Penerus Terkawal Silikon

Penerus Terkawal Silikon (SCR)

Silicon Controlled Rectifier (SCR), juga dikenali sebagai thyristor, ialah komponen elektrik berkuasa tinggi. Ia mempunyai kelebihan saiz kecil, kecekapan tinggi, dan hayat perkhidmatan yang panjang. Dalam sistem kawalan automatik, ia boleh digunakan sebagai pemacu berkuasa tinggi untuk mengawal peranti berkuasa tinggi dengan kawalan kuasa rendah. Ia telah digunakan secara meluas dalam sistem kawalan kelajuan motor AC dan DC, sistem peraturan kuasa, dan sistem servo.

Terdapat dua jenis thyristor: thyristor satu arah dan thyristor dua arah. Thyristor dwiarah, juga dikenali sebagai thyristor dwiarah tiga terminal, disingkatkan sebagai TRIAC. Thyristor dwiarah secara strukturnya bersamaan dengan dua thyristor satu arah yang disambungkan secara terbalik, dan thyristor jenis ini mempunyai fungsi pengaliran dwiarah. Keadaan hidup/matinya ditentukan oleh kutub kawalan G. Menambah nadi positif (atau negatif) pada kutub kawalan G boleh menjadikannya mengalir ke arah hadapan (atau terbalik). Kelebihan peranti ini ialah litar kawalan adalah mudah dan tiada masalah tahan voltan terbalik, jadi ia amat sesuai digunakan sebagai suis tanpa sentuh AC.

1 struktur SCR

Kami menggunakan thyristor satu arah, juga dikenali sebagai thyristor biasa. Ia terdiri daripada empat lapisan bahan semikonduktor, dengan tiga simpang PN dan tiga elektrod luaran [Rajah 2 (a)]: elektrod yang dibawa keluar daripada lapisan pertama semikonduktor jenis P dipanggil anod A, elektrod yang dibawa keluar daripada lapisan ketiga semikonduktor jenis P dipanggil elektrod kawalan G, dan elektrod yang dibawa keluar dari lapisan keempat semikonduktor jenis N dipanggil katod K. Daripada simbol Elektronik thyristor [Gamb. 2 (b)], kita dapat melihat bahawa ia adalah peranti pengalir satu arah seperti diod. Kuncinya ialah menambah elektrod kawalan G, yang menjadikannya mempunyai ciri operasi yang berbeza daripada diod.

Peranti terminal empat lapisan tiga P1N1P2N2, berdasarkan kristal tunggal silikon sebagai bahan asas, bermula pada tahun 1957. Oleh kerana ciri-cirinya yang serupa dengan thyristor vakum, ia biasanya dirujuk di peringkat antarabangsa sebagai thyristor silikon, disingkatkan sebagai thyristor T. Selain itu, kerana thyristor pada asalnya digunakan dalam pembetulan statik, ia juga dikenali sebagai elemen penerus terkawal silikon, disingkatkan sebagai thyristor SCR.

Dari segi prestasi, penerus terkawal silikon bukan sahaja mempunyai kekonduksian tunggal, tetapi juga mempunyai kebolehkawalan yang lebih berharga daripada komponen penerus silikon (biasanya dikenali sebagai"silikon mati"). Ia hanya mempunyai dua keadaan: hidup dan mati.

Thyristor boleh mengawal peralatan elektromekanikal berkuasa tinggi dengan arus paras miliampere. Jika kuasa ini melebihi, purata arus yang dibenarkan untuk melalui akan berkurangan disebabkan oleh peningkatan ketara dalam kehilangan pensuisan komponen. Pada masa ini, arus nominal harus diturunkan untuk digunakan.

Terdapat banyak kelebihan thyristor, seperti mengawal kuasa tinggi dengan kuasa rendah, dan faktor penguatan kuasa boleh mencapai beberapa ratus ribu kali; Respons yang sangat pantas, menghidupkan dan mematikan dalam mikrosaat; Tiada operasi sentuhan, tiada percikan api, tiada bunyi bising; Kecekapan tinggi, kos rendah, dll.

Thyristor terutamanya dikelaskan dari segi penampilan sebagai berbentuk bolt, berbentuk plat rata, dan berbentuk bawah rata.

