Scr что это в электронике

Кремниевый выпрямитель — Silicon controlled rectifier

A кремниевый управляемый выпрямитель или Выпрямитель с полупроводниковым управлением представляет собой четырехслойное твердотельное устройство управления током. Принцип четырехслойного p – n – p – n переключения был разработан Moll, Таненбаум, Голди и Холоньяк из Bell Laboratories в 1956 году. Практическая демонстрация кремниевого управляемого переключения и подробное теоретическое поведение устройства в соответствии с экспериментальными результатами были представлены д-ром Яном М. Макинтошем из Bell Laboratories в Январь 1958 г. Имя » Кремниевый управляемый выпрямитель »- это торговая марка General Electric для типа тиристора. SCR был разработан группой инженеров-энергетиков под руководством Гордона Холла и коммерциализирован Фрэнком В. «Биллом» Гуцвиллером в 1957 году.

Некоторые источники определяют кремниевые выпрямители и тиристоры как синонимы., другие источники определяют кремниевые выпрямители как собственное подмножество набора тиристоров, которые представляют собой устройства по крайней мере с четырьмя слоями чередующегося материала n- и p-типа.. По словам Билла Гутцвиллера, термины «SCR» и «управляемый выпрямитель» были раньше, а «тиристор» применялся позже, так как использование устройства распространилось по всему миру.

SCR являются однонаправленными устройствами (т.е. могут проводить только ток в одном направлении) в отличие от симисторов, которые являются двунаправленными (т.е. носители заряда могут проходить через них в любом направлении). SCR могут нормально срабатывать только положительным током, идущим в затвор, в отличие от TRIAC, которые могут запускаться нормально либо положительным, либо отрицательным током, подаваемым на его электрод затвора.

Содержание

1 Режимы работы
- 1.1 Прямой режим блокировки
- 1.2 Прямой режим проводимости
- 1.3 Обратный режим блокировки
Режимы работы

Характеристика кривая кремниевого выпрямителя

Существует три режима работы тиристора в зависимости от заданного смещения:
1. Режим блокировки в прямом направлении (выключенное состояние)
2. Режим прямой проводимости (во включенном состоянии)
3. Обратный режим блокировки (выключенное состояние)
Прямой режим блокировки

В этом режиме работы на анод (+) подается положительное напряжение, а на катод (-) — отрицательное напряжение, сохраняющее нулевой потенциал затвора (0), т.е. отключенный. В этом случае переходы J1 и J3 смещены в прямом направлении, а J2 смещены в обратном направлении, допуская только небольшой ток утечки от анода к катоду. Когда приложенное напряжение достигает значения пробоя для J2, тогда J2 подвергается лавинному пробою. При этом напряжении отключения J2 начинает проводить, но ниже напряжения отключения J2 обеспечивает очень высокое сопротивление току, и говорят, что тиристор находится в выключенном состоянии.

Режим прямой проводимости

SCR может быть переведен из режима блокировки в режим проводимости двумя способами: либо путем увеличения напряжения между анодом и катодом сверх напряжения отключения, либо путем подачи положительного импульса у ворот. Как только SCR начинает проводить, больше не требуется напряжения на затворе, чтобы поддерживать его в состоянии ON . Минимальный ток, необходимый для поддержания SCR в состоянии ON при снятии напряжения затвора, называется током фиксации.

Есть два способа выключить его :
1. Уменьшить ток через него ниже минимального значения, называемого током удержания, или
2. с выключенным затвором выключенным, закоротите анод и катод на мгновение с помощью кнопочного переключателя или транзистора через переход.
Обратный режим блокировки

Когда отрицательное напряжение приложено к аноду, а положительное — к На катоде тиристор находится в режиме обратной блокировки, в результате чего J1 и J3 смещены в обратном направлении, а J2 — в прямом. Устройство ведет себя как два последовательно включенных диода с обратным смещением. Протекает небольшой ток утечки. Это режим обратной блокировки. Если обратное напряжение увеличивается, то на критическом уровне пробоя, называемом напряжением обратного пробоя (V BR), на J1 и J3 возникает лавина, и обратный ток быстро увеличивается. Доступны тиристоры с возможностью обратной блокировки, которая увеличивает прямое падение напряжения из-за необходимости иметь длинную область P1 с низким содержанием примесей. Обычно номинальное напряжение обратной блокировки и номинальное напряжение прямой блокировки одинаковы. Типичное применение SCR с обратной блокировкой — это инверторы с источником тока.

SCR, неспособный блокировать обратное напряжение, известен как асимметричный SCR, сокращенно ASCR . Обычно он имеет номинал обратного пробоя в десятки вольт. ASCR используются там, где либо параллельно применяется диод с обратной проводимостью (например, в инверторах источника напряжения), либо там, где обратное напряжение никогда не возникает (например, в импульсных источниках питания или тяговых прерывателях постоянного тока).

Асимметричные тиристоры могут быть изготовлены с диодом с обратной проводимостью в том же корпусе. Они известны как RCT для тиристоров с обратной проводимостью.

Методы включения тиристоров
1. запуск по прямому напряжению
2. запуск затвора
3. запуск dv / dt
4. срабатывание по температуре
5. срабатывание по свету
Срабатывание по прямому напряжению происходит, когда прямое напряжение анод-катод увеличивается при разомкнутой цепи затвора. Это известно как лавинный пробой, во время которого выход J2 выходит из строя. При достаточном напряжении тиристор переходит во включенное состояние с низким падением напряжения и большим прямым током. В этом случае J1 и J3 уже имеют прямое смещение .

Для того, чтобы произошло срабатывание затвора, тиристор должен находиться в состоянии прямой блокировки, когда приложенное напряжение меньше напряжения пробоя, в противном случае — прямое напряжение. может произойти запуск. Затем между затвором и катодом может быть приложен одиночный небольшой положительный импульс напряжения. Это подает одиночный импульс тока затвора, который переводит тиристор во включенное состояние. На практике это наиболее распространенный метод, используемый для запуска тиристора.

Простая схема SCR

Простая схема SCR с резистивной нагрузкой

Простую схему SCR можно проиллюстрировать с использованием источника переменного напряжения подключен к SCR с резистивной нагрузкой. Без подачи импульса тока на затвор SCR, SCR остается в состоянии прямой блокировки. Это делает начало проведения SCR управляемым. Угол задержки α, который представляет собой момент подачи импульса тока затвора по отношению к моменту естественной проводимости (ωt = 0), управляет началом проводимости. Как только SCR проводит, SCR не выключается, пока ток через SCR, i s не станет отрицательным. i s остается нулевым до тех пор, пока не будет подан следующий импульс тока затвора и SCR снова не начнет проводить.

Приложения

SCR в основном используются в устройствах, где управление высокой мощностью, возможно, в сочетании с высоким напряжением. Их работа делает их пригодными для использования в системах управления питанием переменного тока среднего и высокого напряжения, таких как диммирование ламп, регуляторы мощности и управление двигателями.

тиристоры и аналогичные устройства используются для выпрямления переменного тока большой мощности в передаче электроэнергии постоянного тока высокого напряжения. Они также используются для управления сварочными аппаратами, в основном GTAW (газовая дуговая сварка вольфрамом) аналогичные процессы. Он используется в качестве переключателя в различных устройствах. Ранние твердотельные пинбол-машины использовали их для управления освещением, соленоидами и другими функциями в цифровом виде, а не механически, отсюда и название — твердотельные.

Сравнение с SCS

Контролируемый кремнием переключатель (SCS) ведет себя почти так же, как и SCR; но есть несколько отличий: в отличие от SCR, SCS отключается, когда положительное напряжение / входной ток подается на другой вывод анодного затвора. В отличие от SCR, SCS также может переходить в режим проводимости, когда к тому же выводу прикладывается отрицательное напряжение / выходной ток.

SCS полезны практически во всех схемах, которым нужен переключатель, который включается / выключается с помощью двух отдельных управляющих импульсов. Сюда входят схемы переключения питания, логические схемы, драйверы ламп, счетчики и т. Д.

По сравнению с симисторами

A TRIAC похож на тиристоры, поскольку оба действуют как переключатели с электрическим управлением. В отличие от SCR, TRIAC может пропускать ток в любом направлении. Таким образом, TRIAC особенно полезны для приложений переменного тока. TRIAC имеет три вывода: вывод затвора и два проводящих вывода, называемых MT1 и MT2. Если на вывод затвора не подается ток / напряжение, TRIAC отключается. С другой стороны, если триггерное напряжение приложено к выводу затвора, TRIAC включается.

TRIAC подходят для цепей регулирования яркости света, цепей управления фазой, цепей переключения питания переменного тока, цепей управления двигателями переменного тока и т. Д.

Особенности регуляторов мощности SCR

Сегодня, более чем когда-либо, инженеры проектируют системы электрического технологического нагрева с использованием регуляторов мощности SCR. Использование регулятора мощности SCR имеет множество преимуществ: более точное управление процессом нагрева, увеличенный срок службы нагревателя, улучшенное качество продукции при более высоких скоростях производства и снижение затрат на обслуживание.

Регулятор мощности SCR — это устройство, являющееся примером правильно спроектированного управления мощностью, имеет в конструкции радиатор охлаждения, защиту от скачков напряжения варистора и предохранитель.

Если вы принимаете решения в своей компании, вы должны выбирать из множества типов компонентов, используемых во всем технологическом процессе. Возьмем, к примеру, контроль мощности. Вы можете спросить: «Зачем использовать кремниевый выпрямитель (SCR), регулирующий мощность?» Давайте ответим на данный вопрос.

В отличие от механического реле или контактора, регулятор мощности SCR не имеет механических частей, которые могут изнашиваться. Регулятор мощности SCR не будет подвергаться дуге или загрязнению контактов. А механическое реле необходимо будет заменить через определенное количество циклов. Из-за медленного (минимум 30 секунд) времени цикла, присущего механическим реле, управление напряжением с их помощью будет некачественным, в сравнении с SCR.

Ртутные реле смещения могут работать быстрее, чем механические реле. Однако при перегреве из-за слишком быстрой смены циклов или перегрузки ртутное реле взорвется. Это приводит к проблеме с опасными материалами. Из-за более строгих правительственных нормативов транспортировка и утилизация ртутных реле также становятся все труднее.

Твердотельные реле — популярная альтернатива механическому управлению мощностью. Общие для всех твердотельных устройств твердотельные реле рассеивают тепло, которое необходимо отвести, и они способны рассеивать больше тепла, чем тиристоры. Но твердотельные реле обычно не поставляются с наконечниками, которые обеспечивают надежное электрическое соединение для более высоких уровней мощности. Кроме того, они не всегда продаются с радиаторами, защитой по напряжению или предохранителями, необходимыми для защиты и безопасной работы реле.

Дальнейшие проблемы могут возникнуть из-за характеристик твердотельного реле. Почти все твердотельные реле рассчитаны на максимальную мощность при 25 о С. В реальных условиях эксплуатации, где внутренние температуры электротехнических шкафов достигают более чем 40 ò С, твердотельное реле может потерпеть неудачу , если используется на полную мощность. У большинства производителей есть таблица снижения номинальных характеристик своей продукции, чтобы компенсировать это несоответствие. К сожалению, при выборе твердотельного реле многие пользователи полагаются только на максимальный рейтинг. Обязательно ознакомьтесь с данными производителя, прежде чем выбирать, какое твердотельное реле лучше всего подойдет для вашего процесса.

