Szilikon vezérlésű egyenirányító
Szilíciumvezérelt egyenirányító (SCR)
A szilíciumvezérelt egyenirányító (SCR), más néven tirisztor, egy nagy teljesítményű elektromos alkatrész. Előnye a kis méret, a nagy hatékonyság és a hosszú élettartam. Az automatikus vezérlőrendszerekben nagy teljesítményű meghajtóként használható nagy teljesítményű eszközök kis teljesítményű vezérléssel történő vezérlésére. Széles körben használják váltakozó és egyenáramú motorfordulatszám-szabályozó rendszerekben, teljesítményszabályozó rendszerekben és szervorendszerekben.
Kétféle tirisztor létezik: egyirányú tirisztor és kétirányú tirisztor. Kétirányú tirisztor, más néven háromterminális kétirányú tirisztor, rövidítve TRIAC. A kétirányú tirisztor szerkezetileg egyenértékű két egyirányú tirisztorral, amelyek fordítottan vannak csatlakoztatva, és ez a típusú tirisztor kétirányú vezetési funkcióval rendelkezik. Be/ki állapotát a G vezérlő pólus határozza meg. Ha pozitív (vagy negatív) impulzust adunk a G vezérlő pólushoz, akkor az előre (vagy hátra) irányban vezet. Ennek az eszköznek az az előnye, hogy a vezérlőáramkör egyszerű és nincs fordított feszültségtűrési probléma, így különösen alkalmas AC érintésmentes kapcsolóként való használatra.
1 SCR szerkezet
Egyirányú tirisztorokat, más néven közönséges tirisztorokat használunk. Négy réteg félvezető anyagból állnak, három PN átmenettel és három külső elektródával [2(a) ábra]: a P-típusú félvezető első rétegéből kivezetett elektródát A anódnak nevezik, az elektródát pedig az elektródából. A P-típusú félvezető harmadik rétegét G vezérlőelektródának, az N-típusú félvezető negyedik rétegéből kivezetett elektródát K katódnak nevezzük. A tirisztor elektronikus szimbólumából [ábra 2 (b)], láthatjuk, hogy ez egy egyirányú vezető eszköz, mint a dióda. A lényeg egy G vezérlőelektróda hozzáadása, amely teljesen eltérő működési jellemzőkkel rendelkezik a diódától.
A P1N1P2N2 négyrétegű három végberendezés, amely alapanyagként szilícium egykristályra épült, 1957-ben indult. A vákuum tirisztorokhoz hasonló jellemzői miatt nemzetközileg szilícium tirisztoroknak, röviden T tirisztoroknak nevezik. Eredetileg statikus egyenirányításban használták, szilíciumvezérelt egyenirányító elemekként is ismertek, rövidítve tirisztoros SCR-ként.
A teljesítmény szempontjából a szilícium vezérlésű egyenirányítónak nemcsak egyszeres vezetőképessége van, hanem értékesebb szabályozhatósága is van, mint a szilícium egyenirányító komponenseinek (közismert nevén"halott szilícium"). Csak két állapota van: be és ki.
A tirisztor nagy teljesítményű elektromechanikus berendezéseket vezérelhet milliamperes szintű árammal. Ha ezt a teljesítményt túllépik, az átengedett átlagos áramerősség csökken az alkatrészek kapcsolási veszteségének jelentős növekedése miatt. Ekkor a névleges áramot csökkenteni kell a használathoz.
A tirisztornak számos előnye van, mint például a nagy teljesítmény vezérlése kis teljesítménnyel, és a teljesítményerősítési tényező több százezerszeres is lehet; Rendkívül gyors reakció, mikromásodperceken belül be- és kikapcsol; Nincs érintkezés, nincs szikra, nincs zaj; Nagy hatékonyság, alacsony költség stb.
A tirisztorok megjelenése alapján főként csavar alakúak, lapos lemez alakúak és lapos fenekűek.