Struktur komponen thyristor

Tanpa mengira rupa thyristor, terasnya ialah struktur empat lapisan P1N1P2N2 yang terdiri daripada silikon jenis P dan silikon jenis N. Lihat Rajah 1. Ia mempunyai tiga simpang PN (J1, J2, J3), dengan anod A diperkenalkan dari lapisan P1 struktur J1, katod K diperkenalkan dari lapisan N2, dan elektrod kawalan G diperkenalkan dari lapisan P2. Oleh itu, ia adalah peranti semikonduktor empat lapisan, tiga terminal.

2 prinsip operasi

Elemen struktur

Thyristor ialah elemen struktur terminal empat lapisan tiga P1N1P2N2 dengan tiga persimpangan PN. Apabila menganalisis prinsip, ia boleh dianggap sebagai terdiri daripada transistor PNP dan transistor NPN, dan rajah setaranya ditunjukkan dalam rajah yang betul. Thyristor dwiarah: Thyristor dwiarah ialah peranti penerus terkawal silikon, juga dikenali sebagai TRIAC. Peranti ini boleh mencapai kawalan tanpa sentuh kuasa AC dalam litar, mengawal arus besar dengan arus kecil. Ia mempunyai kelebihan tiada percikan api, tindakan pantas, hayat perkhidmatan yang panjang, kebolehpercayaan yang tinggi, dan struktur litar yang dipermudahkan. Dari rupa, thyristor dua arah sangat serupa dengan thyristor biasa, dengan tiga elektrod. Walau bagaimanapun, kecuali satu elektrod G, yang masih dipanggil elektrod kawalan, dua elektrod lain biasanya tidak lagi dipanggil anod dan katod, tetapi secara kolektif dirujuk sebagai elektrod utama Tl dan T2. Simbolnya juga berbeza daripada thyristor biasa, yang dilukis dengan membalikkan sambungan dua thyristor bersama-sama, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2. Modelnya biasanya diwakili oleh"3CTS"atau"KS"di China; Data asing juga boleh diwakili oleh 'TRIAC'. Spesifikasi, model, rupa dan susunan pin elektrod thyristor dwiarah berbeza-beza bergantung pada pengilang, tetapi kebanyakan pin elektrodnya disusun dari kiri ke kanan dalam susunan T1, T2 dan G (apabila diperhatikan, pin elektrod adalah menghadap ke bawah dan menghadap ke sisi yang ditandakan dengan aksara). Penampilan dan susunan pin elektrod bagi thyristor dwiarah struktur terkapsul plastik yang paling biasa di pasaran ditunjukkan dalam Rajah 1.

3 Ciri-ciri SCR

Untuk memahami secara intuitif ciri-ciri kerja thyristor, mari kita lihat papan pengajaran ini (Rajah 3). Thyristor VS disambung secara bersiri dengan mentol lampu kecil EL dan disambungkan kepada bekalan kuasa DC melalui suis S. Perhatikan bahawa anod A disambungkan ke kutub positif bekalan kuasa, katod K disambungkan ke kutub negatif kuasa bekalan, dan elektrod kawalan G disambungkan ke kutub positif bekalan kuasa 1.5V DC melalui suis butang SB (di sini, thyristor jenis KP1 digunakan, dan jika thyristor jenis KP5 digunakan, ia harus disambungkan ke kutub positif Bekalan kuasa DC 3V). Kaedah sambungan antara thyristor dan bekalan kuasa dipanggil sambungan hadapan, yang bermaksud bahawa voltan positif digunakan pada kedua-dua anod dan kutub kawalan thyristor. Hidupkan suis kuasa S, tetapi mentol lampu kecil tidak menyala, menunjukkan bahawa thyristor tidak mengalir; Tekan suis butang SB sekali lagi untuk memasukkan voltan pencetus ke kutub kawalan. Mentol lampu kecil menyala, menunjukkan bahawa thyristor sedang mengalir. Apakah inspirasi yang diberikan oleh eksperimen demonstrasi ini kepada kita?