Минимальное номинальное напряжение SCR

Таблица 1: Минимальное номинальное напряжение SCR. Минимальное номинальное напряжение для SCR определяется уровнем напряжения питания, на котором он будет использоваться.

Продление срока службы вашего регулятора мощности

Три вещи разрушат все твердотельные регуляторы мощности:
- Перегрев.
- Короткие замыкания.
- Скачки напряжения.
Вот как уберечь их от выхода из строя на вашей производственной линии.

Перегрев

Почти все полупроводники будут разрушены при температуре внутреннего перехода 125 o C. Все твердотельные силовые устройства, такие как тиристоры, симисторы и твердотельные реле, рассеивают тепло. Падение напряжения на силовом устройстве приводит к выделению тепла. Это падение может составлять от 1 до 2 В в зависимости от устройства. Чем больше ток (в амперах) проходит через устройство, тем большую мощность устройство будет рассеивать в виде тепла. Это тепло необходимо убрать, иначе устройство выйдет из строя.

Самый простой и распространенный способ отвода тепла — использование радиатора. Если используется радиатор подходящего размера, SCR может работать на полную мощность при температуре окружающей среды 50 o C. Чем выше выходная сила тока, тем больше тепла рассеивается. Многие производители используют вентиляторы для отвода избыточного тепла от высокопроизводительных регуляторов мощности SCR. В некоторых регуляторах мощности SCR со сверхвысокой выходной мощностью (более 1000 А) используются радиаторы с водяным охлаждением.

Одна из проблем с некоторыми SCR или твердотельными реле — это упаковка. Чтобы уменьшить размер радиатора, производители делают его с площадью ребер недостаточной для отвода избыточного тепла. Радиаторы, устанавливаемые на DIN-рейку, позволяют сэкономить место на панели и время установки. Однако, когда многие элементы управления установлены рядом друг с другом на DIN-рейке, удельная мощность внутри корпуса увеличивается. В то же время поток воздуха к радиаторам уменьшается или полностью блокируется. Если вы используете такое расположение, убедитесь, что производитель не потребовал, чтобы радиатор на DIN-рейке охлаждался вентилятором или устанавливался с ребрами радиатора снаружи шкафа. Кроме того, проверьте кривую снижения характеристик устройства на том уровне мощности, который он будет использовать.

Даже при низкой мощности, такой как 25 А, каждая управляемая ножка твердотельного реле будет рассеивать около 50 Вт рассеиваемого тепла. Если у вас есть 20 регуляторов мощности твердотельных реле на DIN-рейке в небольшом корпусе, вам придется избавиться от 1000 Вт тепла! При установке элементов управления питанием следует использовать в два раза большую площадь, занимаемую устройством. Например, если регулятор мощности SCR имеет площадь основания 12 x 12 дюймов, используйте для установки область 24 x 24 дюйма.

Чтобы определить тепло, выделяемое контроллером SCR, используйте следующую формулу: для каждой контролируемой ветви (C) умножьте силу тока нагрузки (I) на 1,5.

C x I x 1,5 = рассеиваемая мощность (Вт)

Пластиковые корпуса действуют как теплоизоляторы. Скорее всего, вы повредите регулятор мощности SCR, если установите его внутри пластикового корпуса. Установка радиатора в сквозное отверстие с ребрами радиатора на внешней стороне корпуса — единственный надежный способ использования пластикового корпуса.

Для создания безопасного расположения элементов, позволяющего поддерживать работу регуляторов мощности SCR в течение многих лет, нужно придерживаться следующих рекомендаций. Все тиристоры должны иметь предохранители и металлооксидную варисторную защиту по напряжению. Радиаторы должны быть расположены на безопасном расстоянии друг от друга для эффективного охлаждения. На дверце шкафа автоматики должен быть установлен вентилятор и вентиляционные отверстия в верхней части корпуса для обеспечения достаточного охлаждения для всех компонентов.

