Die moderne Leistungselektronik begann wirklich mit dem Aufkommen der Thyristoren. Thyristoren sind auch als siliziumgesteuerte Gleichrichter oder SCRs bekannt. Dies sind vierschichtige Halbleiterbauelemente mit drei Anschlüssen. Und Thyristoren sind unidirektionale Geräte.
Siliziumgesteuerte Gleichrichter sind Halbleiterbauelemente, die typischerweise zur Steuerung von Hochleistung in Verbindung mit Hochspannung verwendet werden. Daher finden diese Geräte Anwendungen in Hochspannungs-Wechselstrom-Steuerungssystemen, Lampendimmerschaltungen, Reglerschaltungen usw. SCR findet auch Anwendung in der Gleichrichtung von Hochleistungs-Wechselstrom in der Hochvolt-Gleichstromübertragung. Der SCR gehört zur Familie der Thyristoren, und tatsächlich ist der Name SCR der Handelsname des Thyristors von General Electrics.
Der SCR ist eine vierschichtige Vorrichtung mit abwechselnden Materialien vom N- und P-Typ. Der SCR besteht aus einer vierschichtigen Halbleiterschicht, die eine PNPN- oder NPNP-Struktur bildet. Silizium wird als intrinsischer Halbleiter verwendet, dem die richtigen Dotierstoffe zugesetzt werden. Es verfügt über drei Anschlüsse, Anode, Kathode und Gate. Die Kathode ist am stärksten dotiert und das Gate und die Anode sind weniger stark dotiert. Die zentrale Schicht vom N-Typ ist nur leicht dotiert und auch dicker als die anderen Schichten, wodurch sie eine hohe Sperrspannung unterstützen kann.
Der SCR hat drei Übergänge, nämlich J1, J2 und J3. Die Anode ist mit dem P-Typ-Material der PNPN-Struktur verbunden, während die Kathode mit dem N-Typ-Material verbunden ist. Das Gate ist mit dem P-Material in der Nähe der Kathode verbunden.
Dies sind unidirektionale Geräte, die Strom nur in eine Richtung leiten. Das ist von Anode zu Kathode. Das Auslösen des SCR erfolgt, wenn sein Gate eine positive Spannung erhält. SCR wird im Allgemeinen in Schaltanwendungen wie Relaistreibern, Batterieladegeräten usw. verwendet.
Der Thyristor hat drei Grundzustände:
Reverse Blocking: In diesem Zustand blockiert der Thyristor den Strom auf die gleiche Weise wie der einer in Sperrrichtung vorgespannten Diode.
Vorwärtsblockierung: In diesem Zustand ist die Thyristorbetrieb ist derart, dass es eine Vorwärtsstromleitung blockiert, die normalerweise von einer in Vorwärtsrichtung vorgespannten Diode getragen wird.
Vorwärtsleitung: In diesem Zustand wurde der Thyristor in die Leitung ausgelöst. Es bleibt leitend, bis der Durchlassstrom unter einen als Haltestrom bekannten Schwellenwert fällt.
Thyristorbetrieb
SCR-SYMBOL
Der SCR beginnt mit der Leitung, wenn er in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist. Zu diesem Zweck wird die Kathode auf einer negativen und die Anode auf einer positiven Spannung gehalten. Wenn die Vorwärtsvorspannung an den SCR angelegt wird, werden die Verbindungsstellen J1 und J3 in Vorwärtsrichtung vorgespannt, während die Verbindung J2 in Rückwärtsrichtung vorgespannt wird. Wenn am Gate eine positive Spannung angelegt wird, wird der Übergang J2 in Vorwärtsrichtung vorgespannt und der SCR wird eingeschaltet.
Im Betrieb kann der Thyristor als NPN- und PNP-Transistor betrachtet werden, die Rücken an Rücken verbunden sind und eine positive Rückkopplungsschleife innerhalb der Vorrichtung bilden. Der Transistor, dessen Emitter mit der Kathode des Thyristors verbunden ist, ist eine NPN-Vorrichtung, während der Transistor mit seinem Emitter mit der Anode des Thyristors verbunden ist Thyristor ist PNP-Gerät . Das Gate ist mit der Basis des NPN-Transistors verbunden. Der Ausgang eines Transistors wird dem Eingang des zweiten zugeführt, und der Ausgang des zweiten Transistors wird wiederum dem Eingang des ersten zurückgeführt. Das heißt, wenn ein Strom zu fließen beginnt, baut er sich schnell auf, bis beide Transistoren vollständig eingeschaltet oder gesättigt sind. Sehen wir uns ein kleines Beispiel an:
Aus der folgenden Schaltung haben wir hier einen TYN616-Thyristor verwendet.
- Wenn das Gate geöffnet ist, werden drei Durchbruchspannungen für die minimale Durchlassspannung bestimmt, bei der der Thyristor stark leitet. Jetzt erscheint der größte Teil der Versorgungsspannung über dem Lastwiderstand. Der Haltestrom ist das maximale Anodenstromgatter, das geöffnet ist, wenn ein Durchbruch auftritt.
- Wenn das Gate im AUS-Zustand ist, bietet der Thyristor einen Unendlichkeitswiderstand als im EIN-Zustand, bietet er einen sehr niedrigen Widerstand, der im Bereich von 0,010 bis 10 liegt.
Auslösemodus
Im normalen Aus-Zustand verhindert SCR den Stromfluss durch ihn, aber wenn die Gate-Kathoden-Spannung ansteigt und einen bestimmten Pegel überschreitet, schaltet sich SCR ein und leitet wie ein Transistor. Eine wichtige Besonderheit des SCR besteht darin, dass es nach seiner Durchführung zwischengespeichert bleibt und auch nach dem Entfernen der Gate-Spannung weiterleitet. Der SCR bleibt eingeschaltet, bis der Haltestrom der Geräte auf einen niedrigen Wert abfällt. Wenn das Gate jedoch eine pulsierende Spannung erhält und der Strom durch das Gate unter dem Verriegelungsstrom liegt, bleibt der SCR im ausgeschalteten Zustand. SCR kann ohne positive Spannung am Gate ausgelöst werden. Der SCR ist normalerweise mit der Anode an der positiven Schiene und der Kathode an der negativen Schiene verbunden. Wenn die an die Anode angelegte Spannung ansteigt, induziert die kapazitive Kopplung in der Vorrichtung eine Ladung in das Gate und SCR-Trigger. Diese Art der Triggerung ohne externen Gate-Strom wird als 'DV / dt-Triggerung' bezeichnet. Dies tritt normalerweise beim Einschalten auf. Dies wird als Rate-Effekt bezeichnet.
Die DV / dt-Triggerung schaltet den SCR jedoch nicht vollständig ein und der teilweise ausgelöste SCR verbraucht viel Strom und das Gerät kann beschädigt werden. Um das Auslösen von DV / dt zu verhindern, wird ein Snubber-Netzwerk verwendet. Eine andere Art der Auslösung besteht darin, die Durchlassspannung des SCR über die Nenndurchbruchspannung zu erhöhen. Eine Vorwärtsspannungsauslösung tritt auf, wenn die Spannung am SCR bei geöffnetem Gate ansteigt. Dies wird als „Lawinenzusammenbruch“ bezeichnet, bei dem die Verbindungsstelle 2 des Geräteausfalls. Dadurch wird auch der SCR teilweise eingeschaltet und das Gerät beschädigt. Die Spannung sollte daher die Nennspannung des SCR nicht überschreiten.
Wie schalte ich den SCR aus?
Sobald der SCR eingeschaltet ist, befindet er sich auch nach dem Entfernen des Gate-Stroms im leitenden Modus. Dies ist SCR-Verriegelung. Der SCR kann durch Rückwärtsauslösung ausgeschaltet werden. Dies kann durch Anlegen einer negativen Spannung an das Gate erfolgen. Das Gerät kann auch ausgeschaltet werden, indem entweder der Anodenstrom entfernt oder das Gate und die Kathode kurzgeschlossen werden.
Anwendungen von Thyristor:
Thyristoren werden hauptsächlich in Vorrichtungen verwendet, bei denen die Steuerung einer hohen Leistung, möglicherweise gekoppelt mit einer hohen Spannung, erforderlich ist. Durch ihren Betrieb sind sie für den Einsatz in Mittel- bis Hochspannungs-Wechselstromsteuerungsanwendungen geeignet, z. B. zum Dimmen von Lampen, Steuerungen und Motorsteuerung .
Eine Anwendung der SCR-Relaissteuerung mit SCR:
Wenn der Schalter S1 kurz gedrückt wird, schaltet sich das Relais ein. Sie kann durch Drücken von S2 ausgeschaltet werden.
Wenn der Schalter S1 durch einen LDR und R1 mit 4,7K-Voreinstellung ersetzt wird, schaltet sich das Relais ein, wenn das Licht auf LDR fällt. Voreingestellt den Triggerpunkt einstellen.
Wenn der Schalter S1 durch einen 4,7-K-NTC-Thermister (Negative Temperature Coefficient) und R1 mit einer 1-K-Voreinstellung ersetzt wird, schaltet sich das Relais ein, wenn die Temperatur steigt. Voreingestellt den Triggerpunkt einstellen.
Fotokredit:
- SCR-SYMBOL von Wikimedia
