Выпрямитель с кремниевым управлением - Silicon controlled rectifier

Выпрямитель с кремниевым управлением
SCR de Potencia.jpg
Выпрямитель с кремниевым управлением
ТипПассивный
Принцип работыЯн М. Макинтош (Bell Laboratories )
ИзобрелГордон Холл и Фрэнк В. «Билл» Гуцвиллер
Первое производствоGeneral Electric, 1957
Конфигурация контактовАнод, ворота и катод
Электронный символ
Символ схемы тиристора.svg
Схема SCR 4-х слойная (p-n-p-n)

А кремниевый управляемый выпрямитель или же выпрямитель с полупроводниковым управлением четырехслойный твердое состояние Текущий -управляющее устройство. Принцип четырехслойного p – n – p – n переключения был разработан Моллем, Таненбаумом, Голди и Холоняком из Bell Laboratories в 1956 г.[1] Практическая демонстрация кремниевого управляемого переключения и подробное теоретическое поведение устройства в соответствии с экспериментальными результатами были представлены д-ром Яном М. Макинтошем из Bell Laboratories в январе 1958 года.[2][3]Название "кремниевый управляемый выпрямитель" General Electric торговое наименование типа тиристор. SCR был разработан командой энергетики во главе с Гордоном Холлом[4] и коммерциализирована Фрэнком В. «Биллом» Гуцвиллером в 1957 году.

Некоторые источники определяют кремниевые выпрямители и тиристоры как синонимы,[5] другие источники определяют кремниевые выпрямители как правильное подмножество набора тиристоров, те[который? ] быть устройствами как минимум с четырьмя уровнями чередования н- и материал p-типа.[6][7] По словам Билла Гуцвиллера, термины «SCR» и «управляемый выпрямитель» были раньше, а «тиристор» применялся позже, так как использование устройства распространилось по всему миру.[8]

SCR - это однонаправленные устройства (т.е. могут проводить ток только в одном направлении), в отличие от ТРИАК, которые являются двунаправленными (т.е. носители заряда могут проходить через них в любом направлении). Обычно тиристоры могут срабатывать только положительным током, идущим в затвор, в отличие от симисторов, которые могут нормально запускаться либо положительным, либо отрицательным током, подаваемым на его электрод затвора.

Режимы работы

Характеристическая кривая выпрямителя с кремниевым управлением

Есть три режима работы SCR в зависимости от заданного смещения:

  1. Режим прямой блокировки (выключенное состояние)
  2. Режим прямой проводимости (включено состояние)
  3. Обратный режим блокировки (выключенное состояние)

Режим прямой блокировки

В этом режиме работы на анод (+) подается положительное напряжение, а на катод (-) - отрицательное напряжение, удерживая затвор под нулевым потенциалом (0), то есть отключенным. В этом случае соединение J1и J3 смещены вперед, а J2 имеет обратное смещение, допускающее лишь небольшую утечку тока от анода к катоду. Когда приложенное напряжение достигает значения отключения для J2, тогда J2 подвергается сходу лавины. При этом напряжении отключения J2 начинает проводить, но ниже напряжения отключения J2 предлагает очень высокое сопротивление току, и говорят, что SCR находится в выключенном состоянии.

Режим прямой проводимости

SCR может быть переведен из режима блокировки в режим проводимости двумя способами: либо путем увеличения напряжения между анодом и катодом сверх напряжения отключения, либо путем подачи положительного импульса на затвор. Как только SCR начинает проводить, больше не требуется напряжения на затворе, чтобы поддерживать его в НА государственный. Минимальный ток, необходимый для поддержания SCR в НА состояние при снятии напряжения затвора называется током фиксации.

Есть два способа повернуть его выключенный:

  1. Уменьшите ток через него ниже минимального значения, называемого током удержания, или
  2. С воротами повернутыми выключенный, закоротите анод и катод на мгновение с помощью кнопочного переключателя или транзистора через переход.

Обратный режим блокировки

Когда на анод подается отрицательное напряжение, а на катод - положительное напряжение, тиристор находится в режиме обратной блокировки, в результате чего J1 и J3 смещаются в обратном направлении, а J2 - в прямом. Устройство ведет себя как два последовательно включенных диода с обратным смещением. Протекает небольшой ток утечки. Это режим обратной блокировки. Если обратное напряжение увеличивается, то при критическом уровне пробоя, называемом обратным напряжением пробоя (ВBR) на J1 и J3 происходит лавина, и обратный ток быстро увеличивается. Доступны тиристоры с возможностью обратной блокировки, которая увеличивает прямое падение напряжения из-за необходимости иметь длинную область P1 с низким содержанием примесей. Обычно номинальное напряжение обратной блокировки и номинальное напряжение прямой блокировки одинаковы. Типичное применение обратного блокирующего тиристора - инверторы с источником тока.

SCR, неспособный блокировать обратное напряжение, известен как асимметричный SCR, сокращенно ASCR. Обычно он имеет номинал обратного пробоя в десятки вольт. ASCR используются там, где либо параллельно применяется диод с обратной проводимостью (например, в инверторах источника напряжения), либо там, где обратное напряжение никогда не возникает (например, в импульсных источниках питания или тяговых прерывателях постоянного тока).

Асимметричные тиристоры могут быть изготовлены с диодом обратной проводимости в том же корпусе. Они известны как РКИ для тиристоры обратной проводимости.

