Ръководство за разбиране на SCRS: Откриване на динамиката, функциите и символите на тиристорите

Силиконовите контролирани токоизправители (SCRs) или тиристори отбелязват значително развитие на полупроводниковата технология, умее да се занимава с електрически приложения с висока мощност.Тяхната уникална четирислойна P-N-P-N структура предлага превъзходна производителност в сравнение с традиционните биполярни транзистори, което позволява по-ефективен и надежден контрол на електрическата енергия.SCR са полезни в различни приложения, от индустриални двигателни контроли до системите за осветление на домакинствата, демонстрирайки тяхната гъвкавост и значение в електронните схеми.

Тази статия изследва подробната работа, приложения и технически детайли на SCRs, като подчертава техните оперативни принципи и структурни характеристики.Той също така обяснява как се използват тези устройства за ефективно управление на мощността.Чрез копаене в основите на SCR технологията, включително тяхното изграждане, механизми за активиране и широко разпространени приложения в различни електронни полета, статията илюстрира защо SCR се предпочитат за други полупроводникови устройства за тяхната ефективност, надеждност и адаптивност за развитие на технологичните нужди.

Каталог

Фигура 1: SCR или тиристор

Проучване на основите на SCR или тиристор

SCR, или силициев контролиран изправител, обикновено наричан тиристор, е вид полупроводниково устройство.Той се откроява поради своята четирислойна структура, редувайки се между P-тип и N-тип материали в последователност: P-N-P-N.Този дизайн се различава от по-често срещаната трислойна структура, открита в биполярни транзистори, които са или P-N-P или N-P-N.

За разлика от биполярните транзистори, които имат три терминала, наречени колектор, основа и излъчвател, SCR има три различни терминала: анодът, катодът и портата.Анодът е свързан към най-външния N-тип слой, докато катодът е свързан с най-външния P-тип слой.Терминалът на портата, служещ като контролен вход, е прикрепен към вътрешния P-тип слой, близо до катода.

SCR обикновено се правят от силиций поради способността му да обработва високи напрежения и токове, което е полезно за мощност приложения.Silicon е избран и заради отличните си термични свойства, което позволява на SCR да поддържат производителност и издръжливост дори при различни температури.В допълнение, обширното развитие на технологията за полупроводникови силициева SCRS направи SCRS както рентабилни, така и надеждни.Добре установените методи за обработка на Silicon допринасят за широкото му използване в полупроводниковата индустрия, предлагайки значителни предимства по отношение на разходите, надеждността и ефективността на производството.

Механика на SCR провеждане и задействане

Работата на SCR (контролиран от силициево контролиране) включва специфични процеси на проводимост и задействане.Когато терминалът на портата не се активира, SCR функционира подобно на диод на Шокли, оставайки в непроводимо състояние, докато не бъде изпълнено определено условие.Един от начините да приведете SCR в проводимост е чрез достигане на напрежение на прекъсване, специфичен праг на напрежение между анода и катода, който задейства проводимостта.Алтернативно, бързото увеличаване на напрежението между тези терминали също може да инициира проводимост.

По -контролиран метод за задействане на SCR включва терминала на портата.Прилагането на малко напрежение върху портата активира долния вътрешен транзистор.Това активиране кара горния транзистор да се включи, което води до самоподдържащ се поток от ток през SCR.Този метод, известен като задействане на портата, се използва широко в практически приложения, тъй като позволява прецизен контрол на веригите с висока мощност.

Деактивирането на SCR или изключването му може да се извърши чрез процес, известен като обратното задействане.Това включва прилагане на отрицателно напрежение върху портата спрямо катода, което изключва долния транзистор и прекъсва токовия поток, като по този начин спира проводимостта.Въпреки това, обратното задействане не се използва често, тъй като е трудно да се отклони достатъчно ток далеч от горния транзистор, за да бъде ефективен.Напредъкът като THERISTOR на например THE-OBTER-OFTER (GTO) подобри способността за деактивиране на SCRs, като позволи на тока на портата директно да изключи устройството.

Основни операции на SCR/тиристори

SCR или силициев контролиран изправител, функционира в три основни състояния: обратното блокиране, блокирането на напред и проводяването напред.

Фигура 2: Обратно блокиране

В това състояние SCR действа като диод, който е пристрастен към обратното, предотвратявайки потока на всеки ток назад през веригата.Този режим на блокиране настоява да се гарантира, че токът тече само в желаната посока.

