Verständnis von Siliziumkontrollierten Gleichrichter

Ein mit Silizium kontrollierter Gleichrichter (SCR), der ebenfalls als Thyristor bezeichnet wird, ist eine elektrische Hochleistungskomponente mit Vorteilen wie kompaktem Größe, hoher Effizienz und langer Lebensdauer.Es ist in automatischen Steuerungssystemen weit verbreitet, sodass Geräte mit hoher Leistung geringer Stromversorgungssteuerung regulieren können.Typische Anwendungen umfassen Wechselstrom- und DC -Motordrehzahlsteuerungssysteme, Stromversorgungssysteme und Serversysteme.

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Überblick über den schiefengesteuerten Gleichrichter (SCR)

SCRs sind in zwei Haupttypen erhältlich: unidirektionale SCRs und bidirektionale Triacs.Ein Triac funktioniert ähnlich wie zwei unidirektionale SCRs, die in der umgekehrten Verbindung verbunden sind und es ermöglicht, in beide Richtungen zu leiten.Der Leitungszustand eines Triac wird durch sein Gate -Terminal kontrolliert.Wenn ein positiver oder negativer Impuls auf das Tor angewendet wird, kann der Triac Strom in entsprechende Richtung leiten.Diese Eigenschaft vereinfacht ihre Steuerkreis und sorgt für den Einsatz als kontaktloser AC -Schalter ideal.

Triac

Ein Triac entspricht funktionell äquivalent zu zwei SCRs, die umgekehrt verbunden sind.Im Gegensatz zu einem regulären SCR, der Strom nur in eine Richtung steuert, kann ein Triac in beide Richtungen leiten.Sein Zustand (ein- oder ausgeschaltet) wird durch einen Puls gesteuert, der auf das Gate (G) -Anterminal angewendet wird.Ein positiver oder negativer Impuls am Tor ermöglicht dem Triac den Strom in entsprechende Richtung.Der Hauptvorteil des Triac ist seine Einfachheit in Kontrollschaltungen und seine Fähigkeit, Wechselstrom (Wechselstrom) zu bewältigen, ohne dass der Schutz des Reversespannung erforderlich ist.Dies macht es als kontaktloser AC -Schalter nützlich.

Unidirektional SCR (Standard SCR)

Unidirektionale SCRs sind einfacher und bestehen aus vier Schichten von Halbleitermaterial, das drei PN -Verbindungen bildet.Sie haben drei externe Elektroden: die Anode (a), die Kathode (k) und ein Tor (g).Obwohl SCRs ähnlich wie bei Dioden in Bezug auf die unidirektionale Leitung, unterscheiden sich die SCR aufgrund ihres Gate -Terminals, was eine zusätzliche Kontrolle über ihren Betrieb bietet.Der Standard -SCR, der auch einfach als SCR bezeichnet wird, ist ein unidirektionales Gerät, das aus vier Schichten von Halbleitermaterial besteht und drei PN -Verbindungen bildet.Es hat drei externe Terminals:

• Anode (a): mit der ersten P-Typ-Schicht verbunden
• Kathode (k): mit der N-Typ-Schicht verbunden
• Tor (g): mit der zweiten P-Typ-Schicht verbunden

Ähnlich wie eine Diode, in der sie nur in einer Richtung leitet, wird die Funktionalität des SCR vom Gate gesteuert, sodass es bei Bedarf ein- oder ausgeschaltet wird.Diese Fähigkeit, den Stromfluss zu steuern, gibt die SCR -Eigenschaften, die sich von denen einer Standarddiode unterscheiden.

Betriebsmerkmale von SCRs

Das Verständnis der Eigenschaften eines SCR beinhaltet die Analyse seines Verhaltens in einfachen Schaltungskonfigurationen.Betrachten Sie eine Basic -Schaltung, in der ein SCR in Reihe mit einer kleinen Glühbirne angeschlossen ist und beide von einer Gleichstromversorgung angetrieben werden.Wenn auf die Gate -Klemme des SCR keine Spannung angelegt wird, bleibt das Gerät im Aus -Status und verhindert, dass Strom durch die Glühbirne fließt, was nicht beleuchtet bleibt.Wenn jedoch eine Triggerspannung auf das Tor angelegt wird, tritt der SCR in seinen Leitungszustand ein, sodass der Strom fließen und die Glühbirne beleuchtet.Dieses Verhalten veranschaulicht ein Prinzip der SCR -Betriebsleitung erfordert eine Vorwärtsspannung über Anode und Kathode sowie ein Triggersignal am Tor.

