. SCR pozostaje włączony, dopóki prąd trzymania urządzeń nie spadnie do niskiej wartości. Ale jeśli bramka otrzyma pulsujące napięcie, a prąd przez nią będzie niższy od prądu zatrzasku, tyrystor pozostanie w stanie wyłączonym. SCR może zostać wyzwolony bez dodatniego napięcia na bramce. SCR jest zwykle połączony z anodą do szyny dodatniej, a katoda do szyny ujemnej. Jeśli napięcie przyłożone do anody wzrasta, sprzężenie pojemnościowe w urządzeniu indukuje ładunek do bramki i wyzwala tyrystor. Ten rodzaj wyzwalania bez zewnętrznego prądu bramki jest znany jako „wyzwalanie DV / dt”. Zwykle ma to miejsce po włączeniu zasilania. Nazywa się to efektem szybkości.

Jednak wyzwolenie DV / dt nie włączy w pełni SCR, a częściowo wyzwolony SCR spowoduje rozproszenie dużej ilości mocy i urządzenie może ulec uszkodzeniu. Aby zapobiec wyzwalaniu DV / dt, używana jest sieć tłumiąca. Innym sposobem wyzwalania jest zwiększenie napięcia przewodzenia tyrystora powyżej jego znamionowego napięcia przebicia. Wyzwalanie napięciowe do przodu występuje, gdy napięcie na tyrystorze wzrasta wraz z otwarciem bramki. Nazywa się to „awarią lawinową”, podczas której następuje awaria połączenia 2 urządzenia. Spowoduje to również częściowe włączenie SCR i uszkodzenie urządzenia. Dlatego napięcie nie powinno przekraczać napięcia znamionowego tyrystora.

Jak wyłączyć SCR?

Po włączeniu SCR będzie w trybie przewodzenia nawet po usunięciu prądu bramki. To jest zatrzask SCR. SCR można wyłączyć za pomocą wyzwalania wstecznego. Można to zrobić, przykładając do bramki napięcie ujemne. Urządzenie można również wyłączyć poprzez usunięcie prądu anodowego lub chwilowe zwarcie bramki i katody.

Zastosowania tyrystora:

Tyrystory są stosowane głównie w urządzeniach, w których wymagane jest sterowanie dużą mocą, ewentualnie połączoną z wysokim napięciem. Ich działanie sprawia, że ​​nadają się do stosowania w aplikacjach do sterowania mocą prądu przemiennego średniego i wysokiego napięcia, na przykład do ściemniania lamp, sterowników kontrola silnika .

Jedno zastosowanie SCR - sterowanie przekaźnikiem za pomocą SCR:

PRZEKAŹNIK STEROWANY SCR

Jeśli przełącznik S1 zostanie chwilowo wciśnięty, przekaźnik się włączy. Można go wyłączyć, naciskając S2.

Jeśli przełącznik S1 zostanie zastąpiony LDR i R1 z ustawieniem 4,7 K, przekaźnik włączy się, gdy zapali się światło na LDR. Preset dostosowuje punkt wyzwalania.

Jeśli przełącznik S1 zostanie zastąpiony termostatem 4,7 K NTC (ujemny współczynnik temperaturowy) i R1 z ustawieniem 1 K, przekaźnik włączy się, gdy temperatura wzrośnie. Preset dostosowuje punkt wyzwalania.

Kredyt zdjęciowy: