Mūsdienu jaudas elektronika patiesi sākās ar tiristoru parādīšanos. Tiristori ir pazīstami arī kā silīcija kontrolētie taisngrieži vai SCR. Tās ir četras slāņainas un trīs termināļu pusvadītāju ierīces. Tiristori ir vienvirziena ierīces.
Silīcija kontrolētie taisngrieži ir pusvadītāju ierīces, ko parasti izmanto, lai kontrolētu lielu jaudu kopā ar augstspriegumu. Tādēļ šīs ierīces atrod pielietojumu augstsprieguma maiņstrāvas jaudas vadības sistēmās, lampu regulēšanas ķēdēs, regulatoru ķēdēs utt. SCR pieder tiristoru saimei, un faktiski nosaukums SCR ir tiristora tirdzniecības nosaukums no General Electrics.
SCR ir četrslāņu ierīce ar mainīgiem N un P veida materiāliem. SCR sastāv no četrslāņu pusvadītāja, kas veido PNPN vai NPNP struktūru. Silīciju izmanto kā iekšējo pusvadītāju, kuram pievieno atbilstošos piedevas. Tam ir trīs spailes, ko sauc par anodu, katodu un vārtiem. Katods ir ar vislielāko piedevu daudzumu, un vārti un anods ir mazāk leģēti. Centrālais N veida slānis ir tikai nedaudz leģēts, un tas ir arī biezāks nekā pārējie slāņi, kas tam ļauj atbalstīt augstu bloķēšanas spriegumu.
SCR ir trīs krustojumi, proti, J1, J2 un J3. Anods ir savienots ar PNPN struktūras P veida materiālu, savukārt katods ir savienots ar N veida materiālu. Vārti ir savienoti ar P veida materiālu katoda tuvumā.
Tās ir vienvirziena ierīces un vada strāvu tikai vienā virzienā. Tas ir no anoda līdz katodam. SCR iedarbināšana notiek, kad tā vārti saņem pozitīvu spriegumu. SCR parasti izmanto komutācijas lietojumprogrammās, piemēram, releja draiverī, akumulatoru lādētājos utt.
Tiristoram ir trīs pamata stāvokļi:
Reversā bloķēšana: Šajā stāvoklī tiristors bloķē strāvu tāpat kā apgrieztā slīpuma diode.
Pārsūtīt bloķēšanu: Šajā stāvoklī tiristora darbība ir tāds, ka tas bloķē strāvas vadību uz priekšu, kuru parasti ved uz priekšu orientēts diode.
Vadīšana uz priekšu: Šajā stāvoklī tiristors ir iedarbināts uz vadīšanu. Tas turpinās darboties, līdz straumes straume nokritīsies zem sliekšņa vērtības, kas pazīstama kā noturēšanas strāva.
Tiristora darbība
SCR-SIMBOLS
SCR sāk vadīt, kad tas ir tendenciozs uz priekšu. Šim nolūkam katodu tur negatīvā stāvoklī, bet anodu - pie pozitīva sprieguma. Kad SCR tiek piemērots uz priekšu novirzīts spriegums, krustojums J1 un J3 kļūst uz priekšu, savukārt savienojums J2 kļūst pretējs. Kad pie vārtiem tiek piemērots pozitīvs spriegums, krustojums J2 kļūst neobjektīvs uz priekšu un SCR ieslēdzas.
Darbībā tiristoru var uzskatīt par NPN un PNP tranzistoru, kas savienots atpakaļ un veido pozitīvas atgriezeniskās saites loku ierīcē. Transistors ar izstarotāju, kas savienots ar tiristora katodu, ir NPN ierīce, turpretī tranzistors ar tā izstarotāju, kas savienots ar tiristors ir PNP ierīce . Vārti ir savienoti ar NPN tranzistora pamatni. Viena tranzistora izeja tiek ievadīta otrā ieejā, un otrā tranzistora izeja savukārt tiek atgriezta pirmā ieejā. Tas nozīmē, ka tad, kad strāva sāk plūst, tā ātri veidojas, līdz abi tranzistori ir pilnībā ieslēgti vai piesātināti. Apskatīsim nelielu piemēru:
No zemāk esošās ķēdes šeit mēs izmantojām tiristoru TYN616.
- Kad vārti ir atvērti, tiek noteikti trīs pārsprieguma spriegumi uz minimālo spriegumu uz priekšu, pie kura tiristors darbojas ļoti. Tagad lielākā daļa barošanas sprieguma parādās visā slodzes pretestībā. Turēšanas strāva ir maksimālā anoda strāvas vārti, kas ir atvērti, kad notiek pārrāvums.
- Kad vārti OFF stāvoklī tiristors nodrošina bezgalības pretestību nekā ON stāvoklī, tas piedāvā ļoti zemu pretestību, kas ir robežās no 0,010 līdz 10.
Aktivizēšanas režīms
Parastā izslēgtā stāvoklī SCR novērš strāvas plūsmu caur to, bet, kad vārtu katoda spriegums palielinās un pārsniedz noteiktu līmeni, SCR ieslēdzas un vada kā tranzistors. Viena svarīga SCR īpatnība ir tā, ka pēc tam, kad tas tiek veikts, tas paliek fiksēts un turpina vadīt pat pēc vārtu sprieguma noņemšanas. SCR paliek ieslēgts, līdz ierīču noturēšanas strāva samazinās līdz zemai vērtībai. Bet, ja vārti saņem pulsējošu spriegumu un strāva caur tiem ir zem fiksējošās strāvas, SCR paliks izslēgtā stāvoklī. SCR var iedarbināt bez pozitīva sprieguma pie vārtiem. SCR parasti ir savienots ar anodu ar pozitīvo sliedi un katodu ar negatīvo sliedi. Ja anodam pieliktais spriegums palielinās, ierīces kapacitatīvā sakabe izsauc lādiņu vārtos un SCR iedarbina. Šis aktivizēšanas veids bez ārējās vārtu strāvas ir pazīstams kā “DV / dt iedarbināšana”. Tas parasti notiek pēc ieslēgšanas. To sauc par Likmes efektu.
Bet DV / dt iedarbināšana pilnībā neieslēdz SCR, un daļēji iedarbinātais SCR izkliedēs daudz enerģijas, un ierīce var sabojāt. Lai novērstu DV / dt iedarbināšanu, tiek izmantots snubber tīkls. Vēl viens iedarbināšanas veids ir palielināt SCR spriegumu uz priekšu virs tā nominālā sadalīšanās sprieguma. Sprieguma iedarbināšana uz priekšu notiek, kad spriegums pāri SCR palielinās, kad vārti ir atvērti. To sauc par “lavīnas sabrukumu”, kura laikā sabojājas ierīces krustojums. Tas arī daļēji ieslēdz SCR un sabojā ierīci. Tātad spriegumam nevajadzētu pārsniegt SCR nominālo spriegumu.
Kā izslēgt SCR?
Kad SCR ir ieslēgts, tas būs vadīšanas režīmā pat pēc vārtu strāvas noņemšanas. Tas ir SCR fiksators. SCR var izslēgt, iedarbinot reverso režīmu. To var izdarīt, uz vārtiem iedarbinot negatīvu spriegumu. Ierīci var arī izslēgt, noņemot anoda strāvu vai īslaicīgi saīsinot vārtus un katodu.
Tiristora pielietojums:
Tiristori galvenokārt tiek izmantoti ierīcēs, kur nepieciešama lielas jaudas kontrole, iespējams, apvienojumā ar augstu spriegumu. To darbība padara tos piemērotus lietošanai vidēja un augstsprieguma maiņstrāvas jaudas vadības lietojumprogrammās, piemēram, lampu aptumšošanā, kontrolieros un motora vadība .
Viens SCR pielietojums - releja vadība, izmantojot SCR:
Ja īslaicīgi tiek nospiests slēdzis S1, ieslēdzas relejs. To var izslēgt, nospiežot S2.
Ja slēdzi S1 aizstāj ar LDR un R1 ar 4.7K iepriekš iestatītu, relejs ieslēdzas, kad gaisma nokrīt uz LDR. Iepriekš iestatīts aktivizēšanas punkts.
Ja slēdzi S1 aizstāj ar 4,7 K NTC (negatīvās temperatūras koeficienta) termisteru un R1 ar 1K sākotnējo iestatījumu, relejs ieslēdzas, kad temperatūra paaugstinās. Iepriekš iestatīts aktivizēšanas punkts.
Fotoattēlu kredīts:
- SCR-SIMBOLS wikimedia
