Silikon kontrollü doğrultucu

Silikon Kontrollü Doğrultucu (SCR)

Tristör olarak da bilinen Silikon Kontrollü Doğrultucu (SCR), yüksek güçlü bir elektrik bileşenidir. Küçük boyut, yüksek verimlilik ve uzun servis ömrü gibi avantajlara sahiptir. Otomatik kontrol sistemlerinde, düşük güçlü kontrollerle yüksek güçlü cihazları kontrol etmek için yüksek güçlü bir sürücü olarak kullanılabilir. AC ve DC motor hız kontrol sistemlerinde, güç düzenleme sistemlerinde ve servo sistemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

İki tip tristör vardır: tek yönlü tristör ve çift yönlü tristör. Üç terminalli çift yönlü tristör olarak da bilinen çift yönlü tristör, TRIAC olarak kısaltılır. Çift yönlü tristör yapısal olarak ters bağlanmış iki tek yönlü tristöre eşdeğerdir ve bu tip tristör çift yönlü iletim fonksiyonuna sahiptir. Açık/kapalı durumu, kontrol kutbu G tarafından belirlenir. Kontrol kutbu G'ye pozitif (veya negatif) bir darbe eklenmesi, bunun ileri (veya geri) yönde hareket etmesini sağlayabilir. Bu cihazın avantajı, kontrol devresinin basit olması ve ters gerilime dayanma sorununun olmamasıdır, dolayısıyla AC temassız anahtar olarak kullanıma özellikle uygundur.

1 SCR yapısı

Sıradan tristörler olarak da bilinen tek yönlü tristörleri kullanıyoruz. Bunlar, üç PN eklemi ve üç harici elektrot içeren dört yarı iletken malzeme katmanından oluşurlar [Şekil 2 (a)]: P-tipi yarı iletkenin ilk katmanından çıkan elektrota anot A adı verilir, elektrot ise anot A olarak adlandırılır. P-tipi yarı iletkenin üçüncü katmanına kontrol elektrotu G adı verilir ve N-tipi yarı iletkenin dördüncü katmanından çıkan elektrota katot K denir. Tristörün Elektronik sembolünden [Şek. Şekil 2 (b)], diyot gibi tek yönlü iletken bir cihaz olduğunu görebiliriz. Önemli olan, diyottan tamamen farklı çalışma özelliklerine sahip olmasını sağlayan bir kontrol elektrodu G eklemektir.

Temel malzeme olarak silikon tek kristali temel alan P1N1P2N2 dört katmanlı üç terminal cihazı 1957'de kullanılmaya başlandı. Vakum tristörlerine benzer özellikleri nedeniyle, uluslararası alanda genellikle tristör T olarak kısaltılan silikon tristörler olarak anılır. Başlangıçta statik doğrultmada kullanıldılar, aynı zamanda tristör SCR olarak kısaltılan silikon kontrollü doğrultucu elemanlar olarak da bilinirler.

Performans açısından, silikon kontrollü doğrultucu yalnızca tek iletkenliğe sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda silikon doğrultucu bileşenlerinden (yaygın olarak bilinen) daha değerli kontrol edilebilirliğe sahiptir."ölü silikon"). Yalnızca iki durumu vardır: açık ve kapalı.

Tristör, miliamper seviyesindeki akımla yüksek güçlü elektromekanik ekipmanı kontrol edebilir. Bu gücün aşılması durumunda, bileşen anahtarlama kaybının önemli ölçüde artması nedeniyle geçmesine izin verilen ortalama akım azalacaktır. Bu sırada nominal akımın kullanım için düşürülmesi gerekir.

Tristörün düşük güçle yüksek gücü kontrol etmek gibi birçok avantajı vardır ve güç yükseltme faktörü birkaç yüz bin kata ulaşabilir; Son derece hızlı yanıt, mikrosaniyeler içinde açılıp kapanma; Temassız çalışma, kıvılcım yok, gürültü yok; Yüksek verimlilik, düşük maliyet vb.

Tristörler esas olarak görünüm açısından cıvata şekilli, düz plaka şekilli ve düz tabanlı şekilli olarak sınıflandırılır.

Tristör bileşenlerinin yapısı

Tristörün görünümü ne olursa olsun çekirdeği, P tipi silikon ve N tipi silikondan oluşan dört katmanlı bir P1N1P2N2 yapısıdır. Bkz. Şekil 1. J1 yapısının P1 katmanından eklenen anot A, N2 katmanından eklenen katot K ve P2 katmanından eklenen kontrol elektrotu G ile üç PN bağlantısına (J1, J2, J3) sahiptir. Bu nedenle dört katmanlı, üç terminalli bir yarı iletken cihazdır.

2 çalışma prensibi

Yapısal elemanlar

Tristör, üç PN bağlantı noktasına sahip bir P1N1P2N2 dört katmanlı üç terminalli yapısal elemandır. Prensibi analiz ederken, bir PNP transistörü ve bir NPN transistöründen oluştuğu kabul edilebilir ve eşdeğer diyagramı sağdaki şekilde gösterilmiştir. Çift yönlü tristör: Çift yönlü tristör, TRIAC olarak da bilinen silikon kontrollü bir doğrultucu cihazdır. Bu cihaz, küçük akımlarla büyük akımları kontrol ederek devrelerdeki AC gücünün temassız kontrolünü sağlayabilir. Kıvılcım çıkarmama, hızlı hareket etme, uzun servis ömrü, yüksek güvenilirlik ve basitleştirilmiş devre yapısı gibi avantajlara sahiptir. Görünüş itibariyle çift yönlü tristör, üç elektrotlu sıradan tristöre çok benzer. Bununla birlikte, hala kontrol elektrodu olarak adlandırılan bir elektrot G dışında, diğer iki elektrot genellikle artık anot ve katot olarak adlandırılmaz, topluca ana elektrotlar Tl ve T2 olarak anılır. Sembolü de Şekil 2'de gösterildiği gibi iki tristörün birbirine bağlanmasının ters çevrilmesiyle çizilen sıradan tristörlerden farklıdır. Modeli genel olarak şu şekilde temsil edilir:"3CTS"veya"KS"Çin'de; Yabancı veriler aynı zamanda 'TRIAC' ​​ile de temsil edilebilir. Çift yönlü tristörün özellikleri, modelleri, görünümü ve elektrot pimi düzeni üreticiye bağlı olarak değişir, ancak elektrot pimlerinin çoğu soldan sağa T1, T2 ve G sırasına göre düzenlenmiştir (gözlendiğinde elektrot pimleri aşağı bakacak ve karakterlerle işaretlenmiş tarafa bakacak şekilde). Piyasadaki en yaygın plastik kapsüllü yapıya sahip çift yönlü tristörün görünümü ve elektrot pimi düzeni Şekil 1'de gösterilmektedir.

3 SCR Özellikleri

Tristörlerin çalışma özelliklerini sezgisel olarak anlayabilmek için gelin bu öğretim panosuna bir göz atalım (Şekil 3). Tristör VS, küçük ampul EL ile seri olarak bağlanır ve S anahtarı aracılığıyla DC güç kaynağına bağlanır. Anot A'nın güç kaynağının pozitif kutbuna, katot K'nın ise gücün negatif kutbuna bağlı olduğuna dikkat edin. besleme ve kontrol elektrodu G, SB buton anahtarı aracılığıyla 1,5V DC güç kaynağının pozitif kutbuna bağlanır (burada KP1 tipi tristörler kullanılır, KP5 tipi tristörler kullanılıyorsa, cihazın pozitif kutbuna bağlanmalıdır). 3V DC güç kaynağı). Tristör ile güç kaynağı arasındaki bağlantı yöntemine ileri bağlantı adı verilir; bu, tristörün hem anot hem de kontrol kutuplarına pozitif voltajın uygulanması anlamına gelir. Güç anahtarını S açın, ancak küçük ampul yanmıyor, bu da tristörün iletken olmadığını gösteriyor; Kontrol kutbuna bir tetikleme voltajı girişi yapmak için SB düğme anahtarına tekrar basın. Küçük ampul yanarak tristörün iletimde olduğunu gösterir. Bu gösteri deneyi bize nasıl bir ilham verdi?

Bu deney bize, tristörü iletken hale getirmek için birinin anot A ile katot K arasına ileri bir voltaj uygulaması, diğerinin ise kontrol elektrodu G ile katot K arasına bir ileri tetikleme voltajı girmesi gerektiğini söyler. Tristör döndürüldükten sonra açın, düğme anahtarını bırakın, tetikleme voltajını kaldırın ve yine de iletim durumunu koruyun.

SCR'nin 4 Özellikleri

Bir dokunuşla. Ancak anoda veya kontrol elektroduna ters voltaj uygulanırsa tristör iletemez. Kontrol kutbunun işlevi, ileri tetikleme darbesi uygulayarak tristörü açmaktır ancak kapatılamaz. Peki iletken tristörü kapatmak için hangi yöntem kullanılabilir? İletken tristör kapatılarak, anot güç kaynağının (Şekil 3'teki S anahtarı) bağlantısı kesilebilir veya anot akımı, sürekliliği korumak için gereken minimum değere (bakım akımı olarak adlandırılır) azaltılabilir. Tristörün anot ve katodu arasında uygulanan bir AC voltajı veya darbeli DC voltajı varsa, voltaj sıfırı geçtiğinde tristör otomatik olarak kapanacaktır.

Başvuru Türü

Şekil 4 çift yönlü tristörün karakteristik eğrisini göstermektedir.

Şekilde görüldüğü gibi çift yönlü tristörün karakteristik eğrisi birinci ve üçüncü kadrandaki eğrilerden oluşur. Birinci çeyrekteki eğri, ana elektroda uygulanan voltajın Tc'nin T1'e doğru pozitif bir polariteye sahip olmasına neden olduğu zaman, bunun ileri voltaj olarak adlandırıldığını ve U21 sembolü ile temsil edildiğini gösterir. Bu voltaj yavaş yavaş UBO dönüm noktası voltajına yükseldiğinde, Şekil 3(b)'nin sol tarafındaki tristör iletimi tetikler ve bu anda açık durum akımı T2'den Tl'ye akan I21'dir. Şekilden, tetikleme akımı ne kadar büyük olursa, dönüş voltajının o kadar düşük olduğu görülebilir. Bu durum sıradan tristörün tetikleyici iletim yasasıyla tutarlıdır. Ana elektroda uygulanan voltaj Tl'nin T2'ye doğru pozitif polariteye sahip olmasına neden olduğunda buna ters voltaj adı verilir ve U12 sembolüyle temsil edilir. Bu gerilim dönüm noktası gerilim değerine ulaştığında Şekil 3(b)'nin sağ tarafındaki tristör iletimi tetikler ve bu andaki akım T1'den T2'ye doğru I12'dir. Bu noktada çift yönlü tristörün karakteristik eğrisi Şekil 4'ün üçüncü çeyreğinde gösterilmektedir.

Dört tetikleme yöntemi

Çift yönlü tristörün ana elektrodu üzerinde, ileri veya geri gerilim uygulanmasına ve tetikleme sinyalinin ileri veya geri olmasına bakılmaksızın tetiklenip iletilebilmesi nedeniyle aşağıdaki dört tetikleme yöntemine sahiptir: ( 1) Ana elektrot T2'nin Tl'ye uyguladığı voltaj ileri voltaj olduğunda, kontrol elektrotu G'nin birinci elektrot Tl'ye uyguladığı voltaj da ileri tetikleme sinyalidir (Şekil 5a). Çift yönlü tristör iletimi tetikledikten sonra I21 akımının yönü T2'den T1'e akar. Karakteristik eğriden çift yönlü tristör tetikleyicisinin iletim yasasının ikinci çeyreğin özelliklerine göre gerçekleştirildiği ve tetik sinyali ileri yönde olduğu için bu tetikleyiciye tetikleyici adı verildiği görülmektedir."ilk çeyrek ileri tetik"veya I+trigger yöntemi. (2) Eğer ana elektrot T2'ye hala ileri voltaj uygulanıyorsa ve tetikleme sinyali ters sinyale değiştirilirse (Şekil 5b), çift yönlü tristör iletimi tetikledikten sonra, açık durum akımının yönü hala T2'den T2'ye olur. T1. Biz buna tetikleyici diyoruz"ilk çeyrek negatif tetikleyici"veya I-trigger yöntemi. (3) İki ana elektrot U12 ters voltajıyla uygulanır (Şekil 5c) ve ileri tetikleme sinyali girişi yapılır. Çift yönlü tristör açıldıktan sonra açık durum akımı T1'den T2'ye akar. Çift yönlü tristör üçüncü çeyrek karakteristik eğrisine göre çalışır, dolayısıyla bu tetiklemeye III+tetikleme yöntemi adı verilir. (4) İki ana elektrot hala U12 ters voltajını uyguluyor ve giriş bir ters tetikleme sinyalidir (Şekil 5d). Çift yönlü tristör açıldıktan sonra açık durum akımı hala T1'den T2'ye akar. Bu tetikleyiciye III dokunuşu denir

(4) İki ana elektrot hala U12 ters voltajını uyguluyor ve giriş bir ters tetikleme sinyalidir (Şekil 5d). Çift yönlü tristör açıldıktan sonra açık durum akımı hala T1'den T2'ye akar. Bu tetikleyiciye III tetikleme yöntemi denir. Çift yönlü tristör yukarıdaki dört tetikleme yöntemine sahip olmasına rağmen, negatif sinyal tetiklemesi için gereken tetikleme voltajı ve akımı nispeten küçüktür. Çalışma nispeten güvenilirdir, bu nedenle negatif tetikleme yöntemleri pratik kullanımda yaygın olarak kullanılmaktadır.

5 Amaç

Sıradan tristörlerin en temel kullanımı kontrol edilebilir düzeltmedir. Tanıdık diyot doğrultucu devresi, kontrol edilemeyen bir doğrultucu devresine aittir. Diyotun yerine tristör konulursa kontrol edilebilir bir doğrultucu devresi oluşturulabilir. En basit tek fazlı yarım dalga kontrol edilebilir doğrultucu devresini örnek olarak alırsak, sinüzoidal AC voltajı U2'nin pozitif yarı döngüsü sırasında, eğer VS'nin kontrol kutbu Ug tetikleme darbesini girmezse, VS yine de iletemez. Sadece U2 pozitif yarı döngüde olduğunda ve kontrol kutbuna Ug tetikleme darbesi uygulandığında tristör iletime geçmek üzere tetiklenir. Dalga formlarını (c) ve (d) çizin ve yalnızca Ug tetikleme darbesi geldiğinde, RL yükünde voltaj UL çıkışı olacaktır. Ug erken gelir ve tristörün iletim süresi erkendir; Ug geç geldi ve tristörün iletim süresi daha geç oldu. Tetikleme darbesi Ug'nin kontrol kutbuna ulaştığı zamanı değiştirerek, yükteki ortalama çıkış voltajı UL ayarlanabilir. Elektrik teknolojisinde, alternatif akımın yarım döngüsü genellikle elektrik açısı olarak bilinen 180°'ye ayarlanır. Bu şekilde, U2'nin sıfırdan tetikleme darbesinin geldiği ana kadar her pozitif yarı döngüsü sırasında yaşanan elektriksel açıya kontrol açısı α denir; Tristörün her pozitif yarı döngüde ilettiği elektriksel açıya iletim açısı θ denir. Açıkçası, α ve θ Her ikisi de, ileri gerilime dayanmanın yarım döngüsü sırasında tristörlerin iletim veya blokaj aralığını temsil etmek için kullanılır. Kontrol açısını (α) veya iletim açısını (θ) değiştirerek, yükteki darbe DC voltajının ortalama UL değerini değiştirerek, kontrol edilebilir düzeltme elde edilir.

Şekil 1: Düşük güçlü plastik kapsüllü çift yönlü silikon kontrollü redresör, akustik optik aydınlatma sistemi olarak yaygın olarak kullanılır. Anma akımı: IA 2A'dan azdır.

2: Büyük; Orta güçlü plastik sızdırmaz ve demir sızdırmaz tristörler, güç tipi kontrol edilebilir voltaj düzenleme devreleri olarak yaygın olarak kullanılır. Ayarlanabilir voltaj çıkışı DC güç kaynağı vb. gibi.

3: Yüksek güçlü, yüksek frekanslı tristör endüstride yaygın olarak kullanılır; Yüksek frekanslı eritme fırını vb.