Moderne kraftelektronik begyndte virkelig med fremkomsten af tyristorer. Thyristorer er også kendt som siliciumstyrede ensrettere eller SCR'er. Disse er fire lag og tre-terminal halvlederindretninger. Og tyristorer er ensrettet udstyr.
Siliciumstyrede ensrettere er halvlederanordninger, der typisk bruges til at styre høj effekt kombineret med høj spænding. Derfor finder disse enheder applikationer i højspændings-vekselstrømskontrolsystemer, lampedæmperkredsløb, reguleringskredsløb osv. SCR finder også anvendelse til udbedring af højeffekt vekselstrøm i højvolts DC-transmission. SCR tilhører familien af Thyristors, og faktisk er navnet SCR handelsnavnet for Thyristor fra General Electrics.
SCR er en firelagsanordning med skiftende N- og P-materiale. SCR består af et firelags halvleder, der danner PNPN- eller NPNP-struktur. Silicium bruges som den iboende halvleder, hvortil de rigtige dopemidler tilsættes. Den har tre terminaler kaldet anode, katode og gate. Katoden er den mest dopede, og porten og anoden er mindre kraftigt doteret. Det centrale N-type lag er kun let doteret og er også tykkere end de andre lag, der giver det mulighed for at understøtte en høj blokeringsspænding.
SCR har tre kryds, nemlig J1, J2 og J3. Anoden er forbundet til P-typen materiale i PNPN-strukturen, mens katoden er forbundet til N-typen materiale. Porten er forbundet med P-typen materiale tæt på katoden.
Disse er ensrettet udstyr og leder kun strøm i en retning. Det er fra anode til katode. Udløsning af SCR finder sted, når porten får en positiv spænding. SCR bruges generelt til at skifte applikationer som relædriver, batteriopladere osv.
Thyristoren har tre grundlæggende tilstande:
Omvendt blokering: I denne tilstand blokerer tyristoren strømmen på samme måde som den for en omvendt forspændt diode.
Fremad blokering: I denne tilstand er den tyristordrift er sådan, at den blokerer fremadgående ledning, der normalt ville blive båret af en fremadspændt diode.
Fremadgående ledelse: I denne tilstand er tyristoren udløst til ledning. Den forbliver ledende, indtil fremadstrømmen falder til under en tærskelværdi kendt som holdestrømmen.
Thyristor-drift
SCR-SYMBOL
SCR starter ledning, når den er forspændt fremad. Til dette formål holdes katoden ved en negativ og anoden ved positiv spænding. Når den forreste forspænding påføres SCR'en, bliver krydset J1 og J3 forspændt fremad, mens krydset J2 bliver omvendt forspændt. Når en positiv spænding tilføres ved porten, bliver krydset J2 forspændt fremad, og SCR tænder.
Under drift kan thyristoren betragtes som NPN- og PNP-transistor, der er tilsluttet ryg mod ryg og danner en positiv feedback-sløjfe inden i enheden. Transistoren med dens emitter forbundet til katyren i tyristoren er en NPN-enhed, mens transistoren med dens emitter er forbundet til anoden på thyristor er PNP-enhed . Porten er forbundet til basen af NPN-transistoren. Outputtet fra en transistor føres til indgangen på den anden, og udgangen fra den anden transistor tilføres igen til indgangen til den første. Dette betyder, at når en strøm begynder at strømme, bygger den sig hurtigt op, indtil begge transistorer er helt tændt eller mættet. Lad os se et lille eksempel:
Fra nedenstående kredsløb brugte vi her en TYN616 tyristor.
- Når porten er åben, bestemmes tre break-over spændinger på den mindste fremadspænding, hvormed tyristor leder stærkt. Nu vises det meste af forsyningsspændingen over belastningsmodstanden. Holdestrømmen er den maksimale anodestrømport, der er åben, når der brydes over.
- Når porten i OFF-tilstand giver tyristoren uendelig modstand end i ON-tilstand, tilbyder den meget lav modstand, som er i området fra 0,010 til 10.
Tilstand til udløsning
I normal slukket tilstand forhindrer SCR strømmen gennem den, men når porten til katodespænding stiger og overstiger et bestemt niveau, tænder SCR og fungerer som en transistor. En vigtig ejendommelighed ved SCR er, at når den først er gennemført, forbliver den låst og fortsætter med at lede selv efter at portens spænding er fjernet. SCR forbliver tændt, indtil enhedernes holdestrøm falder til en lav værdi. Men hvis porten får en pulserende spænding, og strømmen igennem den er under låsestrømmen, forbliver SCR i slukket tilstand. SCR kan udløses uden en positiv spænding ved porten. SCR er normalt forbundet med anoden til den positive skinne og katoden til den negative skinne. Hvis den påførte spænding til anoden øges, inducerer den kapacitive kobling i enheden ladning i porten, og SCR udløses. Denne type triggering uden den eksterne gate-strøm kaldes ”DV / dt triggering”. Dette sker normalt ved tænding. Dette kaldes Rate-effekten.
Men DV / dt-udløsningen tænder ikke SCR fuldt ud, og den delvist udløste SCR vil sprede meget strøm, og enheden kan beskadige. For at forhindre DV / dt-udløsningen anvendes et snubber-netværk. En anden måde at udløse er ved at øge SCRs fremadspænding over dens nominelle nedbrydningsspænding. Udløsende fremadspænding opstår, når spændingen over SCR stiger med åbnet port. Dette kaldes 'Lavineopdeling', hvor knudepunkt 2 i enhedens sammenbrud. Dette tænder også SCR delvist og vil beskadige enheden. Så spændingen bør ikke overstige SCR's nominelle spænding.
Hvordan slukkes SCR?
Når SCR er tændt, vil den være i ledende tilstand, selv efter at portstrømmen er fjernet. Dette er SCR-låsning. SCR kan slukkes ved omvendt udløsning. Det kan gøres ved at anvende en negativ spænding til porten. Enheden kan også slukkes enten ved at fjerne anodestrømmen eller ved at kortslutte porten og katoden kortvarigt.
Anvendelser af Thyristor:
Thyristorer bruges hovedsageligt i enheder, hvor der kræves kontrol af høj effekt, muligvis kombineret med høj spænding. Deres funktion gør dem velegnede til brug i mellem- til højspændings-vekselstrømsstyringsapplikationer, for eksempel lysdæmpning, controllere og motorstyring .
Én anvendelse af SCR- Relæstyring ved hjælp af SCR:
Hvis der trykkes kortvarigt på kontakten S1, tænder relæet. Det kan slukkes ved at trykke på S2.
Hvis kontakten S1 udskiftes med en LDR og R1 med 4.7K forudindstillet, vil relæet tænde, når lyset falder på LDR. Forudindstilling juster udløsepunktet
Hvis kontakten S1 udskiftes med en 4,7 K NTC (negativ temperaturkoefficient) Thermister og R1 med en 1K forudindstilling, tænder relæet, når temperaturen stiger. Forudindstillet juster udløsepunktet.
Fotokredit:
- SCR-SYMBOL af wikimedia