Защита от короткого замыкания и предохранители

Все полупроводники могут быть повреждены коротким замыканием. Один из простейших способов защитить регулятор мощности SCR — это предохранитель. SCR — это прочные и надежные устройства. Однако для обеспечения максимальной производительности и срока службы необходимо использовать полупроводниковые, субцикловые и токоограничивающие предохранители. Почти все производители регуляторов мощности SCR имеют эти предохранители на своих регуляторах. Токоограничивающие предохранители надежны и легко заменяются. Предохранитель этого типа сработает в течение 2 мс. Эти предохранители также ограничивают ток при отключении.

В случае короткого замыкания нагревателя проще всего заменить предохранитель. Перед установкой нового предохранителя обязательно удалите закороченный нагреватель или проводку. Не использовать полупроводниковый предохранитель — это глупо и безответственно. Без защиты плавким предохранителем SCR может быть поврежден, когда в этом нет необходимости.

Регуляторы напряжения, представленные в нашем интернет-магазине, имеют встроенные предохранители, которые позволят безопасно использовать их в нагревательных системах. Только будьте внимательны при выборе требуемой мощности, а лучше обратитесь к специалистам Элемаг за консультацией.

Помните, что 99,9% отказов предохранителей происходят из-за короткого замыкания нагревателей, слабых соединений, неправильного (слишком большого) согласования нагрузки или неправильного подключения регулятора мощности SCR. При высоких скачках нагрузки (вольфрамовые лампы, коротковолновые галогенные нагреватели) использование чего-либо, кроме плавного пуска, управления тиристором по углу сдвига по фазе, приведет к перегоранию предохранителей. Никогда не включайте холодный пусковой блок нагревателя после того, как был активирован плавный пуск.

Убедитесь, что размер регулятора мощности SCR соответствует нагрузке вашего нагревателя. Помните, что у нагревателей и линий электропередач есть допуски. В целях безопасности используйте регулятор мощности SCR с номиналом от 1 до 10 процентов от максимального потенциала нагрузки нагревателя.

Скачки напряжения

Скачки перенапряжения затронут почти все электронные устройства. Переходные скачки напряжения могут привести к пропуску зажигания в SCR или даже к необратимому повреждению SCR.

Самым простым в использовании защитным устройством является металлооксидный варистор (MOV). Варистор подключен к тиристору. При использовании варистора с номинальным напряжением выше, чем линейное напряжение, но ниже, чем пиковое напряжение SCR, металлооксидный варистор становится эффективной защитой от скачков напряжения. Если скачок переходного напряжения превышает номинальное напряжение варистора, варистор блокирует этот скачок. Если импульс достаточно мощный, металлооксидный варистор взорвется, защищая тиристор.

Использование платы подавления DV / DT — это следующий шаг в защите от шума линии электропередач и скачков напряжения. Благодаря сети силовых резисторов, высоковольтных конденсаторов и металлооксидных варисторов, SCR имеет лучшую защиту от линейных помех и скачков напряжения. Эта сеть помогает устранить повреждение SCR, а также пропуски зажигания SCR.

Постоянное перенапряжение разрушит SCR. Убедитесь, что тиристоры, используемые в регуляторе мощности, рассчитаны на достаточно высокое напряжение, чтобы выдерживать пики промышленного напряжения. Чем выше пиковое напряжение SCR, тем безопаснее он.

Выбор SCR

Фазо-угловые регуляторы пропорционально включают процентную долю каждого полупериода линии электропередачи. Это обеспечивает плавное, бесступенчатое приложение мощности к нагревателям. Самый точный метод управления, фазовый обжиг, также может увеличить срок службы нагревателя до семи раз, в зависимости от типа нагревателя. Кроме того, поджиг по фазе позволяет использовать такие опции, как плавный пуск, ограничение напряжения и тока. Эти параметры недоступны с другими средствами управления.

Элементы управления переключением при нулевом напряжении пропорционально включают и выключают каждый полный цикл линии питания. Изменяя количество циклов линии питания переменного тока, SCR обеспечивает питание нагревателей. Благодаря переменной временной развертке достигается оптимальное количество циклов включения и выключения. Этот метод создает меньше линейных шумов радиочастотных помех (RFI), чем тиристоры с фазо-угловым возбуждением.

Регуляторы включения / выключения работают так же, как механические или ртутные реле, но с тем преимуществом, что они намного сокращают время цикла.

Выполнив несколько простых шагов, регулятор мощности SCR может обеспечить превосходную производительность при минимальных затратах на обслуживание в течение многих лет.

scr тиристор

Тиристоры делятся на два основных вида – с тремя и двумя выводами. Тринистор способен подавать электроэнергию на мощную нагрузку, если на управляющий третий электрод подать слабый сигнал, открывающий прибор. Пример такого полупроводникового компонента – тиристор bt169d . У динисторов третий электрод отсутствует, а открывание прибора происходит в момент, когда напряжение между двумя выводами превысит определённое значение.

Есть разновидность тринистора, получившая название управляемого кремниевого выпрямителя или SCR. Ведёт себя Silicon Controlled Rectifiers подобно тиристору с двумя выводами, то есть может быть открыт напряжением, а заперт уменьшением тока. Но у этого прибора существует ещё и альтернативный способ открывания – с помощью управляющего вывода, на который подаётся слабый ток. Устройство также может быть принудительно выключено, если замкнуть катод и управляющий электрод, что делает его подобным запираемому тиристору.

Запираемый тиристор

Разработка полупроводников для силовых схем началась в начале 50-х годов прошлого века, когда технологи смогли получить кремний высокой чистоты. В середине 50-х был разработан и выпущен четырёхслойный полупроводник с управляющим электродом, названный тиристором.

Включение этого электронного компонента производилось путём подачи слабого импульса тока на управляющий вывод. Выключить тиристор принудительно было нельзя. Он отключался самостоятельно, когда прямой ток падал до нуля, что требовало создания контура коммутации. Это повышало стоимость оборудования и его габаритные размеры.

Конечно, электронщики не стали мириться с таким недостатком уникального полупроводникового прибора, сразу приступив к разработке полностью, а не частично управляемой модели. Задача состояла в том, чтобы заставить тиристор отключаться тоже по сигналу, подаваемому на электрод управления. И в 1960 году такой прибор был создан. Решение нашли американские инженеры. Первые подобные изделия появились на профильном рынке под названием Gate Turn Off.

У нас gto тиристоры известны как «выключаемые » и «запираемые ». Как и обычный, GTO имеет катод, анод и вывод управления. Включение и выключение устройства осуществляется путём подачи положительного или отрицательного сигнала на управляющий электрод.

GTO может находится в четырёх состояниях:
- блокировка;
- включение;
- свободное течение тока;
- выключение.
GTO-тиристор в некотором роде подобен импульсному реле, которое точно так же включает и выключает нагрузку по слаботочному сигналу. Эти устройства могут коммутировать высокое напряжение и ток, имеют к тому же механическую кнопку, с помощью которой нагрузку можно подключать и отключать вручную. Полупроводниковый прибор имеет смысл использовать, когда есть необходимость в быстром переключении.

Остерегайтесь подделок

Сегодня не существует ни одного рыночного сегмента, которого бы не коснулась тема контрафакта. В электронике этот вопрос приобрёл особую остроту. Огромный ущерб, вызванный авариями по вине поддельных тиристоров и фальсифицированных диодов, требует от покупателя особого внимания в части выбора продавца и самой продукции.

