실리콘 제어 정류기
실리콘 제어 정류기(SCR)
사이리스터라고도 알려진 SCR(실리콘 제어 정류기)은 고전력 전기 부품입니다. 작은 크기, 높은 효율성, 긴 서비스 수명이라는 장점이 있습니다. 자동 제어 시스템에서는 저전력 제어로 고전력 장치를 제어하는 고전력 드라이버로 사용할 수 있습니다. 이는 교류 및 DC 모터 속도 제어 시스템, 전력 조절 시스템 및 서보 시스템에 널리 사용되었습니다.
사이리스터에는 단방향 사이리스터와 양방향 사이리스터의 두 가지 유형이 있습니다. 3단자 양방향 사이리스터라고도 하는 양방향 사이리스터는 TRIAC으로 약칭됩니다. 양방향 사이리스터는 구조적으로 두 개의 단방향 사이리스터가 역으로 연결된 것과 동일하며 이러한 유형의 사이리스터는 양방향 전도 기능을 가지고 있습니다. 켜짐/꺼짐 상태는 제어 극 G에 의해 결정됩니다. 제어 극 G에 양(또는 음) 펄스를 추가하면 순방향(또는 역방향)으로 전도될 수 있습니다. 이 장치의 장점은 제어회로가 간단하고 역전압 내량 문제가 없어 특히 교류 비접촉식 스위치로 사용하기에 적합하다는 점이다.
1 SCR 구조
우리는 일반 사이리스터라고도 알려진 단방향 사이리스터를 사용하고 있습니다. 이는 3개의 PN 접합과 3개의 외부 전극을 갖춘 4개의 반도체 재료 층으로 구성됩니다[그림 2(a)]. P형 반도체의 첫 번째 층에서 나온 전극을 양극 A라고 하고, P형 반도체의 첫 번째 층에서 나온 전극을 양극 A라고 합니다. P형 반도체의 세 번째 층을 제어전극 G라 하고, N형 반도체의 네 번째 층에서 나오는 전극을 캐소드 K라고 한다. 사이리스터의 전자 기호에서 [그림. 2(b)]를 보면 다이오드와 같은 단방향 전도성 소자임을 알 수 있다. 핵심은 제어전극 G를 추가해 다이오드와 동작 특성을 완전히 다르게 만드는 것이다.
P1N1P2N2 4층 3단자 소자는 실리콘 단결정을 기본 재료로 1957년에 시작되었습니다. 진공 사이리스터와 유사한 특성으로 인해 국제적으로 일반적으로 실리콘 사이리스터로 불리며 사이리스터 T로 약칭됩니다. 원래는 정적 정류에 사용되었지만 사이리스터 SCR로 약칭되는 실리콘 제어 정류기 요소라고도 합니다.
성능 측면에서 실리콘 제어 정류기는 단일 전도성을 가질 뿐만 아니라 실리콘 정류기 구성 요소(일반적으로"죽은 실리콘"). 켜짐과 꺼짐의 두 가지 상태만 있습니다.
사이리스터는 밀리암페어 수준의 전류로 고전력 전기 기계 장비를 제어할 수 있습니다. 이 전력을 초과하면 통과하는 평균 전류가 부품 스위칭 손실의 상당한 증가로 인해 감소합니다. 이때 공칭 전류를 낮추어 사용해야 합니다.
사이리스터에는 낮은 전력으로 높은 전력을 제어하는 등 많은 장점이 있으며 전력 증폭 계수는 수십만 배에 달할 수 있습니다. 매우 빠른 응답, 마이크로초 내에 켜지고 꺼짐; 접촉 작동 없음, 스파크 없음, 소음 없음; 고효율, 저비용 등
사이리스터는 크게 외관에 따라 볼트형, 평판형, 평바닥형으로 분류됩니다.
사이리스터 부품의 구조
사이리스터의 외관에 관계없이 핵심은 P형 실리콘과 N형 실리콘으로 구성된 4층 P1N1P2N2 구조입니다. 그림 1을 참조하십시오. J1 구조의 P1 층에서 도입된 양극 A, N2 층에서 도입된 음극 K, P2 층에서 도입된 제어 전극 G를 포함하는 3개의 PN 접합(J1, J2, J3)이 있습니다. 따라서 4층 3단자 반도체 소자이다.
2 작동 원리
구조적 요소
사이리스터는 3개의 PN 접합이 있는 P1N1P2N2 4층 3단자 구조 요소입니다. 원리를 분석하면 PNP 트랜지스터와 NPN 트랜지스터로 구성되어 있다고 볼 수 있으며, 그 등가도를 오른쪽 그림에 나타내었다. 양방향 사이리스터: 양방향 사이리스터는 TRIAC이라고도 알려진 실리콘 제어 정류기 장치입니다. 이 장치는 회로의 교류 전원을 비접촉식으로 제어하여 작은 전류로 큰 전류를 제어할 수 있습니다. 스파크가 발생하지 않고, 빠른 동작, 긴 수명, 높은 신뢰성, 단순화된 회로 구조 등의 장점을 가지고 있습니다. 외관상 양방향 사이리스터는 세 개의 전극이 있는 일반 사이리스터와 매우 유사합니다. 그러나 여전히 제어 전극으로 불리는 하나의 전극 G를 제외하고, 나머지 두 전극은 일반적으로 더 이상 양극과 음극으로 불리지 않고, 주전극 T1과 T2로 통칭된다. 그 기호도 일반 사이리스터의 기호와 다르며 그림 2와 같이 두 개의 사이리스터를 서로 반대로 연결하여 그려집니다. 그 모델은 일반적으로 다음과 같이 표시됩니다."3CTS"또는"캔사스"중국에서; 외부 데이터도 '트라이액'으로 표현할 수 있다. 양방향 사이리스터의 사양, 모델, 외관, 전극핀 배열은 제조사에 따라 다르지만 대부분의 전극핀은 왼쪽에서 오른쪽으로 T1, T2, G의 순서로 배열되어 있다(관찰해보면 전극핀은 아래쪽을 향하고 문자가 표시된 쪽을 향함). 시장에서 가장 일반적인 플라스틱 캡슐화 구조의 양방향 사이리스터의 외관과 전극 핀 배열은 그림 1에 나와 있습니다.
3 SCR 특성
사이리스터의 작동 특성을 직관적으로 이해하기 위해 이 교육용 보드(그림 3)를 살펴보겠습니다. 사이리스터 VS는 소형 전구 EL과 직렬로 연결되고 스위치 S를 통해 DC 전원 공급 장치에 연결됩니다. 양극 A는 전원 공급 장치의 양극에 연결되고 음극 K는 전원의 음극에 연결됩니다. 공급 및 제어 전극 G는 버튼 스위치 SB를 통해 1.5V DC 전원 공급 장치의 양극에 연결됩니다. (여기서는 KP1 유형 사이리스터를 사용하고 KP5 유형 사이리스터를 사용하는 경우에는 1.5V DC 전원 공급 장치의 양극에 연결해야합니다. 3V DC 전원 공급 장치). 사이리스터와 전원 공급 장치 사이의 연결 방법을 순방향 연결이라고 하며 이는 사이리스터의 양극과 제어 극 모두에 양의 전압이 적용된다는 것을 의미합니다. 전원 스위치 S를 켜십시오. 그러나 작은 전구가 켜지지 않아 사이리스터가 작동하지 않음을 나타냅니다. 버튼 스위치 SB를 다시 누르면 제어 극에 트리거 전압이 입력됩니다. 사이리스터가 전도 중임을 나타내는 작은 전구가 켜집니다. 이 실증 실험은 우리에게 어떤 영감을 주었나요?
이 실험은 사이리스터를 전도성으로 만들기 위해 하나는 양극 A와 음극 K 사이에 순방향 전압을 적용하는 것이고, 다른 하나는 제어 전극 G와 음극 K 사이에 순방향 트리거 전압을 입력하는 것임을 알려줍니다. 사이리스터를 돌린 후 에, 버튼 스위치를 놓고 트리거 전압을 제거하고 여전히 전도 상태를 유지합니다.
SCR의 4가지 특징
터치 한 번으로. 그러나 양극이나 제어 전극에 역전압이 인가되면 사이리스터는 전도되지 않습니다. 제어 극의 기능은 순방향 트리거 펄스를 적용하여 사이리스터를 켜는 것이지만 끌 수는 없습니다. 그렇다면 전도성 사이리스터를 끄려면 어떤 방법을 사용할 수 있습니까? 전도성 사이리스터를 꺼서 양극 전원 공급 장치(그림 3의 스위치 S)를 분리하거나 양극 전류를 연속성을 유지하는 데 필요한 최소값(유지 전류라고 함)으로 줄일 수 있습니다. 사이리스터의 양극과 음극 사이에 교류 전압 또는 맥동 DC 전압이 가해지는 경우 전압이 0을 넘으면 사이리스터가 자동으로 꺼집니다.
애플리케이션 유형
그림 4는 양방향 사이리스터의 특성 곡선을 보여줍니다.
그림에서 볼 수 있듯이 양방향 사이리스터의 특성 곡선은 1사분면과 3사분면 내의 곡선으로 구성됩니다. 제1사분면의 곡선은 주전극에 인가된 전압으로 인해 Tc가 T1에 대해 양의 극성을 가지게 되는 경우를 순방향 전압이라고 하며 기호 U21로 표시함을 나타냅니다. 이 전압이 점차적으로 전환점 전압 UBO까지 증가하면 그림 3(b)의 왼쪽에 있는 사이리스터가 도통을 일으키고, 이때의 온 상태 전류는 I21로서 T2에서 T1로 흐른다. 그림에서 트리거 전류가 클수록 회전 전압이 낮아지는 것을 알 수 있습니다. 이 상황은 일반 사이리스터의 유도 전도 법칙과 일치합니다. 주전극에 인가된 전압으로 인해 T1이 T2를 향해 정극성을 가지게 되는 것을 역전압이라 하며 기호 U12로 나타낸다. 이 전압이 전환점 전압값에 도달하면 그림 3(b)의 오른쪽 사이리스터가 도통을 일으키고 이때의 전류는 T1에서 T2 방향으로 I12이다. 이 시점에서 양방향 사이리스터의 특성 곡선은 그림 4의 세 번째 사분면에 표시됩니다.
네 가지 트리거 방법
양방향 사이리스터의 주 전극에서는 순방향 또는 역방향 전압이 인가되는지 여부와 트리거 신호가 순방향인지 역방향인지에 관계없이 트리거되고 전도될 수 있기 때문에 다음과 같은 네 가지 트리거링 방법이 있습니다. 1) 주전극 T2에서 T1에 인가되는 전압이 순방향 전압인 경우, 제어 전극 G에서 제1 전극 T1에 인가되는 전압도 순방향 트리거 신호가 된다(그림 5a). 양방향 사이리스터가 전도를 트리거한 후 전류 I2l의 방향은 T2에서 T1으로 흐릅니다. 특성곡선을 보면 양방향 사이리스터 트리거의 전도법칙이 2사분면의 특성에 따라 이루어지는 것을 알 수 있으며, 트리거 신호가 순방향이기 때문에 이 트리거를 트리거라고 부른다."첫 번째 사분면 앞으로 트리거"또는 I+트리거 방법. (2) 순방향 전압이 여전히 주 전극 T2에 적용되고 트리거 신호가 역방향 신호로 변경되면(그림 5b), 양방향 사이리스터가 전도를 트리거한 후에도 온 상태 전류의 방향은 여전히 T2에서 T1. 우리는 이것을 트리거라고 부릅니다."첫 번째 사분면 음성 트리거"또는 I-트리거 방법. (3) 두 개의 주 전극에 역방향 전압 U12(그림 5c)가 적용되고 순방향 트리거 신호가 입력됩니다. 양방향 사이리스터가 턴온된 후, 온 상태 전류는 T1에서 T2로 흐른다. 양방향 사이리스터는 3사분면 특성 곡선에 따라 작동하므로 이 트리거를 III+트리거 방법이라고 합니다. (4) 두 개의 주 전극은 여전히 역방향 전압 U12를 적용하고 입력은 역방향 트리거 신호입니다(그림 5d). 양방향 사이리스터가 켜진 후에도 온 상태 전류는 여전히 T1에서 T2로 흐릅니다. 이 트리거를 III 터치라고 합니다.