Способы включения тиристоров

  1. запуск по прямому напряжению
  2. запуск ворот
  3. dv/dt запуск
  4. срабатывание по температуре
  5. легкий запуск

Запуск по прямому напряжению происходит, когда прямое напряжение анод-катод увеличивается при разомкнутой цепи затвора. Это известно как лавинный пробой, во время которого выходит из строя соединение J2. При достаточном напряжении тиристор переходит во включенное состояние с низким падением напряжения и большим прямым током. В этом случае J1 и J3 уже переданы.пристрастный.

Для срабатывания затвора тиристор должен находиться в состоянии прямой блокировки, когда приложенное напряжение меньше напряжения пробоя, в противном случае может произойти запуск по прямому напряжению. Затем между затвором и катодом может быть приложен одиночный небольшой положительный импульс напряжения. Это подает одиночный импульс тока затвора, который переводит тиристор во включенное состояние. На практике это наиболее распространенный метод срабатывания тиристора.

Температурный триггер_ 10 лет - это уменьшение ширины области истощения, если температура увеличивается, когда SCR находится рядом с VPO, чем очень небольшое повышение температуры запускает устройство, поэтому переход J2 удаляется, и устройство начинает проводить.

Простая схема SCR

Простая схема SCR с резистивной нагрузкой

Простую схему SCR можно проиллюстрировать с использованием источника переменного напряжения, подключенного к SCR с резистивной нагрузкой. Без поданного импульса тока на затвор SCR, SCR остается в состоянии прямой блокировки. Это делает начало проведения SCR управляемым. Угол задержки α, который представляет собой момент подачи импульса тока затвора по отношению к моменту естественной проводимости (ωt = 0), управляет началом проводимости. Как только SCR проводит, SCR не отключается, пока ток через SCR, is, становится отрицательным. яs остается нулевым, пока не будет подан следующий импульс тока затвора и SCR снова не начнет проводить.[9]

Приложения

SCR в основном используются в устройствах, где требуется управление высокой мощностью, возможно, в сочетании с высоким напряжением. Их работа делает их пригодными для использования в системах управления питанием переменного тока среднего и высокого напряжения, таких как затемнение лампы, регуляторы мощности и управления двигателями.

SCR и аналогичные устройства используются для выпрямления переменного тока большой мощности в высоковольтный постоянный ток передача энергии. Они также используются в управлении сварочными аппаратами, в основном GTAW (газовая дуговая сварка вольфрамом) процессы похожи. Он используется в качестве переключателя в различных устройствах. Ранний твердотельный пинбол машины использовали их для управления освещением, соленоидами и другими функциями в цифровом виде, а не механически, отсюда и название - твердотельные.

Сравнение с SCS

Переключатель с кремниевым управлением (SCS) ведет себя почти так же, как и SCR; но есть несколько отличий: в отличие от SCR, SCS отключается, когда положительное напряжение / входной ток подается на другой вывод анодного затвора. В отличие от SCR, SCS также может переходить в режим проводимости, когда к тому же выводу прикладывается отрицательное напряжение / выходной ток.

SCS полезны практически во всех схемах, которым нужен переключатель, который включается / выключается с помощью двух различных управляющих импульсов. Сюда входят схемы переключения питания, логические схемы, драйверы ламп, счетчики и т. Д.

По сравнению с TRIAC

А ТРИАК напоминает SCR, поскольку оба работают как переключатели с электрическим управлением. В отличие от SCR, TRIAC может пропускать ток в любом направлении. Таким образом, TRIAC особенно полезны для приложений переменного тока. TRIAC имеет три вывода: вывод затвора и два проводящих вывода, называемых MT1 и MT2. Если на вывод затвора не подается ток / напряжение, TRIAC отключается. С другой стороны, если триггерное напряжение приложено к выводу затвора, TRIAC включается.

ТРИАК подходят для цепей регулировки яркости, цепей управления фазой, цепей переключения питания переменного тока, цепей управления двигателями переменного тока и т. д.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Moll, J .; Таненбаум, М .; Goldey, J .; Холоняк Н. (сентябрь 1956 г.). «Транзисторные переключатели П-Н-П-Н». Труды IRE. 44 (9): 1174–1182. Дои:10.1109 / jrproc.1956.275172. ISSN  0096-8390.
  2. ^ Вассер, Дж. П. (2016-06-06). Свойства и применение транзисторов. Эльзевир. ISBN  9781483138886.
  3. ^ Твист, Джо (2005-04-18). «Закон, управляющий цифровой жизнью». Новости BBC. Получено 2018-07-27.
  4. ^ Уорд, Джек. «Ранняя история кремниевого выпрямителя». п. 6. Получено 12 апреля 2014.
  5. ^ Кристиансен, Дональд; Александр, Чарльз; Юрген, Рональд (2005). Стандартный справочник по электронной инженерии, 5-е издание. Макгроу-Хилл. ISBN  9780071384216.
  6. ^ Международная электротехническая комиссия 60747-6 стандартный
  7. ^ Дорф, Ричард К. (1997-09-26). Справочник по электротехнике, второе издание. CRC Press. ISBN  9781420049763.
  8. ^ Уорд, Джек. «Ранняя история кремниевого выпрямителя». п. 7. Получено 12 апреля 2014.
  9. ^ Мохан, Нед (2012). Силовая электроника: первый курс. США: Дон Фоули. С. 230–231. ISBN  978-1-118-07480-0.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка