مقومات التحكم بالسيليكون - الأساسيات والتشغيل والتطبيقات

جرب أداة القضاء على المشاكل





بدأت إلكترونيات الطاقة الحديثة بالفعل مع ظهور الثايرستور. تُعرف الثايرستور أيضًا بالمعدلات التي يتم التحكم فيها بالسيليكون أو SCR. هذه هي أربعة أجهزة أشباه الموصلات ذات الطبقات وثلاثة أطراف. والثايرستور هي أجهزة أحادية الاتجاه.

المقومات التي يتم التحكم فيها من السيليكون هي أجهزة شبه موصلة تستخدم عادة للتحكم في الطاقة العالية المقترنة بالجهد العالي. لذلك تجد هذه الأجهزة تطبيقات في أنظمة التحكم في طاقة التيار المتردد ذات الجهد العالي ، ودوائر باهتة المصباح ، ودوائر المنظم ، وما إلى ذلك أيضًا ، تجد SCR تطبيقًا في تصحيح التيار المتردد عالي الطاقة في نقل طاقة التيار المستمر عالي الجهد. ينتمي SCR إلى عائلة Thyristors وفي الواقع ، فإن اسم SCR هو الاسم التجاري للثايرستور من General Electrics.




إن SCR عبارة عن جهاز رباعي الطبقات مع مواد متناوبة من النوع N و P. يتكون SCR من أربع طبقات من أشباه الموصلات التي تشكل بنية PNPN أو NPNP. يستخدم السيليكون كأشباه الموصلات الجوهرية ، والتي تضاف إليها dopants المناسبة. لديها ثلاث محطات تسمى الأنود والكاثود والبوابة. الكاثود هو الأكثر مخدرًا والبوابة والأنود أقل مخدرًا. الطبقة المركزية من النوع N مخدرة بشكل طفيف وهي أيضًا أكثر سمكًا من الطبقات الأخرى مما يمكّنها من دعم جهد مانع عالي.

يحتوي SCR على ثلاثة تقاطعات وهي J1 و J2 و J3. الأنود متصل بالمواد من النوع P لهيكل PNPN بينما الكاثود متصل بالمواد من النوع N. البوابة متصلة بالمواد من النوع P بالقرب من الكاثود.



هذه أجهزة أحادية الاتجاه وتجري التيار في اتجاه واحد فقط. هذا من الأنود إلى الكاثود. يتم تشغيل SCR عندما تحصل بوابتها على جهد إيجابي. يستخدم SCR بشكل عام في تبديل التطبيقات مثل سائق المرحل وشواحن البطارية وما إلى ذلك.

يحتوي الثايرستور على ثلاث حالات أساسية:


الحجب العكسي: في هذه الحالة ، يحجب الثايرستور التيار بنفس طريقة الصمام الثنائي المنحاز العكسي.

المنع الأمامي: في هذه الحالة ، عملية الثايرستور هو من النوع الذي يمنع التوصيل الحالي للأمام والذي عادة ما يتم حمله بواسطة الصمام الثنائي المنحاز للأمام.

إجراء أمامي: في هذه الحالة ، يتم تشغيل الثايرستور في التوصيل. سيظل موصلاً حتى ينخفض ​​التيار الأمامي إلى ما دون قيمة عتبة تُعرف باسم تيار التعليق.

عملية الثايرستور

SCR-SYMBOL

SCR-SYMBOL

يبدأ SCR بالتوصيل عندما يكون متحيزًا للأمام. لهذا الغرض ، يتم الاحتفاظ بالكاثود عند سالب والأنود عند الجهد الموجب. عندما يتم تطبيق جهد التحيز الأمامي على SCR ، يصبح التقاطع J1 و J3 متحيزين للأمام بينما يصبح التقاطع J2 متحيزًا عكسيًا. عندما يتم تطبيق جهد موجب عند البوابة ، يصبح التقاطع J2 متحيزًا للأمام ويتم تشغيل SCR.

ثايرستور

أثناء التشغيل ، يمكن اعتبار الثايرستور بمثابة ترانزستور NPN و PNP متصلان من الخلف إلى الخلف ، مما يشكل حلقة تغذية مرتدة إيجابية داخل الجهاز. الترانزستور مع باعثه المتصل بكاثود الثايرستور هو جهاز NPN بينما الترانزستور مع باعثه متصل بمصعد الثايرستور هو جهاز PNP . البوابة متصلة بقاعدة الترانزستور NPN. يتم تغذية خرج ترانزستور واحد إلى مدخلات الثانية ويتم تغذية خرج الترانزستور الثاني بدوره إلى مدخلات الأول. هذا يعني أنه عندما يبدأ التيار في التدفق ، فإنه يتراكم بسرعة حتى يتم تشغيل أو تشبع كلا الترانزستورات بالكامل. دعونا نرى مثالًا صغيرًا:

من الدائرة أدناه ، استخدمنا الثايرستور TYN616.