Согласно сведениям исследовательской лаборатории, осуществляющей проверку электронных компонентов, наиболее часто подделывают лавинные диоды, в огромных объёмах используемые на железной дороге, а также тиристоры.
1. У тиристоров 40tps12 параметры полностью не соответствовали заявленным в технической спецификации.
2. Одной компании, обратившейся к лаборатории за помощью, предлагали купить партию перемаркированных тиристоров ещё советского производства, выпущенных до 80-го года.
3. Для одного из предприятий покупка фальсификата, маркировка на котором была подделана с помощью липкой ленты, закончилась крупной аварией.
Отсюда вывод: покупать следует только у официальных дистрибьюторов и продукцию известных брендов.

Silicon controlled rectifier

A silicon controlled rectifier or semiconductor controlled rectifier is a four-layer solid-state current-controlling device. The name «silicon controlled rectifier» is General Electric’s trade name for a type of thyristor. The principle of four-layer p–n–p–n switching was developed by Moll, Tanenbaum, Goldey, and Holonyak of Bell Laboratories in 1956. [1] The practical demonstration of silicon controlled switching and detailed theoretical behavior of a device in agreement with the experimental results was presented by Dr Ian M. Mackintosh of Bell Laboratories in January 1958. [2] [3] The SCR was developed by a team of power engineers led by Gordon Hall [4] [5] [6] [7] and commercialized by Frank W. «Bill» Gutzwiller in 1957.

Some sources define silicon-controlled rectifiers and thyristors as synonymous [8] while other sources define silicon-controlled rectifiers as a proper subset of the set of thyristors; the latter being devices with at least four layers of alternating n- and p-type material. [9] [10] According to Bill Gutzwiller, the terms «SCR» and «controlled rectifier» were earlier, and «thyristor» was applied later, as usage of the device spread internationally. [11]

SCRs are unidirectional devices (i.e. can conduct current only in one direction) as opposed to TRIACs, which are bidirectional (i.e. charge carriers can flow through them in either direction). SCRs can be triggered normally only by a positive current going into the gate as opposed to TRIACs, which can be triggered normally by either a positive or a negative current applied to its gate electrode.

Modes of operation

There are three modes of operation for an SCR depending upon the biasing given to it:
1. Forward blocking mode (off state)
2. Forward conduction mode (on state)
3. Reverse blocking mode (off state)
Forward blocking mode

In this mode of operation, the anode (+, p-doped side) is given a positive voltage while the cathode (−, n-doped side) is given a negative voltage, keeping the gate at zero (0) potential i.e. disconnected. In this case junction J1and J3 are forward-biased, while J2 is reverse-biased, allowing only a small leakage current from the anode to the cathode. When the applied voltage reaches the breakover value for J2, then J2 undergoes avalanche breakdown. At this breakover voltage J2 starts conducting, but below breakover voltage J2 offers very high resistance to the current and the SCR is said to be in the off state.

Forward conduction mode

An SCR can be brought from blocking mode to conduction mode in two ways: Either by increasing the voltage between anode and cathode beyond the breakover voltage, or by applying a positive pulse at the gate. Once the SCR starts conducting, no more gate voltage is required to maintain it in the ON state. The minimum current necessary to maintain the SCR in the ON state on removal of the gate voltage is called the latching current.

There are two ways to turn it off:
1. Reduce the current through it below a minimum value called the holding current, or
2. With the gate turned off, short-circuit the anode and cathode momentarily with a push-button switch or transistor across the junction.
Reverse blocking mode

When a negative voltage is applied to the anode and a positive voltage to the cathode, the SCR is in reverse blocking mode, making J1 and J3 reverse biased and J2 forward biased. The device behaves as two diodes connected in series. A small leakage current flows. This is the reverse blocking mode. If the reverse voltage is increased, then at critical breakdown level, called the reverse breakdown voltage (V_BR), an avalanche occurs at J1 and J3 and the reverse current increases rapidly. SCRs are available with reverse blocking capability, which adds to the forward voltage drop because of the need to have a long, low-doped P1 region. Usually, the reverse blocking voltage rating and forward blocking voltage rating are the same. The typical application for a reverse blocking SCR is in current-source inverters.

An SCR incapable of blocking reverse voltage is known as an asymmetrical SCR, abbreviated ASCR. It typically has a reverse breakdown rating in the tens of volts. ASCRs are used where either a reverse conducting diode is applied in parallel (for example, in voltage-source inverters) or where reverse voltage would never occur (for example, in switching power supplies or DC traction choppers).

Asymmetrical SCRs can be fabricated with a reverse conducting diode in the same package. These are known as RCTs, for reverse conducting thyristors.

Thyristor turn-on methods
1. forward-voltage triggering
2. gate triggering
3. dv/dt triggering
4. thermal triggering
5. light triggering
Forward-voltage triggering occurs when the anode–cathode forward voltage is increased with the gate circuit opened. This is known as avalanche breakdown, during which junction J2 will break down. At sufficient voltages, the thyristor changes to its on state with low voltage drop and large forward current. In this case, J1 and J3 are already forward-biased.

In order for gate triggering to occur, the thyristor should be in the forward blocking state where the applied voltage is less than the breakdown voltage, otherwise forward-voltage triggering may occur. A single small positive voltage pulse can then be applied between the gate and the cathode. This supplies a single gate current pulse that turns the thyristor onto its on state. In practice, this is the most common method used to trigger a thyristor.

Temperature triggering occurs when the width of depletion region decreases as the temperature is increased. When the SCR is near VPO a very small increase in temperature causes junction J2 to be removed which triggers the device.

Simple SCR circuit

A simple SCR circuit can be illustrated using an AC voltage source connected to a SCR with a resistive load. Without an applied current pulse to the gate of the SCR, the SCR is left in its forward blocking state. This makes the start of conduction of the SCR controllable. The delay angle α, which is the instant the gate current pulse is applied with respect to the instant of natural conduction (ωt = 0), controls the start of conduction. Once the SCR conducts, the SCR does not turn off until the current through the SCR, i_s, becomes negative. i_s stays zero until another gate current pulse is applied and SCR once again begins conducting. [12]

Applications

SCRs are mainly used in devices where the control of high power, possibly coupled with high voltage, is demanded. Their operation makes them suitable for use in medium- to high-voltage AC power control applications, such as lamp dimming, power regulators and motor control.

SCRs and similar devices are used for rectification of high-power AC in high-voltage direct current power transmission. They are also used in the control of welding machines, mainly gas tungsten arc welding and similar processes. It is used as an electronic switch in various devices. Early solid-state pinball machines made use of these to control lights, solenoids, and other functions digitally, instead of mechanically, hence the name solid-state.

Other applications include power switching circuits, controlled rectifiers, speed control of DC shunt motors, SCR crowbars, computer logic circuits, timing circuits, and inverters.

Comparison with SCS

A silicon-controlled switch (SCS) behaves nearly the same way as an SCR; but there are a few differences. Unlike an SCR, an SCS switches off when a positive voltage/input current is applied to another anode gate lead. Unlike an SCR, an SCS can be triggered into conduction when a negative voltage/output current is applied to that same lead.

SCSs are useful in practically all circuits that need a switch that turns on/off through two distinct control pulses. This includes power-switching circuits, logic circuits, lamp drivers, and counters.

Compared to TRIACs

A TRIAC resembles an SCR in that both act as electrically controlled switches. Unlike an SCR, a TRIAC can pass current in either direction. Thus, TRIACs are particularly useful for AC applications. TRIACs have three leads: a gate lead and two conducting leads, referred to as MT1 and MT2. If no current/voltage is applied to the gate lead, the TRIAC switches off. On the other hand, if the trigger voltage is applied to the gate lead, the TRIAC switches on.

TRIACs are suitable for light-dimming circuits, phase-control circuits, AC power-switching circuits, AC motor control circuits, etc.
Похожие публикации: