Silikonestyret ensretter

Silicon Controlled Rectifier (SCR)

Silicon Controlled Rectifier (SCR), også kendt som tyristor, er en højeffekt elektrisk komponent. Det har fordelene ved lille størrelse, høj effektivitet og lang levetid. I automatiske kontrolsystemer kan den bruges som en højeffektdriver til at styre højeffektenheder med laveffektstyringer. Det har været meget udbredt i AC- og DC-motorhastighedskontrolsystemer, strømreguleringssystemer og servosystemer.

Der er to typer tyristor: ensrettet tyristor og tovejs tyristor. Tovejs tyristor, også kendt som tre-terminal tovejs tyristor, forkortet TRIAC. Tovejs tyristor er strukturelt ækvivalent med to ensrettede tyristorer forbundet omvendt, og denne type tyristor har tovejs ledningsfunktion. Dens tænd/sluk-tilstand bestemmes af kontrolpolen G. Tilføjelse af en positiv (eller negativ) impuls til kontrolpolen G kan få den til at lede i fremad (eller baglæns) retning. Fordelen ved denne enhed er, at styrekredsløbet er enkelt, og der ikke er noget problem med omvendt spændingsmodstand, så den er særdeles velegnet til brug som en kontaktløs AC-kontakt.

1 SCR struktur

Vi bruger ensrettede tyristorer, også kendt som almindelige tyristorer. De er sammensat af fire lag af halvledermateriale med tre PN-forbindelser og tre eksterne elektroder [Figur 2 (a)]: elektroden ført ud af det første lag af P-type halvleder kaldes anode A, elektroden ført ud af tredje lag af P-type halvleder kaldes kontrolelektrode G, og elektroden ført ud af det fjerde lag af N-type halvleder kaldes katode K. Fra det elektroniske symbol for tyristoren [Fig. 2 (b)], kan vi se, at det er en ensrettet ledende enhed som dioden. Nøglen er at tilføje en styreelektrode G, som gør, at den har helt andre driftsegenskaber end dioden.

P1N1P2N2 fire-lags tre terminalenheden, baseret på silicium enkeltkrystal som basismateriale, begyndte i 1957. På grund af dens egenskaber svarende til vakuumtyristorer, omtales den almindeligvis internationalt som siliciumtyristorer, forkortet som tyristorer T. Derudover, fordi tyristorer blev oprindeligt brugt i statisk ensretter, de er også kendt som silicium kontrollerede ensretter elementer, forkortet som tyristor SCR.

Med hensyn til ydeevne har siliciumstyret ensretter ikke kun enkelt ledningsevne, men har også mere værdifuld kontrollerbarhed end siliciumensretterkomponenter (almindeligvis kendt som"dødt silicium"). Den har kun to tilstande: tændt og slukket.

Thyristor kan styre højeffekt elektromekanisk udstyr med milliampere niveaustrøm. Hvis denne effekt overskrides, vil den gennemsnitlige strøm, der tillades at passere igennem, falde på grund af en betydelig stigning i komponentkoblingstab. På dette tidspunkt bør den nominelle strøm nedgraderes til brug.

Der er mange fordele ved tyristor, såsom styring af høj effekt med lav effekt, og effektforstærkningsfaktoren kan nå flere hundrede tusinde gange; Ekstremt hurtig respons, tænder og slukker inden for mikrosekunder; Ingen kontaktfunktion, ingen gnister, ingen støj; Høj effektivitet, lave omkostninger osv.

Thyristorer klassificeres hovedsageligt med hensyn til udseende som boltformede, fladpladeformede og fladbundsformede.

Struktur af tyristorkomponenter

Uanset tyristorens udseende er deres kerne en firelags P1N1P2N2-struktur bestående af P-type silicium og N-type silicium. Se figur 1. Den har tre PN-forbindelser (J1, J2, J3), med anode A indført fra P1-laget af J1-strukturen, katode K indført fra N2-laget og kontrolelektrode G indført fra P2-laget. Derfor er det en fire lag, tre terminal halvleder enhed.

2 driftsprincip

Strukturelle elementer

Thyristor er et P1N1P2N2 firelags treterminalt strukturelement med tre PN-forbindelser. Når man analyserer princippet, kan det betragtes som sammensat af en PNP-transistor og en NPN-transistor, og dets tilsvarende diagram er vist i den højre figur. Tovejs tyristor: Tovejs tyristor er en siliciumstyret ensretterenhed, også kendt som TRIAC. Denne enhed kan opnå kontaktløs kontrol af vekselstrøm i kredsløb og styre store strømme med små strømme. Det har fordelene ved ingen gnister, hurtig handling, lang levetid, høj pålidelighed og forenklet kredsløbsstruktur. Fra udseendet ligner tovejs tyristor meget almindelig tyristor med tre elektroder. Men bortset fra den ene elektrode G, som stadig kaldes styreelektroden, kaldes de to andre elektroder normalt ikke længere for anode og katode, men tilsammen benævnt hovedelektroderne Tl og T2. Dens symbol er også forskellig fra almindelige tyristorers, som er tegnet ved at vende forbindelsen mellem to tyristorer sammen, som vist i figur 2. Dens model er generelt repræsenteret af"3CTS"eller"KS"i Kina; Udenlandske data kan også repræsenteres af 'TRIAC'. Specifikationerne, modellerne, udseendet og elektrodebensarrangementet af tovejs tyristor varierer afhængigt af producenten, men de fleste af dens elektrodeben er arrangeret fra venstre mod højre i rækkefølgen T1, T2 og G (når det observeres, er elektrodebenene vender nedad og vender mod siden markeret med tegn). Udseendet og elektrodestiftarrangementet af den mest almindelige plastindkapslede tovejs-tyristor på markedet er vist i figur 1.

3 SCR-karakteristika

For intuitivt at forstå tyristorernes arbejdsegenskaber, lad os tage et kig på denne undervisningstavle (figur 3). Tyristoren VS er forbundet i serie med den lille pære EL og tilsluttet DC strømforsyningen gennem kontakt S. Bemærk at anode A er forbundet til den positive pol på strømforsyningen, katode K er forbundet med den negative pol på strømmen forsyning, og styreelektrode G er forbundet til den positive pol på 1,5V DC strømforsyningen via knapafbryder SB (her bruges tyristorer af KP1-typen, og hvis der bruges tyristorer af KP5-type, skal de forbindes til den positive pol på 3V DC strømforsyning). Forbindelsesmetoden mellem tyristoren og strømforsyningen kaldes fremadforbindelse, hvilket betyder, at den positive spænding påføres både anode- og styrepolerne på tyristoren. Tænd for strømafbryderen S, men den lille pære lyser ikke, hvilket indikerer, at tyristoren ikke leder; Tryk på knappen SB igen for at indlæse en udløsningsspænding til kontrolstangen. Den lille pære lyser, hvilket indikerer, at tyristoren leder. Hvilken inspiration gav dette demonstrationseksperiment os?

Dette eksperiment fortæller os, at for at gøre tyristoren ledende, skal den ene påføre en fremadgående spænding mellem dens anode A og katode K, og den anden er at indlæse en fremadgående triggerspænding mellem dens styreelektrode G og katode K. Efter at tyristoren er drejet tændt, slip knapkontakten, fjern udløsningsspændingen, og bibehold stadig ledningstilstanden.

4 Karakteristika for SCR

Ved en berøring. Men hvis en omvendt spænding påføres anoden eller kontrolelektroden, kan tyristoren ikke lede. Kontrolstangens funktion er at tænde for tyristoren ved at påføre en fremadgående triggerimpuls, men den kan ikke slukkes. Så hvilken metode kan bruges til at slukke for den ledende tyristor? Ved at slukke for den ledende tyristor kan anodestrømforsyningen (afbryder S i figur 3) afbrydes, eller anodestrømmen kan reduceres til den minimumsværdi, der kræves for at opretholde kontinuitet (benævnt vedligeholdelsesstrømmen). Hvis der er en vekselspænding eller pulserende jævnspænding påført mellem anoden og katoden på tyristoren, vil tyristoren automatisk slukke, når spændingen krydser nul.

Ansøgningstype

Figur 4 viser den karakteristiske kurve for tovejs tyristor.

Som vist på figuren er den karakteristiske kurve for tovejs tyristor sammensat af kurver inden for den første og tredje kvadrant. Kurven i den første kvadrant indikerer, at når spændingen påført hovedelektroden får Tc til at have en positiv polaritet mod T1, kaldes den fremadspændingen og repræsenteres af symbolet U21. Når denne spænding gradvist stiger til vendepunktsspændingen UBO, udløser tyristoren på venstre side af figur 3 (b) ledning, og tændt tilstandsstrømmen på dette tidspunkt er I21, der strømmer fra T2 til Tl. Af figuren kan det ses, at jo større udløsningsstrømmen er, jo lavere drejespænding. Denne situation er i overensstemmelse med den udløsende ledningslov for almindelig tyristor. Når spændingen påført hovedelektroden får Tl til at have en positiv polaritet mod T2, kaldes det en omvendt spænding og repræsenteres af symbolet U12. Når denne spænding når omdrejningspunktets spændingsværdi, udløser tyristoren på højre side af figur 3 (b) ledning, og strømmen på dette tidspunkt er I12, med en retning fra T1 til T2. På dette tidspunkt er den karakteristiske kurve for den tovejs tyristor vist i den tredje kvadrant i figur 4.

