Obrázok 1: Shockley Diód
Shockley Diode, skorá verzia zariadenia PNPN, funguje ako základný prepínač, ktorý sa zapne, keď dosiahne určité napätie.Má však obmedzené použitie, pretože nemá kontrolu nad jeho prepínaním.Zavedenie SCR sa zlepšuje na dióde Shockley pridaním terminálu brány.Toto pridanie umožňuje externé ovládanie stavu vodivosti zariadenia a mení ho z jednoduchého prepínača na aktívny komponent, ktorý dokáže zvládnuť vyššie úrovne výkonu s väčšou presnosťou.Táto zmena výrazne zvyšuje užitočnosť zariadenia, vďaka čomu je vhodná pre mnoho ďalších elektronických obvodov.
Obrázok 2: spínač kontrolovaný kremíkom
Vývoj z diódy Shockley do SCR zahŕňa pridanie terminálu brány do existujúcej štruktúry PNPN.Tento terminál brány umožňuje ovládanie SCR externým signálom, ktorý podľa potreby poskytuje spôsob, ako zariadenie zapnúť a vypnúť.Vďaka tejto zmene je SCR aktívnou súčasťou, ktorá výrazne rozširuje jeho použitie v rôznych elektronických obvodoch.Schopnosť ovládať prepínanie akcie externým signálom vytvára nové možnosti pre presné riadenie energie, čo je veľmi užitočné pre moderné elektronické aplikácie.
Obrázok 3: Štruktúra a prevádzka SCR
SCR sa skladá zo štyroch polovodičových vrstiev, ktoré tvoria tri križovatky PN, s anódou, katódou a terminálom brány.Keď je brána nekontrolovaná, SCR sa správa ako Shockley Diode a zapne sa, keď sa dosiahne napätie prerušenia.Aplikácia malého napätia na bránu však umožňuje spustenie SCR úmyselne.
Keď sa na bránu aplikuje malý prúd, dolný tranzistor v SCR sa zapne.Táto akcia potom zapne horný tranzistor a vytvára slučku, ktorá udržuje SCR v stave „on“, čo umožňuje prúdiť prúd z anódy do katódy.Potom, čo sa to stane, prúd brány už nie je potrebný na udržanie SCR.SCR má dva tranzistory, ktoré spolupracujú, aby ich udržali, keď začne.Tento dizajn pomáha SCR prepínač rýchlo od OFF na ON.
Obrázok 4: Cesta vedenia SCR
Ak chcete pochopiť, ako SCR funguje, pozrite sa na jeho interné nastavenie.Ak je pulz poslaný do brány, aktivuje spodný tranzistor, nechá prúd prejsť horným tranzistorom a udržiavať spodnú časť.Táto slučka zaisťuje, že SCR zostane zapnutý, až kým prúd klesne pod určitú úroveň, nazývaný držiaci prúd.Vďaka tomu sú SCRS užitočné na spoľahlivé prepínanie a riadenie energie.
Spúšťanie, tiež nazývané vypálenie, znamená nanášanie impulzu napätia na terminál brány SCR.Táto metóda zaisťuje, že SCR sa zapne, iba v prípade potreby, bez ohľadu na to, či napätie prechádza nad bod prerušenia.Môže sa tiež vykonať spätné spustenie, ktoré vypína SCR použitím záporného napätia na bránu, ale je menej efektívne, pretože vyžaduje veľa prúdu.
Obrázok 5: Symbol GTO
Spustenie SCR je kľúčom k jeho prevádzke.Prúd brány potrebný na spustenie SCR je omnoho nižší ako prúd pretekajúci zariadením, čím poskytuje určitú amplifikáciu.Po spustení, SCR zostáva v vodivom stave, až kým prúd cez ňu nepadne pod určitú úroveň, známy ako držiaci prúd.Táto charakteristika je veľmi užitočná v aplikáciách, kde je potrebné riadené prepínanie, zabezpečuje, aby SCR zostala zapnutá, až kým sa prúd zaťaženia dostatočne neklesne na jeho vypnutie.Táto kontrolovaná aktivácia a deaktivácia robia SCRS veľmi vhodné pre aplikácie, ktoré si vyžadujú presnú správu energie.