A tirisztor alkatrészek felépítése
A tirisztor megjelenésétől függetlenül a magjuk egy négyrétegű P1N1P2N2 szerkezet, amely P-típusú szilíciumból és N-típusú szilíciumból áll. Lásd az 1. ábrát. Három PN átmenettel rendelkezik (J1, J2, J3), az A anóddal a J1 szerkezet P1 rétegéből, a K katóddal az N2 rétegből és a G vezérlőelektródával a P2 rétegből. Ezért ez egy négyrétegű, három terminálos félvezető eszköz.
2 működési elv
Szerkezeti elemek
A tirisztor egy P1N1P2N2 négyrétegű, három sorkapocs szerkezeti elem, három PN csomóponttal. Az elv elemzésekor egy PNP tranzisztorból és egy NPN tranzisztorból állónak tekinthető, ennek megfelelő diagramja a jobb oldali ábrán látható. Kétirányú tirisztor: A kétirányú tirisztor egy szilícium vezérlésű egyenirányító eszköz, más néven TRIAC. Ez az eszköz érintésmentesen vezérli a váltakozó áramot az áramkörökben, nagy áramokat kis áramokkal vezérelve. Előnyei a szikramentesség, a gyors működés, a hosszú élettartam, a nagy megbízhatóság és az egyszerűsített áramköri felépítés. A kétirányú tirisztor megjelenése nagyon hasonlít a hagyományos tirisztorokhoz, három elektródával. Azonban az egyik G elektród kivételével, amelyet még mindig vezérlőelektródának neveznek, a másik két elektródát általában már nem anódnak és katódnak nevezik, hanem együttesen Tl és T2 főelektródáknak nevezik. Szimbóluma is eltér a hagyományos tirisztorokétól, amelyeket két tirisztor összekapcsolásának megfordításával rajzolnak meg, ahogy az a 2. ábrán látható. Modelljét általában a"3CTS"vagy"KS"Kínában; A külföldi adatokat a „TRIAC” is ábrázolhatja. A kétirányú tirisztor specifikációi, modelljei, megjelenése és az elektróda érintkezőinek elrendezése a gyártótól függően változhat, de az elektródcsapok többsége balról jobbra van elrendezve T1, T2 és G sorrendben (ha megfigyeljük, az elektródcsapok lefelé és a karakterekkel jelölt oldallal). A piacon legelterjedtebb műanyag tokozású szerkezetű kétirányú tirisztor megjelenését és elektródák elrendezését az 1. ábra mutatja.
3 SCR jellemzők
A tirisztorok működési jellemzőinek intuitív megértése érdekében vessünk egy pillantást erre a tantáblára (3. ábra). A VS tirisztor sorba van kötve az EL kis izzóval, és az S kapcsolón keresztül csatlakozik az egyenáramú tápellátáshoz. Vegye figyelembe, hogy az A anód a tápegység pozitív pólusához, a K katód a tápegység negatív pólusához csatlakozik. táp, és a G vezérlőelektródát az SB nyomógombos kapcsolón keresztül az 1,5 V-os DC táp pozitív pólusára kell kötni (itt KP1 típusú tirisztorokat használunk, ha pedig KP5 típusú tirisztorokat használunk, akkor azokat a kapcsoló pozitív pólusára kell kötni 3V DC tápegység). A tirisztor és a tápegység közötti csatlakozási módot előremenő csatlakozásnak nevezzük, ami azt jelenti, hogy a pozitív feszültséget a tirisztor anódjára és vezérlő pólusára egyaránt alkalmazzuk. Kapcsolja be az S főkapcsolót, de a kis izzó nem világít, jelezve, hogy a tirisztor nem vezet; Nyomja meg ismét az SB gombkapcsolót, hogy indítófeszültséget adjon a vezérlőoszlopra. A kis izzó kigyullad, jelezve, hogy a tirisztor vezet. Milyen ihletet adott nekünk ez a demonstrációs kísérlet?
Ez a kísérlet azt mutatja be, hogy a tirisztor vezetőképessé tételéhez az egyik az, hogy az A anódja és a K katód közé előremenő feszültséget kapcsolunk, a másik pedig az, hogy a G vezérlőelektródja és a K katód közé előremenő feszültséget adunk. A tirisztor elfordítása után bekapcsolva, engedje el a gombos kapcsolót, távolítsa el az indítófeszültséget, és továbbra is tartsa fenn a vezetési állapotot.
4 Az SCR jellemzői
Egy érintésre. Ha azonban fordított feszültséget kapcsolunk az anódra vagy a vezérlőelektródára, a tirisztor nem tud vezetni. A vezérlőoszlop feladata a tirisztor bekapcsolása egy előremenő trigger impulzussal, de kikapcsolni nem lehet. Tehát milyen módszerrel lehet kikapcsolni a vezető tirisztort? A vezető tirisztor kikapcsolásával leválasztható az anódos tápegység (S kapcsoló a 3. ábrán), vagy az anódáram a folytonosság fenntartásához szükséges minimális értékre csökkenthető (ezt karbantartási áramnak nevezzük). Ha váltakozó feszültség vagy pulzáló egyenfeszültség van a tirisztor anódja és katódja között, a tirisztor automatikusan kikapcsol, ha a feszültség átlépi a nullát.
alkalmazás típusa
A 4. ábra a kétirányú tirisztor jelleggörbéjét mutatja.
Amint az ábrán látható, a kétirányú tirisztor jelleggörbéje az első és a harmadik negyedben lévő görbékből áll. Az első kvadráns görbéje azt jelzi, hogy amikor a főelektródára adott feszültség Tc pozitív polaritását okozza T1 felé, akkor ezt előremenő feszültségnek nevezzük, és az U21 szimbólummal ábrázoljuk. Amikor ez a feszültség fokozatosan az UBO fordulóponti feszültségre növekszik, a 3 (b) ábra bal oldalán lévő tirisztor vezetést vált ki, és a bekapcsolt állapotban lévő áram ekkor I21, amely T2-ről Tl-re folyik. Az ábrán látható, hogy minél nagyobb a kioldó áram, annál kisebb a forgási feszültség. Ez a helyzet összhangban van a közönséges tirisztor kioldó vezetési törvényével. Ha a fő elektródára adott feszültség hatására a Tl pozitív polaritást mutat a T2 felé, akkor ezt fordított feszültségnek nevezzük, és az U12 szimbólummal jelöljük. Amikor ez a feszültség eléri a fordulóponti feszültségértéket, a 3(b) ábra jobb oldalán lévő tirisztor vezetést vált ki, és az áram ekkor I12, iránya T1-től T2-ig. Ezen a ponton a kétirányú tirisztor jelleggörbéje a 4. ábra harmadik kvadránsában látható.
Négy kiváltó módszer
Tekintettel arra, hogy a kétirányú tirisztor főelektródáján az előre vagy fordított feszültségtől függetlenül kioldható és vezethető, a triggerjel előre vagy hátra van-e, az alábbi négy kioldási móddal rendelkezik: ( 1) Ha a T2 főelektróda által a Tl-re adott feszültség egy előremenő feszültség, akkor a G vezérlőelektróda által az első Tl elektródára adott feszültség egyúttal előremenő triggerjel is (5a. ábra). Miután a kétirányú tirisztor vezetést vált ki, az I2l áram iránya T2-ből T1-be folyik. A jelleggörbéből látható, hogy a kétirányú tirisztor trigger vezetési törvénye a második kvadráns jellemzői szerint valósul meg, és mivel a triggerjel előrefelé van, ezt a triggert az ún."első kvadráns előre trigger"vagy az I+trigger módszerrel. (2) Ha az előremenő feszültség továbbra is a T2 főelektródára van kapcsolva, és a triggerjelet fordított jelre változtatjuk (5b. ábra), akkor miután a kétirányú tirisztor vezetést vált ki, a bekapcsolt állapot áramának iránya továbbra is T2-től T1. Ezt a triggert hívjuk a"első kvadráns negatív trigger"vagy az I-trigger módszerrel. (3) Két fő elektródát U12 fordított feszültséggel (5c. ábra) kapcsolunk, és egy előremenő trigger jelet adunk be. A kétirányú tirisztor bekapcsolása után a bekapcsolt állapotáram T1-ről T2-re folyik. A kétirányú tirisztor a harmadik kvadráns jelleggörbe szerint működik, ezért ezt a triggert III+trigger módszernek nevezzük. (4) A két fő elektróda továbbra is fordított U12 feszültséget alkalmaz, és a bemenet egy fordított triggerjel (5d. ábra). A kétirányú tirisztor bekapcsolása után a bekapcsolt állapotú áram továbbra is T1-ből T2-be folyik. Ezt a triggert III érintésnek hívják
(4) A két fő elektróda továbbra is fordított U12 feszültséget alkalmaz, és a bemenet egy fordított triggerjel (5d. ábra). A kétirányú tirisztor bekapcsolása után a bekapcsolt állapotú áram továbbra is T1-ből T2-be folyik. Ezt a triggert III trigger módszernek nevezik. Bár a kétirányú tirisztor rendelkezik a fenti négy kioldási módszerrel, a negatív jel triggereléséhez szükséges indítófeszültség és áram viszonylag kicsi. A munka viszonylag megbízható, ezért a negatív kiváltó módszereket széles körben alkalmazzák a gyakorlatban.
5 Cél
A hagyományos tirisztorok legalapvetőbb felhasználási területe a szabályozható egyenirányítás. Az ismert dióda egyenirányító áramkör egy vezérelhetetlen egyenirányító áramkörhöz tartozik. Ha a diódát tirisztorra cseréljük, akkor vezérelhető egyenirányító áramkör alakítható ki. Példaként a legegyszerűbb egyfázisú félhullámú vezérelhető egyenirányító áramkört tekintve az U2 szinuszos váltakozó feszültség pozitív félciklusa alatt, ha a VS vezérlő pólusa nem adja be az Ug trigger impulzust, a VS továbbra sem tud vezetni. Csak ha az U2 pozitív félciklusban van, és az Ug trigger impulzust a vezérlő pólusra adják, a tirisztor vezetésre vált ki. Rajzolja le a (c) és (d) hullámformáit, és csak az Ug trigger impulzus megérkezésekor lesz UL feszültség az RL terhelésen. Ug korán érkezik, és korai a tirisztor vezetési ideje; Ug későn érkezett, és a tirisztor vezetési ideje később volt. Az Ug trigger impulzus vezérlő pólushoz érkezésének időpontjának megváltoztatásával beállítható a terhelés átlagos UL kimeneti feszültsége. Az elektromos technológiában a váltakozó áram félciklusát gyakran 180 °-ra állítják be, amelyet elektromos szögnek neveznek. Ily módon az U2 minden pozitív félciklusa során a nullától a trigger impulzus érkezésének pillanatáig tapasztalható elektromos szöget α szabályozási szögnek nevezzük； Azt az elektromos szöget, amelynél a tirisztor vezet minden pozitív félcikluson belül, θ vezetési szögnek nevezzük. 。 Nyilvánvaló, hogy α és θ mindkettő a tirisztorok vezetési vagy blokkolási tartományát jelenti az előremenő feszültség ellenállásának fél ciklusa alatt. Az α szabályozási szög vagy a θ vezetési szög megváltoztatásával, az impulzus DC feszültség átlagos UL értékének megváltoztatásával a terhelésen, szabályozható egyenirányítás érhető el.
1: Az alacsony teljesítményű műanyag tokozású kétirányú szilícium vezérlésű egyenirányítót általában akusztooptikus világítási rendszerként használják. Névleges áram: IA kisebb, mint 2A.
2: Nagy; A közepes teljesítményű műanyag tömítésű és vastömítésű tirisztorokat általában teljesítmény típusú szabályozható feszültségszabályozó áramkörökként használják. Mint az állítható feszültségű kimeneti egyenáramú tápegység stb.
3: A nagy teljesítményű, nagyfrekvenciás tirisztort általában az iparban használják; Nagyfrekvenciás olvasztó kemence stb