دوائر تطبيقات SCR

في هذه المقالة سوف نتعلم العديد من دوائر تطبيق SCR المثيرة للاهتمام ونتعلم أيضًا الميزات الرئيسية و خصائص SCR يسمى أيضًا جهاز الثايرستور.

ما هو SCR أو الثايرستور

SCR هو اختصار لـ Silicon Controlled Rectifier ، حيث يشير الاسم إلى أنه نوع من الصمام الثنائي أو عامل التصحيح الذي يمكن التحكم في التوصيل أو التشغيل من خلال مشغل خارجي.

هذا يعني أن هذا الجهاز سيتحول إلى وضع التشغيل أو الإيقاف استجابةً لإشارة أو جهد كهربائي خارجي صغير ، يشبه تمامًا الترانزستور ، ولكنه يختلف اختلافًا كبيرًا في خصائصه التقنية.

وصلات SCR C106

بالنظر إلى الشكل ، يمكننا أن نرى أن SCR لها ثلاثة خيوط يتم تحديدها على النحو التالي:

إبقاء الجانب المطبوع من الجهاز مواجهًا لنا ،

• يسمى الطرف الأيمن 'البوابة'.
• مركز الرصاص هو 'الأنود' ، و
• يؤدي الطرف الأيسر هو 'الكاثود'

كيفية توصيل SCR

البوابة هي مدخل الزناد لـ SCR وتتطلب مشغل تيار مستمر بجهد يبلغ حوالي 2 فولت ، يجب أن يكون التيار المستمر أكثر من 10 مللي أمبير. يتم تطبيق هذا الزناد عبر البوابة وأرض الدائرة ، مما يعني أن الموجب للتيار المستمر يذهب إلى البوابة والسالب على الأرض.

يتم تشغيل توصيل الجهد عبر الأنود والكاثود عند تطبيق مشغل البوابة والعكس صحيح.

يجب دائمًا توصيل الطرف الأيسر المتطرف أو الكاثود الخاص بـ SCR بأرض دائرة التشغيل ، مما يعني أن أرضية الدائرة المشغلة يجب أن تكون مشتركة من خلال الاتصال بكاثود SCR وإلا فلن يستجيب SCR أبدًا للمشغلات المطبقة .

يتم توصيل الحمل دائمًا عبر الأنود وبجهد إمداد التيار المتردد الذي قد يكون مطلوبًا لتنشيط الحمل.

تناسب SCRs بشكل خاص لتبديل أحمال التيار المتردد أو أحمال التيار المستمر النبضي. لن تعمل أحمال DC النقية أو النظيفة مع SCR ، لأن DC سيتسبب في تأثير إغلاق على SCR ولن يسمح بإيقاف التشغيل حتى بعد إزالة مشغل البوابة.

دوائر تطبيق SCR

في هذا الجزء ، سنلقي نظرة على بعض التطبيقات الشائعة لـ SCR والتي تكون في شكل مفتاح ثابت ، وشبكة تحكم في الطور ، وشاحن بطارية SCR ، وجهاز تحكم في درجة الحرارة ، وإضاءة طوارئ أحادية المصدر
النظام.

سلسلة- Static-Switch

يمكن رؤية مفتاح ثابت سلسلة نصف الموجة في الشكل التالي. عند الضغط على المفتاح للسماح بدخول التيار ، يصبح التيار عند بوابة SCR نشطًا أثناء الدورة الإيجابية لإشارة الإدخال ، ويتم تشغيل SCR.

يتحكم المقاوم R1 ويقيد كمية تيار البوابة.

في حالة التبديل ON ، ينخفض ​​الأنود إلى جهد الكاثود VF الخاص بـ SCR إلى مستوى قيمة التوصيل لـ RL. يؤدي هذا إلى تقليل تيار البوابة بشكل كبير ، والحد الأدنى من الخسارة في دائرة البوابة.

