یکسو کننده کنترل شده سیلیکونی - بخش دوم

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: ‌

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

می‌دانیم که دیود جریان الکتریکی را در یک جهت می‌دهد و جریان الکتریکی را در جهت دیگر مسدود می‌کند. به عبارت دیگر، دیود جریان AC را به جریان DC تبدیل می‌کند. این رفتار منحصر به فرد دیود‌ها امکان ساخت انواع یکسو کننده‌ها مانند یکسو کننده‌های نیمه موج، تمام موج و پل را فراهم می‌کند. این یکسو کننده‌ها جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل می‌کنند.

حالت های عملکرد در SCR

بسته به بایاسینگ که به آن داده می شود، سه حالت کار برای یکسو کننده کنترل شده سیلیکونی (SCR) وجود دارد.

1) حالت مسدود کردن مستقیم (حالت خاموش)

2) حالت هدایت مستقیم (در حالت)

3) حالت مسدود کردن معکوس (حالت خاموش)

1) حالت مسدود کردن مستقیم (حالت خاموش)

در این حالت کار، ولتاژ مثبت (+) به آند A (+)، ولتاژ منفی (-) به کاتد K (-) داده می‌شود و گیت G مانند شکل زیر در مدار باز قرار می‌گیرد. در این مورد، اتصال J۱ و اتصال J۳ بایاس مستقیم هستند در حالی که اتصال J۲ بایاس معکوس می‌شود. به دلیل ولتاژ بایاس معکوس، عرض ناحیه تخلیه در محل اتصال J۲ افزایش می‌یابد. این منطقه تخلیه در اتصال J۲ به عنوان یک دیوار یا مانع بین اتصال J۱ و اتصال J۳ عمل می‌کند. این جریان بین اتصال J۱ و اتصال J۳ را مسدود می‌کند. بنابراین، اکثریت جریان بین اتصال J۱ و اتصال J۳ جریان ندارد. با این حال، مقدار کمی از جریان نشتی بین اتصال J۱ و اتصال J۳ جریان دارد.

هنگامی که ولتاژ اعمال شده به SCR به مقدار شکست می‌رسد، حامل‌های اقلیت انرژی بالا باعث خرابی بهمن می‌شوند. در این ولتاژ شکست، جریان شروع به عبور از SCR می‌کند. اما در زیر این ولتاژ شکست، SCR مقاومت بسیار بالایی در برابر جریان ارائه می‌دهد و بنابراین در حالت خاموش خواهد بود.

در این حالت عملکرد، SCR بایاس مستقیم است، اما هنوز در حال حاضر از طریق آن جریان دارد. از این رو به آن Forwarding Blocking Mode می‌گویند.

2) حالت هدایت مستقیم (در حالت)

یکسو کننده کنترل شده سیلیکون را می‌توان به دو روش انجام داد:

• با افزایش ولتاژ بایاس مستقیم اعمال شده بین آند و کاتد فراتر از ولتاژ شکست
• با اعمال ولتاژ مثبت در ترمینال گیت.

در حالت اول، ولتاژ بایاس مستقیم اعمال شده بین آند و کاتد فراتر از ولتاژ شکست افزایش می‌یابد، حامل‌های اقلیت (الکترون‌های آزاد در آند و حفره‌های کاتد) مقدار زیادی انرژی به دست می‌آورند 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 اتم‌های دیگر اتفاق می‌افتد. به همین دلیل میلیون‌ها حامل شارژ تولید می‌شود. در نتیجه تجزیه منطقه تخلیه در محل اتصال J۲ 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.

در حالت دوم، یک ولتاژ مثبت کوچک VG به ترمینال گیت اعمال می‌شود. همانطور که می‌دانیم، حالت مسدود کردن حمل و نقل، در حال حاضر به دلیل وجود منطقه تخلیه گسترده در اتصال J۲، در مدار جریان ندارد. این منطقه تخلیه به دلیل ترمینال دروازه بایاس معکوس تشکیل شد؛ بنابراین این مشکل را می‌توان با اعمال یک ولتاژ مثبت کوچک در ترمینال گیت به راحتی حل کرد. هنگامی که یک ولتاژ مثبت کوچک به ترمینال گیت اعمال شود، بایاس رو به جلو می‌شود؛ بنابراین عرض منطقه تخلیه در محل اتصال J۲ بسیار باریک می‌شود. تحت این شرایط، اعمال یک ولتاژ بایاس رو به جلو کوچک بین آند و کاتد کافی است تا جریان الکتریکی از این ناحیه تخلیه باریک نفوذ کند. بنابراین، جریان الکتریکی از مدار SCR شروع به جریان می‌کند.

در حالت دوم، نیازی به اعمال ولتاژ زیاد بین آند و کاتد نداریم. یک ولتاژ کوچک بین آند و کاتد و یک ولتاژ مثبت به ترمینال گیت کافی است تا SCR را از حالت مسدود کردن به حالت رسانا برساند.

در این حالت کار، SCR بایاس رو به جلو است و جریان از آن عبور می‌کند. از این رو، به عنوان حالت هدایت حمل و نقل نامگذاری شده است.

۳) حالت مسدود کردن معکوس (در حالت)

در این حالت کار، ولتاژ منفی (-) به آند (+)، ولتاژ مثبت (+) به کاتد (-) داده می‌شود و دروازه مانند شکل زیر در مدار باز قرار می‌گیرد. در این مورد، اتصال J۱ و اتصال J۳ بایاس معکوس هستند در حالی که اتصال J۲ بایاس رو به جلو می‌شود.

از آنجایی که اتصالات J۱ و اتصال J۳ 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 برای روشن کردن SCR کافی نیست؛ بنابراین SCR در حالت خاموش خواهد بود.

یکسو کننده پل کنترل شده

در هر مدار یکسو کننده پل، دیود‌های یکسو کننده (در این مثال، SCR‌های یکسو کننده) باید به صورت جفت مخالف هدایت شوند. SCR۱ و SCR۳ باید به طور همزمان شلیک شوند و SCR۲ و SCR۴ باید با هم به صورت جفت شلیک شوند. همانطور که متوجه شدید، این جفت SCR‌ها اتصالات کاتدی یکسانی ندارند، به این معنی که موازی کردن اتصالات دروازه مربوطه آن‌ها و اتصال یک منبع ولتاژ واحد برای فعال کردن هر دو کار نمی‌کند: (شکل زیر)

این استراتژی برای راه اندازی SCR۲ و SCR۴ به عنوان یک جفت کار نخواهد کرد.

اگرچه منبع ولتاژ راه‌انداز نشان‌داده‌شده SCR۴ را راه‌اندازی می‌کند، اما SCR۲ را به درستی راه‌اندازی نمی‌کند، زیرا این دو تریستور یک اتصال کاتدی مشترک برای ارجاع به ولتاژ راه‌انداز ندارند. ترانسفورماتور‌های پالسی که دو گیت تریستور را به یک منبع ولتاژ آغازگر مشترک متصل می‌کنند، کار خواهند کرد: (شکل زیر)

کوپلینگ ترانسفورماتور گیت‌ها باعث ایجاد SCR۲ و SCR۴ می‌شود.

به خاطر داشته باشید که این مدار فقط اتصالات گیت را برای دو مورد از چهار SCR نشان می‌دهد. ترانسفورماتور‌های پالس و منابع محرک برای SCR۱ و SCR۳، و همچنین جزئیات خود منابع پالس، به خاطر سادگی حذف شده اند.

یکسو کننده‌های پل کنترل شده به طرح‌های تک فاز محدود نمی‌شوند. در اکثر سیستم‌های کنترل صنعتی، برق متناوب به صورت سه فاز برای حداکثر کارایی در دسترس است و مدار‌های کنترل حالت جامد برای استفاده از آن ساخته می‌شوند. یک مدار یکسو کننده کنترل شده سه فاز که با SCR ساخته شده است، بدون ترانسفورماتور پالس یا مدار آغازگر نشان داده شده است، مانند شکل زیر است.

پل سه فاز SCR کنترل بار