Eksperimen ini memberitahu kita bahawa untuk membuat thyristor konduktif, satu adalah untuk menggunakan voltan hadapan antara anod A dan katod K, dan satu lagi adalah untuk memasukkan voltan pencetus ke hadapan antara elektrod kawalannya G dan katod K. Selepas thyristor diputarkan hidup, lepaskan suis butang, keluarkan voltan pencetus, dan masih mengekalkan keadaan pengaliran.

4 Ciri-ciri SCR

Sekali sentuh. Walau bagaimanapun, jika voltan terbalik digunakan pada anod atau elektrod kawalan, thyristor tidak boleh mengalir. Fungsi tiang kawalan adalah untuk menghidupkan thyristor dengan menggunakan nadi pencetus ke hadapan, tetapi ia tidak boleh dimatikan. Jadi, apakah kaedah yang boleh digunakan untuk mematikan thyristor pengalir? Dengan mematikan thyristor pengalir, bekalan kuasa anod (suis S dalam Rajah 3) boleh diputuskan atau arus anod boleh dikurangkan kepada nilai minimum yang diperlukan untuk mengekalkan kesinambungan (dirujuk sebagai arus penyelenggaraan). Jika terdapat voltan AC atau voltan DC berdenyut dikenakan antara anod dan katod thyristor, thyristor akan mati secara automatik apabila voltan melintasi sifar.

Jenis Permohonan

Rajah 4 menunjukkan lengkung ciri bagi thyristor dua arah.

Seperti yang ditunjukkan dalam rajah, lengkung ciri thyristor dua arah terdiri daripada lengkung dalam sukuan pertama dan ketiga. Lengkung dalam sukuan pertama menunjukkan bahawa apabila voltan yang dikenakan pada elektrod utama menyebabkan Tc mempunyai kekutuban positif terhadap T1, ia dipanggil voltan hadapan dan diwakili oleh simbol U21. Apabila voltan ini meningkat secara beransur-ansur kepada voltan titik pusing UBO, thyristor di sebelah kiri Rajah 3 (b) mencetuskan pengaliran, dan arus keadaan pada masa ini ialah I21, mengalir dari T2 ke Tl. Daripada rajah, dapat dilihat bahawa semakin besar arus pencetus, semakin rendah voltan pusingan. Keadaan ini selaras dengan undang-undang pengaliran pencetus thyristor biasa. Apabila voltan yang dikenakan pada elektrod utama menyebabkan Tl mempunyai kekutuban positif terhadap T2, ia dipanggil voltan terbalik dan diwakili oleh simbol U12. Apabila voltan ini mencapai nilai voltan titik pusingan, thyristor di sebelah kanan Rajah 3 (b) mencetuskan pengaliran, dan arus pada masa ini ialah I12, dengan arah dari T1 ke T2. Pada ketika ini, lengkung ciri thyristor dua arah ditunjukkan dalam kuadran ketiga Rajah 4.

Empat kaedah pencetus

Disebabkan fakta bahawa pada elektrod utama thyristor dua arah, ia boleh dicetuskan dan dijalankan tanpa mengira sama ada voltan ke hadapan atau undur digunakan, dan sama ada isyarat pencetus ke hadapan atau ke belakang, ia mempunyai empat kaedah pencetus berikut: ( 1) Apabila voltan yang digunakan oleh elektrod utama T2 kepada Tl ialah voltan hadapan, voltan yang digunakan oleh elektrod kawalan G kepada elektrod pertama Tl juga merupakan isyarat pencetus ke hadapan (Rajah 5a). Selepas thyristor dua arah mencetuskan pengaliran, arah arus I2l mengalir dari T2 ke T1. Dari lengkung ciri, dapat dilihat bahawa undang-undang pengaliran pencetus thyristor dua arah dijalankan mengikut ciri-ciri kuadran kedua, dan kerana isyarat pencetus berada dalam arah hadapan, pencetus ini dipanggil"pencetus hadapan kuadran pertama"atau kaedah pencetus I+. (2) Jika voltan ke hadapan masih digunakan pada elektrod utama T2 dan isyarat pencetus ditukar kepada isyarat terbalik (Rajah 5b), maka selepas thyristor dua arah mencetuskan pengaliran, arah arus keadaan masih dari T2 ke T1. Kami memanggil pencetus ini sebagai"pencetus negatif kuadran pertama"atau kaedah I-trigger. (3) Dua elektrod utama digunakan dengan voltan terbalik U12 (Rajah 5c), dan isyarat pencetus ke hadapan adalah input. Selepas thyristor dwiarah dihidupkan, arus keadaan hidup mengalir dari T1 ke T2. Thyristor dua arah beroperasi mengikut lengkung ciri kuadran ketiga, jadi pencetus ini dipanggil kaedah pencetus III+. (4) Dua elektrod utama masih menggunakan voltan terbalik U12, dan input ialah isyarat pencetus terbalik (Rajah 5d). Selepas thyristor dwiarah dihidupkan, arus keadaan hidup masih mengalir dari T1 ke T2. Pencetus ini dipanggil sentuhan III

(4) Dua elektrod utama masih menggunakan voltan terbalik U12, dan input adalah isyarat pencetus terbalik (Rajah 5d). Selepas thyristor dwiarah dihidupkan, arus keadaan hidup masih mengalir dari T1 ke T2. Pencetus ini dipanggil kaedah pencetus III. Walaupun thyristor dua arah mempunyai empat kaedah pencetus di atas, voltan dan arus pencetus yang diperlukan untuk pencetus isyarat negatif adalah agak kecil. Kerja ini agak boleh dipercayai, jadi kaedah pencetus negatif digunakan secara meluas dalam kegunaan praktikal.

5 Tujuan

Penggunaan thyristor biasa yang paling asas ialah pembetulan yang boleh dikawal. Litar penerus diod yang biasa dimiliki oleh litar penerus yang tidak boleh dikawal. Jika diod digantikan dengan thyristor, litar penerus boleh dikawal boleh dibentuk. Mengambil litar penerus boleh dikawal separuh gelombang tunggal fasa tunggal sebagai contoh, semasa separuh kitaran positif voltan AC sinusoidal U2, jika kutub kawalan VS tidak memasukkan nadi pencetus Ug, VS masih tidak boleh mengalir. Hanya apabila U2 berada dalam separuh kitaran positif dan nadi pencetus Ug digunakan pada kutub kawalan, thyristor dicetuskan untuk mengalir. Lukiskan bentuk gelombangnya (c) dan (d), dan hanya apabila nadi pencetus Ug tiba, akan ada keluaran UL voltan pada RL beban. Ug tiba lebih awal, dan masa pengaliran thyristor adalah awal; Ug tiba lewat, dan masa pengaliran thyristor lebih lewat. Dengan menukar masa apabila nadi pencetus Ug tiba di kutub kawalan, purata voltan keluaran UL pada beban boleh dilaraskan. Dalam teknologi elektrik, separuh kitaran arus ulang-alik selalunya ditetapkan pada 180 °, yang dikenali sebagai sudut elektrik. Dengan cara ini, sudut elektrik yang dialami semasa setiap separuh kitaran positif U2 dari sifar hingga saat nadi pencetus tiba dipanggil sudut kawalan α； Sudut elektrik di mana thyristor mengalir dalam setiap separuh kitaran positif dipanggil sudut pengaliran θ 。 Jelas sekali, α dan θ Kedua-duanya digunakan untuk mewakili pengaliran atau julat penyekat thyristor semasa separuh kitaran menahan voltan hadapan. Dengan menukar sudut kawalan α Atau sudut pengaliran θ， Dengan menukar nilai purata UL voltan DC nadi pada beban, pembetulan boleh dikawal dicapai.

1: Penerus terkawal silikon dwiarah berkapsul plastik kuasa rendah biasanya digunakan sebagai sistem pencahayaan akustooptik. Arus berkadar: IA kurang daripada 2A.

2: Besar; Tiristor bertutup plastik kuasa sederhana dan thyristor bertutup besi biasanya digunakan sebagai litar pengawalselia voltan jenis kuasa. Seperti bekalan kuasa DC keluaran voltan boleh laras, dsb.

3: Thyristor frekuensi tinggi kuasa tinggi biasanya digunakan dalam industri; Relau lebur frekuensi tinggi, dsb