دائرة الثايرستور

  • عندما تكون البوابة مفتوحة ، يتم تحديد ثلاثة جهد فاصل على الحد الأدنى من الجهد الأمامي الذي يعمل فيه الثايرستور بكثافة. الآن ، يظهر معظم جهد الإمداد عبر مقاومة الحمل. تيار التثبيت هو الحد الأقصى لبوابة الأنود الحالية التي يتم فتحها عند حدوث الانكسار.
  • عندما تكون البوابة في حالة إيقاف التشغيل ، يوفر الثايرستور مقاومة لا نهائية مقارنة بحالة التشغيل ، فإنه يوفر مقاومة منخفضة جدًا ، والتي تقع في النطاق من 0.010 إلى 10.

طريقة الزناد

في حالة إيقاف التشغيل العادي ، يمنع SCR تدفق التيار من خلاله ، ولكن عندما تزداد البوابة إلى جهد الكاثود وتتجاوز مستوى معينًا ، يتم تشغيل SCR ويعمل مثل الترانزستور. تتمثل إحدى الخصائص المهمة لـ SCR في أنه بمجرد إجراؤه ، يظل مغلقًا ويستمر في إجراء حتى بعد إزالة جهد البوابة. يظل SCR قيد التشغيل حتى ينخفض ​​تيار الاحتفاظ بالأجهزة إلى قيمة منخفضة. ولكن إذا حصلت البوابة على جهد نابض وكان التيار من خلاله أقل من تيار الإغلاق ، فسيظل SCR في حالة إيقاف التشغيل. يمكن تشغيل SCR بدون جهد موجب عند البوابة. عادةً ما يتم توصيل SCR بالقطب الموجب إلى السكة الموجبة والكاثود إلى السكة السالبة. إذا زاد الجهد المطبق على الأنود ، فإن الاقتران السعوي في الجهاز يدفع الشحن إلى البوابة ومحفزات SCR. يُعرف هذا النوع من التشغيل بدون تيار البوابة الخارجية باسم 'إطلاق DV / dt'. يحدث هذا عادة عند التشغيل. وهذا ما يسمى بتأثير السعر.

لكن تشغيل DV / dt لن يقوم بتشغيل SCR بشكل كامل وسيؤدي SCR المشغل جزئيًا إلى تبديد قدر كبير من الطاقة وقد يتلف الجهاز. لمنع تشغيل DV / dt ، يتم استخدام شبكة snubber. هناك طريقة أخرى للتشغيل وهي زيادة الجهد الأمامي لـ SCR أعلى من جهد الانهيار المقدر. يحدث تحفيز الجهد الأمامي عندما يزداد الجهد عبر SCR مع فتح البوابة. وهذا ما يسمى 'انهيار الانهيار الجليدي' حيث يتعطل التقاطع 2 لجهاز الجهاز. يؤدي هذا أيضًا إلى تشغيل SCR جزئيًا وسيؤدي إلى تلف الجهاز. لذلك يجب ألا يتجاوز الجهد الجهد المقنن لـ SCR.

كيفية إيقاف تشغيل SCR؟

بمجرد تشغيل SCR ، سيكون في وضع التوصيل حتى بعد إزالة تيار البوابة. هذا هو قفل SCR. يمكن إيقاف تشغيل SCR من خلال التشغيل العكسي. يمكن القيام بذلك عن طريق تطبيق جهد سلبي على البوابة. يمكن أيضًا إيقاف تشغيل الجهاز إما عن طريق إزالة تيار الأنود أو عن طريق تقصير البوابة والكاثود مؤقتًا.

تطبيقات الثايرستور:

تُستخدم الثايرستور بشكل أساسي في الأجهزة التي تتطلب التحكم في الطاقة العالية ، وربما مقترنة بالجهد العالي. يجعلها تشغيلها مناسبة للاستخدام في تطبيقات التحكم في طاقة التيار المتردد ذات الجهد العالي والمتوسط ​​، على سبيل المثال ، تعتيم المصباح ، وأجهزة التحكم ، و التحكم في المحرك .

تطبيق واحد لـ SCR- التحكم في الترحيل باستخدام SCR:

مرحل تحكم SCR

إذا تم الضغط على المفتاح S1 للحظات ، فسيتم تشغيل Relay. يمكن إيقاف تشغيله بالضغط على S2.

إذا تم استبدال المفتاح S1 بـ LDR و R1 مع ضبط مسبق 4.7K ، فسيتم تشغيل التتابع عندما يسقط الضوء على LDR. ضبط مسبق لضبط نقطة الانطلاق.

إذا تم استبدال المفتاح S1 بـ 4.7 K NTC (معامل درجة الحرارة السلبية) Thermister و R1 مع ضبط مسبق 1K ، يتم تشغيل التتابع عندما ترتفع درجة الحرارة. ضبط مسبق لضبط نقطة الانطلاق.

مصدر الصورة: