Silicio valdomas tiristorius (SCR), dar vadinamas silicio valdomu lygintuvu, yra tiristoriaus tipas. Tai keturių sluoksnių (PNPN) kietojo kūno srovės valdymo įtaisas, turintis tris išvadas: anodą, katodą ir vartus (gate).

Konstrukcija ir pagrindinės savybės

SCR yra vienakrypčiai įtaisai: jie praleidžia srovę tik viena kryptimi — nuo anodos link katodos. Paprastai SCR galima įjungi tik impulso arba nuolatinės srovės pagalba, tekėjusios į vartą. Kai SCR įsijungia (užrakina), jis lieka laidus tol, kol pratekanti srovė nenukrenta žemiau tam tikros ribos (laikymo srovės).

Tipiniai terminai:

  • Užrakinimo (latching) srovė (I_L) – minimalus srovės kiekis, reikalingas, kad po vartų impulso prietaisas persijungtų į laidų būseną.
  • Laikymo (holding) srovė (I_H) – minimalus srovės kiekis, kurio nebelikus SCR išsijungia.
  • Vartų įjungimo srovė (I_GT) – minimalus vartų impulsas reikalingas patikimam įjungimui.
  • Maksimali įtampa ir srovė – gamintojo nurodomi didžiausi prietaiso parametrai (pvz., maksimalus anodo-katodo įtampos apribojimas, nuolatinė ir impulso srovė).

Veikimo principas

SCR elgiasi kaip valdomas jungiklis. Kol į vartą nepateikiamas pakankamas įėjimo impulsas, jungtis anodos ir katodos išlieka uždaryta (nepraleidžia tiesinės srovės). Kai vartui pritaikomas impulsas, PNPN struktūroje įvyksta grandininė rekombinacija ir prietaisas pereina į laidžią būseną. Svarbu: po įjungimo vartų srovė nebėra būtina — SCR lieka įjungtas tol, kol grandinės srovė nenukrenta žemiau laikymo ribos.

Įjungimas ir išjungimas

SCR galima įjungti:

  • teikiant vartui pakankamą srovės impulsą (kontroliuotas įjungimas);
  • didelio anodo-katodo įtampos pokyčio atveju (nepageidautinas įjungimas dėl didelio dv/dt);
  • kai srovė per anodo-katodo grandinę natūraliai pasiekia reikalingą lygį (pvz., pusperiodžio metu įprastame lygintuve).
Išjungimas (komutacija) gali būti pasiektas keliais būdais:
  • palaukus, kol kintamosios srovės pusperiodis mažina srovę natūraliai (serijiniame valdyme),
  • aktyviai nukreipus srovę kitu keliu arba naudojant priverstinę komutaciją su papildomu grandinės elementu,
  • sumažinus srovę žemiau laikymo ribos (pvz., naudojant serijinį varžtį arba išjungimo grandinę).

Apsauga ir patikimumas

Saugiam ir patikimam SCR veikimui dažnai taikomi šie sprendimai:

  • Radiatoriaus / aušinimo blokas — SCR skleidžia šilumą, todėl reikalingas geras aušinimas;
  • Snubber (RC grandinė) — mažina didelius dv/dt, kurie gali netyčia įjungti prietaisą;
  • Serijinės induktyvumo ar srovės ribojimo elementai — apsaugo nuo pernelyg didelių srovės šuolių (di/dt problemų);
  • pertraukos ir saugikliai, tranzientinių viršįtampių slopintuvai (varistoriai), terminės apsaugos.

Panaudojimas

SCR yra plačiai naudojami prietaisuose, kuriems reikalingas didelės galios ir (ar) aukštos įtampos valdymas. Dažni pritaikymai:

  • Lyginimas — kaip valdomi pusperiodžio arba pilni lygintuvai, skirtas kintamosios srovės konvertavimui į nuolatinę srovę;
  • Maitinimo reguliavimas — pritemdymas, galios reguliatoriai, šildymo valdikliai;
  • Variklių valdymas — greičio reguliavimas didelės galios motorams;
  • Suvirinimo aparatūra ir kiti pramoniniai galios įrenginiai, kur reikalingas patikimas aukštos galios valdymas — pavyzdžiui, suvirinimo mašinose;
  • aukštos įtampos galios perdavimo grandinės, akumuliatorių krovimo sistemos, impulsiniai generatoriai.

Privalumai ir trūkumai

Privalumai:

  • didelė praleidžiama srovė ir aukšta įtampos riba;
  • patikimas veikimas aukštoje galingumo klasėje;
  • galimybė tikslingai valdyti įjungimo kampą (fazinis valdymas) kintamosios srovės grandinėse.
Trūkumai:
  • nepajėgia perduoti srovės abiem kryptimis (skirtingai nei triac);
  • išjungimas kartais reikalauja papildomų grandinių (priverstinė komutacija);
  • gali įsijungti netyčia esant dideliam dv/dt arba di/dt — todėl reikia apsaugos grandinių.

Tipiniai techniniai parametrai

Renkantis SCR reikia atkreipti dėmesį į:

  • maksimali atvirkštinė ir tiesinė (anodo-katodo) įtampa;
  • nuolatinė ir impulsinė praleidžiama srovė;
  • vartų įjungimo srovė (I_GT) ir įtampa (V_GT);
  • laikymo (I_H) ir užrakinimo (I_L) srovės;
  • termine varža ir aušinimo reikalavimai;
  • greitis (pvz., ar prietaisas tinkamas impulsiniam ar maitinimo režimui).

Apibendrinant, SCR — tai galingas ir patikimas elementas pramoninių ir galios elektronikos sprendimų srityje. Teisingas prietaiso parinkimas, gilaus supratimo apie latching/holding savybes ir apsauginių grandinių taikymas užtikrina ilgalaikį ir saugų veikimą.