Тиристор используется в цепях переменного тока для. Тиристор в цепях переменного тока: схемы, способы подключения и управление микроконтроллером

Как работает тиристор в цепях переменного тока. Какие существуют схемы подключения тиристоров. Как подключить и управлять тиристором с помощью микроконтроллера. Какие преимущества дает использование тиристоров в цепях переменного тока. Каковы особенности работы тиристора на переменном токе.

Принцип работы тиристора в цепях переменного тока

Тиристор представляет собой полупроводниковый прибор с четырехслойной структурой типа p-n-p-n. В цепях переменного тока тиристор работает как управляемый выпрямитель, пропуская ток только в одном направлении. Основные особенности работы тиристора на переменном токе:

• Открывается подачей импульса на управляющий электрод в момент, когда анодное напряжение положительно
• Закрывается при снижении анодного тока ниже тока удержания
• Позволяет регулировать среднее значение выпрямленного напряжения изменением угла открытия
• Работает как однополупериодный выпрямитель при подключении в одно плечо моста
• Работает как двухполупериодный выпрямитель при подключении в диагональ моста

Таким образом, тиристор позволяет плавно управлять мощностью в цепях переменного тока простым изменением момента подачи управляющего импульса.

Основные схемы включения тиристоров в цепи переменного тока

Существует несколько базовых схем подключения тиристоров для работы в цепях переменного тока:

1. Однополупериодная схема

Это простейшая схема, в которой тиристор включен последовательно с нагрузкой. Пропускает ток только в положительные полупериоды напряжения. Позволяет регулировать мощность от 0 до 50% от максимальной.

2. Двухполупериодная схема с нулевым выводом трансформатора

Использует два тиристора, подключенных встречно-параллельно. Один работает в положительный полупериод, второй — в отрицательный. Позволяет плавно регулировать мощность от 0 до 100%.

3. Мостовая схема

Содержит четыре тиристора, образующих мостовой выпрямитель. Два тиристора в диагонали моста открываются одновременно. Обеспечивает двухполупериодное выпрямление и регулирование от 0 до 100% мощности.

Способы управления тиристорами в цепях переменного тока

Для управления тиристорами в цепях переменного тока применяются следующие основные способы:

• Фазовое управление — изменение угла открытия тиристора относительно перехода синусоиды через ноль
• Широтно-импульсная модуляция — включение на полный период или его часть
• Управление числом пропускаемых периодов — пропуск заданного количества периодов
• Вертикальное управление — изменение амплитуды управляющих импульсов

Наиболее распространенным является фазовое управление, позволяющее плавно регулировать выходное напряжение и мощность в нагрузке.

Подключение тиристора к микроконтроллеру

Для управления тиристором с помощью микроконтроллера необходимо:

1. Подключить управляющий электрод тиристора через токоограничивающий резистор к выводу микроконтроллера
2. Обеспечить гальваническую развязку цепей управления и силовой цепи с помощью оптрона
3. Сформировать управляющие импульсы на выходе микроконтроллера
4. Синхронизировать работу микроконтроллера с сетевым напряжением

Микроконтроллер позволяет реализовать любой алгоритм управления тиристором и обеспечить высокую точность регулирования.

Преимущества использования тиристоров в цепях переменного тока

Применение тиристоров в цепях переменного тока дает следующие основные преимущества:

• Возможность плавного регулирования мощности в нагрузке
• Высокий КПД регулирования за счет ключевого режима работы
• Отсутствие механических контактов и высокая надежность
• Возможность управления большими токами и напряжениями
• Малые габариты и вес регулирующих устройств
• Совместимость с микропроцессорными системами управления

Благодаря этим преимуществам тиристоры широко применяются для регулирования в силовой электронике и электроприводе.

Особенности работы тиристора на переменном токе

При работе тиристора в цепях переменного тока необходимо учитывать следующие особенности:

• Возможность самопроизвольного включения при высокой скорости нарастания анодного напряжения
• Необходимость обеспечения тока удержания для надежного включения
• Зависимость времени выключения от параметров нагрузки
• Наличие коммутационных перенапряжений при работе на индуктивную нагрузку
• Чувствительность к помехам в цепи управления

Учет этих особенностей позволяет обеспечить надежную и стабильную работу тиристорных регуляторов в цепях переменного тока.

Расчет параметров тиристора для работы на переменном токе

При выборе тиристора для работы в цепи переменного тока необходимо рассчитать и проверить следующие основные параметры:

1. Максимальное рабочее напряжение — должно быть не менее амплитудного значения сетевого напряжения
2. Максимальный рабочий ток — определяется мощностью нагрузки
3. Критическая скорость нарастания тока — зависит от типа нагрузки
4. Критическая скорость нарастания напряжения — для предотвращения самопроизвольного включения
5. Время выключения — должно быть меньше периода сетевого напряжения

Правильный расчет этих параметров обеспечивает надежную работу тиристора в заданном режиме.

Применение тиристоров в бытовой технике

Тиристоры широко используются в различных бытовых электроприборах для регулирования мощности. Основные области применения:

• Регуляторы яркости освещения (диммеры)
• Регуляторы мощности электронагревательных приборов
• Регуляторы скорости электродвигателей (например, в пылесосах)
• Устройства плавного пуска электроинструмента
• Импульсные источники питания

Тиристорные регуляторы обеспечивают плавное и экономичное управление мощностью бытовых приборов.

Обновление информационных листов

28 Апреля 2022

Уважаемые коллеги! Информируем Вас о последних обновлениях информационных листов на следующие типы силовых полупроводниковых приборов:

Тиристорные модули:

MT3-630-28-D	MT4-630-28-D	MT5-630-28-D	MT3-500-36-D
MT4-500-36-D	MT5-500-36-D	MT3-400-44-D	MT4-400-44-D
MT5-400-44-D	MT3-1250-8-D	MT4-1250-8-D	MT5-1250-8-D
MT3-740-24-D	MT4-740-24-D	MT5-740-24-D	MT3-1000-12-D
MT4-1000-12-D	MT5-1000-12-D	MT3-115-36-F	MT4-115-36-F
MT1-500-36-E	MT1-560-36-E	MT1-630-28-E

Тиристорные модули предназначены для применения в преобразователях энергии, а также в других цепях постоянного и переменного токов различных силовых электротехнических установок.

Данные модули имеют стандартные промышленные корпусы. Все тиристорные силовые модули имеют прижимную конструкцию, которая обеспечивает высокую стойкость к циклическим нагрузкам и простоту монтажа.

Модули имеют электрически изолированное медное основание, которое обеспечивает оптимальное распределение и отведение тепла. При этом возможно использование нескольких модулей на одном охладителе без дополнительной изоляции, что существенно уменьшает общие габариты сборки.

Модули отличаются высокой энерготермоциклостойкостью, что означает надежность и долгий срок службы в интенсивных режимах работы.

Тиристор в таблеточном исполнении:

• Т393-3600

Данные тип приборов используется в электротехнических и радиоэлектронных устройствах общего назначения в цепях постоянного и переменного тока на промышленной и повышенной частоте. Т393-3600 – это низкочастотный тиристор в таблеточном исполнении. Имеет повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии/повторяющееся импульсное обратное напряжение UDRM/URRM 3000-3600 В.

Средний ток в открытом состоянии ITAV 3600 А. Тиристор имеет керамический корпус стандартизированной конструкции, которая упрощает монтаж в имеющееся оборудование. Максимальная температура перехода Tjmax  составляет 125 °C.

Низкочастотные тиристоры широко применяются для управления мощной нагрузкой с помощью слабого сигнала, подаваемого на управляющий электрод. Они предназначены для применения в электротехнических и радиоэлектронных устройствах общего назначения в цепях постоянного и переменного тока на промышленной и повышенной частоте. Приборы имеют герметичный корпус, который изолирует функциональную часть и полупроводниковый элемент от механических повреждений и воздействия внешней окружающей среды.

Данный тиристор имеет таблеточную конструкцию с прижимными контактами. Таблеточные тиристоры отличаются возможностью двухстороннего охлаждения.

Получить подробную информацию или оформить заказ по конкретному прибору Вы можете отправив запрос с помощью специальной формы.

О компании АО «Протон-Электротекс»:

АО «Протон-Электротекс» — российский лидер проектирования и производства силовых полупроводниковых приборов, включая диоды, тиристоры и IGBT-модули, а также охладителей, силовых сборок и измерительного оборудования. Компания находится в городе Орёл и поставляет продукцию через свою партнерскую и дистрибьюторскую сеть по всему миру.

За дополнительной информацией обращайтесь:

Пресс-служба АО «Протон-Электротекс»

302040, Россия, г. Орёл, ул. Лескова 19, пом.27, офис 14

Телефон: +7 (4862) 44-04-56

E-Mail: [email protected]

Вернуться назад

Преобразователи постоянно-переменного тока — Импульсные системы управления транспортными средствами

1.Преобразователи постоянно-переменного тока (продолжение).

2.Преобразователи переменно-постоянного тока.

3. Сравнительная оценка эффективности схемных решений.

4.Расчет основных параметров элементов.

  На рис. 41 приведён вариант схемного решения преобразователя напряжения, выполненный на базе SCR-тиристоров, запирание которых, как и в схеме инвертора тока производится при помощи индивидуальных узлов  емкостной коммутации. Принцип работы ключа, используемого в данном преобразователе, был рассмотрен ранее (см. рис. 39). Поэтому остановимся только на описании принципа работы преобразователя со 180⁰ схемой управления в целом.

Включение преобразователя в работу начинается с подготовки узла коммутации, для чего необходимо произвести предварительный заряд его конденсатора. Заряд коммутирующих конденсаторов верхних плеч происходит после отпирания тиристоров VS1.1 и VS2 фазы а, VS3.1 и VS4 фазы в, VS5.1 и VS6 фазы  с. Заряд конденсаторов нижних плеч  происходит после включения тиристоров VS1 и VS2.1 фазы а, VS3 и VS4.1 фазы в, VS5 и VS6.1 фазы с. Все конденсаторы заряжаются до напряжения источника питания U_1d с полярностью, обозначенной без скобок. Для облегчения описания принципа работы воспользуемся диаграммами рис. 38.

В интервале времени 0 – Т/6 в проводящем состоянии находятся тиристоры VS1, VS4 и VS5. Ток ТЭД течёт по цепям C7 – VS1 – L8 – фаза с – фаза в – L9 – VS4 – C7 и C7 – VS5 – L10 – фаза а – фаза в – L9 – VS4 – C7.

В момент времени Т/6 запирается тиристор VS5 и отпирается тиристор VS6. При этом ток фазы а изменяет направление на противоположное и течёт по цепи C7 – VS1 – L8 – фаза с – фаза а – L10 – VS6 – C7, а в фазах  в и с сохраняет своё направление.

В момент времени Т/3 запирается тиристор VS4 и отпирается тиристор VS3. При этом ток фазы в изменяет направление на противоположное и течёт по цепи C7 – VS3 – L9 – фаза в – фаза а – L10 – VS6 – C7, а в фазах  а и с сохраняет своё направление.

В момент времени Т/2 запирается тиристор VS1 и отпирается тиристор VS2. При этом ток фазы с изменяет направление на противоположное и течёт по цепи C7 – VS3 – L9 – фаза в – фаза с – L8 – VS2 – C7, а в фазах а и в сохраняет своё направление.

В момент времени 2Т/3 запирается тиристор VS6 и отпирается тиристор VS5. При этом ток фазы а изменяет направление на противоположное и течёт по цепи C7 – VS5 – L10 – фаза а – фаза с – L8 – VS2 – C7, а в фазах  в и с сохраняет своё направление.

 В момент времени 5Т/6 запирается тиристор VS3 и отпирается тиристор VS4. При этом ток фазы в изменяет направление на противоположное и течёт по цепи C7 – VS5 – L10 – фаза а – фаза в – L9 – VS4 – C7, а в фазах  а и с сохраняет своё направление.

В момент времени Т запирается тиристор VS2 и отпирается тиристор VS1. При этом ток фазы с изменяет направление на противоположное и течёт по цепи C7 – VS1 – L8 – фаза с – фаза в – L9 – VS4 – C7, а в фазах  а и в сохраняет своё направление.

Далее процессы в цепях повторяются.

Для коммутации тиристоров может использоваться и общий узел емкостной коммутации. При этом тиристоры верхних плеч запираются при помощи одного узла (контур C3 – L3 на рис 42), а тиристоры нижних плеч – при помощи другого (контур C2 – L2).

Принцип формирования тиристорами инвертора трёхфазного переменного напряжения аналогичен рассмотренному выше, поэтому остановимся только на работе узлов коммутации, использовав диаграмму проводящего состояния тиристоров инвертора рис. 38. Пусть в исходный момент времени в проводящем состоянии (интервал времени 0 – Т/6) находились тиристоры VS1, VS4 и VS5. При этом конденсаторы С2 и С3 были заряжены до напряжения U_1d c полярностью, указанной на рис. 42. В момент времени Т/6 отпирается гасящий тиристор VS5. 1, что приводит к появлению на катоде тиристора VS5 положительного потенциала и его запиранию, так как анод и катод тиристора находятся под одним потенциалом. Ток фазы с двигателя, протекавший ранее по цепи C1 – VS5 – фаза с – фаза в –VS4 – C1, сохраняя своё направление, протекает по цепи C3 – VS5.1 – фаза с – фаза в –VS4 – C3 пока не произойдёт перезаряда конденсатора C3. После перезаряда конденсатора запирается тиристор VS5.1., а ток в фазе с начинает циркулировать по контуру фаза с – фаза в –VS4 – VD6 – фаза с. После отпирания тиристора VS6 ток в фазе изменяет направление на противоположное, протекая по контуру C1 – VS1 – фаза а – фаза с – VS6 – C1. Одновременно отпирается тиристор VS7, что приводит к перезаряду конденсатора С3 до исходной полярности.

В момент времени Т/3 отпирается тиристор VS4.1, что приводит к разряду конденсатора С2 по контуру C2 – VS1 – фаза а – фаза в – VS4.1 – C2. При этом тиристор VS4 запирается, а ток фазы в начинает протекать по вновь образованному контуру, сохраняя своё направление. После перезаряда конденсатора ток фазы циркулирует по контуру VS1 – фаза а – фаза в – VD3 – VS1 до тех пор, пока не спадёт до нуля или не откроется тиристор VS3, после чего ток в фазе в изменит направление на противоположное. Одновременно отпирается тиристор VS8, что приводит к перезаряду конденсатора С2 до исходной полярности.

Преобразователи переменно-постоянного тока предназначены для питания потребителей постоянного тока в том случае, когда электрическая энергия вырабатывается на переменном токе. Преобразователи подобного рода называются выпрямителями. В зависимости от количества фаз питающего напряжения выпрямители называются одно- либо многофазными. Если в процессе выпрямления производится изменение формы кривой выпрямленного напряжения, то выпрямитель называется регулируемый. Элементной базой выпрямителей являются полупроводниковые приборы. Для получения нерегулируемого выпрямленного напряжения используются диоды, для  регулируемого – тиристоры. Для выпрямления может использоваться одна либо две полуволны питающего напряжения. В первом случае выпрямитель называется однополупериодным, во втором – двухполупериодным. Разновидностью двухполупериодного выпрямления является так называемая мостовая схема выпрямления.

Рассмотрим вариант схемного решения однофазного мостового выпрямителя с регулируемым выходным напряжением, представленным на рис. 43. Выпрямительный мост выполнен на двух тиристорах VS1 и VS2 и двух диодах VD1 и VD2. При появлении положительной полуволны питающего напряжения на аноде тиристора  VS1 питающее напряжение не подаётся в нагрузку (на клеммы «+» и «-») до тех пор, пока не произойдёт его отпирание. На рисунке показано, этот момент  наступает при 135⁰ эл. После смены полярности питающего напряжения положительная полуволна поступает на анод тиристора VS2, отпирание которого производится с задержкой на 90⁰ эл. При следующей смене полярности питающего напряжения регулирование величины выходного напряжения вновь осуществляется путём изменения угла задержки отпирания тиристора VS1, который принят равным 45⁰ эл. При последующих сменах полярности питающего напряжения тиристоры  VS1 и VS2 отпираются в момент прохождения питающего напряжения через ноль, т.е. без задержки, поэтому на выходе выпрямителя форма кривой выпрямленного напряжения представляет собой в каждый полупериод положительную полуволну синусоиды.

В тех случаях, когда нет необходимости регулировать выпрямленное напряжение от нуля, достаточно использовать один тиристор.

При использовании в цепях моста диодов кривая выпрямленного напряжения представляет собой в каждый полупериод положительную полуволну синусоиды.

Аналогичную форму кривой выпрямленного напряжения можно получить и при двухполупериодной схеме выпрямления (см. рис. 44). Однако несмотря на сокращение количества полупроводниковых элементов в схеме, она менее привлекательна, так как  параметры трансформатора при этом хуже, чем в мостовом варианте.

Применение однополупериодной схемы выпрямления в сильноточных цепях нецелесообразно вследствие наличия в кривой выпрямленного напряжения интервалов с нулевой величиной напряжения, что вызывает необходимость применения для сглаживания пульсаций громоздких фильтровых устройств.

Аналогичные схемные решения применяются и в трёхфазных цепях переменного тока. Минимальную пульсацию выпрямленного напряжения, как и в случае однофазного питания позволяет получить мостовая схема выпрямления, приведённая на рис. 45. Здесь же показана кривая выпрямленного напряжения при различных задержках времени на отпирание тиристоров, позволяющая регулировать среднюю за период регулирования величину питающего напряжения. Рассмотрим, каким образом происходит регулирование величины напряжения. Пусть в момент времени t₁ отпираются тиристоры VS1 и VS6. Анод тиристора VS1 находится под положительным потенциалом фазы а, а катод тиристора VS6 – под отрицательным потенциалом фазы с. Величина выходного напряжения u_1d в этот момент определяется разностью потенциалов, изображаемой на рисунки ординатой, заключённой между кривыми напряжений этих фаз. В интервале времени t₁ – t₂, форма кривой выходного напряжения описывается синусоидой. В момент времени t₂ тиристор VS1 и VS6 запираются, так как разность потенциалов между фазами спадает до нуля, а затем становится отрицательной.

Для увеличения среднего за период значения выпрямленного напряжения, например, с момента времени t₃ до момента t₄, когда в проводящем состоянии находятся тиристоры VS2 и VS3, а выходное напряжение определяется разностью потенциалов фаз в и а, в момент времени t₄, запирается тиристор VS3 и отпирается тиристор VS5. В интервале времени t₄ – t₅ величина выходного напряжения определяется разностью потенциалов фаз с и а. В момент времени t₅ отпирается тиристор VS4 и запирается тиристор VS2, так как начиная с этого момента времени потенциал на его катоде становится выше потенциала на катоде тиристора  VS4. В интервале времени t₅ – t₆  величина выходного напряжения определяется разностью потенциалов фаз с и в. В момент времени t₆ разность потенциалов фаз с и в  становится равной нулю и тиристоры запираются. При этом выходное напряжение становится равным нулю. Если возникает необходимость получения максимальной величины выпрямленного напряжения, начиная, например, с момента времени t₇, когда в проводящем состоянии находятся тиристоры VS1 и VS6, то по достижении момента времени t₈ отпирается тиристор VS3, что приводит к запиранию тиристора VS1, так как потенциал фазы в становится более положительным, чем у фазы а. В момент времени t₉ равенства потенциалов фаз а и с отпирается тиристор VS2 и запирается тиристор VS6. Форма кривой выпрямленного напряжения описывается верхушками синусоид, показанных на графике жирной линией.

 Для получения выходного напряжения с минимумом амплитуды пульсации на выходе выпрямителя следует установить фильтр, в качестве которого обычно используется Г-образный LC-фильтр.               

                                                                         

При сравнении различных схемных решений преобразователей переменно-постоянного тока необходимо руководствоваться следующими соображениями:

— суммарная величина мощности (а также действующее значение тока) потребителей электрической энергии должна быть одинаковой;

— величина пульсации выпрямленного напряжения не должна превышать допустимых по условиям потребителя значений:

— К.П.Д. преобразования должен быть максимально возможным:

— коэффициент использования элементной базы преобразователя – максимальный;

— массогабаритные и стоимостные показатели – минимальные.

Кроме того, специально не оговариваются, но подразумеваются такие показатели, как экслуатационные расходы, надёжность, удельная мощность и т.д., по которым также необходимо сравнивать варианты исполнения преобразователей на стадии их проработки.

Лекция «1 Первое начало термодинамики» также может быть Вам полезна.

Из перечисленного выше видно, что сравнение требует проведения достаточно большого объёма расчётов, которых можно избежать, если знать заранее «сильные» и «слабые» стороны, присущие тому или иному схемному решению преобразователя. Остановимся на них более подробно. Поскольку преобразователь содержит, как минимум, два основных компонента – согласующий трансформатор и выпрямитель (а при необходимости и фильтровые устройства), то остановимся вначале на трансформаторе. Сравнивая схемы одно- и двухполупериодного выпрямления, сразу обнаруживаем, что первая из них является менее привлекательной, так как поддержание на её выходе номинального напряжения, требуемого потребителем, предполагает не только использование мощного фильтрового устройства, но и поднятия напряжения на выходной обмотке трансформатора, что влечёт за собой увеличение его установленной мощности (а также стоимости) и снижает коэффициент использования трансформатора. Поэтому для нужд электрической тяги такое схемное решение является неприемлемым.

Сопоставляя двухполупериодную и мостовую схемы выпрямления видим, что трансформатор первой из них имеет большую установленную мощность, так как обе вторичные полуобмотки должны быть рассчитаны на номинальное напряжение потребителя, что несмотря на уменьшение сечения проводника вторичной обмотки, требует увеличения окна, а, следовательно, и массы магнитопровода со всеми вытекающими отсюда последствиями. Вместе с тем, нельзя не отметить того факта, что потери в выпрямителе первого варианта меньше, чем второго, что связано с меньшим количеством полупроводниковых приборов. Фильтровые устройства обоих выпрямителей – идентичны. Таким образом, наиболее предпочтительной (в условиях постоянного снижения стоимости изготовления полупроводниковых элементов и роста цен на медь и сталь) является схема мостового выпрямления.

Производя аналогичные рассуждения по трёхфазному источнику питания, приходим к выводу о целесообразности использования в электрических цепях преобразователей мостовых схем выпрямления.

Рассматривая собственно выпрямитель, необходимо отметить, что современная элементная база сильноточных полупроводниковых приборов позволяет использовать в качестве выпрямителя монокристаллическую структуру, в которой собран, например, трёхфазный мостовой выпрямитель, для подключения которого в цепи преобразователя выведены выходные клеммы. Кроме того, нельзя не отметить, что в качестве полупроводникового элемента могут быть использованы не только тиристоры, но и транзисторы, обладающие большим быстодействием.

      

 Основой для проведения инженерных расчётов преобразователей переменно-постоянного тока являются диаграммы мгновенных значений токов и напряжений на элементах схем. Для всех рассмотренных схем расчёт сводится, как и случае применения преобразователей с частотно-импульсным способом регулирования, к выбору элементной базы (тиристоров, диодов, дросселей, конденсаторов) из перечня серийно выпускаемых, которые выдерживают прикладываемые к ним напряжения и протекающие через них токи для выбранной частоты работы преобразователей. Методика расчёта параметров этих элементов рассмотрена ранее и поэтому не приводится.

Activity: Silicon Controlled Rectifiers (SCR)

Эта версия (27 мая 2022 г., 21:01) была одобрена Дугом Мерсером. Доступна ранее одобренная версия (07 февраля 2022 г., 15:16).

Содержание

• Деятельность: Кремниевые управляемые выпрямители (SCR) — ADALM2000

  • Цель:

  • Фон:

  • Материалы:

  • Проезд:

  • Настройка оборудования:

  • Процедура:

  • Вопросы:

  • Непреднамеренные паразитные тиристоры в интегральных схемах

    • ЗАМОК

  • Программируемый UJT (PUT)

Цель:

Целью этой лабораторной работы является изучение структуры и работы контроллера кремния. Выпрямитель или SCR. Тиристоры в основном используются в устройствах, где управление большой мощностью, возможно, при высокой напряжение, нужно. Возможность включать и выключать большие токи делает SCR подходящим для использования в приложения для управления мощностью переменного тока среднего и высокого напряжения, такие как диммирование ламп, регуляторы и двигатели контроль. Кроме того, в интегральных схемах могут образовываться непреднамеренные тиристоры, и когда эти тиристоры выходят из строя. Это может привести к неисправности цепи срабатывания или даже к проблемам с надежностью и повреждению.

