Sodobna močnostna elektronika se je zares začela s prihodom tiristorjev. Tiristorji so znani tudi kot silicij usmerjeni usmerniki ali SCR. To so štiri plastne in tri-polne polprevodniške naprave. In tiristorji so enosmerne naprave.
Silicijsko nadzorovani usmerniki so polprevodniške naprave, ki se običajno uporabljajo za nadzor velike moči v povezavi z visoko napetostjo. Zato te naprave najdejo uporabo v visokonapetostnih sistemih krmiljenja izmeničnega toka, vezjih za zatemnitev žarnic, regulacijskih vezjih itd. SCR najde tudi uporabo pri odpravljanju moči AC pri visokonapetostnem enosmernem prenosu. SCR pripada družini tiristorjev in pravzaprav je ime SCR trgovsko ime tiristorja iz General Electrics.
SCR je štirislojna naprava z izmeničnimi materiali tipa N in P. SCR je sestavljen iz štiriplastnega polprevodnika, ki tvori strukturo PNPN ali NPNP. Silicij se uporablja kot lastni polprevodnik, ki mu dodamo ustrezne dopinge. Ima tri terminale, imenovane anoda, katoda in vrata. Katoda je najmočneje dopirana, vrata in anoda pa manj dopirani. Osrednji sloj tipa N je le rahlo dopiran in je tudi debelejši od ostalih slojev, ki ga podpirajo, da podpira visoko blokirno napetost.
SCR ima tri križišča, in sicer J1, J2 in J3. Anoda je povezana z materialom tipa P strukture PNPN, katoda pa z materialom tipa N. Vrata so povezana z materialom tipa P v bližini katode.
To so enosmerne naprave in prevajajo tok samo v eno smer. To je od anode do katode. Sprožitev SCR se zgodi, ko njegova vrata dobijo pozitivno napetost. SCR se običajno uporablja v stikalnih aplikacijah, kot so relejski gonilniki, polnilci baterij itd.
Tiristor ima tri osnovna stanja:
Blokiranje v obratni smeri: V tem stanju tiristor blokira tok na enak način kot tok z obratno pristransko diodo.
Blokiranje naprej: V tem stanju je delovanje tiristorja je takšna, da blokira vodenje toka naprej, ki bi ga običajno prenašala naprej usmerjena dioda.
Vodenje naprej: V tem stanju se je tiristor sprožil v prevodnost. Prevod se bo nadaljeval, dokler tok ne pade pod mejno vrednost, znano kot zadrževalni tok.
Tiristorsko delovanje
SCR-SIMBOL
SCR začne izvajati prevod, ko je prednaklonjen naprej. V ta namen je katoda v negativnem položaju, anoda pa v pozitivni napetosti. Ko se na SCR nanese napetost prednapetosti, postaneta križišči J1 in J3 pristranski, medtem ko stičišče J2 postane obratno pristransko. Ko na vratih deluje pozitivna napetost, postane spoj J2 pristranski in SCR se vklopi.
Med delovanjem se tiristor lahko šteje za NPN in PNP tranzistor, ki je povezan nazaj in tvori pozitivno povratno zanko znotraj naprave. Tranzistor s svojim oddajnikom, povezanim s katodo tiristorja, je naprava NPN, medtem ko je tranzistor s svojim oddajnikom povezan z anodo tiristor je PNP naprava . Vrata so povezana z dnom tranzistorja NPN. Izhod enega tranzistorja se napaja na vhod drugega, izhod drugega tranzistorja pa nazaj na vhod prvega. To pomeni, da ko tok začne teči, se hitro kopiči, dokler oba tranzistorja nista popolnoma vklopljena ali nasičena. Poglejmo majhen primer:
Od spodnjega vezja smo tukaj uporabili tiristor TYN616.
- Ko so vrata odprta, se določijo tri preklopne napetosti glede na najmanjšo napetost naprej, pri kateri tiristor močno deluje. Zdaj se večina napajalne napetosti pojavlja v celotni obremenitvi. Zadrževalni tok je največja anodna tokovna vrata, ki so odprta ob prelomu.
- Ko vrata v izklopljenem stanju tiristor zagotavljajo neskončnost odpornosti kot v stanju vklopa, nudi zelo nizek upor, ki je v območju od 0,010 do 10.
Način sprožitve
V normalnem izklopljenem stanju SCR preprečuje tok toka skozi to, toda ko se napetost vrat na katodo poveča in preseže določeno raven, se SCR vklopi in vodi kot tranzistor. Pomembna posebnost SCR je, da po izvedbi ostane zaskočen in deluje še naprej, tudi ko je napetost vrat odstranjena. SCR ostane vklopljen, dokler zadrževalni tok naprav ne pade na nizko vrednost. Če pa vrata dobijo utripajočo napetost in je tok skozi njih pod zapornim tokom, bo SCR ostal v izklopljenem stanju. SCR se lahko sproži brez pozitivne napetosti na vratih. SCR je običajno povezan z anodo na pozitivno tirnico in katodo z negativno tirnico. Če se napetost na anodi poveča, kapacitivna sklopka v napravi povzroči naboj v vrata in sproži SCR. Ta vrsta proženja brez toka zunanjih vrat je znana kot 'DV / dt proženje'. Običajno se to zgodi ob vklopu. To se imenuje učinek hitrosti.
Toda sprožitev DV / dt ne bo vklopila SCR v celoti, delno sproženi SCR pa bo razpršil veliko energije in naprava se lahko poškoduje. Da bi preprečili sprožitev DV / dt, se uporablja snuber omrežje. Drug način proženja je s povečanjem naprej napetosti SCR nad nazivno napetostjo okvare. Sprožitev napetosti naprej se pojavi, ko se napetost na SCR poveča z odpiranjem vrat. To se imenuje 'plazovna okvara', med katero pride do okvare 2 okvare naprave. To tudi delno vklopi SCR in poškoduje napravo. Torej napetost ne sme presegati nazivne napetosti SCR.
Kako izklopiti SCR?
Ko je SCR vklopljen, bo v prevodnem načinu tudi po odstranitvi toka vrat. To je zapah SCR. SCR lahko izklopite s povratnim proženjem. To je mogoče storiti z uporabo negativne napetosti na vrata. Napravo lahko izklopite tudi tako, da odstranite anodni tok ali pa za trenutek zaprete vrata in katodo.
Uporabe tiristorja:
Tiristorji se večinoma uporabljajo v napravah, kjer se zahteva nadzor nad visoko močjo, po možnosti skupaj z visoko napetostjo. Zaradi njihovega delovanja so primerni za uporabo v srednje do visokonapetostnih aplikacijah za nadzor izmeničnega napajanja, na primer pri zatemnitvi žarnic, krmilnikih in krmiljenje motorja .
Ena uporaba SCR-nadzora releja z uporabo SCR:
Če na trenutek pritisnete stikalo S1, se vklopi rele. Izklopite ga lahko s pritiskom na S2.
Če stikalo S1 zamenjate z LDR in R1 s prednastavitvijo 4,7K, se bo rele vklopil, ko na LDR pade luč. Vnaprej nastavite sprožilno točko.
Če stikalo S1 zamenjamo s 4,7 K NTC (negativni temperaturni koeficient) termisterjem in R1 s prednastavitvijo 1K, se rele vklopi, ko se temperatura zviša. Vnaprej nastavite sprožilno točko.
Foto:
- SCR-SIMBOL avtor wikimedia