Фигура 3: Блокиране напред

Когато SCR е пристрастен към напред, но все още не е задействан, той остава в непроводимо състояние.Въпреки че напрежението се прилага в посока напред, SCR няма да позволи токът да премине, докато сигнал не бъде изпратен към терминала на портата.Това състояние е подходящо за контрол, когато SCR ще започне да провежда.

Фигура 4: Провеждане напред напред

След като портата получи спусък, SCR преминава към състояние на проводящо напред, което позволява токът да тече свободно през устройството.SCR ще продължи да се провежда, докато токът не падне под определен праг, известен като задържащ ток.Когато токът падне под това ниво, SCR автоматично се връща в своето непроводимо състояние, готово да бъде задействано отново.

Фигура 5: Изграждане на SCR

Как се изграждат SCRs?

SCR или контролиран от силиций токоизправител е изграден със слоеста структура или на NPNP или PNPN типове, състоящи се от три ключови кръстовища - J1, J2 и J3 - които са доминиращи за неговата функционалност.Анодът е свързан към външния P-слой (в структурата на PNPN), докато катодът е свързан с външния N-слой.Терминалът на портата, който контролира операцията на SCR, е свързан към един от вътрешните слоеве.

Това специфично подреждане на слоеве и кръстовища позволява на SCR ефективно да управлява и контролира товари с висока мощност.Дизайнът се установява за способността на SCR да превключва и регулира големи количества електрическа енергия, поради което се използва широко в различни индустриални и търговски приложения.Слоевата структура не само поддържа основните оперативни режими на SCR, но също така осигурява издръжливостта, необходима за справяне с значителни електрически напрежения, като гарантира надеждна работа в взискателни среди.

Различни видове силициеви контролирани токоизправители

Силиконовите контролирани токоизправители (SCRs) са от полза за електрониката за захранване, предлагайки различни видове опции за задоволяване на различни нужди от приложението.

Фигура 6: Стандартни SCR

Това са най-често използваните SCR, предназначени за приложения с общо предназначение, които изискват умерено управление на мощността.Те са универсални и надеждни, което ги прави подходящи за широк спектър от приложения.Пример е BT151, често използван в вериги, където е необходим основен контрол на мощността.

Фигура 7: Чувствителни портата SCRs

Тези SCR са проектирани да работят с ниски токове на спусъка на портата, което ги прави идеални за взаимодействие с логически вериги и други системи за управление на ниска мощност.2P4M е често срещан модел в тази категория, което позволява лесно задействане от цифрови схеми, без да е необходимо сигнали на вратата с висока мощност.

Фигура 8: SCRs с висока мощност

Тези SCR са изградени за обработка на високо напрежение и ток, което ги прави подходящи за промишлени приложения като двигателни задвижвания и преобразуватели на мощност.TYN608 е пример за SCR с висока мощност, способен да управлява значителни електрически товари в взискателни среди.

Фигура 9: SCRs, активирани със светлина (LASCR)

Тези SCR се задействат от светлина вместо електрически сигнали, което ги прави полезни в приложения, които изискват висока изолация или когато електрическото задействане е непрактично.LASCR осигуряват уникално решение за специфични нужди с висока изолация.

Приложения на SCR и тиристори в съвременната електроника

Тиристорите, известни още като SCR, играят ключова роля в различни електронни полета поради силните си възможности за контрол на мощността.При управлението на променливотоковата мощност те са динамични за регулиране на работата на осветителни системи, двигатели и други устройства.Тази настройка помага за оптимизиране на използването на енергия и подобряване на точността на контрола.SCR са особено ефективни при превключване на променлив ток, където осигуряват плавни преходи в сложни електронни вериги.Тази надеждност е основна за поддържане на цялостната производителност и стабилност на тези системи.За защита от пренапрежение тиристорите се използват в кръстовищата вериги в рамките на захранването.Когато възникне скок на напрежението, тези схеми бързо се разминават захранването на захранването, за да се предотвратят повреда на електронните компоненти, като ефективно предпазват оборудването от потенциални повреди.

Тиристорите също играят значителна роля в контролерите на фазовия ъгъл.Тези контролери регулират ъгъла на изстрелване на SCR, за да регулират мощността с точност.Този прецизен контрол е особено важен в приложения, които изискват фини настроени корекции на мощността, като промишлени отоплителни системи.Във фотографията тиристорите контролират времето и интензивността на флаш агрегатите на камерата, което позволява на фотографите да постигнат точно излагане на светлина.

Фигура 10: Тиристорни ключалки

Процесът на фиксиране на тиристорите

След като тиристорът се задейства и започне да се провежда, просто отрязването на тока на портата не е достатъчно, за да го изключи.За да се деактивира тиристорът, основният ток, протичащ между анода и катода, трябва да бъде намален под определен праг или напълно спрян.Това обикновено се прави чрез дезактивиране на веригата или отклоняване на тока другаде.

Това поведение се дължи на бисталичната природа на тиристора, което означава, че остава в неговото състоянието, докато не се предприеме изрично действие, за да се спре.Тази функция за фиксиране прави тиристор високоефективен при контролирането и управлението на потока на захранването в различни приложения.Въпреки това, той също изисква внимателен дизайн на веригата, за да се гарантира, че тиристорът може да бъде надеждно изключен, когато е необходимо.

Фигура 11: Контрол на двигателя с постоянен ток с помощта на SCR

Контрол на DC двигатели с помощта на SCR

SCR са подходящи за контролиране на скоростта на постояннотоковите двигатели чрез регулиране на напрежението, доставено към арматурата на двигателя.В тази система SCR са конфигурирани да управляват както положителните, така и отрицателните цикли на входната мощност, което позволява прецизно управление на скоростта на двигателя.

Ключът към този контрол се крие във времето и продължителността на фазата на провеждане на SCR.Чрез внимателно регулиране, когато SCR се включи и изключи, средното напрежение, приложено към двигателя, може да бъде фино настроено.Това води до гладко и отзивчиво регулиране на скоростта, което прави възможно постигането на гранулиран контрол върху работата на двигателя.

Фигура 12: Контрол на двигателя на променлив ток с помощта на SCR

Оптимизиране на контрола на променлив ток с SCR технологията

SCR са динамични за контрол на скоростта на променливи двигатели чрез регулиране на напрежението, доставено към статора.За да се постигне това, SCR са подредени в антипаралелни конфигурации във всяка фаза на двигателя.Тази конфигурация позволява по -голяма гъвкавост и ефективност в модулацията на мощността, което директно влияе върху скоростта на двигателя.

Ядрото на това управление се крие в прецизното задействане на SCRs, за да регулира фазовия ъгъл на напрежението, приложен към двигателя.Чрез внимателно време, когато SCR се активират, системата може фино да настрои скоростта на двигателя, за да отговори на специфични оперативни нужди.Този метод осигурява надежден и ефективен начин за управление на различни условия на натоварване, като се гарантира, че двигателят работи гладко и ефективно в диапазон от скорости.

Основни предимства на контролирани от силиций токоизправители

Силиконовите контролирани токоизправители (SCRs) са все по -благоприятни в съвременната електроника поради техните различни предимства пред традиционните механични превключватели.

Предимства на контролиран от силиций Изправители
Висока ефективност и бързо превключване	SCR се отличава с ефективно контролиране мощност, с минимална загуба на енергия по време на превключване.За разлика от механичните превключватели, които страдат от износване, SCR могат да се включват и изключват бързо без нуждата от движещи се части.Това бързо превключване ги прави идеални за Приложения, изискващи прецизен контрол върху високи напрежения и токове, такива като контролери на скоростта на двигателя, регулаторите на мощността и задвижванията с променлива честота.
Компактна и безшумна работа	SCR са твърди устройства, което позволява те са много по -малки от обемните механични превключватели.Техния компактен размер ги прави лесни за интегриране в плътно опаковани електронни вериги. Освен това те работят без никакъв механичен шум, което ги прави подходящи за среда, в която тихата работа е ценна или където шумът може пречат на други процеси.
Надеждност и дълголетие	Липсата на движещи се части в SCR Значително повишава тяхната надеждност и продължителност на живота.Механични превключватели често се влошават с времето поради триене, износване и фактори на околната среда като прах и влага.За разлика от тях, SCR са по -малко предразположени към тези проблеми, осигурявайки по -дълъг оперативен живот и намаляване на нуждите от поддръжка.
По -голям контрол и гъвкавост	SCR предлагат превъзходен контрол над мощността доставка, което позволява прецизни корекции на напрежението и тока в a верига.Тази способност се използва в приложения, изискващи фино настроена мощност Настройки, като захранване и осветление.Освен това, SCR могат лесно се задейства от малки сигнали на портата, което ги прави съвместими с модерни Системи за цифрово управление.
Стабилно представяне в сурово Среди	SCR са проектирани да работят надеждно при екстремни условия.Те могат да издържат на високи температури и са устойчиви на шипове и скокове на напрежението, което ги прави идеални за индустриални приложения, където се изисква здравина.Тяхната издръжливост гарантира Постоянна ефективност в предизвикателни среди, където механичните превключватели може да се провали.
Подобрени функции за безопасност	SCRs позволяват лесното внедряване на Функции за безопасност като откриване на неизправности и автоматично изключване.Те могат да бъдат Бързо изключен чрез отстраняване на тока на портата, осигурявайки бърз начин за рязане мощност в случай на претоварване или късо съединение, което поддържа безопасността в гробовите системи.
Ефективност на разходите	Докато SCRS може да има по -високи разходи В сравнение с някои механични превключватели, дългата им продължителност на живота и ниската поддръжка Изискванията ги правят по -икономични в дългосрочен план.Спестяванията на енергия От тяхната ефективна операция също допринасят за техния цялостен Ефективност на разходите, което ги прави интелигентна инвестиция за много приложения.
Екологична благоприятност	SCR са екологични поради тяхната ефективност и дълголетие.Тяхната издръжливост намалява необходимостта от чести замествания и тяхната ефективна работа свежда до минимум енергийните отпадъци, Подкрепа на устойчиви практики в управлението на електроенергията и дизайна на електрониката.

Заключение

Казано накратко, силиконовите контролирани токоизправители (SCRs) се открояват като крайъгълен камък на електрониката на мощността, полезни за тяхната висока ефективност, надеждност и прецизност, с която те управляват потоците на захранване в различни приложения.Способността им да работят в тежки среди и да поддържат функционалност при екстремни условия ги прави необходими в индустриални условия, където здравината и дълголетието са доминиращи.

В допълнение, подробното изследване на тяхната работа - от основното блокиране и провеждане на състояния до сложни механизми за управление като регулиране на фазовия ъгъл и обратното задействане - разкрива дълбочината на инженерната изобретателност, вградена в SCR технологията.Тъй като напредваме по -нататък в епоха, доминирана от необходимостта от устойчиви и ефективни енергийни решения, SCR вероятно ще продължат да играят динамична роля, водена от текущи иновации и подобрения в обработката на полупроводници.Техният принос не само обхваща множество индустрии, но и проправя пътя за бъдещите разработки в електронния дизайн и управлението на мощността, като гарантира, че SCR остават начело на технологичния напредък.

Често задавани въпроси [FAQ]

1. Как работи SCR-контролирания от силиций SCR?

SCR функционира като превключвател за управление на електрическата мощност в вериги.Има три терминала: анод, катод и порта.Когато към портата се прилага малко напрежение, това позволява на SCR да провежда електричество между анода и катода, като ефективно го включва „включено“.След като бъде включен, SCR ще продължи да провежда електричество, дори ако напрежението на портата се отстрани, докато токът, който преминава през него, падне под определено ниво или веригата не бъде прекъсната.

2. Каква е функцията на контролиран от тиристор изправител?

Пасивният изправител, контролиран от тиристор, използва тиристори (вид полупроводниково устройство, което включва SCRs) за конвертиране на променлив ток (AC) в директен ток (DC).Той контролира изхода на мощността чрез регулиране на фазовия ъгъл, при който се задействат тиристорите, като по този начин контролира количеството на тока, разрешено да преминава през всеки цикъл на входа на променлив ток.

3. Каква е основната функция на SCR?

Основната функция на SCR е да контролира потока на електричество във верига.Той действа като превключвател, който може да бъде включен или изключен или дори частично включен, за да регулира мощността в приложения, вариращи от затъмнени светлини до контролиране на скоростта на двигателите.

4. Как работи контролиран изправител?

Контролиран изправител използва устройства като SCR, за да контролира преобразуването на AC в DC.Чрез задействане на SCR в определени моменти по време на цикъла на променлив ток, изправителят може да регулира напрежението и изхода на тока от страна на DC.Това е полезно за приложения, при които е необходим променлив постоянен ток, например при зареждане на батерията или контрол на скоростта в DC двигатели.

5. Как работи тиристорният контролер?

Тиристорният контролер работи, като регулира времето на кога тиристорите в рамките на веригата се задействат.Тази настройка на времето, известна като контрол на фазовия ъгъл, позволява прецизен контрол върху това колко мощност се доставя на товара.Чрез забавяне на задействащата точка на тиристорите в цикъл на променлив ток, контролерът може да намали изхода на мощността и като ги задейства по -рано, може да увеличи изхода на мощността.