Moderná výkonová elektronika sa skutočne začala nástupom tyristorov. Tyristory sú tiež známe ako kremíkom riadené usmerňovače alebo SCR. Jedná sa o štvorvrstvové a trojvodičové polovodičové zariadenia. A tyristory sú jednosmerné zariadenia.
Kremíkom riadené usmerňovače sú polovodičové zariadenia, ktoré sa zvyčajne používajú na riadenie vysokého výkonu spojeného s vysokým napätím. Preto tieto zariadenia nachádzajú uplatnenie vo vysokonapäťových riadiacich systémoch napájania striedavým prúdom, obvodoch stmievačov žiaroviek, obvodoch regulátorov atď. SCR nachádzajú uplatnenie aj pri náprave vysokovýkonného striedavého prúdu vo vysokonapäťovom jednosmernom prenose energie. SCR patrí do rodiny tyristorov a v skutočnosti je názov SCR obchodným menom tyristora od spoločnosti General Electrics.
SCR je štvorvrstvové zariadenie so striedavými materiálmi typu N a P. SCR pozostáva zo štvorvrstvového polovodiča, ktorý vytvára štruktúru PNPN alebo NPNP. Ako vnútorný polovodič sa používa kremík, do ktorého sa pridávajú správne dopujúce látky. Má tri terminály nazývané anóda, katóda a hradlo. Katóda je najviac dotovaná a brána a anóda sú menej silne dotované. Centrálna vrstva typu N je len mierne dotovaná a je tiež hrubšia ako ostatné vrstvy, ktoré ju oprávňujú podporovať vysoké blokovacie napätie.
SCR má tri križovatky, konkrétne J1, J2 a J3. Anóda je pripojená k materiálu typu P štruktúry PNPN, zatiaľ čo katóda je pripojená k materiálu typu N. Brána je pripojená k materiálu typu P blízko katódy.
Jedná sa o jednosmerné zariadenia a vedie prúd iba jedným smerom. To je od Anódy po Katódu. Spúšťanie SCR sa uskutoční, keď jeho brána dostane kladné napätie. SCR sa zvyčajne používa v spínacích aplikáciách, ako je reléový budič, nabíjačky batérií atď.
Tyristor má tri základné stavy:
Reverzné blokovanie: V tomto stave tyristor blokuje prúd rovnakým spôsobom ako prúd diódy s reverzným predpätím.
Blokovanie dopredu: V tomto štáte tyristorová prevádzka je taká, že blokuje vedenie prúdu vpred, ktoré by za normálnych okolností prenášala dióda s predpätím.
Dopredné vedenie: V tomto stave bol tyristor spustený do vedenia. Bude naďalej viesť, kým dopredný prúd neklesne pod prahovú hodnotu známu ako udržovací prúd.
Prevádzka tyristora
SCR-SYMBOL
SCR začne viesť, keď je predpäté vpred. Za týmto účelom sa katóda udržiava na zápornom póle a anóda na kladnom napätí. Keď sa na SCR aplikuje predpätie predpätím, spojenia J1 a J3 sa skreslia dopredu, zatiaľ čo spoj J2 sa skreslí dozadu. Keď sa na bránu aplikuje kladné napätie, križovatka J2 sa predpíše dopredu a SCR sa zapne.
Za prevádzky môže byť tyristor považovaný za NPN a PNP tranzistor zapojený zozadu dozadu, tvoriaci v prístroji kladnú spätnoväzbovú slučku. Tranzistor s emitorom pripojeným ku katóde tyristora je NPN zariadenie, zatiaľ čo tranzistor s emitorom pripojeným k anóde tyristor je zariadenie PNP . Brána je pripojená k základni tranzistora NPN. Výstup jedného tranzistora sa privádza na vstup druhého a výstup druhého tranzistora sa zase privádza späť na vstup prvého. To znamená, že keď prúd začne tiecť, rýchlo sa hromadí, kým nie sú obidva tranzistory úplne zapnuté alebo nasýtené. Pozrime sa na malý príklad:
Z nižšie uvedeného obvodu sme tu použili tyristor TYN616.
- Keď je brána otvorená, stanovia sa tri prerušovacie napätia na minimálnom doprednom napätí, pri ktorom tyristor silno vedie. Teraz sa väčšina napájacieho napätia objaví cez odpor záťaže. Prídržný prúd je maximálna brána anódového prúdu, ktorá je otvorená, keď dôjde k prerušeniu.
- Keď hradlo v stave VYPNUTÉ poskytuje tyristor odpor nekonečna ako v stave ZAPNUTÉ, ponúka veľmi nízky odpor, ktorý je v rozmedzí 0,010 až 10.
Režim spúšťania
V normálnom vypnutom stave SCR bráni toku prúdu cez ňu, ale keď sa napätie hradla ku katóde zvýši a prekročí určitú úroveň, SCR sa zapne a vedie ako tranzistor. Jednou z dôležitých zvláštností SCR je, že akonáhle je vedený, zostáva zablokovaný a pokračuje v činnosti aj po odpojení hradlového napätia. SCR zostáva zapnutý, až kým udržovací prúd zariadení neklesne na nízku hodnotu. Ale ak brána dostane pulzujúce napätie a prúd cez ňu je pod západkovým prúdom, SCR zostane vo vypnutom stave. SCR je možné spustiť bez kladného napätia na bráne. SCR je zvyčajne spojený s anódou na kladnej koľajnici a katódou na zápornej koľajnici. Ak sa aplikované napätie na anódu zvýši, kapacitná väzba v prístroji indukuje náboj do hradla a spustí sa SCR. Tento typ spúšťania bez prúdu externého hradla je známy ako „spúšťanie DV / dt“. Spravidla k tomu dôjde pri zapnutí. Toto sa nazýva efekt Rate.
Spúšťanie DV / dt ale nezapne SCR úplne a čiastočne spustený SCR rozptýli veľa energie a zariadenie sa môže poškodiť. Aby sa zabránilo spusteniu DV / dt, používa sa tlmiaca sieť. Ďalším spôsobom spustenia je zvýšenie dopredného napätia SCR nad jeho menovité prierazné napätie. Spúšťanie dopredného napätia nastáva, keď sa napätie na SCR zvyšuje s otvorenou bránou. Toto sa nazýva „Lavínové zlyhanie“, počas ktorého sa rozpadne spojka 2 zariadenia. Toto tiež čiastočne zapne SCR a poškodí zariadenie. Napätie by teda nemalo presahovať menovité napätie SCR.
Ako vypnúť SCR?
Akonáhle je SCR zapnutý, bude vo vodivom režime aj po odpojení prúdu hradla. Toto je blokovanie SCR. SCR je možné vypnúť reverzným spúšťaním. To sa dá dosiahnuť aplikáciou záporného napätia na bránu. Prístroj je možné tiež vypnúť odstránením anódového prúdu alebo krátkodobým skratom hradla a katódy.
Aplikácie tyristora:
Tyristory sa používajú hlavne v zariadeniach, kde sa vyžaduje riadenie vysokého výkonu, prípadne spojeného s vysokým napätím. Ich prevádzka ich robí vhodnými na použitie v aplikáciách na reguláciu stredného a vysokého napätia na striedavý prúd, napríklad na stmievanie žiaroviek, ovládače a ovládanie motora .
Jedna aplikácia riadenia SCR pomocou relé SCR:
Ak je spínač S1 na chvíľu stlačený, relé sa zapne. Vypnúť sa dá stlačením S2.
Ak je spínač S1 nahradený LDR a R1 s prednastavením 4,7 kB, relé sa zapne, keď svetlo dopadne na LDR. Prednastavte nastavenie spúšťacieho bodu.
Ak je spínač S1 vymenený za termistor 4,7 K NTC (negatívny teplotný koeficient) a R1 s predvoľbou 1 K. relé sa zapne, keď sa teplota zvýši. Prednastavte nastavenie spúšťacieho bodu.
Fotografický kredit:
- SCR-SYMBOL od wikimedia
