Silicon Controlled Rectifier

Silicon Controlled Rectifier (SCR)

Ang Silicon Controlled Rectifier (SCR), na kilala rin bilang thyristor, ay isang high-power electrical component. Ito ay may mga pakinabang ng maliit na sukat, mataas na kahusayan, at mahabang buhay ng serbisyo. Sa mga awtomatikong control system, maaari itong magamit bilang isang high-power na driver para makontrol ang mga high-power na device na may mga low-power na kontrol. Ito ay malawakang ginagamit sa AC at DC motor speed control system, power regulation system, at servo system.

Mayroong dalawang uri ng thyristor: unidirectional thyristor at bidirectional thyristor. Bidirectional thyristor, kilala rin bilang three-terminal bidirectional thyristor, dinaglat bilang TRIAC. Ang bidirectional thyristor ay structurally equivalent sa dalawang unidirectional thyristor na konektado sa reverse, at ang ganitong uri ng thyristor ay may bidirectional conduction function. Ang estado ng on/off nito ay tinutukoy ng control pole G. Ang pagdaragdag ng positibo (o negatibo) na pulso sa control pole G ay maaaring magsagawa nito sa pasulong (o reverse) na direksyon. Ang bentahe ng device na ito ay ang control circuit ay simple at walang reverse boltahe na makatiis ng problema, kaya ito ay partikular na angkop para sa paggamit bilang AC contactless switch.

1 istraktura ng SCR

Gumagamit kami ng unidirectional thyristors, na kilala rin bilang ordinaryong thyristors. Binubuo ang mga ito ng apat na layer ng semiconductor material, na may tatlong PN junctions at tatlong panlabas na electrodes [Figure 2 (a)]: ang electrode na humantong sa labas ng unang layer ng P-type semiconductor ay tinatawag na anode A, ang electrode na humantong sa labas ng Ang ikatlong layer ng P-type semiconductor ay tinatawag na control electrode G, at ang electrode na humantong sa labas ng ikaapat na layer ng N-type semiconductor ay tinatawag na cathode K. Mula sa Electronic na simbolo ng thyristor [Fig. 2 (b)], makikita natin na ito ay isang unidirectional conductive device tulad ng diode. Ang susi ay upang magdagdag ng isang control electrode G, na ginagawa itong ganap na naiibang mga katangian ng operating mula sa diode.

Ang P1N1P2N2 four layer three terminal device, batay sa silicon single crystal bilang pangunahing materyal, ay nagsimula noong 1957. Dahil sa mga katangian nito na katulad ng vacuum thyristors, ito ay karaniwang tinutukoy sa buong mundo bilang silicon thyristors, dinaglat bilang thyristors T. Bukod pa rito, dahil thyristors ay orihinal na ginamit sa static na pagwawasto, kilala rin sila bilang mga elemento ng rectifier na kinokontrol ng silikon, na dinaglat bilang thyristor SCR.

Sa mga tuntunin ng pagganap, ang kinokontrol na silikon na rectifier ay hindi lamang may solong kondaktibiti, ngunit mayroon ding mas mahalagang kakayahang kontrolin kaysa sa mga bahagi ng silicon rectifier (karaniwang kilala bilang"patay na silikon"). Mayroon lamang itong dalawang estado: on at off.

Makokontrol ng thyristor ang high-power electromechanical equipment na may milliampere level current. Kung lumampas ang kapangyarihan na ito, bababa ang average na kasalukuyang pinapayagang dumaan dahil sa isang makabuluhang pagtaas sa pagkawala ng paglipat ng bahagi. Sa oras na ito, dapat na i-downgrade ang nominal na kasalukuyang para magamit.

Mayroong maraming mga pakinabang ng thyristor, tulad ng pagkontrol sa mataas na kapangyarihan na may mababang kapangyarihan, at ang power amplification factor ay maaaring umabot ng ilang daang libong beses; Napakabilis na pagtugon, pag-on at pag-off sa loob ng microseconds; Walang contact operation, walang sparks, walang ingay; Mataas na kahusayan, mababang gastos, atbp.

Pangunahing inuri ang mga thyristor sa mga tuntunin ng hitsura bilang hugis bolt, hugis flat plate, at hugis flat bottom.

Istraktura ng mga bahagi ng thyristor

Anuman ang hitsura ng thyristor, ang kanilang core ay isang apat na layer na istraktura ng P1N1P2N2 na binubuo ng P-type na silikon at N-type na silikon. Tingnan ang Figure 1. Mayroon itong tatlong PN junctions (J1, J2, J3), na may anode A na ipinakilala mula sa P1 layer ng J1 structure, cathode K na ipinakilala mula sa N2 layer, at control electrode G na ipinakilala mula sa P2 layer. Samakatuwid, ito ay isang apat na layer, tatlong terminal semiconductor device.

2 prinsipyo ng pagpapatakbo

Mga elemento ng istruktura

Ang Thyristor ay isang P1N1P2N2 apat na layer tatlong terminal structural element na may tatlong PN junctions. Kapag sinusuri ang prinsipyo, maaari itong ituring na binubuo ng isang PNP transistor at isang NPN transistor, at ang katumbas na diagram nito ay ipinapakita sa tamang figure. Bidirectional thyristor: Ang bidirectional thyristor ay isang silicon controlled rectifier device, na kilala rin bilang TRIAC. Maaaring makamit ng device na ito ang contactless na kontrol ng AC power sa mga circuit, na kinokontrol ang malalaking alon na may maliliit na alon. Ito ay may mga pakinabang ng walang sparks, mabilis na pagkilos, mahabang buhay ng serbisyo, mataas na pagiging maaasahan, at pinasimple na istraktura ng circuit. Mula sa hitsura, ang bidirectional thyristor ay halos kapareho sa ordinaryong thyristor, na may tatlong electrodes. Gayunpaman, maliban sa isang electrode G, na tinatawag pa ring control electrode, ang iba pang dalawang electrodes ay karaniwang hindi na tinatawag na anode at cathode, ngunit sama-samang tinutukoy bilang pangunahing electrodes Tl at T2. Ang simbolo nito ay iba rin sa mga ordinaryong thyristor, na iginuhit sa pamamagitan ng pagbabalikwas ng koneksyon ng dalawang thyristor nang magkasama, tulad ng ipinapakita sa Figure 2. Ang modelo nito ay karaniwang kinakatawan ng"3CTS"o"KS"sa Tsina; Ang dayuhang data ay maaari ding katawanin ng 'TRIAC'. Ang mga detalye, modelo, hitsura, at pag-aayos ng electrode pin ng bidirectional thyristor ay nag-iiba depende sa tagagawa, ngunit karamihan sa mga electrode pin nito ay nakaayos mula kaliwa hanggang kanan sa pagkakasunud-sunod ng T1, T2, at G (kapag naobserbahan, ang mga electrode pin ay nakaharap pababa at nakaharap sa gilid na may marka). Ang hitsura at pag-aayos ng electrode pin ng pinakakaraniwang plastic encapsulated structure na bidirectional thyristor sa merkado ay ipinapakita sa Figure 1.

3 Mga Katangian ng SCR

Upang madaling maunawaan ang mga gumaganang katangian ng thyristors, tingnan natin ang teaching board na ito (Larawan 3). Ang thyristor VS ay konektado sa serye na may maliit na bumbilya na EL at konektado sa DC power supply sa pamamagitan ng switch S. Tandaan na ang anode A ay konektado sa positibong poste ng power supply, ang cathode K ay konektado sa negatibong poste ng kapangyarihan supply, at ang control electrode G ay konektado sa positive pole ng 1.5V DC power supply sa pamamagitan ng button switch SB (dito, KP1 type thyristors ang ginagamit, at kung KP5 type thyristors ang gagamitin, dapat itong konektado sa positive pole ng 3V DC power supply). Ang paraan ng koneksyon sa pagitan ng thyristor at ng power supply ay tinatawag na forward connection, na nangangahulugan na ang positibong boltahe ay inilapat sa parehong anode at control pole ng thyristor. I-on ang power switch S, ngunit ang maliit na bombilya ay hindi umiilaw, na nagpapahiwatig na ang thyristor ay hindi nagsasagawa; Pindutin muli ang button switch SB upang magpasok ng nagti-trigger na boltahe sa control pole. Ang maliit na bombilya ay umiilaw, na nagpapahiwatig na ang thyristor ay gumagana. Anong inspirasyon ang ibinigay sa atin ng demonstration experiment na ito?

Sinasabi sa atin ng eksperimentong ito na para gawing conductive ang thyristor, ang isa ay maglagay ng forward voltage sa pagitan ng anode A at cathode K nito, at ang isa naman ay mag-input ng forward trigger voltage sa pagitan ng control electrode G at cathode K nito. naka-on, bitawan ang switch ng button, alisin ang nagti-trigger na boltahe, at panatilihin pa rin ang estado ng pagpapadaloy.

4 Mga Katangian ng SCR

Sa isang pagpindot. Gayunpaman, kung ang isang reverse boltahe ay inilapat sa anode o control electrode, ang thyristor ay hindi maaaring magsagawa. Ang function ng control pole ay i-on ang thyristor sa pamamagitan ng paglalagay ng forward trigger pulse, ngunit hindi ito maaaring patayin. Kaya, anong paraan ang maaaring gamitin upang patayin ang conducting thyristor? Sa pamamagitan ng pag-off ng conducting thyristor, ang anode power supply (switch S sa Figure 3) ay maaaring idiskonekta o ang anode current ay maaaring bawasan sa minimum na halaga na kinakailangan upang mapanatili ang continuity (tinukoy bilang maintenance current). Kung mayroong AC boltahe o pulsating DC boltahe na inilapat sa pagitan ng anode at cathode ng thyristor, ang thyristor ay awtomatikong mag-o-off kapag ang boltahe ay tumawid sa zero.

Uri ng Application

Ipinapakita ng Figure 4 ang katangian ng curve ng bidirectional thyristor.

Gaya ng ipinapakita sa figure, ang katangian ng curve ng bidirectional thyristor ay binubuo ng mga curve sa loob ng una at ikatlong quadrant. Ang curve sa unang quadrant ay nagpapahiwatig na kapag ang boltahe na inilapat sa pangunahing elektrod ay nagiging sanhi ng Tc na magkaroon ng positibong polarity patungo sa T1, ito ay tinatawag na pasulong na boltahe at kinakatawan ng simbolo na U21. Kapag ang boltahe na ito ay unti-unting tumataas sa turning point boltahe UBO, ang thyristor sa kaliwang bahagi ng Figure 3 (b) ay nagti-trigger ng pagpapadaloy, at ang kasalukuyang nasa estado sa oras na ito ay I21, na dumadaloy mula sa T2 hanggang Tl. Mula sa figure, makikita na mas malaki ang nag-trigger na kasalukuyang, mas mababa ang pag-on ng boltahe. Ang sitwasyong ito ay pare-pareho sa nagpapalitaw na batas ng pagpapadaloy ng ordinaryong thyristor. Kapag ang boltahe na inilapat sa pangunahing elektrod ay nagiging sanhi ng Tl na magkaroon ng positibong polarity patungo sa T2, ito ay tinatawag na reverse boltahe at kinakatawan ng simbolo na U12. Kapag ang boltahe na ito ay umabot sa halaga ng boltahe ng turning point, ang thyristor sa kanang bahagi ng Figure 3 (b) ay nagpapalitaw ng pagpapadaloy, at ang kasalukuyang sa oras na ito ay I12, na may direksyon mula T1 hanggang T2. Sa puntong ito, ang katangian ng curve ng bidirectional thyristor ay ipinapakita sa ikatlong kuwadrante ng Figure 4.

Apat na paraan ng pag-trigger

Dahil sa katotohanan na sa pangunahing elektrod ng bidirectional thyristor, maaari itong ma-trigger at maisagawa kahit na ang pasulong o reverse boltahe ay inilapat, at kung ang trigger signal ay pasulong o baligtad, mayroon itong sumusunod na apat na paraan ng pag-trigger: ( 1) Kapag ang boltahe na inilapat ng pangunahing elektrod T2 sa Tl ay isang pasulong na boltahe, ang boltahe na inilapat ng control electrode G sa unang elektrod Tl ay isa ring forward trigger signal (Figure 5a). Matapos ang bidirectional thyristor ay nag-trigger ng pagpapadaloy, ang direksyon ng kasalukuyang I2l ay dumadaloy mula T2 hanggang T1. Mula sa curve ng katangian, makikita na ang batas ng pagpapadaloy ng bidirectional thyristor trigger ay isinasagawa ayon sa mga katangian ng pangalawang kuwadrante, at dahil ang trigger signal ay nasa direksyong pasulong, ang trigger na ito ay tinatawag na"unang quadrant forward trigger"o ang I+trigger method. (2) Kung ang pasulong na boltahe ay inilapat pa rin sa pangunahing elektrod T2 at ang trigger signal ay binago sa isang reverse signal (Figure 5b), pagkatapos ay pagkatapos na ang bidirectional thyristor ay nag-trigger ng pagpapadaloy, ang direksyon ng kasalukuyang estado ay mula pa rin sa T2 hanggang T1. Tinatawag namin itong trigger na"negatibong trigger ng unang kuwadrante"o ang paraan ng I-trigger. (3) Dalawang pangunahing electrodes ang inilapat na may reverse voltage U12 (Figure 5c), at isang forward trigger signal ang input. Matapos i-on ang bidirectional thyristor, dumadaloy ang on state current mula T1 hanggang T2. Ang bidirectional thyristor ay gumagana ayon sa third quadrant characteristic curve, kaya ang trigger na ito ay tinatawag na III+trigger method. (4) Ang dalawang pangunahing electrodes ay nag-aaplay pa rin ng reverse voltage U12, at ang input ay isang reverse trigger signal (Figure 5d). Matapos i-on ang bidirectional thyristor, dumadaloy pa rin ang on state current mula T1 hanggang T2. Ang trigger na ito ay tinatawag na III touch

(4) Ang dalawang pangunahing electrodes ay nag-aaplay pa rin ng reverse voltage U12, at ang input ay isang reverse trigger signal (Figure 5d). Matapos i-on ang bidirectional thyristor, dumadaloy pa rin ang on state current mula T1 hanggang T2. Ang trigger na ito ay tinatawag na III trigger method. Bagama't ang bidirectional thyristor ay mayroong apat na paraan ng pag-trigger sa itaas, ang nagti-trigger na boltahe at kasalukuyang kinakailangan para sa negatibong pag-trigger ng signal ay medyo maliit. Ang trabaho ay medyo maaasahan, kaya ang mga negatibong paraan ng pag-trigger ay malawakang ginagamit sa praktikal na paggamit.

5 Layunin

Ang pinakapangunahing paggamit ng mga ordinaryong thyristor ay nakokontrol na pagwawasto. Ang pamilyar na diode rectifier circuit ay kabilang sa isang hindi nakokontrol na rectifier circuit. Kung ang diode ay pinalitan ng isang thyristor, maaaring mabuo ang isang nakokontrol na rectifier circuit. Ang pagkuha sa pinakasimpleng single-phase half wave controllable rectifier circuit bilang isang halimbawa, sa panahon ng positive half cycle ng sinusoidal AC voltage U2, kung ang control pole ng VS ay hindi nag-input ng trigger pulse Ug, VS ay hindi pa rin maaaring magsagawa. Kapag ang U2 ay nasa positibong kalahating cycle at ang trigger pulse Ug ay inilapat sa control pole, ang thyristor ay na-trigger na magsagawa. Iguhit ang mga waveform nito (c) at (d), at kapag dumating lang ang trigger pulse Ug, magkakaroon ng boltahe na UL output sa load RL. Ang Ug ay dumating nang maaga, at ang oras ng pagpapadaloy ng thyristor ay maaga; Late na dumating si Ug, at mas huli ang oras ng pagpapadaloy ng thyristor. Sa pamamagitan ng pagbabago ng oras kung kailan dumating ang trigger pulse Ug sa control pole, ang average na output boltahe na UL sa load ay maaaring iakma. Sa teknolohiyang elektrikal, ang kalahating cycle ng alternating current ay kadalasang nakatakda sa 180 °, na kilala bilang anggulo ng kuryente. Sa ganitong paraan, ang electrical angle na nararanasan sa bawat positive half cycle ng U2 mula zero hanggang sa sandaling dumating ang trigger pulse ay tinatawag na control angle α； Ang electrical angle kung saan ang thyristor ay nagsasagawa sa loob ng bawat positive half cycle ay tinatawag na conduction angle θ 。 Malinaw, ang α at θ Pareho ay ginagamit upang kumatawan sa conduction o blocking range ng thyristors sa kalahating cycle ng withstanding forward voltage. Sa pamamagitan ng pagpapalit ng anggulo ng kontrol α O anggulo ng pagpapadaloy θ， Sa pamamagitan ng pagpapalit ng average na halaga ng UL ng boltahe ng pulso DC sa pagkarga, nakakamit ang nakokontrol na pagwawasto.

1: Ang low power na plastic na encapsulated bidirectional silicon controlled rectifier ay karaniwang ginagamit bilang isang acoustooptic lighting system. Rated kasalukuyang: IA ay mas mababa sa 2A.

2: Malaki; Ang medium power na plastic sealed at iron sealed thyristors ay karaniwang ginagamit bilang power type controllable voltage regulating circuits. Tulad ng adjustable voltage output DC power supply, atbp.

3: Ang high-power high-frequency thyristor ay karaniwang ginagamit sa industriya; High frequency melting furnace, atbp