Silicio valdomas tiristorius (SCR): apibrėžimas, veikimas ir panaudojimas

Silicio valdomas tiristorius (SCR): išsamus apibrėžimas, veikimo principas ir praktiniai panaudojimai — nuo suvirinimo ir variklių valdymo iki šviesos pritemdymo.

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).

• 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.

• 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.

Paieška pagal raidę