Фон:

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) представляет собой четырехслойное твердотельное устройство управления током с 3 терминалы. У них есть выводы анода и катода, как у обычного диода, и третий вывод управления, называют Воротами. Тиристоры — однонаправленные устройства, т.е. они проводят ток только в одном направление как диод или выпрямитель. SCR запускаются только токами, входящими в затвор. СКВ сочетает в себе функции выпрямления диодов и функции управления включением-выключением транзисторов.

SCR обычно используются в приложениях переключения питания. В нормальном выключенном состоянии устройство ограничивает тока к току утечки. Когда ток затвор-катод превышает определенный порог, устройство включается и проводит ток. SCR останется во включенном состоянии даже после того, как ток затвора отключается до тех пор, пока ток через устройство превышает ток удержания. Как только ток падает ниже тока удержания в течение определенного периода времени, устройство выключится. Если ворота импульсные и ток через устройство ниже тока фиксации, устройство останется в выключенном состоянии.

Глядя на рисунок 1(а), четырехслойную структуру SCR, мы видим три терминала, один из которых внешний слой p-типа называется анодом A, второй от внешнего слоя n-типа называется катодом K и третий от базы нижней секции транзистора NPN и называется затвором G.

Рис. 1. Эквивалентная схема SCR

SCR, как показано на рисунке 1(b), можно представить разделенным на два транзистора. Эквивалент Схема SCR состоит из транзистора PNP и транзистора NPN, соединенных между собой, как показано на рис. рисунок 1в. Мы видим, что коллектор каждого транзистора соединен с базой другого, образуя петля положительной обратной связи.

SCR имеет два устойчивых состояния. Первое – это непроводящее выключенное состояние. С открытым терминалом Gate давайте сначала предположим, что ток не течет через базовую клемму NPN-транзистора Q ₂ . При нулевом токе базы ток коллектора Q ₂ также будет равен нулю. Дан нулевой коллектор для Q ₂ мы делаем вывод, что должен быть нулевой ток, вытекающий из базы транзистора PNP Q ₁ . Учитывая нулевой ток базы в Q ₁ , мы делаем вывод, что должен быть нулевой коллектор ток в Q ₁ . Это согласуется с нашим первоначальным предположением о нулевом токе в базе Q ₂ . С нулевым током коллектора (и нулевым током базы) как в Q ₁ , так и в Q ₂ мы можем заключить, что ни в одном из транзисторов не должно быть эмиттерного тока. Этот Состояние отключения с нулевым током стабильно до тех пор, пока присутствует ток утечки через Q ₁ или Q ₂ от эмиттера к коллектору очень мало.

Второе стабильное состояние — это проводящее состояние ВКЛ. Мы можем перевести или переключить SCR с ВЫКЛ. в состояние ON, подав небольшой ток на клемму Gate. Проходя то же самое Процедура вокруг цикла, который мы только что сделали для выключенного состояния, мы можем видеть, что, как только базовый ток подается на Q ₂ , больший ток коллектора (ß _NPN раз больше тока базы) будет начать течь. Этот ток коллектора Q ₂ становится током базы для Q ₁ . Эта база ток в Q ₁ снова создает больший ток коллектора (ß _PNP раз больше базового текущий ) в Q ₁ . Ток коллектора Q ₁ возвращается в базу Q ₂ еще больше увеличивает базовый ток. Как только эта петля обратной связи по току установлена начальный ток затвора может быть удален, и SCR будет оставаться в проводящем состоянии ON до тех пор, пока поскольку внешняя цепь вокруг тиристора подает ток через тиристор. Единственный способ выключить SCR предназначен для того, чтобы ток упал ниже критического уровня «удерживающего» тока.

Замечание, которое следует отметить в отношении этой петли положительной обратной связи, заключается в том, что она будет удерживать SCR во включенном состоянии и оставаться в этом состоянии. это зафиксированное состояние, пока верно следующее:

ß _PNP * ß _NPN ⇒ 1

Падение напряжения на SCR от клеммы A до K , когда SCR находится в состоянии проводимости, представляет собой сумму Q _1VBE и Q _2VCESAT параллельно сумме Q _2VBE и Q _1VCESAT . Мы знаем, что β устройств BJT падает, когда переход базы коллектора направлен вперед. смещен в область насыщения, т.е. V _CE менее V _BE . V _CE два транзистора будут падать до тех пор, пока не будет выполнено приведенное выше уравнение усиления с положительной обратной связью, и ß _PNP * ß _NPN равно 1.

Также важно отметить, что ß транзисторов BJT очень низок для очень малых значений ток коллектора и из приведенного выше уравнения, SCR будет оставаться в выключенном состоянии до тех пор, пока ток утечки настолько мал, что ß _PNP * ß _NPN меньше 1 при такой низкой утечке текущий уровень.

Комплект аналоговых деталей ADALP2000 не включает SCR, но мы можем эмулировать его, построив эквивалентную схему. показан на рис. 1© из дискретных транзисторов PNP и NPN.