Ak chcete otestovať, či SCR funguje, môžete začať so základnou kontrolou pomocou ohmmetra na meranie križovatky brány k katóde.Tento jednoduchý test však nestačí.Musíte tiež vidieť, ako SCR funguje pri zaťažení.Pre dôkladný test nastavte obvod so zdrojom napájania jednosmerného prúdu a prepínačmi tlačidiel, aby ste pozorovali, ako sa SCR zapína a vypína, keď je pripojený k zaťaženiu.
Obrázok 6: Obvod testovania SCR
Aby sa zabezpečilo správne fungovanie SCR, do ich testovania je zapojených niekoľko krokov.Jednoduchý testovací obvod je možné zostaviť pomocou zdroja jednosmerného napájania, odporu zaťaženia a tlačidiel, ktoré simulujú procesy spúšťania a držania.Sledovaním správania SCR v tomto nastavení je možné potvrdiť jeho schopnosť zachytiť sa a vypnúť podľa očakávania.Tento proces testovania pomáha diagnostikovať potenciálne problémy a zaisťuje spoľahlivosť SCR v aplikáciách v reálnom svete.Komplexné testovanie pri skutočných podmienkach zaťaženia pomáha nájsť akékoľvek slabosti alebo defekty v SCR, čo zabezpečuje spoľahlivý výkon v náročných aplikáciách.
SCR sa často používajú tam, kde je potrebné prepínať veľké množstvo energie, ale riadiace obvody manipulujú iba s malým prúdom a napätím pre jednoduchosť a spoľahlivosť.Vďaka tomu sú SCRS ideálne pre situácie, ktoré si vyžadujú silné, ale citlivé kontrolné mechanizmy.Napríklad vypaľovacia energia brány SCR môže byť až 50 mikrovodoviek (1 V, 50 µA), čo zabezpečuje, aby ovládacie kontakty spravovali iba tento malý signál.Po spustení SCR dokáže priamo manipulovať a prepínať výstupné zaťaženie, ktoré poskytuje až 100 wattov alebo viac.To umožňuje účinnú kontrolu vysoko výkonných systémov s minimálnym namáhaním na riadiacich obvodoch.
Obrázok 7: SCR v regulácii napájania striedavého prúdu
Pokiaľ ide o to, ako fungujú, spätné správanie SCR je ako typická dióda usmerňovača kremíka, ktorá pôsobí ako otvorený obvod, keď sa medzi anódou a katódou aplikuje záporné napätie.V smere vpred, SCR blokuje prúd prúdu, až kým napätie nepresiahne konkrétny bod rozbitia, pokiaľ sa neuplatňuje signál brány.Keď je prerušené napätie vpred alebo zavedie príslušný signál brány, SCR rýchlo prejde do stavu vodivosti s nízkym poklesom napätia vpred podobným poklesu napätia podobného ako u jednorazového usmerňovača.Táto rýchla schopnosť prepínania zaisťuje, že SCR môže spoľahlivo spravovať vysoké zaťaženia pri zachovaní nízkej požiadavky na výkon riadenia.
Obrázok 8: Prepínač série
Obrázok vyššie zobrazuje jednoduchý sériový spínač, ktorý vysiela striedavý signál do brány SCR.Rezistor R1 obmedzuje prúd brány, aby bol v bezpečí, zatiaľ čo dióda D bráni reverznému napätiu ovplyvniť bránu počas nekonštrukčného cyklu.Zaťaženie (RL) pripojené k anóde môže byť v rámci limitov SCR.Toto nastavenie zaisťuje, že SCR pracuje spoľahlivo, s kontrolovaným spustením a ochranou pred elektrickým napätím.
Obrázok 9: Krivky AC prepínača
Ak je prepínač otvorený, SCR zostáva vypnuté, aj keď je prítomný striedavý prúd.Uzatvárací prepínač S umožňuje pozitívnu časť striedavého cyklu spustiť SCR, čo spôsobuje jeho vykonanie, pretože anóda je pozitívna.SCR sa zapne na menej ako polovicu cyklu a zostane počas negatívnej časti cyklu.Uzatváranie S ovládací prvok, keď sa zapne SCR, čo umožňuje prúdenie prúdu cez zaťaženie.Ak chcete zastaviť prúd, môžete otvoriť prepínač alebo čakať na záporný cyklus, ktorý vypne SCR.Toto nastavenie umožňuje ľahké ovládanie prúdu prúdu v obvode.
Obrázok 10: Prepínač
Na ovládanie SCR môžete použiť DC na bráne.Aplikácia DC na bránu zapne SCR.Ďalším spôsobom je použitie spínača medzi bránou a katódou.Otvorenie spínača zapne SCR, čo umožňuje prúdenie prúdu cez zaťaženie.Ak chcete vypnúť SCR a zastaviť prúd, zatvorte spínač alebo použite na anódu záporné napätie.Táto metóda pomáha pri riadení zariadení, ako sú rýchlosti motora a úrovne energie.
Obrázok 11: Zaťažovací prúd so zatvoreným spínačom
Sú znázornené ďalšie dve jednoduché metódy prepínania napájania na zaťaženie.V prvom okruhu zatvorenie ovládacieho kontaktu dodáva napájanie na záťaž, zatiaľ čo otváranie kontaktu preruší napájanie.Naopak, druhý obvod pracuje opačne: napájanie sa dodáva na zaťaženie iba vtedy, keď je kontakt otvorený.Oba obvody môžu byť nastavené na „západku“ pomocou DC napájania namiesto AC zobrazeného.
V prvom okruhu poskytuje delič napätia zloženého z rezistorov R2 a R3 signál AC Gate Signal do SCR.To umožňuje, aby SCR požial a napájal napájanie po zatvorení kontaktu.V druhom okruhu zatvorenie spínača spôsobuje, že brána a katóda majú rovnaký potenciál, ktorý bráni SCR v tom, aby vystrelil, a tým odrezal napájanie na záťaž.Toto jednoduché nastavenie zaisťuje jasné a predvídateľné riadenie napájania zaťaženia v ktorejkoľvek konfigurácii.
Obrázok 12: Zaťažovací prúd s otvoreným spínačom
A striedavý výkon je možné ovládať pomocou obvodu uvedeného nižšie.V tomto nastavení sú dve SCR pripojené chrbtom k tomu, aby spravovali oba polovičné cykly striedavého napätia.Táto konfigurácia zaisťuje, že každý SCR spracuje jeden polovičný cyklus tvaru AC, čo umožňuje efektívne a presné riadenie výkonu dodávaného na zaťaženie.
Obrázok 13: spínač AC s dvoma SCRS
Riadiaci prúd prúdi do brán cez odpor R3, keď externý spínač (mechanický alebo elektronický) spája ovládacie svorky.Tento spínač je možné ovládať rôznymi senzormi, ako je svetlo, teplo alebo tlak, ktoré aktivujú elektronický zosilňovač.Po ukončení spínača sa SCR spustia pri každom striedavom cykle, čo umožňuje prúdenie napájania do zaťaženia.Keď sa spínač otvorí, SCRS nespáli a do zaťaženia nie je dodávaný žiadny výkon.Tento mechanizmus efektívne riadi striedavú energiu dodávanú na zaťaženie.
SCR sa používajú v mnohých poliach, pretože majú silné kontrolné funkcie.Patria sem konverzia energie, riadenie motora a osvetľovacie systémy.Boli vyvinuté rôzne typy SCR, aby vyhovovali konkrétnym potrebám:
Štandardný SCR: Používa sa na všeobecné účely.
Rýchle prepínanie SCR: Navrhnuté pre vysokofrekvenčné aplikácie.
SCR (LTS): LTS): Používa svetlo na spustenie a poskytuje elektrickú izoláciu.
Odpnutie brány SCR (GTO): Umožňuje ovládacie prvky zapnutia aj vypnutia.
Reverzné blokovanie SCR: Môže blokovať prúd v oboch smeroch.
Každý typ SCR je vyrobený pre konkrétne potreby.Štandardné SCR sú flexibilné a používajú sa v mnohých aplikáciách, zatiaľ čo SCR s rýchlym prepínaním sú ideálne pre vysokorýchlostné operácie.SCRS vyvolané svetlom (LTS) Používa na spustenie brány svetlo, čím poskytuje vynikajúcu elektrickú izoláciu.Gate vypnutie SCRS (GTO) sa môžu zapnúť a vypnúť, vďaka čomu sú vhodné pre vysoko výkonné aplikácie.Reverzné blokovanie SCR sú navrhnuté tak, aby blokovali prúdový tok v oboch smeroch, čím sa zvýšilo ich použitie v scenároch riadenia napájania striedavého prúdu.
Obrázok 14: Trojfázový mostík SCR riadenie zaťaženia
SCR sa široko používajú v mnohých aplikáciách kvôli ich silným kontrolným funkciám.Niektoré pozoruhodné aplikácie zahŕňajú:
Systémy konverzie energie: SCRS sú kľúčové komponenty v systémoch konverzie energie, spravujú zmenu z AC na DC Power a naopak.Tieto systémy sa používajú v priemyselnom prostredí aj v spotrebnej elektronike, kde je potrebný stabilný a spoľahlivý zdroj energie.
Ovládanie motora: V aplikáciách riadenia motora upravujú SCR rýchlosť a krútiaci moment elektrických motorov.Zmenou uhol streľby SCRS riadia napájanie dodávanú motoru, čo umožňuje presnú kontrolu nad jeho prevádzkou.
Systémy osvetlenia: SCR sa používajú na hladké tlmenie svetla ovládaním fázového uhla napájania striedavého prúdu.Táto schopnosť poskytuje úspory energie a zvyšuje atmosféru v aplikáciách osvetlenia.
Ovládacie prvky vykurovania: Pri aplikáciách vykurovania SCRS regulujú energiu dodávanú vykurovacím prvkom, čím sa udržiava požadovaná teplota s vysokou presnosťou.Je to užitočné najmä v priemyselných procesoch, ktoré si vyžadujú presnú kontrolu teploty.
Ochranné obvody: SCRS pôsobia ako páčidlá v ochranných obvodoch, ktoré skratujú napájanie v prípade podmienky preplnenia na ochranu citlivých elektronických komponentov pred poškodením.
Široká škála aplikácií ukazuje flexibilitu a užitočnosť SCR v modernej elektronike, kde je potrebná presná kontrola a spoľahlivý výkon.
Pochopenie špecifických charakteristík SCRS je kľúčom k ich efektívnemu použitiu.Kľúčové charakteristiky zahŕňajú:
Minimálne napätie brány potrebné na zapnutie SCR.
Minimálny prúd potrebný na udržanie vedenia SCR.
Minimálny prúd potrebný na udržanie SCR v stave „on“ po odstránení spustenia brány.
Napätie, pri ktorom sa SCR zapne bez akýchkoľvek prúdov brány.
Maximálne napätie, ktoré môže SCR blokovať v smere vpred bez vykonávania.
Maximálne napätie, ktoré môže SCR blokovať v opačnom smere.
Pri vedení pokles napätia cez SCR.
Maximálna miera zvýšenia napätia mimo štátu, ktoré SCR vydrží bez zapnutia.
Maximálna miera zvýšenia prúdu v štáte, ktorý SCR zvládne bez poškodenia.
Na zlepšenie spoľahlivosti SCR v praktických aplikáciách sa často používajú ochranné obvody.Jednou z bežných metód je použitie obvodov slibber.Snubber obvody chránia SCRS pred napätiami DV/DT a DI/DT, ktoré môžu spôsobiť včasné zlyhanie.
Obrázok 15: Ochrana SCR
Na ochranu SCR pred náhlym napätím má každý SCR v obvode prevodníka paralelnú snubovú sieť R-C.Táto sieť SNUBBER zaisťuje SCR pred vnútorným napätím, ktoré sa vyskytujú počas procesu spätného vymáhania.Keď je SCR vypnutý, reverzný obnovovací prúd sa presmeruje na obvod Snubber, ktorý obsahuje energetické prvky.
Blesky a prepínanie na vstupnej strane môžu poškodiť menič alebo transformátor.Na zníženie vplyvu týchto napätí sa napätie upínacie zariadenia používajú cez SCR.Bežné upínacie zariadenia na napätie zahŕňajú variátory oxidu kovu, diódy tylutora selénu a lavínové supresory diódy.
