Penyearah Terkendali Silikon

Penyearah Terkendali Silikon (SCR)

Silicon Controlled Rectifier (SCR), juga dikenal sebagai thyristor, adalah komponen listrik berdaya tinggi. Ini memiliki keunggulan ukuran kecil, efisiensi tinggi, dan masa pakai yang lama. Dalam sistem kendali otomatis, ini dapat digunakan sebagai penggerak berdaya tinggi untuk mengendalikan perangkat berdaya tinggi dengan kendali berdaya rendah. Telah banyak digunakan dalam sistem kontrol kecepatan motor AC dan DC, sistem pengaturan daya, dan sistem servo.

Ada dua jenis thyristor: thyristor satu arah dan thyristor dua arah. Thyristor dua arah, juga dikenal sebagai thyristor dua arah tiga terminal, disingkat TRIAC. Thyristor dua arah secara struktural setara dengan dua thyristor searah yang dihubungkan secara terbalik, dan thyristor jenis ini memiliki fungsi konduksi dua arah. Keadaan hidup/matinya ditentukan oleh kutub kendali G. Menambahkan pulsa positif (atau negatif) ke kutub kendali G dapat membuatnya mengalir ke arah maju (atau mundur). Keuntungan dari perangkat ini adalah rangkaian kontrolnya sederhana dan tidak ada masalah menahan tegangan balik, sehingga sangat cocok untuk digunakan sebagai sakelar tanpa kontak AC.

1 struktur SCR

Kami menggunakan thyristor searah, juga dikenal sebagai thyristor biasa. Mereka terdiri dari empat lapisan bahan semikonduktor, dengan tiga sambungan PN dan tiga elektroda eksternal [Gambar 2 (a)]: elektroda yang dikeluarkan dari lapisan pertama semikonduktor tipe-P disebut anoda A, elektroda yang dikeluarkan dari lapisan ketiga semikonduktor tipe-P disebut elektroda kontrol G, dan elektroda yang keluar dari lapisan keempat semikonduktor tipe-N disebut katoda K. Dari simbol Elektronik thyristor [Gbr. 2 (b)], kita dapat melihat bahwa ini adalah perangkat konduktif searah seperti dioda. Kuncinya adalah menambahkan elektroda kontrol G, yang membuatnya memiliki karakteristik pengoperasian yang sangat berbeda dari dioda.

Perangkat terminal empat lapis tiga P1N1P2N2, berdasarkan kristal tunggal silikon sebagai bahan dasarnya, dimulai pada tahun 1957. Karena karakteristiknya yang mirip dengan thyristor vakum, maka secara internasional sering disebut sebagai thyristor silikon, disingkat thyristor T. Selain itu, karena thyristor awalnya digunakan dalam penyearah statis, mereka juga dikenal sebagai elemen penyearah yang dikontrol silikon, disingkat thyristor SCR.

Dalam hal kinerja, penyearah yang dikontrol silikon tidak hanya memiliki konduktivitas tunggal, tetapi juga memiliki kemampuan pengendalian yang lebih berharga daripada komponen penyearah silikon (umumnya dikenal sebagai"silikon mati"). Ia hanya memiliki dua keadaan: hidup dan mati.

Thyristor dapat mengontrol peralatan elektromekanis berdaya tinggi dengan arus tingkat miliampere. Jika daya ini terlampaui, arus rata-rata yang diperbolehkan melewatinya akan berkurang karena peningkatan kerugian peralihan komponen yang signifikan. Pada saat ini, arus nominal harus diturunkan untuk digunakan.

Ada banyak keuntungan dari thyristor, seperti mengendalikan daya tinggi dengan daya rendah, dan faktor amplifikasi daya bisa mencapai beberapa ratus ribu kali; Respons sangat cepat, hidup dan mati dalam hitungan mikrodetik; Tidak ada operasi kontak, tidak ada percikan api, tidak ada suara; Efisiensi tinggi, biaya rendah, dll.

Thyristor terutama diklasifikasikan berdasarkan penampilannya sebagai berbentuk baut, berbentuk pelat datar, dan berbentuk dasar datar.

