Силициев управляван токоизправител

Силициев управляван токоизправител (SCR)

Силициевият управляван токоизправител (SCR), известен също като тиристор, е електрически компонент с висока мощност. Той има предимствата на малък размер, висока ефективност и дълъг експлоатационен живот. В системите за автоматично управление може да се използва като драйвер с висока мощност за управление на устройства с висока мощност с контроли с ниска мощност. Той се използва широко в системи за контрол на скоростта на двигатели с променлив ток и постоянен ток, системи за регулиране на мощността и серво системи.

Има два вида тиристори: еднопосочен тиристор и двупосочен тиристор. Двупосочен тиристор, известен още като двупосочен тиристор с три извода, съкратено като TRIAC. Двупосочният тиристор е структурно еквивалентен на два еднопосочни тиристора, свързани в обратна посока, и този тип тиристор има двупосочна проводяща функция. Неговото състояние на включване/изключване се определя от контролния полюс G. Добавянето на положителен (или отрицателен) импулс към контролния полюс G може да го накара да провежда в посока напред (или назад). Предимството на това устройство е, че управляващата верига е проста и няма проблем с издържане на обратно напрежение, така че е особено подходящо за използване като AC безконтактен ключ.

1 SCR структура

Ние използваме еднопосочни тиристори, известни още като обикновени тиристори. Те са съставени от четири слоя полупроводников материал, с три PN прехода и три външни електрода [Фигура 2 (a)]: електродът, изведен от първия слой на полупроводниковия тип P, се нарича анод А, електродът, изведен от третият слой на полупроводник тип P се нарича управляващ електрод G, а електродът, изведен от четвъртия слой на полупроводник тип N, се нарича катод К. От електронния символ на тиристора [фиг. 2 (b)], можем да видим, че това е еднопосочно проводимо устройство като диода. Ключът е да добавите контролен електрод G, което го прави да има напълно различни работни характеристики от диода.

Четирислойното три терминално устройство P1N1P2N2, базирано на силициев монокристал като основен материал, започва през 1957 г. Поради характеристиките си, подобни на вакуумните тиристори, то обикновено се нарича международно силициеви тиристори, съкратено като тиристори T. Освен това, тъй като тиристорите първоначално използвани при статично изправяне, те са известни също като силициеви управлявани токоизправителни елементи, съкратено като тиристорни SCR.

По отношение на производителността, силициевият управляван токоизправител не само има единична проводимост, но също така има по-ценна управляемост от силициевите токоизправителни компоненти (известни като"мъртъв силиций"). Има само две състояния: включено и изключено.

Тиристорът може да управлява електромеханично оборудване с висока мощност с ток на ниво милиампер. Ако тази мощност бъде превишена, средният разрешен ток ще намалее поради значително увеличение на загубата при превключване на компонента. По това време номиналният ток трябва да бъде намален за използване.

Има много предимства на тиристора, като контролиране на висока мощност с ниска мощност и коефициентът на усилване на мощността може да достигне няколкостотин хиляди пъти; Изключително бърза реакция, включване и изключване в рамките на микросекунди; Без контактна работа, без искри, без шум; Висока ефективност, ниска цена и др.

Тиристорите се класифицират главно по отношение на външния вид като с форма на болт, с форма на плоска плоча и с форма на плоско дъно.

Устройство на тиристорни компоненти

Независимо от външния вид на тиристора, сърцевината им е четирислойна P1N1P2N2 структура, съставена от P-тип силиций и N-тип силиций. Вижте Фигура 1. Той има три PN прехода (J1, J2, J3), с анод A, въведен от слоя P1 на структурата J1, катод K, въведен от слоя N2, и контролен електрод G, въведен от слоя P2. Следователно това е четирислойно полупроводниково устройство с три терминала.

2 принцип на действие

Конструктивни елементи

Тиристорът е P1N1P2N2 четирислоен тритерминален структурен елемент с три PN прехода. Когато се анализира принципът, той може да се разглежда като съставен от PNP транзистор и NPN транзистор, а неговата еквивалентна диаграма е показана на дясната фигура. Двупосочен тиристор: Двупосочният тиристор е силициево управлявано токоизправително устройство, известно също като TRIAC. Това устройство може да постигне безконтактен контрол на променливотоковото захранване във вериги, контролирайки големи токове с малки токове. Той има предимствата на липса на искри, бързо действие, дълъг експлоатационен живот, висока надеждност и опростена структура на веригата. На външен вид двупосочният тиристор е много подобен на обикновения тиристор, с три електрода. Въпреки това, с изключение на един електрод G, който все още се нарича контролен електрод, другите два електрода обикновено вече не се наричат ​​анод и катод, а общо се наричат ​​главни електроди Tl и T2. Неговият символ също е различен от този на обикновените тиристори, който се изчертава чрез обръщане на връзката на два тиристора заедно, както е показано на фигура 2. Неговият модел обикновено е представен от"3CTS"или"KS"в Китай; Чуждестранните данни също могат да бъдат представени с „TRIAC“. Спецификациите, моделите, външният вид и разположението на електродните щифтове на двупосочния тиристор варират в зависимост от производителя, но повечето от неговите електродни щифтове са подредени отляво надясно в реда на T1, T2 и G (когато се наблюдават, електродните щифтове са обърната надолу и обърната към страната, маркирана със знаци). Външният вид и разположението на щифта на електрода на най-разпространения двупосочен тиристор с пластмасова капсулована структура на пазара са показани на фигура 1.

3 SCR характеристики

За да разберем интуитивно работните характеристики на тиристорите, нека да разгледаме тази учебна дъска (Фигура 3). Тиристорът СРЕЩУ е свързан последователно с малката електрическа крушка ЕЛ и е свързан към DC захранването чрез превключвател S. Имайте предвид, че анодът A е свързан към положителния полюс на захранването, катодът K е свързан към отрицателния полюс на захранването захранване, а управляващият електрод G е свързан към положителния полюс на 1,5 V DC захранване чрез бутонен превключвател SB (тук се използват тиристори тип KP1, а ако се използват тиристори тип KP5, те трябва да бъдат свързани към положителния полюс на 3V DC захранване). Методът на свързване между тиристора и захранването се нарича пряка връзка, което означава, че положителното напрежение се прилага както към анодния, така и към контролния полюс на тиристора. Включете превключвателя на захранването S, но малката крушка не свети, което показва, че тиристорът не провежда; Натиснете отново бутонния превключвател SB, за да въведете напрежение на задействане към полюса за управление. Малката електрическа крушка светва, което показва, че тиристорът е проводим. Какво вдъхновение ни даде този демонстрационен експеримент?

Този експеримент ни казва, че за да направим тиристора проводим, едното е да приложим напрежение напред между неговия анод A и катод K, а другото е да въведем напрежение на задействане напред между неговия управляващ електрод G и катод K. След като тиристорът се завърти включено, отпуснете превключвателя на бутона, премахнете задействащото напрежение и все още поддържайте състоянието на проводимост.

4 Характеристики на SCR

С едно докосване. Въпреки това, ако се приложи обратно напрежение към анода или управляващия електрод, тиристорът не може да провежда. Функцията на управляващия полюс е да включи тиристора чрез подаване на импулс за задействане напред, но не може да бъде изключен. И така, какъв метод може да се използва за изключване на проводящия тиристор? Чрез изключване на проводящия тиристор захранването на анода (превключвател S на Фигура 3) може да бъде прекъснато или анодният ток може да бъде намален до минималната стойност, необходима за поддържане на непрекъснатост (наричан поддържащ ток). Ако между анода и катода на тиристора има променливо напрежение или пулсиращо постоянно напрежение, тиристорът автоматично ще се изключи, когато напрежението премине нулата.

Тип приложение

Фигура 4 показва характеристичната крива на двупосочен тиристор.

Както е показано на фигурата, характеристичната крива на двупосочния тиристор е съставена от криви в първия и третия квадрант. Кривата в първия квадрант показва, че когато напрежението, приложено към главния електрод, кара Tc да има положителен поляритет спрямо T1, то се нарича напрежение в права посока и се представя със символа U21. Когато това напрежение постепенно се увеличи до напрежението на точката на завъртане УБО, тиристорът от лявата страна на Фигура 3 (b) задейства проводимост и токът на включено състояние в този момент е I21, протичащ от T2 към Tl. От фигурата може да се види, че колкото по-голям е токът на задействане, толкова по-ниско е напрежението на завъртане. Тази ситуация е в съответствие със закона за задействане на проводимостта на обикновения тиристор. Когато напрежението, приложено към главния електрод, кара Tl да има положителен поляритет към T2, това се нарича обратно напрежение и се представя със символа U12. Когато това напрежение достигне стойността на напрежението на точката на завъртане, тиристорът от дясната страна на Фигура 3 (b) задейства проводимост и токът в този момент е I12, с посока от T1 към T2. В този момент характеристичната крива на двупосочния тиристор е показана в третия квадрант на фигура 4.

