Điện tử công suất hiện đại thực sự bắt đầu với sự ra đời của thyristor. Thyristor còn được gọi là bộ chỉnh lưu điều khiển silicon hoặc SCR. Đây là bốn thiết bị bán dẫn phân lớp và ba đầu cuối. Và thyristor là thiết bị một chiều.
Bộ chỉnh lưu điều khiển Silicon là thiết bị bán dẫn thường được sử dụng để điều khiển công suất cao cùng với điện áp cao. Do đó, các thiết bị này được ứng dụng trong hệ thống điều khiển nguồn điện xoay chiều điện áp cao, mạch điều chỉnh độ sáng đèn, mạch điều chỉnh, v.v. SCR cũng được ứng dụng trong việc chỉnh lưu điện xoay chiều công suất cao trong truyền tải điện một chiều vôn cao. SCR thuộc họ Thyristor và trên thực tế, tên SCR là tên thương mại của Thyristor từ General Electrics.
SCR là một thiết bị bốn lớp với các vật liệu loại N và P xen kẽ. SCR bao gồm bốn lớp chất bán dẫn tạo thành cấu trúc PNPN hoặc NPNP. Silicon được sử dụng làm chất bán dẫn nội tại, mà các chất pha tạp thích hợp được thêm vào. Nó có ba thiết bị đầu cuối gọi là cực dương, cực âm và cổng. Cực âm được pha tạp nhiều nhất và cổng và cực dương ít bị pha tạp hơn. Lớp trung tâm loại N chỉ được pha tạp nhẹ và cũng dày hơn các lớp khác cho phép nó hỗ trợ điện áp chặn cao.
SCR có ba điểm nối là J1, J2 và J3. Cực dương được kết nối với vật liệu loại P của cấu trúc PNPN trong khi cực âm được kết nối với vật liệu loại N. Cổng được kết nối với vật liệu loại P gần cực âm.
Đây là những thiết bị một chiều và chỉ dẫn dòng điện theo một hướng. Đó là từ Anode đến Cathode. Việc kích hoạt SCR diễn ra khi cổng của nó nhận được điện áp dương. SCR thường được sử dụng trong các ứng dụng chuyển mạch như trình điều khiển rơ le, bộ sạc pin, v.v.
Thyristor có ba trạng thái cơ bản:
Chặn ngược: Ở trạng thái này, thyristor chặn dòng điện giống như cách của một diode phân cực ngược.
Chặn chuyển tiếp: Ở trạng thái này, hoạt động của thyristor sao cho nó chặn sự dẫn dòng thuận mà thường được mang bởi một diode phân cực thuận.
Tiến hành chuyển tiếp: Ở trạng thái này, thyristor đã được kích hoạt dẫn điện. Nó sẽ tiếp tục dẫn cho đến khi dòng chuyển tiếp giảm xuống dưới một giá trị ngưỡng được gọi là dòng giữ.
Hoạt động của Thyristor
SCR-SYMBOL
SCR bắt đầu dẫn khi nó được phân cực thuận. Với mục đích này, cực âm được giữ ở điện áp âm và cực dương ở điện áp dương. Khi điện áp phân cực thuận được đặt vào SCR, đường giao nhau J1 và J3 trở thành phân cực thuận trong khi đường giao nhau J2 trở thành phân cực ngược. Khi một điện áp dương được đặt vào cổng, đường giao nhau J2 trở nên phân cực thuận và SCR bật.
Khi hoạt động, thyristor có thể được coi là bóng bán dẫn NPN và PNP được kết nối ngược trở lại, tạo thành một vòng phản hồi tích cực trong thiết bị. Bóng bán dẫn với bộ phát của nó được kết nối với cực âm của thyristor là một thiết bị NPN trong khi bóng bán dẫn với bộ phát của nó được kết nối với cực dương của thyristor là thiết bị PNP . Cổng được kết nối với đế của bóng bán dẫn NPN. Đầu ra của một bóng bán dẫn được đưa tới đầu vào của bóng bán dẫn thứ hai và đầu ra của bóng bán dẫn thứ hai, lần lượt được đưa trở lại đầu vào của bóng bán dẫn thứ nhất. Điều này có nghĩa là khi một dòng điện bắt đầu chạy, nó sẽ nhanh chóng tích tụ cho đến khi cả hai bóng bán dẫn được bật hoàn toàn hoặc bão hòa. Hãy xem một ví dụ nhỏ:
Từ mạch bên dưới, ở đây chúng tôi sử dụng một thyristor TYN616.
- Khi cổng mở, ba điện áp đánh thủng được xác định trên điện áp thuận tối thiểu mà tại đó thyristor dẫn mạnh. Bây giờ, hầu hết điện áp cung cấp xuất hiện trên điện trở tải. Dòng điện giữ là cổng dòng cực dương tối đa được mở khi xảy ra sự cố vượt.
- Khi cổng ở trạng thái TẮT, thyristor cung cấp điện trở vô hạn hơn ở trạng thái BẬT, nó cung cấp điện trở rất thấp, nằm trong khoảng 0,010 đến 10.
Phương thức kích hoạt
Ở trạng thái tắt bình thường, SCR ngăn dòng điện chạy qua nó nhưng khi điện áp cổng vào catốt tăng và vượt quá một mức cụ thể, SCR sẽ bật và dẫn điện như một bóng bán dẫn. Một đặc điểm quan trọng của SCR là, một khi nó được dẫn, nó vẫn được chốt và tiếp tục dẫn ngay cả sau khi điện áp cổng bị loại bỏ. SCR vẫn bật cho đến khi dòng điện giữ của các thiết bị giảm xuống giá trị thấp. Nhưng nếu cổng nhận được điện áp xung và dòng điện qua nó thấp hơn dòng chốt, thì SCR sẽ vẫn ở trạng thái tắt. SCR có thể được kích hoạt mà không cần điện áp dương ở cổng. SCR thường được nối với cực dương với đường ray dương và cực âm với đường ray âm. Nếu điện áp đặt vào cực dương tăng lên, khớp nối điện dung trong thiết bị cảm ứng điện tích vào cổng và kích hoạt SCR. Loại kích hoạt không có dòng điện cổng bên ngoài này được gọi là 'kích hoạt DV / dt'. Điều này thường xảy ra khi bật nguồn. Đây được gọi là hiệu ứng Tỷ lệ.
Nhưng kích hoạt DV / dt sẽ không bật SCR hoàn toàn và SCR được kích hoạt một phần sẽ tiêu hao nhiều năng lượng và thiết bị có thể bị hỏng. Để ngăn kích hoạt DV / dt, một mạng snubber được sử dụng. Một chế độ kích hoạt khác là tăng điện áp chuyển tiếp của SCR lên trên điện áp đánh thủng danh định của nó. Kích hoạt điện áp chuyển tiếp xảy ra khi điện áp trên SCR tăng khi cổng của nó được mở. Đây được gọi là 'Sự cố tuyết lở' trong đó đường giao nhau 2 của sự cố thiết bị. Điều này cũng làm bật SCR một phần và sẽ làm hỏng thiết bị. Vì vậy điện áp không được vượt quá điện áp định mức của SCR.
Làm thế nào để tắt SCR?
Khi SCR được bật, nó sẽ ở chế độ dẫn điện ngay cả sau khi dòng điện được loại bỏ. Đây là chốt SCR. SCR có thể được tắt thông qua kích hoạt ngược. Nó có thể được thực hiện bằng cách đặt một điện áp âm vào cổng. Thiết bị cũng có thể được tắt bằng cách loại bỏ dòng điện cực dương hoặc bằng cách làm ngắn cổng và cực âm trong giây lát.
Các ứng dụng của Thyristor:
Thyristor chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị yêu cầu điều khiển công suất cao, có thể kết hợp với điện áp cao. Hoạt động của chúng làm cho chúng phù hợp để sử dụng trong các ứng dụng điều khiển nguồn điện xoay chiều trung bình đến cao áp, ví dụ, làm mờ đèn, bộ điều khiển và điều khiển động cơ .
Một ứng dụng của SCR- Điều khiển rơ le sử dụng SCR:
Nếu công tắc S1 được nhấn trong giây lát, Rơ le sẽ bật. Nó có thể được tắt bằng cách nhấn S2.
Nếu công tắc S1 được thay thế bằng một LDR và R1 có cài đặt trước 4,7K, rơ le sẽ bật khi ánh sáng rơi trên LDR. Đặt trước điều chỉnh điểm kích hoạt.
Nếu công tắc S1 được thay thế bằng Lò sưởi 4,7 K NTC (Hệ số nhiệt độ âm) và R1 với giá trị đặt trước 1K, thì rơ le sẽ bật khi nhiệt độ tăng. Đặt trước điều chỉnh điểm kích hoạt.
Tín dụng hình ảnh:
- SCR-SYMBOL của wikimedia
