یکسو کننده کنترل شده سیلیکونی - بخش سوم

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: 

بخش اول مقاله را می‌توانید در یکسو کننده کنترل شده سیلیکونی- بخش دوم مشاهده نمایید.

مشخصات ولتاژ-جریان SCR

مشخصات V-I مربوط به SCR در شکل زیر نشان داده شده است. خط افقی در شکل زیر مقدار ولتاژ اعمال شده در SCR را نشان می‌دهد در حالی که خط عمودی تعداد جریان‌های جریان در SCR را نشان می‌دهد.

VA = ولتاژ آند، IA = جریان آند، + VA = ولتاژ آند رو به جلو، +IA = جریان آند رو به جلو، VA = ولتاژ آند معکوس، + IA = جریان آند معکوس

ویژگی‌های V-I مربوط به SCR به سه منطقه تقسیم می‌شود:

• منطقه مسدود کننده مستقیم
• منطقه هدایت مستقیم
• منطقه مسدود کننده معکوس

منطقه مسدود کننده مستقیم

در این ناحیه، ولتاژ مثبت (+) به آند (+)، ولتاژ منفی (-) به کاتد (-) داده می‌شود و گیت در مدار باز قرار می‌گیرد. به همین دلیل اتصال J_۱ و J_۳ بایاس مستقیم می‌شوند در حالی که J_۲ بایاس معکوس می‌شود. بنابراین، یک جریان نشتی کوچک از آند به پایانه‌های کاتد SCR جریان می‌یابد. این جریان نشتی کوچک به عنوان جریان نشتی پیشروی شناخته می‌شود.

ناحیه OA مشخصه‌های V-I به عنوان منطقه مسدود کننده حمل و نقل شناخته می‌شود که در آن SCR جریان الکتریکی را هدایت نمی‌کند.

منطقه هدایت مستقیم

اگر ولتاژ بایاس رو به جلو اعمال شده بین آند و کاتد فراتر از ولتاژ شکست افزایش یابد، حامل‌های اقلیت (الکترون‌های آزاد در آند و سوراخ‌های کاتد) مقدار زیادی انرژی می‌گیرند و به سرعت‌های بیشتری شتاب می‌گیرند. این حامل‌های اقلیتی با سرعت بالا با اتم‌های دیگر برخورد می‌کنند و حامل‌های بار بیشتری تولید می‌کنند. به همین ترتیب، بسیاری از برخورد‌ها با اتم‌ها اتفاق می‌افتد. به همین دلیل میلیون‌ها حامل شارژ تولید می‌شود. در نتیجه تجزیه منطقه تخلیه در محل اتصال J_۲ رخ می‌دهد و جریان از طریق SCR شروع به جریان می‌کند؛ بنابراین SCR در حالت روشن خواهد بود. جریان جریان در SCR پس از وقوع شکست اتصال به سرعت افزایش می‌یابد.

ولتاژی که در آن اتصال J_۲ در هنگام باز بودن دروازه شکسته می‌شود، ولتاژ شکست مستقیم (V_BF) نامیده می‌شود.

ناحیه BC مشخصه‌های V-I ناحیه هدایت نامیده می‌شود. در این ناحیه جریان از آند به کاتد به سرعت افزایش می‌یابد. ناحیه AB نشان می‌دهد که به محض روشن شدن دستگاه، ولتاژ در سراسر SCR به مقداری ولت کاهش می‌یابد.

منطقه مسدود کردن معکوس

در این ناحیه، ولتاژ منفی (-) به آند (+)، ولتاژ مثبت (+) به کاتد (-) داده می‌شود و گیت در مدار باز قرار می‌گیرد. در این مورد، اتصال J_۱ و اتصال J_۳ بایاس معکوس هستند در حالی که اتصال J۲ بایاس رو به جلو می‌شود.

از آنجایی که اتصالات J_۱ و اتصال J_۳ دارای بایاس معکوس هستند، هیچ جریانی از مدار SCR عبور نمی‌کند. اما یک جریان نشتی کوچک به دلیل رانش حامل‌های بار در اتصال بایاس رو به جلو J۲ جریان دارد. این جریان نشتی کوچک را جریان نشتی معکوس می‌نامند. این جریان نشتی کوچک برای روشن کردن SCR کافی نیست.

اگر ولتاژ بایاس معکوس اعمال شده بین آند و کاتد فراتر از ولتاژ شکست معکوس (V_BR) افزایش یابد، خرابی بهمن رخ می‌دهد. در نتیجه جریان به سرعت افزایش می‌یابد. منطقه EF منطقه بهمن معکوس نامیده می‌شود. این افزایش سریع جریان ممکن است به دستگاه SCR آسیب برساند.

تست عملکرد SCR با اهم متر

یک آزمایش ابتدایی عملکرد SCR، یا حداقل شناسایی ترمینال، ممکن است با اهم متر انجام شود. از آنجایی که اتصال داخلی بین گیت و کاتد یک اتصال PN منفرد است، یک متر باید پیوستگی بین این پایانه‌ها را با سرب تست قرمز روی گیت و سرب تست سیاه روی کاتد به این صورت نشان دهد: (شکل زیر)

تست ابتدایی SCR

تمام اندازه‌گیری‌های تداوم دیگر که روی یک SCR انجام می‌شود، "باز" ​​ ("OL" در برخی از نمایشگر‌های مولتی متر دیجیتال) را نشان می‌دهد. باید درک کرد که این آزمایش بسیار خام است و یک ارزیابی جامع از SCR را تشکیل نمی‌دهد. ممکن است یک SCR نشانه‌های اهم متر خوبی بدهد و همچنان معیوب باشد. در نهایت، تنها راه برای آزمایش SCR، قرار دادن آن در معرض جریان بار است.

اگر از یک مولتی متر با عملکرد "بررسی دیود" استفاده می‌کنید، نشانگر ولتاژ اتصال گیت به کاتد که دریافت می‌کنید ممکن است با آنچه از یک اتصال PN سیلیکونی انتظار می‌رود (تقریبا ۰.۷ ولت) مطابقت داشته باشد یا نباشد. در برخی موارد، ولتاژ اتصال بسیار کمتری را خواهید خواند: صدم ولت. این به دلیل یک مقاومت داخلی متصل بین گیت و کاتد است که در برخی از SCR‌ها وجود دارد. این مقاومت اضافه می‌شود تا SCR کمتر در معرض تحریک کاذب توسط ولتاژ‌های جعلی، از "نویز" مدار یا تخلیه الکتریکی ساکن باشد. به عبارت دیگر، داشتن یک مقاومت متصل به اتصال گیت-کاتد مستلزم آن است که یک سیگنال محرک قوی (جریان قابل توجهی) برای بستن SCR اعمال شود. این ویژگی اغلب در SCR‌های بزرگتر یافت می‌شود، نه در SCR‌های کوچک. به خاطر داشته باشید که یک SCR با یک مقاومت داخلی متصل بین گیت و کاتد، پیوستگی را در هر دو جهت بین آن دو پایانه نشان می‌دهد: (شکل زیر)

SCR‌های بزرگتر دارای مقاومت‌های دروازه‌ای به کاتد هستند.

SCR‌های گیت حساس

SCR‌های "عادی" که فاقد این مقاومت داخلی هستند، به دلیل توانایی آن‌ها در تحریک با کوچکترین سیگنال گیت مثبت، گاهی اوقات به عنوان SCR‌های دروازه حساس شناخته می‌شوند.

مدار تست یک SCR هم به عنوان یک ابزار تشخیصی برای بررسی SCR‌های مشکوک عملی است و هم کمکی عالی برای درک عملکرد اولیه SCR. یک منبع ولتاژ DC برای تغذیه مدار استفاده می‌شود و دو کلید فشاری به ترتیب برای بستن و باز کردن SCR استفاده می‌شود: (شکل زیر)

مدار تست SCR

با فعال کردن کلید دکمه‌ای «روشن» که معمولاً باز است، گیت را به آند متصل می‌کند و جریان را از ترمینال مثبت باتری، از طریق مقاومت بار، از طریق سوئیچ، از طریق اتصال PN دروازه کاتد و بازگشت به باتری می‌دهد. این جریان گیت باید SCR را وادار کند تا روی آن بچسبد، و اجازه دهد جریان مستقیماً از آند به کاتد برود بدون اینکه از گیت عبور کند. هنگامی که دکمه فشاری "روشن" رها می‌شود، بار باید فعال بماند.

فشار دادن کلید فشاری "خاموش" که معمولاً بسته است، مدار را قطع می‌کند، جریان عبوری از SCR را مجبور به توقف می‌کند، در نتیجه آن را مجبور به خاموش شدن می‌کند (قطع جریان کم).

مزایای SCR

• می‌تواند ولتاژ، جریان و توان بزرگ را مدیریت کند.
• افت ولتاژ در رسانای SCR کم است. این امر اتلاف توان در SCR را کاهش می‌دهد.
• آسان برای روشن کردن.
• مدار‌های راه انداز ساده هستند.
• با کمک فیوز می‌توان از آن محافظت کرد.
• ما می‌توانیم توان تحویلی به بار را کنترل کنیم.

معایب SCR

• فقط در یک جهت می‌تواند هدایت شود؛ بنابراین می‌تواند قدرت را فقط در طول نیم سیکل جریان متناوب کنترل کند.
• به دلیل dv/dt بالای ولتاژ منبع می‌تواند به طور تصادفی روشن شود.
• خاموش کردن SCR رسانا آسان نیست. برای خاموش کردن یک SCR رسانا باید از مدار‌های خاصی به نام مدار‌های کموتاسیون استفاده کنیم.
• SCR را نمی‌توان در فرکانس‌های بالا استفاده کرد. حداکثر فرکانس عملکرد آن ۴۰۰ هرتز است.
• جریان گیت نمی‌تواند منفی باشد.

کاربرد‌های SCR

• یکسو کننده‌های کنترل شده
• مبدل‌های DC به DC یا هلی کوپتر.
• مبدل یا اینورتر DC به AC.
• به عنوان سوئیچ استاتیک
• شارژر‌های باتری.
• کنترل سرعت موتور‌های DC و AC.
• دیمر لامپ، تنظیم کننده سرعت فن.
• تثبیت کننده‌های ولتاژ AC