(4) 두 개의 주 전극은 여전히 역방향 전압 U12를 적용하고 입력은 역방향 트리거 신호입니다(그림 5d). 양방향 사이리스터가 켜진 후에도 온 상태 전류는 여전히 T1에서 T2로 흐릅니다. 이 트리거를 III 트리거 방법이라고 합니다. 양방향 사이리스터에는 위의 네 가지 트리거링 방법이 있지만 네거티브 신호 트리거링에 필요한 트리거링 전압 및 전류는 상대적으로 작습니다. 작업은 상대적으로 신뢰성이 높기 때문에 실제 사용에서는 네거티브 트리거링 방법이 널리 사용됩니다.
5 목적
일반 사이리스터의 가장 기본적인 용도는 제어 가능한 정류입니다. 익숙한 다이오드 정류기 회로는 제어할 수 없는 정류기 회로에 속합니다. 다이오드를 사이리스터로 교체하면 제어 가능한 정류기 회로를 구성할 수 있습니다. 가장 간단한 단상 반파 제어 정류기 회로를 예로 들면, 정현파 교류 전압 U2의 양의 반주기 동안 VS의 제어 극이 트리거 펄스 Ug를 입력하지 않으면 VS는 여전히 전도할 수 없습니다. U2가 양의 반주기에 있고 트리거 펄스 Ug가 제어 극에 적용되는 경우에만 사이리스터가 트리거되어 전도됩니다. 파형 (c)와 (d)를 그리면 트리거 펄스 Ug가 도착할 때만 부하 RL에 전압 UL이 출력됩니다. Ug는 일찍 도착하고 사이리스터 전도 시간은 빠릅니다. 아그는 늦게 도착했고, 사이리스터 전도 시간도 늦었다. 트리거 펄스 Ug가 제어 극에 도달하는 시간을 변경하면 부하의 평균 출력 전압 UL을 조정할 수 있습니다. 전기 기술에서 교류의 반주기는 종종 전기각으로 알려진 180°로 설정됩니다. 이러한 방식으로, 0부터 트리거 펄스가 도달하는 순간까지 U2의 각 양의 반주기 동안 경험한 전기 각도를 제어 각도 α라고 합니다. 각 양의 반 주기 내에서 사이리스터가 전도하는 전기 각도를 전도 각도 θ라고 합니다. 분명히, α와 θ는 모두 순방향 전압을 견디는 반주기 동안 사이리스터의 전도 또는 차단 범위를 나타내는 데 사용됩니다. 제어 각도 α 또는 전도 각도 θ를 변경하면 부하의 펄스 DC 전압의 평균값 UL을 변경하여 제어 가능한 정류가 달성됩니다.
1: 저전력 플라스틱 캡슐화 양방향 실리콘 제어 정류기는 일반적으로 음향광학 조명 시스템으로 사용됩니다. 정격 전류: IA는 2A 미만입니다.
2: 크다; 중전력 플라스틱 밀봉 및 철 밀봉 사이리스터는 일반적으로 전력 유형 제어 가능 전압 조정 회로로 사용됩니다. 조정 가능한 전압 출력 DC 전원 공급 장치 등과 같습니다.
3: 고전력 고주파 사이리스터는 업계에서 일반적으로 사용됩니다. 고주파 용해로 등