Четири метода на задействане

Поради факта, че на главния електрод на двупосочния тиристор, той може да се задейства и провежда независимо дали е приложено право или обратно напрежение и дали тригерният сигнал е прав или обратен, той има следните четири метода на задействане: ( 1) Когато напрежението, приложено от главния електрод T2 към Tl, е напрежение в права посока, напрежението, приложено от контролния електрод G към първия електрод Tl, също е сигнал на задействане в права посока (Фигура 5а). След като двупосочният тиристор задейства проводимост, посоката на тока I2l протича от T2 към T1. От характеристичната крива може да се види, че законът на проводимостта на двупосочния тиристорен тригер се изпълнява според характеристиките на втория квадрант и тъй като тригерният сигнал е в посока напред, този тригер се нарича"първи квадрант преден тригер"или метода I+спусък. (2) Ако напрежението в права посока все още се прилага към главния електрод T2 и сигналът на задействане се промени на обратен сигнал (Фигура 5b), тогава след като двупосочният тиристор задейства проводимостта, посоката на тока на включено състояние все още е от T2 към Т1. Ние наричаме този тригер"първи квадрант отрицателен тригер"или метода I-спусък. (3) Два основни електрода се прилагат с обратно напрежение U12 (Фигура 5c) и се въвежда сигнал за задействане напред. След като двупосочният тиристор е включен, токът на включено състояние протича от T1 към T2. Двупосочният тиристор работи според характеристичната крива на третия квадрант, така че този тригер се нарича метод III + тригер. (4) Двата основни електрода все още прилагат обратно напрежение U12, а входът е обратен тригерен сигнал (Фигура 5d). След като двупосочният тиристор е включен, токът на включено състояние продължава да тече от T1 към T2. Този тригер се нарича III докосване

(4) Двата основни електрода все още прилагат обратно напрежение U12, а входът е обратен тригерен сигнал (Фигура 5d). След като двупосочният тиристор е включен, токът на включено състояние продължава да тече от T1 към T2. Този тригер се нарича III тригерен метод. Въпреки че двупосочният тиристор има горните четири метода на задействане, задействащото напрежение и ток, необходими за задействане на отрицателен сигнал, са относително малки. Работата е относително надеждна, така че методите за отрицателно задействане се използват широко в практическата употреба.

5 Цел

Най-основното приложение на обикновените тиристори е контролируемото изправяне. Познатата схема на диоден токоизправител принадлежи към неконтролируема токоизправителна верига. Ако диодът се замени с тиристор, може да се образува управляема токоизправителна верига. Като вземем за пример най-простата еднофазна полувълнова управляема токоизправителна верига, по време на положителния полупериод на синусоидалното променливо напрежение U2, ако контролният полюс на СРЕЩУ не въведе задействащия импулс Ug, СРЕЩУ все още не може да провежда. Само когато U2 е в положителен полупериод и задействащият импулс Ug е приложен към контролния полюс, тиристорът се задейства за провеждане. Начертайте неговите вълнови форми (c) и (d) и само когато пристигне задействащият импулс Ug, ще има изходно напрежение УЛ на товара RL. Ug пристига рано и времето за провеждане на тиристора е рано; Ug пристигна късно и времето за провеждане на тиристора беше по-късно. Чрез промяна на времето, когато задействащият импулс Ug пристига на контролния полюс, може да се регулира средното изходно напрежение УЛ на товара. В електрическата технология полупериодът на променлив ток често се задава на 180 °, известен като електрически ъгъл. По този начин електрическият ъгъл, изпитван по време на всеки положителен половин цикъл на U2 от нула до момента на пристигането на задействащия импулс, се нарича контролен ъгъл α； Електрическият ъгъл, при който тиристорът провежда в рамките на всеки положителен половин цикъл, се нарича ъгъл на проводимост θ 。 Очевидно α и θ И двете се използват за представяне на проводимостта или обхвата на блокиране на тиристорите по време на половин цикъл на издържано напрежение в посока напред. Чрез промяна на ъгъла на управление α или ъгъла на проводимост θ， Чрез промяна на средната стойност УЛ на импулсното постоянно напрежение върху товара се постига контролируемо коригиране.

1: Пластмасов капсулован двупосочен токоизправител с ниска мощност, контролиран от силиций, обикновено се използва като акустооптична осветителна система. Номинален ток: IA е по-малко от 2A.

2: Голям; Пластмасово запечатаните и запечатаните с желязо тиристори със средна мощност обикновено се използват като вериги за регулиране на напрежението с контролируем тип мощност. Като регулируемо изходно напрежение DC захранване и др.

3: Високочестотен тиристор с висока мощност се използва често в индустрията; Високочестотна топилна пещ и др