Redresor controlat cu siliciu

Redresor controlat cu siliciu (SCR)

Silicon Controlled Rectifier (SCR), cunoscut și sub numele de tiristor, este o componentă electrică de mare putere. Are avantajele dimensiunilor mici, eficienței ridicate și duratei de viață lungi. În sistemele de control automat, poate fi folosit ca un driver de mare putere pentru a controla dispozitive de mare putere cu comenzi de putere redusă. A fost utilizat pe scară largă în sistemele de control al vitezei motoarelor AC și DC, sisteme de reglare a puterii și sisteme servo.

Există două tipuri de tiristoare: tiristor unidirecțional și tiristor bidirecțional. Tiristor bidirecțional, cunoscut și ca tiristor bidirecțional cu trei terminale, abreviat ca TRIAC. Tiristorul bidirecțional este echivalent structural cu două tiristoare unidirecționale conectate invers, iar acest tip de tiristor are funcție de conducere bidirecțională. Starea sa pornit/oprit este determinată de polul de control G. Adăugarea unui impuls pozitiv (sau negativ) la polul de control G îl poate face să conducă în direcția înainte (sau invers). Avantajul acestui dispozitiv este că circuitul de comandă este simplu și nu există nicio problemă de rezistență la tensiune inversă, deci este deosebit de potrivit pentru utilizare ca comutator AC fără contact.

1 structura SCR

Folosim tiristoare unidirecționale, cunoscute și sub numele de tiristoare obișnuite. Ele sunt compuse din patru straturi de material semiconductor, cu trei joncțiuni PN și trei electrozi externi [Figura 2 (a)]: electrodul scos din primul strat de semiconductor de tip P se numește anod A, electrodul condus afară din al treilea strat de semiconductor de tip P se numește electrod de control G, iar electrodul condus din cel de-al patrulea strat de semiconductor de tip N se numește catod K. Din simbolul electronic al tiristorului [Fig. 2 (b)], putem vedea că este un dispozitiv conductiv unidirecțional precum dioda. Cheia este să adăugați un electrod de control G, ceea ce îl face să aibă caracteristici de funcționare complet diferite față de diodă.

Dispozitivul P1N1P2N2 cu patru straturi și trei terminale, bazat pe un singur cristal de siliciu ca material de bază, a început în 1957. Datorită caracteristicilor sale similare cu tiristoarele de vid, este denumit în mod obișnuit la nivel internațional ca tiristoare de siliciu, abreviat ca tiristoare T. În plus, deoarece tiristoarele au fost utilizate inițial în rectificarea statică, sunt cunoscute și ca elemente de redresare controlate de siliciu, prescurtate ca tiristor SCR.

În ceea ce privește performanța, redresorul controlat cu siliciu nu numai că are o conductivitate unică, dar are și o capacitate de control mai valoroasă decât componentele redresorului cu siliciu (cunoscute în mod obișnuit ca"siliciu mort"). Are doar două stări: pornit și oprit.

Tiristorul poate controla echipamente electromecanice de mare putere cu curent la nivel de miliamperi. Dacă această putere este depășită, curentul mediu permis să treacă va scădea datorită creșterii semnificative a pierderii de comutare a componentelor. În acest moment, curentul nominal trebuie redus pentru utilizare.

Există multe avantaje ale tiristorului, cum ar fi controlul puterii mari cu putere scăzută, iar factorul de amplificare a puterii poate ajunge la câteva sute de mii de ori; Răspuns extrem de rapid, pornind și oprindu-se în câteva microsecunde; Fără operare de contact, fără scântei, fără zgomot; Eficiență ridicată, cost redus etc.

Tiristoarele sunt clasificate în principal din punct de vedere al aspectului ca în formă de șurub, în ​​formă de placă plată și în formă de fund plat.

Structura componentelor tiristoarelor

Indiferent de aspectul tiristorului, miezul lor este o structură P1N1P2N2 cu patru straturi compusă din siliciu de tip P și siliciu de tip N. Vezi Figura 1. Are trei joncțiuni PN (J1, J2, J3), cu anodul A introdus din stratul P1 al structurii J1, catodul K introdus din stratul N2 și electrodul de control G introdus din stratul P2. Prin urmare, este un dispozitiv semiconductor cu trei straturi și trei terminale.