Auslösen und Halten von Strom

Sobald ein SCR ausgelöst wird und sich zu verhalten beginnt, bleibt es im "On" -Zustand, auch wenn das Gate -Signal entfernt wird.Dieses selbstverrückte Verhalten wird aufrechterhalten, solange der Strom, der durch den SCR fließt, über einem bestimmten Schwellenwert bleibt, der als Haltestrom bezeichnet wird.Wenn der Strom unter dieses Level fällt, schaltet sich der SCR automatisch aus.Die Fähigkeit, ohne kontinuierliche Gate-Aktivierung verriegelt zu bleiben, ermöglicht es SCRs, Hochleistungsschaltungen effizient mit minimalen Eingangseingängen aus Steuersignalen mit geringer Leistung zu steuern.Das Tor fungiert als "einmalige" Steuereingabe, um die Leitung zu initiieren.

Ausbaus Mechanismus

Für die Ausarbeitung eines SCR muss der Anodenstrom unter dem Haltestrom reduziert oder eine Rückspannung über den Anode und die Kathode angewendet werden.In DC -Schaltungen besteht die einfachste Methode zum Ausschalten eines SCR darin, die Stromversorgung zu unterbrechen und damit den Strom auf Null zu fallen.In einigen Konstruktionen können zusätzliche Komponenten wie das Umbringen von Schaltkreisen verwendet werden, um den Anodenstrom zwangs zu reduzieren und den SCR auszuschalten.In AC-Schaltungen profitieren SCRs von der natürlichen Null-Kreuzen der Wechselstromwellenform.Wenn die Wechselstromspannung durch Null verläuft, fällt der Strom in der Schaltung momentan auf Null ab, sodass der SCR automatisch ausgeschaltet wird.Dieses Merkmal ist in Phasenkontrollanwendungen nützlich, bei denen der SCR in einem bestimmten Phasenwinkel der Wechselstromwellenform ausgelöst wird, um die an eine Last gelieferte Leistung zu steuern, z. B. ein Heizelement oder Motor.

Gate -Empfindlichkeit und Auslöseranforderungen

SCRs sind mit unterschiedlichen Maßstäben der Gate -Empfindlichkeit ausgelegt, was sich auf die Menge des Gate -Stroms bezieht, die zum Auslösen des Geräts erforderlich sind.SCRs mit sensitiven GATE werden durch sehr niedrige Gate-Ströme ausgelöst und werden üblicherweise in Schaltungen verwendet, die eine Präzisionsregelung erfordern, z. B. in Steuerungssystemen mit geringer Leistung.Im.

Schaltgeschwindigkeit und thermische Überlegungen

SCRs haben im Allgemeinen langsamere Schaltgeschwindigkeiten im Vergleich zu anderen Halbleitergeräten wie MOSFETs oder IGBTs.Die Schaltgeschwindigkeit wird durch die interne Struktur des SCR beeinflusst, insbesondere die Zeit, die die Ladungsträger in der vierschichtigen PNPN-Übergang ansammeln können.Während diese langsamere Geschwindigkeit ihre Verwendung in hochfrequenten Anwendungen einschränkt, sind SCRs ideal für die niedrige Frequenzsteuerung, z.Da SCRs in Hochleistungsanwendungen verwendet werden, können sie Wärmemengen erzeugen.Es sind ordnungsgemäße Kühlkörper oder Kühlmechanismen erforderlich, um einen thermischen Ausreißer zu verhindern, was zu einem Ausfall des Geräts führen kann.Der thermische Widerstand des SCR -Pakets, die Umgebungstemperatur und die Stromversorgung in der Schaltung beeinflussen die Fähigkeit des Geräts, Strom ohne Überhitzung zu verarbeiten.

Anwendung in Phasenregelung

In Wechselstrom- oder pulsierenden Gleichstromkreisen werden SCRs häufig zur Phasenregelung verwendet, eine Methode, die die Stromversorgung reguliert, indem der Punkt angepasst wird, an dem der SCR in jedem Zyklus der Wechselstromwellenform ausgelöst wird.Durch die Verzögerung des Brennwinkels kann der SCR steuern, wie viel der Wechselstromwellenform an die Last übergeben wird.Diese Technik wird üblicherweise in leichten Dimmer, Motordrehzahlcontrollern und Temperaturkontrollsystemen verwendet.Der SCR bleibt ausgeschaltet, bis ein Triggerimpuls an einem bestimmten Punkt im Wechselstromzyklus auf das Tor angelegt wird.Sobald Sie ausgelöst wurden, wird der SCR für den Rest des Halbzyklus durchgeführt.Durch Steuern des Brennwinkels kann die an die Last angelegte durchschnittliche Spannung variiert werden, wodurch die Ausgangsleistung gesteuert wird.

Kommutierung und externer Schaltungsdesign

In fortgeschritteneren Anwendungen, insbesondere in DC -Schaltungen, ist die SCR Commutation eine Überlegung.Mit Kommutierungsschaltungen werden die SCR zwangs ausgeschaltet, indem der Anodenstrom unter dem Haltestrom reduziert wird.Erzwungene Kommutierung ist in der Regel in Schaltkreisen erforderlich, bei denen die natürliche Null-Crossing von Wechselspannung nicht verfügbar ist, um den SCR auszuschalten, z. B. in Wechselrichter- oder Hubschrauberschaltungen.

Stromverlust und Effizienz

Eine der Einschränkungen von SCRs ist der Stromverlust aufgrund des Vorwärtsspannungsabfalls.Bei der Leitung hat ein SCR in der Regel einen Vorwärtsspannungsabfall zwischen 1-2 V, abhängig vom Strom, der durch ihn verläuft.In Hochleistungsanwendungen kann dies zu einer erheblichen Leistung in Form von Wärme führen.Daher umfassen SCR -Schaltungen häufig Kühlkörper oder Kühlventilatoren, um diese Wärmeableitung zu verwalten und den effizienten Betrieb aufrechtzuerhalten.

Klassifizierung von SCR -Typen und deren Anwendungen

Siliziumgesteuerte Gleichrichter (SCRs) können je nach ihren Funktionen und Verwendungen auf unterschiedliche Weise kategorisiert werden.Das Verständnis dieser Klassifizierungen hilft bei der Auswahl des richtigen SCR für bestimmte Anwendungen.

Kontrollmethoden

SCRs werden zuerst danach eingeteilt, wie sie den Stromfluss verwalten und steuern.Mit dem Standard -SCR kann der Strom nur in eine Richtung fließen, wodurch es ideal für das einfache DC -Stromverwaltung ist.Der bidirektionale SCR oder TRIAC ermöglicht es Strom, in beide Richtungen zu fließen, wodurch es für die Wechselstrom -Leistungsregelung nützlich ist.Umgekehrte SCRs sind auf Wechselstrom spezialisiert und ermöglichen reibungsloseren Übergängen in beide Richtungen.

Zu den fortgeschritteneren Typen gehören das Gate Turn-Off-SCR (GTO), das durch Anwenden eines Steuersignals auf das Tor ausgeschaltet werden kann, wodurch eine genauere Steuerung über die Stromversorgung angeboten wird.Es gibt auch BTG-SCRs (BTG), die zusätzliche Funktionen für eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweisen.Zusätzlich werden temperaturgesteuerte und licht ausgelöste SCRs in Anwendungen verwendet, die spezifische Umgebungs- oder optische Auslöser für die Aktivierung erfordern.

Terminalkonfiguration und Polarität

Die Anzahl der Terminals und Polarität ist eine weitere Möglichkeit, SCRs zu klassifizieren.Basis -SCRs haben zwei Terminals, die üblicherweise in einfacheren Schaltungen verwendet werden.Komplexere Versionen haben drei oder vier Klemmen, die eine stärkere Kontrolle in fortschrittlichen Anwendungen ermöglichen, bei denen eine präzise Schaltung erforderlich ist.

Verpackungstypen

SCRs sind in verschiedenen Verpackungsformularen erhältlich, die jeweils den Strom- und Haltbarkeitsanforderungen der Anwendung entsprechen.Bei Hochleistungsanwendungen werden SCRs häufig in Metallpaketen wie boltsförmigen oder flachen Plattenkonstruktionen geliefert, die hohen Strömen standhalten und die Wärme effektiv abbrechen können.Für Anwendungen mit niedrigerer Leistung sind SCRs in Kunststoff eingeschlossen, manchmal mit eingebauten Kühlkörper, was ein Gleichgewicht zwischen Kosten und Leistung bietet.Ceramic-verpackte SCRs werden für ihre hervorragende Wärmefestigkeit und Isolierung bevorzugt, ideal für Hochtemperaturumgebungen.

Aktuelle Kapazität

SCRs werden durch ihre aktuelle Handhabungskapazität weiter klassifiziert.Hochleistungs-SCRs sind für die Verwaltung großer Ströme gebaut und werden in der Regel in Metallpaketen untergebracht, um eine bessere Wärmeableitung zu erhalten.SCRs mit mittlerer Leistung, die für mäßigere Anwendungen verwendet werden, werden häufig in Kunststoff oder Keramik verpackt.Low-Power-SCRs, die für minimale Stromlasten ausgelegt sind, sind in der Regel in kleineren Kunststoffgehäusen und in weniger anspruchsvollen Umgebungen verwendet.

Geschwindigkeitswechsel

Eine weitere Schlüsselklassifizierung von SCRs basiert darauf, wie schnell sie ausschalten können.Standard -SCRs sind langsamer und werden in Anwendungen verwendet, bei denen die Schaltgeschwindigkeit kein kritischer Faktor ist.Andererseits sind Hochfrequenz- oder schnelle SCRs für Anwendungen ausgelegt, bei denen ein schnelles Umschalten von wesentlicher Bedeutung ist, z.Ein schnelleres Schalten reduziert Energieverluste und erhöht die Gesamtsystemleistung.

Null-Crossing-Trigger-SCRs

SCRs mit Null-Crossing-Trigger werden für Anwendungen optimiert, bei denen sie am Nullspannungspunkt eines Wechselstromsignals aktiviert werden müssen.Indem diese SCRs in diesem bestimmten Moment einschalten, minimieren sie das elektrische Rauschen und erzeugen eine glattere Stromversorgungsregelung.Sie werden üblicherweise in Anwendungen verwendet, bei denen ein präzises Timing für ein effizientes Leistungsmanagement erforderlich ist, z. B. in Beleuchtungsdimmer oder Heizkontrollen.

Abzugscrs ohne Null-Crossing

Im Gegensatz dazu können SCRs ohne Null-Kreuzungs-Trigger unabhängig von der AC-Signalphase aktiviert werden.Diese SCRs werden typischerweise in Kombination mit einem Phasenverschiebungsauslöser verwendet, sodass sie den Leitungswinkel und den Kontrollleistung genauer anpassen können.Dies ist besonders wichtig bei Anwendungen, die eine fein abgestimmte Leistungsmodulation erfordern, wie z. B. Motordrehzahlregel- oder Spannungsregulierungssysteme.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Was ist der Unterschied zwischen SCR und Thyristor?

Ein Thyristor ist ein allgemeiner Begriff für eine 4-Schicht-Halbleitervorrichtung aus wechselnden Materialien vom P-Typ und N-Typ, die üblicherweise zum Schalten und Gleichberechtigung verwendet werden.SCR, der am häufigsten verwendete Thyristor -Typ, wird in praktischen Anwendungen häufig mit diesem Namen bezeichnet.

2. Was ist SCR und was sind ihre Typen?

SCR steht für Silicon Controlled Gleichrichter, ein vierschichtiges, stromkontrollierender Halbleitergerät.General Electric prägte zunächst den Begriff für einen bestimmten Thyristor -Typ.SCRs werden in Hochspannungs- und Stromversorgungsgeräten verwendet.

3. Warum wird SCR als Thyristor bezeichnet?

Ein SCR oder Thyristor ähnelt einem Transistor, fungiert aber als kontrollierte Gleichrichterdiode.Der Begriff "Thyristor" wird häufig verwendet, um SCRs aufgrund ihrer ähnlichen Konstruktions- und Betriebsprinzipien zu beschreiben.

4. Wie auslösen Sie einen SCR?

Um eine SCR auszulösen, muss eine Spannung zwischen Gate und Kathode mit positiven Gate in Bezug auf die Kathode aufgetragen werden.Diese momentane Spannung leitet die Leitung über das Gerät aus.

5. Was ist der Unterschied zwischen einem SCR und einem Diodengleichrichter?

Während sowohl SCRs als auch Dioden ähnliche Terminals (Anode und Kathode) teilen, enthalten SCRs ein Gate -Terminal für die Kontrolle, das im Vergleich zu Dioden fortgeschrittenere Schaltfunktionen bietet.

6. Was ist die Familie Thyristor?

Die Thyristor -Familie umfasst verschiedene Geräte wie Diacs (bidirektionale Diode -Thyristoren), Triacs (bidirektionale Triode -Thyristoren) und andere Varianten wie SCS (Silicon -kontrollierter Schalter) und SBS (bilateraler Schalter aus Silizium).

7. Was sind die Betriebsmodi eines SCR?

Ein SCR arbeitet in drei verschiedenen Modi:

• Vorwärtsblockieren (außerhalb des Staates)
• Vorwärtsführung (im Staat)
• Reverse Blocking (aus dem Zustand)

Diese Modi werden durch die auf das Gerät angewendete Vorspannung und seine internen Verbindungen bestimmt.