Silīcija kontrolētais taisngriezis (SCR) — kas tas ir un kā darbojas

Uzzini, kas ir silīcija kontrolētais taisngriezis (SCR), kā tas darbojas un kā to izmanto jaudas rektifikācijā, motoru vadībā un lampu aptumšošanā — skaidri un lietišķi.

Silīcija vadīts taisngriezis (SCR) ir tiristora veids — četru slāņu (PNPN) cietvielu pusvadītāja ierīce, kas darbojas kā jaudas slēdzis. SCR ir vienvirziena ierīce: tā vada strāvu tikai no anodes uz katodu, un to iespējams iedarbināt (pārvērst no bloķējoša stāvokļa uz vadīšanas stāvokli) ar strāvu, kas ienāk aizvarā (aizvars — angļu val. gate). Tie plaši tiek izmantoti lielas jaudas maiņstrāvas līdzstrāvas rektifikācijā un jaudas vadībā.

Uzbūve un darbības princips

SCR iekšēji sastāv no četrām pusvadītāja slāņu sekvencēm (PNPN). Ierīcei ir trīs ārējie vadi:

• anode — pozitīvais kontakts;
• katode — negatīvais kontakts;
• aizvars (gate) — vadīšanas ierosināšanai paredzēts impulss.

Ja starp anodi un katodi tiek piemērots tiešais spriegums, SCR sāk vadīt tikai tad, ja aizvarā ienāk pietiekama ierosinoša strāva vai tiek pārsniegts ierīces breakover spriegums. Kad SCR ir iedarbināts, tas paliek vadīšanas stāvoklī līdz brīdim, kad strāva caur ierīci nokrīt zem noteiktas vērtības (t.s. holding current). Lai ierobežotu nejaušu iedarbināšanos, bieži izmanto aizvara signālu kopā ar citām aizsardzības shēmām.

Elektriskās īpašības

• Vienvirziena vadība: SCR vada tiešajā virzienā, bet bloķē apgrieztajā.
• Latching un holding current: pēc iedarbināšanas ierīce pieķeras vadīšanai (latch) un turpina vadīt līdz strāva nokrīt zem holding līmeņa.
• Breakover spriegums: sprieguma līmenis bez aizvara signāla, pie kura ierīce var pāriet vadīšanas režīmā.
• Sensitivitāte dv/dt attiecībā: strauja sprieguma maiņa var izraisīt nejaušu iedarbināšanos; lai to kontrolētu, izmanto RC “snubber” tīklus.
• Temperatūras ietekme: ierīces parametri mainās ar temperatūru, tāpēc lielas jaudas lietojumos nepieciešama dzesēšana.

Tipiskās iedarbināšanas un izslēgšanas metodes

• Vārta (gate) impulss: īss strāvas impulss aizvarā, kas ierosina vadīšanu.
• Dabiskā komutācija: maiņstrāvas shēmās uzrāviena polaritātes maiņa pārtrauc strāvu, un SCR izslēdzas automātiski (piemēram, sinusviļņa nulles punkts).
• Spiedienu (forced) komutācija: nepieciešama īpaša shēma, lai piespiedu kārtā pārtrauktu strāvu līdz zemam līmenim, ļaujot SCR izslēgties (izmantojot rezistoru, kondensatoru vai papildu pusvadītājus).
• Fotosensitive un optiski izolētas variācijas: pastāv SCR veidi, kas reaģē uz gaismas staru vai ir optiski vadāmi signāliem drošai izolācijai.

Pielietojumi

SCR tiek plaši izmantoti lietojumos, kuriem nepieciešama lielas jaudas vadība un kontrolēta rektifikācija:

• maiņstrāvas pārvēršana līdzstrāvā (rektifikācija) un augstsprieguma līdzstrāvas pārvade;
• jaudas regulatoru un sprieguma regulāciju shēmas;
• maiņstrāvas fāzes kontrole (piem., lampu aptumšošana, sildītāju jaudas regulēšana);
• elektromotoru vadība un piedziņas;
• metināšanas iekārtu vadība un strāvas avoti;
• bateriju lādētāji, inrush strāvas ierobežošanas shēmas, aizsardzības (crowbar) ķēdes;
• HVDC sistēmas un lielas jaudas komutācijas risinājumi rūpniecībā.

Priekšrocības un ierobežojumi

• Priekšrocības: spēj lietot augstas strāvas un spriegumus, laba efektivitāte lielos jaudas vadīšanas uzdevumos, stabila fāzes kontrole.
• Ierobežojumi: vadīšana tikai vienā virzienā (nav piemērots tiešai AC divvirzienu vadībai — tam ir piemērots triac), nepieciešama efektīva dzesēšana, jutīgs pret dv/dt un nepieciešama pareiza komutācija, lai izslēgtu ierīci.

Praktiski padomi shēmu izstrādē

• lietot RC snubber tīklus pārmērīgas dv/dt aizsardzībai;
• nodrošināt pareizu aizvara signālu — impulsa amplitūta un laiks ietekmē iedarbināšanas punktu;
• ja savieno vairākas ierīces seriāli vai paralēli, jārēķinās ar vienmērīgu strāvas un sprieguma sadali (bieži nepieciešami līdzsvarošanas rezistori vai komutācijas shēmas);
• pārliecināties par atbilstošu dzesēšanu un aizsargierīcēm pret pārslodzi.

SCR ir pamatkomponents daudzās jaudas elektronikas sistēmās. Izvēloties SCR konkrētam pielietojumam, svarīgi vērtēt maksimālo spriegumu, strāvu, dv/dt noturību, nepieciešamo aizvara jutību un termiskās prasības.

Meklēt pēc burta