2 principiul de funcționare

Elemente structurale

Tiristorul este un element structural P1N1P2N2 cu trei straturi și trei terminale cu trei joncțiuni PN. Când se analizează principiul, acesta poate fi considerat compus dintr-un tranzistor PNP și un tranzistor NPN, iar diagrama echivalentă a acestuia este prezentată în figura din dreapta. Tiristor bidirecțional: tiristor bidirecțional este un dispozitiv de redresare controlat de siliciu, cunoscut și sub numele de TRIAC. Acest dispozitiv poate realiza un control fără contact al puterii AC în circuite, controlând curenți mari cu curenți mici. Are avantajele fără scântei, acțiune rapidă, durată lungă de viață, fiabilitate ridicată și structură de circuit simplificată. Din apariție, tiristorul bidirecțional este foarte asemănător cu tiristorul obișnuit, cu trei electrozi. Cu toate acestea, cu excepția unui electrod G, care este încă numit electrod de control, ceilalți doi electrozi nu mai sunt de obicei numiți anod și catod, ci denumiți în mod colectiv electrozii principali Tl și T2. Simbolul său este, de asemenea, diferit de cel al tiristoarelor obișnuite, care este desenat prin inversarea conexiunii a două tiristoare împreună, așa cum se arată în Figura 2. Modelul său este în general reprezentat de"3CTS"sau"KS"in China; Datele străine pot fi reprezentate și prin „TRIAC”. Specificațiile, modelele, aspectul și aranjarea pinilor de electrozi ai tiristorului bidirecțional variază în funcție de producător, dar majoritatea știfturilor de electrozi sunt aranjate de la stânga la dreapta în ordinea T1, T2 și G (când sunt observate, știfturile electrodului sunt cu fața în jos și cu fața către partea marcată cu caractere). Aspectul și aranjamentul pinului electrodului celui mai comun tiristor bidirecțional cu structură încapsulată din plastic de pe piață sunt prezentate în Figura 1.

3 Caracteristici SCR

Pentru a înțelege intuitiv caracteristicile de funcționare ale tiristoarelor, să aruncăm o privire la această tablă de predare (Figura 3). Tiristorul VS este conectat în serie cu becul mic EL și conectat la sursa de curent continuu prin comutatorul S. Rețineți că anodul A este conectat la polul pozitiv al sursei de alimentare, catodul K este conectat la polul negativ al puterii. de alimentare, iar electrodul de control G este conectat la polul pozitiv al sursei de alimentare de 1,5 V CC prin comutatorul cu buton SB (aici se folosesc tiristoare de tip KP1, iar dacă sunt utilizate tiristoare de tip KP5, acestea trebuie conectate la polul pozitiv al sursa de alimentare 3V DC). Metoda de conectare între tiristor și sursa de alimentare se numește conexiune directă, ceea ce înseamnă că tensiunea pozitivă este aplicată atât pe anod, cât și pe polii de control ai tiristorului. Porniți întrerupătorul de alimentare S, dar becul mic nu se aprinde, indicând faptul că tiristorul nu este conducător; Apăsați din nou butonul SB pentru a introduce o tensiune de declanșare la stâlpul de comandă. Becul mic se aprinde, indicând faptul că tiristorul este conducător. Ce inspirație ne-a oferit acest experiment demonstrativ?

Acest experiment ne spune că, pentru a face tiristorul conductiv, una este să aplicați o tensiune directă între anodul său A și catodul K, iar celălalt este să introduceți o tensiune de declanșare directă între electrodul său de control G și catodul K. După ce tiristorul este rotit pornit, eliberați comutatorul de buton, eliminați tensiunea de declanșare și mențineți în continuare starea de conducere.

4 Caracteristicile SCR

La o atingere. Cu toate acestea, dacă se aplică o tensiune inversă anodului sau electrodului de control, tiristorul nu poate conduce. Funcția stâlpului de control este de a porni tiristorul prin aplicarea unui impuls de declanșare înainte, dar acesta nu poate fi oprit. Deci, ce metodă poate fi folosită pentru a opri tiristorul conductor? Prin oprirea tiristorului conducător, sursa de alimentare a anodului (comutatorul S din Figura 3) poate fi deconectată sau curentul anodului poate fi redus la valoarea minimă necesară pentru a menține continuitatea (denumită curent de întreținere). Dacă există o tensiune AC sau o tensiune DC pulsatorie aplicată între anodul și catodul tiristorului, tiristorul se va opri automat când tensiunea trece de zero.

Tip aplicație

Figura 4 prezintă curba caracteristică a tiristorului bidirecțional.

După cum se arată în figură, curba caracteristică a tiristorului bidirecțional este compusă din curbe în primul și al treilea cadran. Curba din primul cadran indică faptul că atunci când tensiunea aplicată electrodului principal face ca Tc să aibă o polaritate pozitivă spre T1, se numește tensiune directă și este reprezentată de simbolul U21. Când această tensiune crește treptat până la tensiunea punctului de cotitură UBO, tiristorul din partea stângă a figurii 3 (b) declanșează conducția, iar curentul de stare de pornire în acest moment este I21, care curge de la T2 la Tl. Din figură, se poate observa că cu cât curentul de declanșare este mai mare, cu atât tensiunea de rotație este mai mică. Această situație este în concordanță cu legea conducției de declanșare a tiristorului obișnuit. Când tensiunea aplicată electrodului principal face ca Tl să aibă o polaritate pozitivă spre T2, se numește tensiune inversă și este reprezentată de simbolul U12. Când această tensiune atinge valoarea tensiunii punctului de cotitură, tiristorul din partea dreaptă a figurii 3 (b) declanșează conducția, iar curentul în acest moment este I12, cu o direcție de la T1 la T2. În acest moment, curba caracteristică a tiristorului bidirecțional este prezentată în al treilea cadran din Figura 4.

