Moderní výkonová elektronika skutečně začala příchodem tyristorů. Tyristory jsou také známé jako křemíkem řízené usměrňovače nebo SCR. Jedná se o čtyřvrstvá a třívodičová polovodičová zařízení. A tyristory jsou jednosměrná zařízení.
Křemíkem řízené usměrňovače jsou polovodičová zařízení, která se obvykle používají k řízení vysokého výkonu ve spojení s vysokým napětím. Proto tato zařízení nacházejí uplatnění ve vysokonapěťových řídicích systémech střídavého proudu, obvodech stmívačů lamp, obvodech regulátorů atd. SCR také nachází uplatnění při nápravě vysokovýkonného střídavého proudu ve vysokonapěťovém stejnosměrném přenosu energie. SCR patří do rodiny tyristorů a název SCR je ve skutečnosti obchodní název tyristoru od společnosti General Electrics.
SCR je čtyřvrstvé zařízení se střídavými materiály typu N a P. SCR se skládá ze čtyřvrstvé polovodiče, která tvoří strukturu PNPN nebo NPNP. Křemík se používá jako vnitřní polovodič, ke kterému se přidávají správné příměsi. Má tři terminály zvané anoda, katoda a hradlo. Katoda je nejvíce dopovaná a brána a anoda jsou méně silně dotované. Centrální vrstva typu N je jen lehce dotovaná a je také silnější než ostatní vrstvy, které ji opravňují k podpoře vysokého blokovacího napětí.
SCR má tři křižovatky, jmenovitě J1, J2 a J3. Anoda je připojena k materiálu typu P struktury PNPN, zatímco katoda je připojena k materiálu typu N. Brána je připojena k materiálu typu P poblíž katody.
Jedná se o jednosměrná zařízení a vede proud pouze v jednom směru. To je od Anody po Katodu. Ke spuštění SCR dochází, když jeho brána dostane kladné napětí. SCR se obecně používá při přepínání aplikací, jako je ovladač relé, nabíječky baterií atd.
Tyristor má tři základní stavy:
Zpětné blokování: V tomto stavu tyristor blokuje proud stejným způsobem jako proud diody s reverzním předpětím.
Blokování vpřed: V tomto stavu tyristorový provoz je takový, že blokuje dopředné vedení proudu, které by normálně nesla dioda s předpětím.
Dopředné vedení: V tomto stavu byl tyristor spuštěn do vedení. Zůstane vodivé, dokud přední proud neklesne pod prahovou hodnotu známou jako přídržný proud.
Provoz tyristoru
SCR-SYMBOL
SCR zahájí vedení, když je předpjato. Za tímto účelem je katoda udržována na záporné hodnotě a anoda na kladném napětí. Když je na SCR přivedeno dopředné předpětí, přechody J1 a J3 se stanou předpjatými, zatímco křižovatka J2 se změní předpětí. Když je na bránu přivedeno kladné napětí, křižovatka J2 je předpjatá dopředu a SCR se zapne.
Za provozu lze tyristor považovat za NPN a PNP tranzistor připojený zády k sobě, tvořící v zařízení smyčku pozitivní zpětné vazby. Tranzistor s emitorem připojeným ke katodě tyristoru je zařízení NPN, zatímco tranzistor s emitorem připojeným k anodě tyristor je zařízení PNP . Brána je připojena k základně tranzistoru NPN. Výstup jednoho tranzistoru je přiváděn na vstup druhého a výstup druhého tranzistoru je zase přiváděn zpět na vstup prvního. To znamená, že když proud začne proudit, rychle se hromadí, dokud nejsou oba tranzistory plně zapnuté nebo nasycené. Podívejme se na malý příklad:
Z níže uvedeného obvodu jsme použili tyristor TYN616.
- Když je brána otevřená, určí se tři přepínací napětí na minimálním dopředném napětí, při kterém tyristor silně vede. Nyní se většina napájecího napětí objeví přes odpor zátěže. Přídržný proud je maximální brána proudu anody, která je otevřena, když dojde k přerušení.
- Když brána ve stavu VYPNUTO poskytuje tyristor odpor nekonečna než ve stavu ZAPNUTO, nabízí velmi nízký odpor, který je v rozmezí 0,010 až 10.
Režim spouštění
V normálním vypnutém stavu SCR brání toku proudu skrz něj, ale když se napětí brány k katodě zvýší a překročí určitou úroveň, SCR se zapne a vede jako tranzistor. Jednou z důležitých zvláštností SCR je to, že jakmile je vedeno, zůstává zavřené a pokračuje v činnosti i po odstranění hradlového napětí. SCR zůstává zapnuté, dokud přídržný proud zařízení neklesne na nízkou hodnotu. Pokud ale brána dostane pulzující napětí a proud skrz ni je pod západkovým proudem, SCR zůstane ve vypnutém stavu. SCR lze spustit bez kladného napětí na bráně. SCR je obvykle spojen s anodou na kladné liště a katodou na zápornou lištu. Pokud se aplikované napětí na anodu zvýší, kapacitní vazba v zařízení indukuje náboj do brány a spustí se SCR. Tento typ spouštění bez proudu vnější brány je znám jako „spouštění DV / dt“. K tomu obvykle dochází při zapnutí. Tomu se říká efekt Rate.
Spouštění DV / dt však nezapne SCR úplně a částečně spuštěné SCR rozptýlí hodně energie a zařízení se může poškodit. Aby se zabránilo spuštění DV / dt, používá se síť typu snubber. Dalším způsobem spouštění je zvýšení dopředného napětí SCR nad jmenovité průrazné napětí. Ke spouštění dopředného napětí dochází, když se napětí na SCR zvyšuje s otevřenou bránou. Toto se nazývá „Lavinové zhroucení“, během kterého se zhroutí křižovatka 2 zařízení. To také částečně zapne SCR a poškodí zařízení. Napětí by tedy nemělo překročit jmenovité napětí SCR.
Jak vypnout SCR?
Jakmile je SCR zapnutý, bude ve vodivém režimu i po odstranění proudu brány. Jedná se o blokování SCR. SCR lze vypnout reverzním spouštěním. Toho lze dosáhnout přivedením záporného napětí na bránu. Zařízení lze také vypnout buď odstraněním anodového proudu, nebo krátkodobým zkratováním hradla a katody.
Aplikace tyristoru:
Tyristory se používají hlavně v zařízeních, kde je vyžadováno řízení vysokého výkonu, případně ve spojení s vysokým napětím. Jejich provoz je činí vhodnými pro použití v aplikacích pro řízení střídavého proudu se středním a vysokým napětím, například pro stmívání lamp, ovladače a ovládání motoru .
Jedna aplikace SCR - ovládání relé pomocí SCR:
Pokud je spínač S1 na okamžik stisknutý, relé se zapne. Lze jej vypnout stisknutím S2.
Pokud je spínač S1 nahrazen LDR a R1 s předvolbou 4,7 kB, relé se zapne, když světlo dopadne na LDR. Přednastaveno upravte spouštěcí bod.
Pokud je spínač S1 nahrazen termistorem 4,7 K NTC (záporný teplotní koeficient) a R1 s předvolbou 1K, relé se zapne, když se teplota zvýší. Přednastaveno upravte spouštěcí bod.
Fotografický kredit:
- SCR-SYMBOL od wikimedia