أثناء دورة الإدخال السالب ، يتم إيقاف تشغيل SCR ، نظرًا لأن الأنود يصبح أكثر سالبة من الكاثود. يحمي الصمام الثنائي D1 SCR من انعكاس تيار البوابة.

يُظهر القسم الأيمن من الصورة أعلاه شكل الموجة الناتج لتيار الحمل والجهد. شكل الموجة يبدو وكأنه نصف موجة العرض عبر الحمل.

يتيح إغلاق المفتاح للمستخدم تحقيق مستوى توصيل أقل من 180 درجة عند حدوث إزاحة طورية أثناء الفترة الإيجابية لإشارة الإدخال AC.

لتحقيق زوايا التوصيل بين 90 درجة و 180 درجة ، يمكن استخدام الدائرة التالية. هذا التصميم مشابه لما سبق ، ماعدا المقاوم الذي يكون على شكل المقاوم المتغير هنا ، ويتم إلغاء المفتاح اليدوي.

تضمن الشبكة التي تستخدم R و R1 وجود تيار بوابة يتم التحكم فيه بشكل صحيح لـ SCR أثناء دورة النصف الموجبة لمدخل التيار المتردد.

عند تحريك ذراع التمرير المقاوم المتغير R1 إلى الحد الأقصى ، أو باتجاه النقطة الأكثر انخفاضًا ، قد يصبح تيار البوابة أضعف من أن يصل إلى بوابة SCR ، وهذا لن يسمح لـ SCR بالتحول إلى وضع التشغيل.

من ناحية أخرى ، عندما يتم تحريكه لأعلى ، سيزداد تيار البوابة ببطء حتى يتم الوصول إلى حجم تشغيل SCR. وبالتالي ، باستخدام المقاوم المتغير ، يكون المستخدم قادرًا على ضبط مستوى تيار التشغيل لـ SCR في أي مكان بين 0 درجة و 90 درجة ، كما هو موضح في الجانب الأيمن من الرسم البياني أعلاه.

بالنسبة لقيمة R1 ، إذا كانت منخفضة نوعًا ما ، فسوف يتسبب ذلك في إطلاق SCR بسرعة ، مما يؤدي إلى نتيجة مماثلة تم الحصول عليها من الشكل الأول أعلاه (التوصيل 180 درجة).

ومع ذلك ، إذا كانت قيمة R1 أكبر ، فستكون هناك حاجة إلى جهد دخل موجب أعلى لإطلاق SCR. لن يسمح لنا هذا الموقف بتوسيع نطاق التحكم في إزاحة المرحلة بزاوية 90 درجة ، نظرًا لأن الإدخال في أعلى مستوى له في هذه المرحلة.

إذا كان SCR غير قادر على إطلاق النار عند هذا المستوى أو للقيم المنخفضة لجهود الإدخال عند المنحدر الموجب لدورة التيار المتردد ، فستكون الاستجابة هي نفسها تمامًا للمنحدرات السلبية لدورة الإدخال.

من الناحية الفنية ، يُطلق على هذا النوع من عمل SCR اسم التحكم في طور المقاومة المتغيرة نصف الموجة.

يمكن استخدام هذه الطريقة بشكل فعال في التطبيقات التي تتطلب التحكم الحالي في RMS أو التحكم في طاقة التحميل.

شاحن بطارية باستخدام SCR

هناك تطبيق آخر شائع جدًا لـ SCR في شكل وحدات تحكم شاحن البطارية.

يمكن رؤية التصميم الأساسي لشاحن البطارية القائم على SCR في الرسم التخطيطي التالي. سيكون الجزء المظلل مجال نقاشنا الرئيسي.

يمكن فهم عمل شاحن البطارية الذي يتم التحكم فيه بواسطة SCR أعلاه من خلال الشرح التالي:

المدخل المتدرج لأسفل يتم تصحيح موجة كاملة من خلال الثنائيات D1 و D2 ويتم توفيرها عبر محطات الأنود / الكاثود SCR. يمكن رؤية البطارية قيد الشحن في سلسلة مع طرف الكاثود.

عندما تكون البطارية في حالة تفريغ الشحن ، يكون جهدها منخفضًا بما يكفي للحفاظ على وضع SCR2 في حالة إيقاف التشغيل. نظرًا للحالة المفتوحة لـ SCR2 ، تتصرف دائرة التحكم SCR1 تمامًا مثل مفتاحنا الثابت المتسلسل الذي تمت مناقشته في الفقرات السابقة.

مع المدخلات المصححة التي تم تصنيفها بشكل مناسب ، يتم تشغيل SCR1 بتيار بوابة ينظمه R1.

يعمل هذا على الفور على تشغيل SCR وتبدأ البطارية في الشحن عبر توصيل القطب الموجب / الكاثود SCR.

في البداية ، نظرًا لانخفاض مستوى تفريغ البطارية ، ستتمتع VR بإمكانية أقل كما هو محدد بواسطة الإعداد المسبق R5 أو المقسم المحتمل.

في هذه المرحلة ، سيكون مستوى VR منخفضًا جدًا بحيث لا يمكن تشغيل الصمام الثنائي zener 11 فولت. في حالته غير الموصلة ، سيكون زينر تقريبًا مثل دائرة مفتوحة ، مما يتسبب في إيقاف تشغيل SCR2 تمامًا ، بسبب تيار البوابة صفر تقريبًا.

كما أن وجود C1 يضمن عدم تشغيل SCR2 عن طريق الخطأ بسبب عابر الجهد أو المسامير.

مع شحن البطارية ، يرتفع جهدها الطرفي تدريجيًا ، وفي النهاية عندما تصل إلى قيمة الشحن الكاملة المحددة ، يصبح VR كافيًا لتشغيل الصمام الثنائي zener 11 فولت ، ثم إطلاقه على SCR2.

بمجرد حرائق SCR2 ، فإنه يولد بشكل فعال دائرة كهربائية قصيرة ، وربط طرف R2 بالأرض ، ويمكّن الحاجز المحتمل الذي أنشأته شبكة R1 ، R2 عند بوابة SCR1.

يؤدي تنشيط الحاجز المحتمل R1 / R2 عند بوابة SCR1 إلى حدوث انخفاض فوري في تيار البوابة لـ SCR1 ، مما يجبره على الإغلاق.

ينتج عن هذا قطع إمداد البطارية ، مما يضمن عدم السماح للبطارية بالشحن الزائد.

بعد ذلك ، إذا كان جهد البطارية يميل إلى الانخفاض إلى ما دون القيمة المحددة مسبقًا ، فإن 11 فولت زينر يتوقف عن العمل ، مما يتسبب في تشغيل SCR1 مرة أخرى لتكرار دورة الشحن.

التحكم في سخان التيار المتردد باستخدام SCR

يظهر الرسم البياني أعلاه الكلاسيكية التحكم في الحرارة تطبيق باستخدام SCR.

تم تصميم الدائرة لتشغيل وإيقاف السخان 100 واط اعتمادًا على تبديل الثرموستات.

الزئبق في الزجاج منظم الحراره هنا ، والتي من المفترض أن تكون حساسة للغاية للتغيرات في مستويات درجات الحرارة المحيطة بها.

على وجه الدقة ، يمكن أن يشعر حتى بتغير في درجة حرارة 0.1 درجة مئوية.

ومع ذلك ، منذ هذه أنواع منظمات الحرارة عادةً ما يتم تصنيفها للتعامل مع مقادير صغيرة جدًا من التيار في نطاق 1 مللي أمبير أو نحو ذلك ، وبالتالي فهي ليست شائعة جدًا في دوائر التحكم في درجة الحرارة.

في تطبيق التحكم في السخان الذي تمت مناقشته ، يتم استخدام SCR كمضخم حالي لتضخيم تيار الترموستات.