Patru metode de declanșare

Datorită faptului că pe electrodul principal al tiristorului bidirecțional, acesta poate fi declanșat și condus indiferent dacă se aplică o tensiune directă sau inversă și dacă semnalul de declanșare este înainte sau invers, acesta are următoarele patru metode de declanșare: ( 1) Când tensiunea aplicată de electrodul principal T2 către Tl este o tensiune directă, tensiunea aplicată de electrodul de control G primului electrod Tl este, de asemenea, un semnal de declanșare direct (Figura 5a). După ce tiristorul bidirecțional declanșează conducerea, direcția curentului I2l curge de la T2 la T1. Din curba caracteristică, se poate observa că legea de conducere a declanșatorului tiristor bidirecțional este efectuată în funcție de caracteristicile celui de-al doilea cadran și, deoarece semnalul de declanșare este în direcția înainte, acest declanșator se numește"primul cadran declanșator înainte"sau metoda I+trigger. (2) Dacă tensiunea directă este încă aplicată electrodului principal T2 și semnalul de declanșare este schimbat într-un semnal invers (Figura 5b), atunci după ce tiristorul bidirecțional declanșează conducerea, direcția curentului de stare de pornire este încă de la T2 la T1. Numim acest declanșator"primul cadran declanșator negativ"sau metoda I-trigger. (3) Doi electrozi principali sunt aplicați cu o tensiune inversă U12 (Figura 5c) și este introdus un semnal de declanșare înainte. După ce tiristorul bidirecțional este pornit, curentul de stare de pornire circulă de la T1 la T2. Tiristorul bidirecțional funcționează conform curbei caracteristice a celui de-al treilea cadran, deci acest declanșator se numește metoda III+trigger. (4) Cei doi electrozi principali aplică încă tensiune inversă U12, iar intrarea este un semnal de declanșare inversă (Figura 5d). După ce tiristorul bidirecțional este pornit, curentul de stare de pornire mai curge de la T1 la T2. Acest declanșator se numește atingere III

(4) Cei doi electrozi principali aplică încă tensiune inversă U12, iar intrarea este un semnal de declanșare inversă (Figura 5d). După ce tiristorul bidirecțional este pornit, curentul de stare de pornire mai curge de la T1 la T2. Acest declanșator se numește metoda de declanșare a III-a. Deși tiristorul bidirecțional are cele patru metode de declanșare de mai sus, tensiunea și curentul de declanșare necesare pentru declanșarea semnalului negativ sunt relativ mici. Lucrarea este relativ fiabilă, astfel încât metodele de declanșare negative sunt utilizate pe scară largă în utilizare practică.

5 Scop

Cea mai elementară utilizare a tiristoarelor obișnuite este rectificarea controlabilă. Circuitul redresor cu diodă familiar aparține unui circuit redresor necontrolabil. Dacă dioda este înlocuită cu un tiristor, se poate forma un circuit redresor controlabil. Luând ca exemplu cel mai simplu circuit de redresor controlabil cu jumătate de undă monofazată, în timpul semiciclului pozitiv al tensiunii sinusoidale AC U2, dacă polul de control al VS nu introduce impulsul de declanșare Ug, VS încă nu poate conduce. Numai când U2 se află în jumătate de ciclu pozitiv și pulsul de declanșare Ug este aplicat pe polul de control, tiristorul este declanșat să conducă. Desenați-i formele de undă (c) și (d) și numai când sosește impulsul de declanșare Ug, va exista tensiune UL de ieșire pe sarcina RL. Ug ajunge devreme, iar timpul de conducere a tiristorului este devreme; Ug a ajuns târziu, iar timpul de conducere a tiristorului a fost mai târziu. Prin modificarea orei la care pulsul de declanșare Ug ajunge la polul de control, tensiunea medie de ieșire UL pe sarcină poate fi ajustată. În tehnologia electrică, semiciclul curentului alternativ este adesea setat la 180 °, cunoscut sub numele de unghi electric. În acest fel, unghiul electric experimentat în timpul fiecărei jumătate de ciclu pozitiv al lui U2 de la zero până la momentul în care sosește impulsul de declanșare se numește unghi de control α； Unghiul electric la care tiristorul conduce în fiecare jumătate de ciclu pozitiv se numește unghi de conducere θ. 。 Evident, α și θ Ambele sunt folosite pentru a reprezenta domeniul de conducere sau de blocare a tiristoarelor în timpul unei jumătăți de ciclu de rezistență la tensiune directă. Prin modificarea unghiului de control α sau a unghiului de conducere θ， Prin modificarea valorii medii UL a tensiunii DC impulsului pe sarcină, se realizează o redresare controlabilă.

1: Redresorul bidirecțional controlat cu siliciu încapsulat din plastic de mică putere este utilizat în mod obișnuit ca sistem de iluminare acustooptic. Curentul nominal: IA este mai mic de 2A.

2: Mare; Tiristoarele sigilate cu plastic de putere medie și cu fier sunt utilizate în mod obișnuit ca circuite de reglare a tensiunii controlabile de tip putere. Ca și tensiune de ieșire reglabilă sursă de alimentare DC etc.

3: tiristorul de înaltă frecvență de mare putere este utilizat în mod obișnuit în industrie; Cuptor de topire de înaltă frecvență etc