Struktur komponen thyristor

Terlepas dari tampilan thyristor, intinya adalah struktur P1N1P2N2 empat lapis yang terdiri dari silikon tipe P dan silikon tipe N. Lihat Gambar 1. Ia memiliki tiga sambungan PN (J1, J2, J3), dengan anoda A dimasukkan dari lapisan P1 struktur J1, katoda K dimasukkan dari lapisan N2, dan elektroda kontrol G dimasukkan dari lapisan P2. Oleh karena itu, ini adalah perangkat semikonduktor empat lapisan, tiga terminal.

2 prinsip operasional

Elemen struktural

Thyristor adalah elemen struktur terminal empat lapis tiga P1N1P2N2 dengan tiga sambungan PN. Saat menganalisis prinsipnya, dapat dianggap terdiri dari transistor PNP dan transistor NPN, dan diagram ekuivalennya ditunjukkan pada gambar di sebelah kanan. Thyristor dua arah: Thyristor dua arah adalah perangkat penyearah yang dikontrol silikon, juga dikenal sebagai TRIAC. Perangkat ini dapat mencapai kontrol daya AC tanpa kontak di sirkuit, mengendalikan arus besar dengan arus kecil. Keunggulannya adalah tidak adanya percikan api, tindakan cepat, masa pakai yang lama, keandalan yang tinggi, dan struktur sirkuit yang disederhanakan. Dari tampilannya, thyristor dua arah sangat mirip dengan thyristor biasa, dengan tiga elektroda. Namun kecuali satu elektroda G yang masih disebut elektroda kontrol, dua elektroda lainnya biasanya tidak lagi disebut anoda dan katoda, melainkan secara kolektif disebut sebagai elektroda utama Tl dan T2. Simbolnya juga berbeda dengan thyristor biasa, yang digambarkan dengan membalikkan hubungan dua thyristor menjadi satu, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Modelnya umumnya diwakili oleh"3CTS"atau"KS"Di Tiongkok; Data asing juga dapat diwakili oleh 'TRIAC'. Spesifikasi, model, tampilan, dan susunan pin elektroda thyristor dua arah berbeda-beda tergantung pabrikannya, namun sebagian besar pin elektrodanya disusun dari kiri ke kanan dengan urutan T1, T2, dan G (bila diamati, pin elektroda tersebut adalah menghadap ke bawah dan menghadap ke samping yang ditandai dengan karakter). Tampilan dan susunan pin elektroda dari thyristor dua arah struktur enkapsulasi plastik yang paling umum di pasaran ditunjukkan pada Gambar 1.

3 Karakteristik SCR

Untuk memahami secara intuitif karakteristik kerja thyristor, mari kita lihat papan pengajaran ini (Gambar 3). Thyristor VS dihubungkan secara seri dengan bola lampu kecil EL dan dihubungkan ke catu daya DC melalui saklar S. Perhatikan bahwa anoda A dihubungkan ke kutub positif catu daya, katoda K dihubungkan ke kutub negatif catu daya. suplai, dan elektroda kontrol G dihubungkan ke kutub positif catu daya 1,5V DC melalui sakelar tombol SB (di sini, thyristor tipe KP1 digunakan, dan jika thyristor tipe KP5 digunakan, maka harus dihubungkan ke kutub positif dari Catu daya 3V DC). Metode sambungan antara thyristor dan catu daya disebut sambungan maju, yang berarti tegangan positif diterapkan ke anoda dan kutub kendali thyristor. Nyalakan sakelar daya S, tetapi bola lampu kecil tidak menyala, menandakan bahwa thyristor tidak berfungsi; Tekan kembali tombol saklar SB untuk memasukkan tegangan pemicu ke tiang kendali. Bola lampu kecil menyala, menandakan bahwa thyristor sedang bekerja. Inspirasi apa yang diberikan eksperimen demonstrasi ini kepada kita?

Eksperimen ini memberi tahu kita bahwa untuk membuat thyristor konduktif, yang pertama adalah memberikan tegangan maju antara anoda A dan katoda K, dan yang lainnya adalah memasukkan tegangan pemicu maju antara elektroda kontrol G dan katoda K. Setelah thyristor diputar menyala, lepaskan sakelar tombol, lepaskan tegangan pemicu, dan tetap pertahankan kondisi konduksi.

4 Karakteristik SCR

Dengan satu sentuhan. Namun, jika tegangan balik diterapkan pada anoda atau elektroda kontrol, thyristor tidak dapat menghantarkan arus. Fungsi tiang kendali adalah untuk menghidupkan thyristor dengan memberikan pulsa trigger maju, namun tidak dapat dimatikan. Lantas, cara apa yang bisa digunakan untuk mematikan thyristor penghantar? Dengan mematikan thyristor penghantar, catu daya anoda (saklar S pada Gambar 3) dapat diputus atau arus anoda dapat dikurangi hingga nilai minimum yang diperlukan untuk menjaga kontinuitas (disebut sebagai arus pemeliharaan). Jika ada tegangan AC atau tegangan DC berdenyut yang diterapkan antara anoda dan katoda thyristor, thyristor akan mati secara otomatis ketika tegangan melewati nol.

tipe aplikasi

Gambar 4 menunjukkan kurva karakteristik thyristor dua arah.

Seperti yang ditunjukkan pada gambar, kurva karakteristik thyristor dua arah terdiri dari kurva dalam kuadran pertama dan ketiga. Kurva pada kuadran pertama menunjukkan bahwa ketika tegangan yang diberikan pada elektroda utama menyebabkan Tc mempunyai polaritas positif terhadap T1, maka disebut tegangan maju dan dilambangkan dengan simbol U21. Ketika tegangan ini secara bertahap meningkat ke tegangan titik balik UBO, thyristor di sisi kiri Gambar 3 (b) memicu konduksi, dan arus keadaan hidup saat ini adalah I21, mengalir dari T2 ke Tl. Dari gambar tersebut terlihat bahwa semakin besar arus pemicu maka tegangan putarannya semakin rendah. Situasi ini konsisten dengan hukum konduksi pemicu thyristor biasa. Bila tegangan yang diberikan pada elektroda utama menyebabkan Tl mempunyai polaritas positif terhadap T2, maka disebut tegangan balik dan dilambangkan dengan simbol U12. Ketika tegangan ini mencapai nilai tegangan titik balik, thyristor di sisi kanan Gambar 3 (b) memicu konduksi, dan arus saat ini adalah I12, dengan arah dari T1 ke T2. Pada titik ini, kurva karakteristik thyristor dua arah ditunjukkan pada kuadran ketiga Gambar 4.

Empat metode pemicu

Karena fakta bahwa pada elektroda utama thyristor dua arah, ia dapat dipicu dan dihantarkan terlepas dari apakah tegangan maju atau mundur diterapkan, dan apakah sinyal pemicunya maju atau mundur, ia memiliki empat metode pemicuan berikut: ( 1) Bila tegangan yang diberikan oleh elektroda utama T2 ke Tl adalah tegangan maju, maka tegangan yang diberikan oleh elektroda kontrol G ke elektroda pertama Tl juga merupakan sinyal pemicu maju (Gambar 5a). Setelah thyristor dua arah memicu konduksi, arah arus I2l mengalir dari T2 ke T1. Dari kurva karakteristik terlihat bahwa hukum konduksi pemicu thyristor dua arah dijalankan sesuai dengan karakteristik kuadran kedua, dan karena sinyal pemicunya mengarah ke depan maka pemicu ini disebut dengan"pemicu maju kuadran pertama"atau metode pemicu I+. (2) Jika tegangan maju masih diterapkan pada elektroda utama T2 dan sinyal pemicu diubah menjadi sinyal mundur (Gambar 5b), maka setelah thyristor dua arah memicu konduksi, arah arus keadaan hidup masih dari T2 ke T1. Kami menyebutnya pemicu"pemicu negatif kuadran pertama"atau metode pemicu-I. (3) Dua elektroda utama diterapkan dengan tegangan balik U12 (Gambar 5c), dan sinyal pemicu maju dimasukkan. Setelah thyristor dua arah dihidupkan, arus keadaan hidup mengalir dari T1 ke T2. Thyristor dua arah beroperasi sesuai dengan kurva karakteristik kuadran ketiga, sehingga pemicu ini disebut metode pemicu III+. (4) Dua elektroda utama masih memberikan tegangan balik U12, dan masukannya adalah sinyal pemicu balik (Gambar 5d). Setelah thyristor dua arah dihidupkan, arus keadaan hidup masih mengalir dari T1 ke T2. Pemicu ini disebut sentuhan III

(4) Dua elektroda utama masih memberikan tegangan balik U12, dan masukannya adalah sinyal pemicu balik (Gambar 5d). Setelah thyristor dua arah dihidupkan, arus keadaan hidup masih mengalir dari T1 ke T2. Pemicu ini disebut metode pemicu III. Meskipun thyristor dua arah memiliki empat metode pemicuan di atas, tegangan dan arus pemicu yang diperlukan untuk memicu sinyal negatif relatif kecil. Pekerjaan ini relatif dapat diandalkan, sehingga metode pemicu negatif banyak digunakan dalam penggunaan praktis.

5 Tujuan

Penggunaan paling dasar dari thyristor biasa adalah rektifikasi terkendali. Rangkaian penyearah dioda yang familiar termasuk dalam rangkaian penyearah yang tidak dapat dikendalikan. Jika dioda diganti dengan thyristor, rangkaian penyearah yang dapat dikontrol dapat terbentuk. Mengambil contoh rangkaian penyearah terkendali setengah gelombang satu fasa yang paling sederhana, selama setengah siklus positif tegangan AC sinusoidal U2, jika kutub kendali VS tidak memasukkan pulsa pemicu Ug, VS tetap tidak dapat menghantarkan. Hanya ketika U2 berada dalam setengah siklus positif dan pulsa pemicu Ug diterapkan ke tiang kendali, thyristor dipicu untuk bekerja. Gambarkan bentuk gelombangnya (c) dan (d), dan hanya ketika pulsa pemicu Ug tiba, akan ada keluaran tegangan UL pada beban RL. Ug datang lebih awal, dan waktu konduksi thyristor lebih awal; Ug datang terlambat, dan waktu konduksi thyristor terlambat. Dengan mengubah waktu ketika pulsa pemicu Ug tiba di tiang kendali, tegangan keluaran rata-rata UL pada beban dapat diatur. Dalam teknologi kelistrikan, setengah siklus arus bolak-balik sering kali diatur sebesar 180° yang dikenal dengan sudut kelistrikan. Dengan cara ini, sudut listrik yang dialami selama setiap setengah siklus positif U2 dari nol hingga saat pulsa pemicu tiba disebut sudut kendali α； Sudut listrik di mana thyristor bekerja dalam setiap setengah siklus positif disebut sudut konduksi θ 。 Jelas sekali, α dan θ Keduanya digunakan untuk mewakili rentang konduksi atau pemblokiran thyristor selama setengah siklus menahan tegangan maju. Dengan mengubah sudut kontrol α Atau sudut konduksi θ, Dengan mengubah nilai rata-rata UL dari tegangan DC pulsa pada beban, penyearah yang dapat dikontrol tercapai.

1: Penyearah terkontrol silikon dua arah yang dienkapsulasi plastik berdaya rendah biasanya digunakan sebagai sistem pencahayaan akustik. Nilai saat ini: IA kurang dari 2A.

2: Besar; Thyristor bersegel plastik berdaya sedang dan thyristor bersegel besi biasanya digunakan sebagai rangkaian pengatur tegangan tipe daya yang dapat dikontrol. Seperti catu daya DC keluaran tegangan yang dapat disesuaikan, dll.

3: thyristor frekuensi tinggi berdaya tinggi biasanya digunakan dalam industri; Tungku peleburan frekuensi tinggi, dll