Tieto zariadenia majú so zvyšujúcim sa napätím klesajúci odpor, čo poskytuje cestu s nízkym odporom cez SCR, keď dôjde k prepätia.Obrázok nižšie ukazuje, ako je SCR chránený pred napätím pomocou siete Diódy a snubberovej siete Thyrector.
Obrázok 16: Spúšťacia technika
Okrem jednoduchého spustenia brány môžu pokročilé metódy ďalej zlepšiť výkon SCR v zložitých nastaveniach.Tieto metódy zahŕňajú:
• Spúšťanie pulzov
Použitím krátkych vysoko-prúdových impulzov na aktiváciu SCR zaisťuje, že sa spoľahlivo zapína dokonca aj v hlučných prostrediach.
• Fázovo riadené spúšťanie
Zarovnanie spustenia SCR s napájaním striedavého prúdu umožňuje presné riadenie napájania odoslaného na zaťaženie.
• opticky izolované spúšťacie
Použitie optických izolátorov na spustenie SCR poskytuje elektrickú izoláciu a chráni ovládacie obvody pred vysokým napätím.
• Spúšťací spustenie založené na mikrokontroléri
Použitie mikrokontrolérov na generovanie presných spúšťacích impulzov umožňuje sofistikované kontrolné schémy a lepší výkon v zložitých nastaveniach.
Obrázok 17: Spúšťanie SCR založené na mikrokontroléri
Tieto pokročilé spúšťacie techniky ponúkajú väčšiu flexibilitu a kontrolu v aplikáciách SCR, vďaka čomu sú vhodné pre širokú škálu priemyselnej a spotrebnej elektroniky.Použitím týchto metód môžu inžinieri dosiahnuť presnejšie a spoľahlivejšie kontroly nad systémami riadenia energie, čím sa zlepší celková účinnosť a výkonnosť riešení založených na SCR.
SCR sú kľúčové časti pri vytváraní efektívnych a spoľahlivých systémov riadenia energie.Mávajú veľký rozdiel v niekoľkých hlavných oblastiach vrátane:
Systémy obnoviteľnej energie: SCR sa používajú v invertoroch a ovládačoch energie na prevod a správu energie z obnoviteľných zdrojov, ako sú solárne a vetry.Zvládajú vysoké úrovne energie a poskytujú presnú kontrolu, vďaka čomu sú pre tieto aplikácie ideálne.
Elektrické vozidlá: V elektrických vozidlách (EV) sa SCRS používajú v riadiacich motoroch a nabíjacích systémoch batérie.Spravujú tok napájania medzi batériou a motorom, zabezpečujú efektívnu prevádzku a dlhšiu výdrž batérie.
Smart Grids: V aplikáciách Smart Grid, SCRS spravujú distribúciu elektrickej energie.Používajú sa v meničoch viazaných na mriežky, regulátoroch napätia a regulátorom fázového uhla, aby sa zabezpečilo stabilné a efektívne dodávanie energie.
Priemyselná automatizácia: SCR sa používajú v motorových jednotkách, ovládacích prvkoch vykurovania a systémov riadenia procesov v priemyselnej automatizácii.Zvládajú vysoký výkon a poskytujú presnú kontrolu, vďaka čomu sú základné komponenty v automatizovaných výrobných procesoch.
Neurobiteľné napájacie zdroje (UPS): SCRS poskytujú spoľahlivé zálohovanie napájania počas výpadkov v systémoch UPS.Pomáhajú hladko prepínať medzi hlavným zdrojom napájania a zdrojom zálohovania energie, čím zabezpečujú nepretržitý výkon kľúčových systémov.
Vývoj technológie SCR sa neustále zlepšuje, aby uspokojil potrebu lepšieho a spoľahlivejšieho riadenia energie.Nové polovodičové materiály, ako sú karbid kremíka (SIC) a nitrid gallium (GAN), robia lepšie fungovanie SCR lepšie spracovaním vyšších napätí, znížením odporu a zlepšením riadenia tepla.Integrovaná brána komutaovaná tyristory (IGCTS) kombinujú výhody GTO a IGBT, čo ponúka rýchle prepínanie, nízku stratu energie a schopnosť zvládnuť vysokú energiu pre náročné aplikácie.Metódy digitálnej kontroly s SCR umožňujú presnú a flexibilnú kontrolu, vďaka čomu sú systémy efektívnejšie a spoľahlivejšie.Pokroky vo výrobných technikách robia SCRS menšie a vhodné pre prenosné zariadenia, čo je užitočné pre spotrebnú elektroniku.Vylepšené ochranné funkcie v SCRS, ako sú vstavané obvody Snubber a nadprúdová ochrana, tiež robia spoľahlivejšie a ľahšie sa používajú.
Riadiaci prúd prúdi do brán cez odpor R3, keď externý spínač (mechanický alebo elektronický) spája ovládacie svorky.Tento spínač je možné ovládať senzormi, ako je svetlo, teplo alebo tlak, ktoré aktivujú elektronický zosilňovač.Keď sa spínač uzavrie, SCRS spustí pri každom striedavom cykle, čo umožňuje napájanie zaťaženia.Keď sa spínač otvorí, SCRS nespáli a zastavuje tok energie.Tento mechanizmus riadi napájanie striedavého prúdu na zaťaženie.
Vylepšenia polovodičových materiálov, ako je karbid kremíka (SIC) a nitrid gallium (GAN), zvýši a trvanlivejšie SCRS.Inovácie, ako sú integrované brána, komutovali tyristory (IGCT) a techniky digitálnej kontroly, zvýšia výkon SCR rýchlejšie prepínanie, nižšie straty energie a lepšiu spoľahlivosť.SCRS bude naďalej zohrávať kľúčovú úlohu v nových technológiách, od inteligentných sietí po elektrické vozidlá, čím zabezpečí efektívne a spoľahlivé riadenie energie.
Usmerňovač riadený kremíkom (SCR) ponúka niekoľko výhod, vrátane efektívnej kontroly výkonu, vysokej spoľahlivosti, schopnosti zvládnuť vysoké napätie a prúdy a presnú kontrolu nad tokom energie.SCRS tiež poskytujú rýchle rýchlosti prepínania a sú odolné v drsnom prostredí, vďaka čomu sú vhodné na rôzne priemyselné použitie.
Dióda usmerňovača kremíka sa používa na konverziu striedavého prúdu (AC) na priamy prúd (DC).Umožňuje prúdu prúdiť iba jedným smerom, čím sa zabezpečí rektifikácia, ktorá je potrebná pri napájacích zdrojoch a iných elektronických obvodoch.
Riadené usmerňovače sa používajú na presnú správu a riadenie toku energie v elektronických zariadeniach.Umožňujú nastavenie výstupného napätia a prúdu, ktoré sú potrebné v aplikáciách, ako je regulácia rýchlosti motora, napájacie zdroje a stmievanie svetla.Riadené usmerňovače zlepšujú účinnosť a poskytujú stabilitu pri dodávaní energie.
SCR je všestranný a spoľahlivý komponent v elektronike.Poskytuje presnú kontrolu nad aplikáciami s vysokým výkonom a napätím, vďaka čomu je hodnotná v rôznych odvetviach.SCR sa naďalej zlepšujú s pokrokom v oblasti materiálov a technológií, čo zabezpečuje ich relevantnosť v budúcich aplikáciách.
Aplikácie diód usmerňovaných usmerňovačov ovládaných kremíkom zahŕňajú reguláciu rýchlosti motora, stmievanie svetla, reguláciu energie v napájacích systémoch striedavého prúdu a jednosmerného prúdu, ochranu protivládania a meniče.Používajú sa tiež v priemyselnej automatizácii, napájacích zdrojoch a systémoch obnoviteľnej energie, ako sú solárne a veterné prevodníky.
Zašlite prosím dotaz, okamžite odpovieme.
na 2024/06/11
na 2024/06/7
na 1970/01/1 2945
na 1970/01/1 2501
na 1970/01/1 2089
na 0400/11/9 1895
na 1970/01/1 1765
na 1970/01/1 1714
na 1970/01/1 1658
na 1970/01/1 1556
na 1970/01/1 1543
na 1970/01/1 1514