Fire udløsende metoder

På grund af det faktum, at den på hovedelektroden af ​​den tovejs tyristor kan udløses og ledes, uanset om der påføres en fremadgående eller omvendt spænding, og om udløsningssignalet er fremad eller tilbage, har den følgende fire udløsningsmetoder: ( 1) Når spændingen påført af hovedelektroden T2 til Tl er en fremadgående spænding, er spændingen påført af styreelektroden G til den første elektrode Tl også et fremadgående triggersignal (figur 5a). Efter at den tovejs tyristor udløser ledning, strømmer retningen af ​​strømmen I2l fra T2 til T1. Fra den karakteristiske kurve kan det ses, at ledningsloven for den tovejs tyristortrigger udføres i overensstemmelse med egenskaberne for den anden kvadrant, og fordi triggersignalet er i fremadgående retning, kaldes denne trigger for"første kvadrant fremad trigger"eller I+trigger-metoden. (2) Hvis fremadspændingen stadig påføres hovedelektroden T2, og triggersignalet ændres til et omvendt signal (figur 5b), så efter at den tovejs tyristor udløser ledning, er retningen af ​​tændt tilstand stadig fra T2 til T1. Vi kalder dette trigger for"første kvadrant negativ trigger"eller I-trigger-metoden. (3) To hovedelektroder påføres en omvendt spænding U12 (figur 5c), og et fremadgående triggersignal er input. Efter at den tovejs-tyristor er tændt, strømmer tænd-tilstandsstrømmen fra T1 til T2. Den tovejs tyristor fungerer i henhold til den tredje kvadrants karakteristiske kurve, så denne trigger kaldes III+trigger-metoden. (4) De to hovedelektroder påfører stadig omvendt spænding U12, og inputtet er et omvendt triggersignal (figur 5d). Efter at den tovejs tyristor er tændt, strømmer den tændte tilstand stadig fra T1 til T2. Denne trigger kaldes III touch

(4) De to hovedelektroder påfører stadig omvendt spænding U12, og inputtet er et omvendt triggersignal (figur 5d). Efter at den tovejs-tyristor er tændt, løber strømmen stadig fra T1 til T2. Denne trigger kaldes III trigger-metoden. Selvom tovejs tyristor har de ovennævnte fire udløsningsmetoder, er den udløsende spænding og strøm, der kræves til negativ signaludløsning, relativt lille. Arbejdet er relativt pålideligt, så negative udløsende metoder er meget brugt i praktisk brug.

5 Formål

Den mest basale anvendelse af almindelige tyristorer er kontrollerbar ensretning. Det velkendte diodesretterkredsløb hører til et ukontrollerbart ensretterkredsløb. Hvis dioden udskiftes med en tyristor, kan der dannes et kontrollerbart ensretterkredsløb. Tager man det enkleste enfasede halvbølge-styrbare ensretterkredsløb som et eksempel, under den positive halvcyklus af den sinusformede AC-spænding U2, hvis styrepolen på VS ikke indlæser triggerimpulsen Ug, kan VS stadig ikke lede. Kun når U2 er i den positive halvcyklus og triggerimpulsen Ug påføres kontrolpolen, trigges tyristoren til at lede. Tegn dens bølgeformer (c) og (d), og først når triggerimpulsen Ug kommer, vil der være spænding UL udgang på belastningen RL. Ug ankommer tidligt, og tyristorledningstiden er tidligt; Ug ankom for sent, og tyristorledningstiden var senere. Ved at ændre det tidspunkt, hvor triggerimpulsen Ug ankommer til kontrolpolen, kan den gennemsnitlige udgangsspænding UL på belastningen justeres. I elektrisk teknologi er den halve cyklus af vekselstrøm ofte sat til 180 °, kendt som den elektriske vinkel. På denne måde kaldes den elektriske vinkel, der opleves under hver positiv halvcyklus af U2 fra nul til det øjeblik, triggerimpulsen ankommer, kontrolvinklen α； Den elektriske vinkel, ved hvilken tyristoren leder inden for hver positiv halvcyklus, kaldes ledningsvinklen θ 。 Det er klart, at α og θ begge bruges til at repræsentere lednings- eller blokeringsområdet for tyristorer under en halv cyklus med at modstå fremadspænding. Ved at ændre styrevinklen α Eller ledningsvinklen θ， Ved at ændre gennemsnitsværdien UL for pulsens jævnspænding på belastningen opnås kontrollerbar ensretning.

1: Laveffekt plastindkapslet tovejs siliciumstyret ensretter bruges almindeligvis som et akustooptisk belysningssystem. Mærkestrøm: IA er mindre end 2A.

2: Stor; Medium effekt plastforseglede og jernforseglede tyristorer bruges almindeligvis som strømtype kontrollerbare spændingsreguleringskredsløb. Som justerbar spændingsudgang DC strømforsyning osv.

3: Højfrekvent højfrekvent tyristor med høj effekt er almindeligt anvendt i industrien; Højfrekvent smelteovn mv