Silicijski kontrolirani ispravljač

Silicijski kontrolirani ispravljač (SCR)

Silicijski kontrolirani ispravljač (SCR), poznat i kao tiristor, električna je komponenta velike snage. Ima prednosti male veličine, visoke učinkovitosti i dugog vijeka trajanja. U automatskim sustavima upravljanja može se koristiti kao pokretač velike snage za upravljanje uređajima velike snage s kontrolama male snage. Naširoko se koristi u sustavima za kontrolu brzine motora AC i DC, sustavima za regulaciju snage i servo sustavima.

Postoje dvije vrste tiristora: jednosmjerni tiristor i dvosmjerni tiristor. Dvosmjerni tiristor, poznat i kao dvosmjerni tiristor s tri priključka, skraćeno TRIAC. Dvosmjerni tiristor strukturno je ekvivalentan dvama jednosmjernim tiristorima spojenim obrnuto, a ova vrsta tiristora ima funkciju dvosmjernog provođenja. Njegovo stanje uključeno/isključeno određeno je kontrolnim polom G. Dodavanje pozitivnog (ili negativnog) impulsa kontrolnom polu G može učiniti da on radi u smjeru naprijed (ili nazad). Prednost ovog uređaja je u tome što je upravljački krug jednostavan i nema problema otpornosti na povratni napon, tako da je posebno prikladan za korištenje kao AC beskontaktni prekidač.

1 SCR struktura

Koristimo jednosmjerne tiristore, poznate i kao obični tiristori. Sastoje se od četiri sloja poluvodičkog materijala, s tri PN spoja i tri vanjske elektrode [Slika 2 (a)]: elektroda koja izlazi iz prvog sloja poluvodiča P-tipa naziva se anoda A, elektroda koja izlazi iz treći sloj poluvodiča P-tipa naziva se kontrolna elektroda G, a elektroda koja izlazi iz četvrtog sloja poluvodiča N-tipa naziva se katoda K. Iz elektroničkog simbola tiristora [Sl. 2 (b)], možemo vidjeti da se radi o jednosmjernom vodljivom uređaju poput diode. Ključ je dodati kontrolnu elektrodu G, zbog čega ima potpuno drugačije radne karakteristike od diode.

Četveroslojni troterminalni uređaj P1N1P2N2, temeljen na monokristalu silicija kao osnovnom materijalu, započeo je 1957. Zbog svojih karakteristika sličnih vakuumskim tiristorima, obično se međunarodno naziva silicijski tiristori, skraćeno tiristori T. Dodatno, jer tiristori izvorno korišteni u statičkom ispravljanju, također su poznati kao silikonski kontrolirani ispravljački elementi, skraćeno kao tiristorski SCR.

Što se tiče performansi, silikonski kontrolirani ispravljač ne samo da ima jednostruku vodljivost, već ima i vrijedniju mogućnost upravljanja od silicijskih komponenata ispravljača (poznatih kao"mrtvi silicij"). Ima samo dva stanja: uključeno i isključeno.

Tiristor može upravljati elektromehaničkom opremom velike snage s strujom razine miliampera. Ako se ova snaga prekorači, prosječna dozvoljena struja će se smanjiti zbog značajnog povećanja prekidanja komponenata. U ovom trenutku, nominalna struja bi trebala biti smanjena za korištenje.

Postoje mnoge prednosti tiristora, kao što je kontrola velike snage s malom snagom, a faktor pojačanja snage može doseći nekoliko stotina tisuća puta; Izuzetno brz odziv, paljenje i gašenje unutar mikrosekundi; Bez kontaktnog rada, bez iskrenja, bez buke; Visoka učinkovitost, niska cijena itd.

Tiristori se uglavnom klasificiraju prema izgledu kao u obliku vijka, u obliku ravne ploče i u obliku ravnog dna.

Struktura komponenti tiristora

Bez obzira na izgled tiristora, njihova jezgra je četveroslojna P1N1P2N2 struktura sastavljena od P-tipa silicija i N-tipa silicija. Pogledajte sliku 1. Ima tri PN spoja (J1, J2, J3), s anodom A uvedenom iz sloja P1 strukture J1, katodom K uvedenom iz sloja N2 i kontrolnom elektrodom G uvedenom iz sloja P2. Stoga je to četveroslojni poluvodički uređaj s tri terminala.

2 princip rada

Strukturni elementi

Tiristor je P1N1P2N2 četveroslojni tri terminalni strukturni element s tri PN spoja. Kada se analizira princip, može se smatrati da se sastoji od PNP tranzistora i NPN tranzistora, a njegov ekvivalentni dijagram prikazan je na desnoj slici. Dvosmjerni tiristor: Dvosmjerni tiristor je silicijski kontrolirani ispravljački uređaj, također poznat kao TRIAC. Ovaj uređaj može postići beskontaktno upravljanje izmjeničnom strujom u krugovima, kontrolirajući velike struje s malim strujama. Njegove prednosti su odsustvo iskrenja, brzo djelovanje, dug životni vijek, visoka pouzdanost i pojednostavljena struktura kruga. Po izgledu, dvosmjerni tiristor je vrlo sličan običnom tiristoru, s tri elektrode. Međutim, osim jedne elektrode G, koja se još uvijek naziva kontrolnom elektrodom, druge dvije elektrode obično se više ne nazivaju anoda i katoda, već se zajednički nazivaju glavne elektrode Tl i T2. Njegov simbol se također razlikuje od simbola običnih tiristora, koji se crta obrnutim spajanjem dvaju tiristora zajedno, kao što je prikazano na slici 2. Njegov model općenito je predstavljen s"3CTS"ili"KS"u Kini; Strani podaci također mogu biti predstavljeni s 'TRIAC'. Specifikacije, modeli, izgled i raspored pinova elektrode dvosmjernog tiristora razlikuju se ovisno o proizvođaču, ali većina pinova elektrode je raspoređena slijeva na desno redoslijedom T1, T2 i G (promatrano, pinovi elektrode su okrenuta prema dolje i okrenuta prema strani označenoj znakovima). Izgled i raspored pinova elektrode najčešćeg dvosmjernog tiristora s plastičnom inkapsuliranom strukturom na tržištu prikazani su na slici 1.

3 SCR karakteristike

Kako bismo intuitivno razumjeli karakteristike rada tiristora, pogledajmo ovu nastavnu ploču (slika 3). Tiristor VS spojen je u seriju s malom žaruljom EL i spojen na istosmjerno napajanje preko sklopke S. Imajte na umu da je anoda A spojena na pozitivni pol napajanja, katoda K je spojena na negativni pol napajanja. napajanje, a upravljačka elektroda G spojena je na pozitivni pol 1,5 V DC napajanja preko prekidača SB (ovdje se koriste tiristori tipa KP1, a ako se koriste tiristori tipa KP5, treba ih spojiti na pozitivni pol 3V DC napajanje). Način spajanja tiristora i izvora napajanja naziva se prednja veza, što znači da se pozitivni napon dovodi i na anodni i na upravljački pol tiristora. Uključite strujni prekidač S, ali mala žaruljica ne svijetli, što znači da tiristor ne vodi; Ponovno pritisnite prekidač SB za unos napona okidanja na upravljački pol. Zasvijetli mala žaruljica, što znači da tiristor provodi. Kakvu nam je inspiraciju dao ovaj demonstracijski eksperiment?

Ovaj nam pokus govori da je da bi tiristor bio vodljiv, jedan je primijeniti napon naprijed između njegove anode A i katode K, a drugi je unijeti napon naprijed okidača između njegove kontrolne elektrode G i katode K. Nakon što se tiristor okrene uključeno, otpustite prekidač, uklonite napon okidanja i zadržite stanje vodljivosti.

4 Karakteristike SCR-a

Na dodir. Međutim, ako se na anodu ili upravljačku elektrodu dovede obrnuti napon, tiristor ne može provoditi. Funkcija upravljačkog pola je da uključi tiristor primjenom okidačkog impulsa naprijed, ali se ne može isključiti. Dakle, koja se metoda može koristiti za isključivanje vodljivog tiristora? Isključivanjem vodljivog tiristora, napajanje anode (prekidač S na slici 3) može se isključiti ili se anodna struja može smanjiti na minimalnu vrijednost potrebnu za održavanje kontinuiteta (naziva se struja održavanja). Ako između anode i katode tiristora postoji izmjenični napon ili pulsirajući istosmjerni napon, tiristor će se automatski isključiti kada napon prijeđe nulu.

Vrsta aplikacije

Slika 4 prikazuje karakterističnu krivulju dvosmjernog tiristora.

Kao što je prikazano na slici, karakteristična krivulja dvosmjernog tiristora sastoji se od krivulja unutar prvog i trećeg kvadranta. Krivulja u prvom kvadrantu pokazuje da kada napon primijenjen na glavnu elektrodu uzrokuje da Tc ima pozitivan polaritet prema T1, to se naziva prednji napon i predstavlja simbol U21. Kada se ovaj napon postupno povećava do napona zakretne točke UBO, tiristor na lijevoj strani slike 3 (b) pokreće kondukciju, a struja uključenog stanja u ovom trenutku je I21, teče od T2 do Tl. Iz slike je vidljivo da što je veća struja okidanja, to je manji napon okretanja. Ova situacija je u skladu s okidačkim zakonom vodljivosti običnog tiristora. Kada napon primijenjen na glavnu elektrodu uzrokuje da Tl ima pozitivan polaritet prema T2, to se naziva obrnutim naponom i predstavlja se simbolom U12. Kada ovaj napon dosegne vrijednost napona zakretne točke, tiristor na desnoj strani slike 3 (b) pokreće vodljivost, a struja u tom trenutku je I12, sa smjerom od T1 do T2. U ovom trenutku, karakteristična krivulja dvosmjernog tiristora prikazana je u trećem kvadrantu slike 4.

Četiri metode pokretanja

S obzirom na to da se na glavnoj elektrodi dvosmjernog tiristora može aktivirati i voditi neovisno o tome je li doveden napon naprijed ili natrag, te je li signal okidača naprijed ili natrag, on ima sljedeća četiri načina aktiviranja: ( 1) Kada je napon koji glavna elektroda T2 primjenjuje na Tl napon prema naprijed, napon koji primjenjuje kontrolna elektroda G na prvu elektrodu Tl također je signal okidača prema naprijed (Slika 5a). Nakon što dvosmjerni tiristor pokrene provođenje, smjer struje I2l teče od T2 do T1. Iz karakteristične krivulje vidljivo je da se zakon provođenja dvosmjernog tiristorskog okidača odvija prema karakteristikama drugog kvadranta, a budući da je okidački signal u smjeru prema naprijed, ovaj se okidač naziva"prvi kvadrant naprijed okidač"ili metoda Ja+okidač. (2) Ako se prednji napon još uvijek primjenjuje na glavnu elektrodu T2 i signal okidača se promijeni u obrnuti signal (Slika 5b), tada nakon što dvosmjerni tiristor pokrene provođenje, smjer struje uključenog stanja je i dalje od T2 do T1. Ovaj okidač nazivamo"negativni okidač prvog kvadranta"ili metoda I-triggera. (3) Dvije glavne elektrode primijenjene su s reverznim naponom U12 (slika 5c), a ulazni je signal okidanja prema naprijed. Nakon uključivanja dvosmjernog tiristora struja uključenog stanja teče od T1 do T2. Dvosmjerni tiristor radi prema karakterističnoj krivulji trećeg kvadranta, pa se ovaj triger naziva III+trigger metoda. (4) Dvije glavne elektrode i dalje primjenjuju reverzni napon U12, a ulaz je reverzni okidački signal (Slika 5d). Nakon što je dvosmjerni tiristor uključen, struja uključenog stanja i dalje teče od T1 do T2. Ovaj okidač naziva se III dodir

(4) Dvije glavne elektrode i dalje primjenjuju reverzni napon U12, a ulaz je reverzni okidački signal (Slika 5d). Nakon što je dvosmjerni tiristor uključen, struja uključenog stanja i dalje teče od T1 do T2. Ovaj okidač naziva se III triger metoda. Iako dvosmjerni tiristor ima gore navedene četiri metode okidanja, napon okidanja i struja potrebni za okidanje negativnog signala su relativno mali. Rad je relativno pouzdan, pa se metode negativnog okidanja široko koriste u praktičnoj uporabi.

5 Svrha

Najosnovnija uporaba običnih tiristora je upravljivo ispravljanje. Poznati krug diodnog ispravljača pripada krugu neupravljivog ispravljača. Ako se dioda zamijeni tiristorom, može se formirati upravljivi ispravljački krug. Uzimajući kao primjer najjednostavniji jednofazni poluvalni krug ispravljača koji se može kontrolirati, tijekom pozitivnog poluciklusa sinusoidnog izmjeničnog napona U2, ako kontrolni pol VS ne unese okidački impuls Ug, VS još uvijek ne može provoditi. Tek kada je U2 u pozitivnom poluperiodu i okidački impuls Ug se primijeni na upravljački pol, tiristor se pokreće za vođenje. Nacrtajte njegove valne oblike (c) i (d) i tek kada stigne okidački impuls Ug, pojavit će se napon UL na opterećenju RL. Ug dolazi rano, a vrijeme provođenja tiristora je rano; Ug je stigao kasno, a vrijeme provođenja tiristora je bilo kasnije. Promjenom vremena dolaska okidajućeg impulsa Ug na upravljački pol može se podešavati prosječni izlazni napon UL na trošilu. U električnoj tehnologiji poluciklus izmjenične struje često se postavlja na 180°, poznat kao električni kut. Na taj način, električni kut koji se javlja tijekom svakog pozitivnog poluciklusa U2 od nule do trenutka dolaska okidačkog impulsa naziva se kontrolnim kutom α； Električni kut pod kojim tiristor provodi unutar svakog pozitivnog poluciklusa naziva se kut vodljivosti θ 。 Očito, α i θ Oba se koriste za predstavljanje vodljivosti ili raspona blokiranja tiristora tijekom pola ciklusa otpornog napona prema naprijed. Promjenom kuta upravljanja α ili kuta vodljivosti θ， Promjenom prosječne vrijednosti UL impulsnog istosmjernog napona na opterećenju, postiže se kontrolirano ispravljanje.

1: Dvosmjerni silicijski kontrolirani ispravljač niske snage u plastičnoj kapsuli obično se koristi kao akustooptički sustav rasvjete. Nazivna struja: IA je manja od 2A.

2: Veliko; Plastično zabrtvljeni i željezom zabrtvljeni tiristori srednje snage obično se koriste kao krugovi regulacije napona koji se mogu kontrolirati. Poput podesivog izlaznog napona istosmjernog napajanja itd.

3: Visokofrekventni tiristor velike snage obično se koristi u industriji; Visokofrekventna peć za taljenje, itd