في الواقع ، لا يعمل SCR كمكبر للصوت التقليدي ، بل يعمل كمضخم صوت الاحساس الحالي ، والذي يسمح لخصائص الترموستات المتغيرة بالتحكم في تبديل المستوى الحالي الأعلى لـ SCR.

يمكننا أن نرى أن الإمداد إلى SCR يتم تطبيقه من خلال السخان ومعدل الجسر الكامل ، والذي يسمح بإمداد تيار مستمر كامل الموجة لـ SCR.

خلال الفترة ، عندما يكون منظم الحرارة في حالة مفتوحة ، يتم شحن الإمكانات عبر مكثف 0.1 فائق التوهج إلى مستوى إطلاق إمكانات بوابة SCR عبر النبضات الناتجة عن كل نبضة DC مصححة.

يتم تحديد ثابت الوقت لشحن المكثف بواسطة منتج عناصر RC.

يمكّن ذلك SCR من إجراء مشغلات نصف الدورة النبضية DC ، مما يسمح للتيار بالمرور عبر السخان ، ويسمح بعملية التسخين المطلوبة.

عندما يسخن السخان وترتفع درجة حرارته ، عند النقطة المحددة مسبقًا ، يتسبب في تنشيط منظم الحرارة الموصل وإنشاء دائرة كهربائية قصيرة عبر مكثف 0.1 فائق التوهج. يؤدي هذا بدوره إلى إيقاف تشغيل SCR وقطع الطاقة عن السخان ، مما يتسبب في انخفاض درجة حرارته تدريجيًا ، حتى تنخفض إلى المستوى الذي يتم فيه تعطيل منظم الحرارة مرة أخرى ويتم تشغيل SCR.

مصباح الطوارئ باستخدام SCR

يتحدث تطبيق SCR التالي عن مصدر واحد تصميم مصباح الطوارئ فيه أ بطارية 6 فولت يتم الاحتفاظ بها في حالة شحن مضافة ، بحيث يمكن تشغيل المصباح المتصل بسلاسة عند حدوث انقطاع في التيار الكهربائي.

عندما تتوفر الطاقة ، يصل مصدر التيار المستمر المصحح بالكامل باستخدام D1 ، D2 إلى المصباح 6 فولت المتصل.

يُسمح لـ C1 بالشحن إلى مستوى أقل قليلاً من الفرق بين ذروة التيار المستمر للإمداد المعدل بالكامل والجهد عبر R2 ، كما هو محدد بواسطة إدخال العرض ومستوى الشحن لبطارية 6 فولت.

تحت أي ظرف من الظروف ، يساعد المستوى المحتمل للكاثود في SCR أعلى من الأنود الخاص به ، وأيضًا يتم الاحتفاظ ببوابة جهد الكاثود سالبة. هذا تأكد من بقاء SCR في حالة عدم التوصيل.

يتم تحديد معدل شحن البطارية المرفقة بواسطة R1 ، ويتم تمكينه من خلال الصمام الثنائي D1.

يستمر الشحن فقط طالما ظل الأنود D1 أكثر إيجابية من الكاثود الخاص به.

أثناء وجود طاقة الإدخال ، فإن الموجة الكاملة التي تم تصحيحها عبر مصباح الطوارئ تبقيها في وضع التشغيل.

أثناء حالة انقطاع التيار الكهربائي ، يبدأ المكثف C1 في التفريغ خلال D1 و R1 و R3 ، حتى النقطة التي يصبح فيها الكاثود SCR1 أقل إيجابية من الكاثود الخاص به.

أيضًا ، في هذه الأثناء ، يصبح التقاطع R2 و R3 موجبًا مما يؤدي إلى زيادة بوابة جهد الكاثود لـ SCR ، مما يؤدي إلى تشغيلها.

يعمل SCR الآن ويسمح للبطارية بالاتصال بالمصباح ، وإضاءةها على الفور من خلال طاقة البطارية.

يُسمح للمصباح بالبقاء في حالة الإضاءة وكأن شيئًا لم يحدث.

عند عودة الطاقة ، يتم إعادة شحن المكثفات C1 مرة أخرى ، مما يتسبب في إيقاف تشغيل SCR ، وقطع طاقة البطارية عن المصباح ، بحيث يضيء المصباح الآن من خلال مصدر التيار المستمر.

تطبيقات SCR المتنوعة التي تم جمعها من هذا الموقع

إنذار بسيط للمطر:

يمكن استخدام الدائرة المذكورة أعلاه من إنذار المطر لتنشيط حمل التيار المتردد ، مثل المصباح أو غطاء أو غطاء قابل للطي أوتوماتيكيًا.

يتكون المستشعر من خلال وضعه على أوتاد معدنية أو براغي أو معدن مشابه فوق جسم بلاستيكي. ترتبط الأسلاك من هذه المعادن عبر قاعدة مرحلة الترانزستور المشغلة.

المستشعر هو الجزء الوحيد من الدائرة الذي يتم وضعه في الهواء الطلق ، لاستشعار سقوط المطر.

عندما يبدأ هطول المطر ، تقطع قطرات الماء معادن المستشعر.

يبدأ الجهد الصغير بالتسرب عبر معادن المستشعرات ويصل إلى قاعدة الترانزستور ، ويقوم الترانزستور على الفور بتوصيل وتزويد تيار البوابة المطلوب إلى SCR.

يستجيب SCR أيضًا ويقوم بتشغيل حمل التيار المتردد المتصل لسحب الغطاء التلقائي أو ببساطة إنذار لتصحيح الموقف حسب رغبة المستخدم.

SCR إنذار ضد السرقة

ناقشنا في القسم السابق فيما يتعلق بخاصية خاصة لـ SCR حيث يتم قفلها استجابةً لأحمال DC.

تستغل الدائرة الموضحة أدناه الخاصية المذكورة أعلاه لـ SCR بشكل فعال لإطلاق إنذار رداً على السرقة المحتملة.

هنا ، يتم تعليق SCR مبدئيًا في وضع إيقاف التشغيل طالما بقيت بوابته مزورة أو مشدودة بإمكانية الأرض التي تصادف أنها جسم الأصل المطلوب حمايته.

إذا تم إجراء محاولة لسرقة الأصل عن طريق فك الترباس ذي الصلة ، تتم إزالة إمكانية التأريض لـ SCR ويتم تنشيط الترانزستور من خلال المقاوم المرتبط المتصل عبر قاعدته والإيجابي.

يتم تشغيل SCR أيضًا على الفور لأنه يحصل الآن على جهد البوابة من باعث الترانزستور ، ويقوم بإصدار صوت إنذار التيار المستمر.

يظل الإنذار في وضع التشغيل حتى يتم إيقاف تشغيله يدويًا ، ونأمل من قبل المالك الفعلي.

شاحن سياج بسيط ، دائرة إنرجايزر

تصبح SCRs مناسبة بشكل مثالي لصنعها دوائر شاحن السياج . تتطلب شواحن السياج في المقام الأول مرحلة مولد الجهد العالي ، حيث يصبح جهاز التحويل العالي مثل SCR أمرًا ضروريًا للغاية. وبالتالي تصبح SCRs مناسبة بشكل خاص لمثل هذه التطبيقات حيث يتم استخدامها لتوليد الفولتية عالية الانحناء المطلوبة.

حلبة CDI للسيارات:

كما هو موضح في التطبيق أعلاه ، تستخدم SCR أيضًا على نطاق واسع في السيارات ، في أنظمة الإشعال الخاصة بها. دارات اشتعال التفريغ السعوي أو أنظمة CDI تستخدم SCR لتوليد تبديل الجهد العالي المطلوب لعملية الإشعال أو لبدء اشتعال السيارة.