Electronica modernă de putere a început cu adevărat odată cu apariția tiristorilor. Tiristoarele sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de redresoare controlate cu siliciu sau SCR-uri. Acestea sunt patru dispozitive semiconductoare stratificate și cu trei terminale. Și tiristoarele sunt dispozitive unidirecționale.
Redresoarele controlate cu siliciu sunt dispozitive semiconductoare utilizate în mod obișnuit pentru a controla puterea mare cuplată cu tensiunea înaltă. Prin urmare, aceste dispozitive găsesc aplicații în sistemele de control al puterii de înaltă tensiune CA, circuitele de reglare a lămpii, circuitele de reglare etc. SCR își găsește aplicația și în rectificarea curentului alternativ de mare putere în transmisia de curent continuu de înaltă tensiune. SCR aparține familiei de tiristoare și, de fapt, numele SCR este denumirea comercială a tiristorului de la General Electrics.
SCR este un dispozitiv cu patru straturi cu materiale alternante de tip N și P. SCR constă dintr-un strat de patru semiconductori care formează structura PNPN sau NPNP. Siliciul este folosit ca semiconductor intrinsec, la care se adaugă dopanții corespunzători. Are trei terminale numite anod, catod și poartă. Catodul este cel mai puternic dopat, iar poarta și anodul sunt mai puțin puternic dopați. Stratul central de tip N este doar ușor dopat și este, de asemenea, mai gros decât celelalte straturi, permițându-l să susțină o tensiune de blocare ridicată.
SCR are trei joncțiuni și anume J1, J2 și J3. Anodul este conectat la materialul de tip P al structurii PNPN în timp ce catodul este conectat la materialul de tip N. Poarta este conectată la materialul de tip P aproape de catod.
Acestea sunt dispozitive unidirecționale și conduc curentul doar într-o singură direcție. Adică de la Anod la Catod. Declanșarea SCR are loc atunci când poarta sa capătă o tensiune pozitivă. SCR este utilizat în general în aplicații de comutare, cum ar fi driverul de releu, încărcătoarele de baterii etc.
Tiristorul are trei stări de bază:
Blocare inversă: În această stare, tiristorul blochează curentul în același mod cu cel al unei diode cu polarizare inversă.
Blocare directă: În această stare, operație tiristorică este de așa natură încât blochează conducția de curent înainte care ar fi transportată în mod normal de o diodă orientată înainte.
Conducere înainte: În această stare, tiristorul a fost declanșat în conducție. Acesta va rămâne direcționat până când curentul direct scade sub o valoare prag cunoscută sub numele de curent de reținere.
Funcționarea tiristorului
SCR-SIMBOL
SCR începe conducerea atunci când este polarizat înainte. În acest scop, catodul este menținut la un nivel negativ și anod la tensiune pozitivă. Atunci când tensiunea de polarizare directă este aplicată SCR, joncțiunea J1 și J3 devin polarizate înainte, în timp ce joncțiunea J2 devine polarizată inversă. Când se aplică o tensiune pozitivă la poartă, joncțiunea J2 devine polarizată înainte și SCR se aprinde.
În funcțiune, tiristorul poate fi considerat tranzistor NPN și PNP conectat spate în spate, formând o buclă de feedback pozitivă în interiorul dispozitivului. Tranzistorul cu emițătorul său conectat la catodul tiristorului este un dispozitiv NPN în timp ce tranzistorul cu emițătorul său conectat la anodul tiristorul este un dispozitiv PNP . Poarta este conectată la baza tranzistorului NPN. Ieșirea unui tranzistor este alimentată la intrarea celui de-al doilea, iar ieșirea celui de-al doilea tranzistor este, la rândul său, alimentată înapoi la intrarea primului. Aceasta înseamnă că, atunci când un curent începe să curgă, se acumulează rapid până când ambii tranzistori sunt complet aprinși sau saturați. Să vedem un mic exemplu:
Din circuitul de mai jos, aici am folosit un tiristor TYN616.
- Când poarta este deschisă, se determină trei tensiuni de rupere la tensiunea minimă de avans la care tiristorul conduce puternic. Acum, cea mai mare parte a tensiunii de alimentare apare peste rezistența la sarcină. Curentul de reținere este poarta de curent de anod maxim care este deschisă atunci când are loc o rupere.
- Când poarta în starea OFF, tiristorul oferă rezistență la infinit decât în starea ON, oferă o rezistență foarte mică, care este în intervalul de la 0,010 la 10.
Mod de declanșare
În starea normală de oprire, SCR previne fluxul de curent prin acesta, dar când poarta către tensiunea catodului crește și depășește un anumit nivel, SCR se aprinde și se comportă ca un tranzistor. O particularitate importantă a SCR este că, odată ce este efectuată, rămâne blocată și continuă să conducă chiar și după ce tensiunea porții este eliminată. SCR rămâne aprins până când curentul de menținere al dispozitivelor scade la o valoare scăzută. Dar dacă poarta obține o tensiune pulsatorie și curentul prin ea este sub curentul de blocare, SCR va rămâne în starea oprită. SCR poate fi declanșat fără o tensiune pozitivă la poartă. SCR este de obicei conectat cu anodul la șina pozitivă și catodul la șina negativă. Dacă tensiunea aplicată la anod crește, cuplajul capacitiv din dispozitiv induce încărcarea în poartă și declanșatoarele SCR. Acest tip de declanșare fără curentul de poartă extern este cunoscut sub numele de „declanșare DV / dt”. Acest lucru apare de obicei la pornire. Aceasta se numește efectul Rate.
Dar declanșarea DV / dt nu va porni complet SCR-ul, iar SCR-ul parțial declanșat va disipa multă putere și dispozitivul se poate deteriora. Pentru a preveni declanșarea DV / dt, este utilizată o rețea snubber. Un alt mod de declanșare este prin creșterea tensiunii înainte a SCR peste tensiunea nominală de avarie. Declanșarea tensiunii directe are loc atunci când tensiunea peste SCR crește odată cu deschiderea porții sale. Aceasta se numește „avalanșă defectă” în timpul căreia joncțiunea 2 a dispozitivului se defectează. De asemenea, acesta pornește parțial SCR-ul și va deteriora dispozitivul. Deci, tensiunea nu trebuie să depășească tensiunea nominală a SCR.
Cum să opriți SCR-ul?
Odată ce SCR este pornit, acesta va fi în modul de conducere chiar și după ce curentul de poartă este eliminat. Acesta este blocarea SCR. SCR poate fi oprit prin declanșare inversă. Se poate face prin aplicarea unei tensiuni negative la poartă. Dispozitivul poate fi de asemenea oprit fie prin îndepărtarea curentului de anod, fie prin scurtcircuitarea porții și a catodului momentan.
Aplicații ale tiristorului:
Tiristoarele sunt utilizate în principal în dispozitivele în care este necesar controlul puterii ridicate, eventual cuplat cu tensiunea ridicată. Funcționarea lor le face adecvate pentru utilizare în aplicații de control al puterii de curent alternativ de medie până la înaltă tensiune, de exemplu, diminuarea lămpii, controlere și controlul motorului .
O aplicație de control al releului SCR folosind SCR:
Dacă comutatorul S1 este apăsat momentan, releu va porni. Poate fi oprit apăsând S2.
Dacă comutatorul S1 este înlocuit cu un LDR și R1 cu presetare 4.7K, releul se va aprinde când lumina cade pe LDR. Reglați presetarea punctului de declanșare.
Dacă comutatorul S1 este înlocuit cu un termostat NTC (Coeficient de temperatură negativă) de 4,7 K și R1 cu un preset de 1 K, releul se aprinde când temperatura crește. Reglați presetarea punctului de declanșare.
Credit foto:
- SCR-SIMBOL de wikimedia