Материалы:

Активный обучающий модуль ADALM2000
Макетная плата без пайки
2 – резисторы 1 кОм
2 – резисторы 100 кОм
1 – конденсатор 0,1 мкФ (обозначен цифрой 104)
1 – маломощный NPN-транзистор (2N39)04)
1 — малосигнальный PNP-транзистор (2N3906)

Проезд:

Соберите модель эквивалентной схемы тринистора, как показано на рисунке 2, на макетной плате без пайки.

Рис. 2 Схема для эмуляции SCR

Два резистора по 100 кОм, R ₁ , R ₂ , подключены к соответствующим V _BE . каждого транзистора, чтобы гарантировать, что любые малые токи утечки не вызовут самопроизвольный срабатывание смоделированного тиристора. Резистор R ₃ преобразует импульс напряжения от AWG2 в ток срабатывания.

Настройка оборудования:

AWG1 должен быть сконфигурирован как синусоида с амплитудой 10 В размаха, нулевым смещением и частотой 100 Гц. AWG2 должен быть сконфигурирован как прямоугольная волна с амплитудой 800 мВ размаха, 400 мВ смещения, частота 100 Гц. Обязательно запустите два канала AWG синхронно.

Рис. 3. Соединения макетной платы схемы для эмуляции SCR.

Процедура:

Запустите осциллограф на канале 1. Наблюдая за входной синусоидой на канале 1 осциллографа и напряжением через R _L на канале 2 осциллографа отрегулируйте фазу AWG2 с шагом от 180° до 360°. В зависимости в настройке фазы AWG2 вы должны увидеть что-то похожее на рисунки ниже. Вы заметите что напряжение на R _L равно нулю, SCR находится в состоянии OFF, пока не поступит триггерный импульс от AWG2 происходит, и SCR остается во включенном состоянии до тех пор, пока входное синусоидальное напряжение не пересечет ноль.

Рис. 4. Примеры сигналов

Рис. 5. Пример сигналов Scopy

Измерьте и сообщите о падении напряжения на SCR, когда он находится во включенном состоянии и проводит ток. Как это напряжение соотносится с обычным диодом с PN-переходом?

Найдите минимальное импульсное напряжение (амплитуда) над землей, которое вызовет срабатывание SCR, отрегулировав AWG2. Оцените минимальный ток запуска на основе этого напряжения, R ₃ и В _BE из Q ₂ . Объясните свой результат.

Попробуйте увеличить (1 МОм) и уменьшить (10 кОм) значения для R ₁ и R ₂ . Как это меняет минимальное напряжение запуска?

Заменить резистор R ₃ конденсатором 0,1 мкФ. Этот конденсатор связи действует как дифференциатор превращая прямоугольный импульс выхода AWG в узкие положительные и отрицательные всплески тока на нарастающий и спадающий фронт прямоугольной волны. Как это влияет на то, когда и как срабатывает SCR?

Вопросы:

1. Чем SCR отличается от обычного выпрямительного диода?

2. Нарисуйте V -I характеристики SCR. Что вы можете сделать из них?

3. Почему тринистор всегда включается током в затвор?

4. Почему SCR нельзя использовать в качестве двунаправленного переключателя тока?

5. Как SCR управляет мощностью, подаваемой на нагрузку?

6. Почему тиристоры в основном используются в цепях переменного тока?

Если доступен источник меньших (слаботочных) тиристоров, вы можете повторить эксперимент с реальным устройство, а не эмуляция нашей эквивалентной схемы.

Непреднамеренные паразитные тиристоры в интегральных схемах

Мы рассмотрели приложения для SCR, в которых намеренно используются его характеристики. К сожалению, в интегральных схемах могут образовываться непреднамеренные тиристоры, и если эти паразитные тиристоры неисправность цепи запуска может привести к проблемам с надежностью и повреждению встроенной схема.

ЗАМОК

Защелкивание — это потенциально разрушительная ситуация, при которой срабатывает паразитный SCR, замыкающий цепь. положительные и отрицательные запасы вместе. Если ток не ограничен, электрическое перенапряжение будет происходить. Классический случай защелкивания происходит в устройствах вывода CMOS, в которых транзисторы драйвера и скважины образуют четырехслойную структуру PNPN SCR, когда один из двух паразитных переходов база-эмиттер мгновенное прямое смещение во время перенапряжения. SCR включается и фактически вызывает короче между В _DD питание и заземление.

Поскольку все эти МОП-устройства расположены близко друг к другу на монолитном кристалле, при соответствующем внешнем возбуждения могут включиться паразитные устройства SCR, что характерно для плохо спроектированных КМОП-схем. На рис. 4 показано упрощенное поперечное сечение двух транзисторов, одного PMOS и одного NMOS; эти могут быть соединены вместе как логические вентили или как аналоговый усилитель или переключатель. Паразитический биполярный транзисторы, отвечающие за защелкивание, Q ₁ (вертикальный PNP) и Q ₂ (боковой NPN) как указано.

Рис. 6 Поперечное сечение устройств PMOS и NMOS с паразитными транзисторами Q ₁ и Q ₂

Надлежащие методы проектирования для уменьшения возможности образования SCR включают увеличение расстояния между Устройства NMOS и PMOS и промежуточные сильно легированные области между Nwells и Pwells и вокруг них. Оба эти виды подходов к компоновке пытаются снизить ß либо вертикального PNP, либо бокового NPN. паразитных биполярных транзисторов менее чем до 1. Некоторые из этих методов также имеют тенденцию снижать сопротивление р _PWELL и R _NWELL , что увеличивает минимальный ток запуска, необходимый для включения СКР.

Ресурсы:

• Fritzing файлы: silicon_ctrl_rectifier_bb

• Файлы LTspice: silicon_ctrl_rectifier_ltspice

Программируемый UJT (PUT)

Программируемый однопереходный транзистор или PUT является близким родственником других четырехслойных устройств семейства тиристоров. Он имеет четырехслойную конструкцию, как и SCR, и имеет три вывода: анод (A), катод (9).0071 K ) и затвор (G) снова как у тиристоров. Исходные данные и примеры схем, использующих PUT, можно найти в этом лабораторном занятии ADALM1000.

Для дальнейшего чтения:

Кремниевый управляемый выпрямитель
Электрически индуцированное повреждение стандартных линейных интегральных схем
Победа в борьбе с защелками в аналоговых КМОП-переключателях

Вернуться к содержанию лабораторной работы.

университет/курсы/электроника/электроника-лаборатория-scr. txt · Последнее изменение: 27 мая 2022 г., 21:00, автор: Doug Mercer.

View all MPSC AE Papers >

1. Запуск по импульсному затвору
2. Запуск по переменному току
3. Запуск по теплу
4. Запуск по излучению

Вариант 2: Запуск по переменному току

Бесплатно

Бесплатный пробный тест на английском языке

7,2 тыс. пользователей

15 вопросов

15 баллов

12 минут

В основном существует пять различных методов включения SCR:

Запуск затвора :

• Запуск затвора — это метод, в котором положительный ток затвора проходит через SCR с прямым смещением, чтобы включить его.
• Срабатывание гейта, по сути, самый надежный, простой и эффективный способ включения SCR.
• В этом методе положительное напряжение затвора между выводами затвора и катода подается в SCR с прямым смещением, который устанавливает ток затвора от вывода затвора к катоду.

 

Для срабатывания затвора подается сигнал между затвором и катодом устройства. Для этой цели можно использовать три типа сигналов. Они либо d.c. сигналы, импульсные сигналы или переменный ток. сигналы.

Запуск затвора постоянного тока: В этом типе запуска затвор постоянного тока. между затвором и катодом устройства прикладывают напряжение соответствующей величины и полярности таким образом, чтобы затвор стал положительным по отношению к катоду. Когда приложенного напряжения достаточно для создания требуемого тока затвора, устройство начинает проводить.

Запуск затвора по переменному току: Источник переменного тока чаще всего используется для сигнала затвора во всех приложениях тиристорного управления, принятых для переменного тока. приложения . Эта схема обеспечивает надлежащую изоляцию между силовыми цепями и цепями управления. Управление углом зажигания осуществляется очень удобно за счет изменения фазового угла управляющего сигнала.

Запуск Pulse Gate: Это наиболее популярный метод запуска устройства. В этом методе привод затвора состоит из одиночного импульса, появляющегося периодически, или последовательности высокочастотных импульсов. Это известно как стробирование несущей частоты. Для изоляции используется импульсный трансформатор.

 

Запуск прямого напряжения :

• Запуск прямого напряжения происходит, когда прямое напряжение анод-катод увеличивается при разомкнутой цепи затвора.
• Это известно как лавинный обвал, во время которого разрушится середина соединения.
• При достаточном напряжении тиристор переходит в открытое состояние с малым падением напряжения и большим прямым током.

 

dv/dt Запуск :

• Запуск по dv/dt — это метод, при котором SCR включается путем изменения напряжения прямого смещения во времени.
• dv/dt само по себе означает скорость изменения напряжения относительно времени.
•  Напряжение может быть низким, но скорость его роста должна быть достаточно высокой, чтобы включить SCR.

 

Запуск по температуре (термический) :

• В режиме прямой блокировки тринистора или тиристора через средний переход будет протекать обратный ток насыщения. Этот ток повысит температуру перехода, что, в свою очередь, приведет к дальнейшему увеличению обратного тока утечки.
• Этот увеличенный ток утечки снова повысит температуру перехода и, следовательно, еще больше увеличит обратный ток утечки.
• Этот процесс носит кумулятивный характер и в конечном итоге приведет к исчезновению области обеднения среднего перехода с обратным смещением при некоторой температуре. При этой температуре SCR включится.

 

Запуск светом (излучение) :

• При запуске светом импульс света подходящей длины волны направляется оптическими волокнами, чтобы включить SCR

 

Прямая и обратная характеристики SCR, как показано:

Скачать решение PDF

Поделиться в WhatsApp

Последние обновления инженера HPCL

Последнее обновление: 9 ноября 2022 г.