Was ist SCR:Alles, was Sie wissen müssen

Wir alle haben schon einmal von einem Thyristor gehört, aber was ist mit dem beliebtesten Typ? Ein SCR, was für Silicon Control Rectifier steht, fungiert als Schalter und bietet gleichzeitig viele weitere Vorteile. Es bietet nicht nur AC-DC-Wandlungsfähigkeiten, sondern zeigt auch die Fähigkeit, die Leistung zu steuern. Diese bieten auch ein breites Anwendungsspektrum für Schaltungen und bieten mehr Kontrolle.

Das Verständnis eines SCR und seiner Funktionsweise kann recht komplex erscheinen. Also lasst uns anfangen! In diesem Artikel weisen wir Sie in die richtige Richtung, um mehr über dieses Gerät zu erfahren.

Was ist SCR

SCR (Silicon Control Rectifier) ​​ist ein spezieller Thyristor mit EIN-AUS-Schaltfähigkeiten durch Vorspannungsbedingungen oder Gate-Eingangssteuerung. Sein Symbol sieht identisch mit einer Diode aus. Wie der Name schon sagt, besteht es aus Silizium, das die Leistung steuert und Wechselspannung in Gleichspannung umwandelt. Darüber hinaus sieht SCR mehr Implementierungen als andere Thyristortypen, einschließlich TRIAC, SCS und DIAC. Diese integrieren sich in einen Wechselstromkreis.

(Das Symbol eines SCR. Quelle:Tosaka/Wikimedia Commons)

Im Allgemeinen besteht der vierschichtige PNPN-SCR-Halbleiter aus drei Übergängen (J1, J2 und J3). Sie finden J1 zwischen der ersten P- und N-Schicht, J2 zwischen der N- und Player-Schicht und schließlich J3 zwischen der letzten P- und N-Schicht. Drei Anschlüsse sichern die Anode (positive Elektrode auf der oberen P-Schicht), die Kathode (auf der N-Schicht) und das Gate. Außerdem dient der Eingang als Steuerterminal des SCR. Sowohl die äußeren P- als auch die N-Schichten werden stark dotiert, während die mittleren P- und N-Schichten einer leichten Dotierung unterzogen werden. Dann wird der Gate-Anschluss an der zentralen P-Schicht angebracht. Strom kann durch dieses unidirektionale Gerät in eine Richtung fließen und in die entgegengesetzte Richtung eindringen.

Darüber hinaus zeichnet sich dieses Gerät durch hohe Betriebsgeschwindigkeiten, Langlebigkeit, hohe Spannung, Strombelastbarkeit und Leistungsverstärkung aus.

So funktioniert SCR

Siliziumgesteuerte Gleichrichter arbeiten auf die gleiche Weise wie eine Diode:Sie blockieren den Rückstrom und leiten den Vorwärtsstrom. Es hält auch hohen Spannungen stand. Darüber hinaus enthält diese Vorrichtung ein Gate, um positiven Vorwärtsstrom durch den Anodenanschluss (A) zu leiten. Das Anlegen eines kurzen Steuerimpulses an das Gate bewirkt, dass der SCR zwischen dem Brückenpfad (Anode zu Kathode) leitend wird. In diesem Fall fließt Anodenstrom durch ihn, bis der Wert Null erreicht, wodurch der SCR zum Abschalten gezwungen wird. Dann muss das Gate einen weiteren Spannungssteuerimpuls empfangen, um es wieder leitend zu machen. Andernfalls wird nach dem Leiten keine weitere Gate-Spannung benötigt.

Ein SCR arbeitet auch in drei Modi:Vorwärtsblockieren des Weges, Vorwärtsleitungsmodus und Rückwärtsblockieren. Die Nennspannung bleibt jedoch für Ein- und Änderungssperrmethoden gleich.

Das Auslösen des SCR zum Einschalten erfolgt auf unterschiedliche Weise. Dazu gehören Spannungstriggerung, thermische Triggerung, Lichttriggerung und DV/DT-Triggerung.

Spannungsauslösung

(Das Anlegen von Spannung bewirkt, dass der SCR aktiviert wird)

Die erste, Spannungstriggerung, beinhaltet das Anlegen einer Spannung, die höher als der Maximalpunkt ist, wodurch sich das Terminal-Gate öffnet. Die Implementierung dieses Ansatzes könnte jedoch zu dauerhaften Schäden am Gerät führen. Das liegt daran, dass ein SCR die hohen Werte der Spannung steuert, die nicht funktionieren, während das Gate offen bleibt.

Thermische Auslösung

Die thermische Auslösung bewirkt auch, dass das Gerät leitet, wenn seine Temperatur ansteigt. Tatsächlich vergrößern sich die Loch- und Elektronenpaare. Infolgedessen steigt der regenerative Strom und zwingt den SCR zur Aktivierung. Diese Auslösetechnik könnte jedoch ein thermisches Durchgehen verursachen.

Lichtauslösung

Bei der Lichtauslösung hingegen wird Licht auf die Oberfläche des SCR gestrahlt, wodurch sich die Elektron-Loch-Paare vermehren. Dadurch wird die Aktivierung des Geräts erzwungen.

DV/DT-Triggerung

Eine hohe Spannungsrate zwischen Anode und Kathode schaltet den SCR ebenfalls ein. Der schnelle Stromanstieg könnte jedoch das Gerät beschädigen. Daher empfehlen wir, Schutz für diesen Ansatz zu implementieren.

SCR-Anwendungen

SCR als Schalter

(Widerstände schützen die Dioden eines Wechselstrom-Unterbrecherkreises)

Diese Anwendung beinhaltet die Verwendung von zwei SCRs, die einen Schaltkreis erzeugen und unterbrechen. Die AC-Eingangsspannung verteilt regulierende Triggerimpulse an die Gates der SCRs. Zwei Widerstände schützen beide Dioden, während ein an das Gate angelegter Widerstand den Strom reduziert. Der Stromkreis beginnt im geschlossenen Zustand des Schalters. Dann SCR₁ löst aufgrund seines in Vorwärtsrichtung vorgespannten Zustands während der positiven Halbwelle aus. Wenn der aktuelle Wert Null erreicht, wird das Gerät deaktiviert. Danach passiert SCR₂ zündet wegen der umgekehrten Spannungspolarität und erhält den richtigen Strom. Durch das Öffnen des Schalters wird der Stromkreis unterbrochen. Tatsächlich empfangen die SCRs keine Triggerimpulse mehr, während der Strom auf Null gesetzt wird.

Daher kann ein herkömmlicher Schalter die mA eines Gate-Stroms handhaben, was bedeutet, dass er den Laststrom aktivieren/deaktivieren kann.

Überspannungsschutz

(Ein SCR kann einen Überspannungsschutz in einem Stromkreis bieten.)

Aufgrund seiner schnellen Schaltfähigkeit schützt ein SCR andere elektronische Komponenten vor Überspannung. Diese müssen parallel zum elektrischen Verbraucher geschaltet werden. Wenn eine Überspannung auftritt, wird das Gate des SCR aktiviert. Dann zieht es Strom aus den Stromquellen, wodurch die Spannung der elektrischen Last gesenkt wird. Die Implementierung von zwei SCRs liefert die besten Ergebnisse für dieses Szenario. Der erste konzentriert sich auf die positive Halbwelle, während sich der andere auf die negative Halbwelle konzentriert. Ein Widerstand senkt den Kurzschlussstrom während der Auslösevorgänge beider Thyristoren. Das Anschließen einer Zenerdiode in Reihe mit jedem Widerstand bildet eine Schaltung, die Hochspannung erkennen kann.

Impulsschaltungen

(Eine elektronische Zündung verwendet einen SCR.)

Ein SCR bietet auch Anwendungen für Spannungs- und Stromimpulse mit hoher Wellenform in einer Schaltung. Ein Kondensator lädt sich während der positiven Halbwelle der Hauptversorgung auf. Von dort schaltet der SCR über die negative Halbwelle EIN. Der SCR schaltet AUS, wenn sich der Kondensator entlädt und der Durchlassstrom Null erreicht. Danach wird der EIN-Vorgang wiederholt, wodurch die Ausgangsimpulsfrequenz mit der Frequenz der Versorgung übereinstimmt.

Verschiedene Arten von SCRs

Diskreter Kunststoff: Der diskrete Kunststoff-SCR-Typ enthält drei Stifte, die an einer Halbleiter-Kunststoffabdeckung angebracht sind. Darüber hinaus sind diese auf einer Leiterplatte integriert und von 25 A bis 1000 V erhältlich.

Gestütsbasis: Einfach anzubringen, Diese Einheit besteht aus einem verschraubten Sockel und bietet einen geringen thermischen Widerstand. Darüber hinaus unterstützt das Bolzenbasisgerät 5 bis 150 A Strom bei voller Spannung.

Kunststoffmodul: Dieser besteht aus mehr als einem Gerät und bietet dabei die gleichen Eigenschaften wie der diskrete Kunststoff. Es kann bis zu 100 A verarbeiten und mit einem verschraubten Kühlkörper an einer Leiterplatte befestigt werden.

Pressepaket: Diese Presspack-SCRs sind zusammen mit den Elektroden in einer Keramik eingeschlossen, um die Anode und die Kathode zu trennen. Sie bieten auch Unterstützung für 200 A oder mehr und Anwendungen, die über 1200 V erfordern.

Flache Basis: Eine flache Basis ist mit einer Isolierung ausgestattet, die sie vor dem Kühlkörper schützt. Mit ähnlichen Eigenschaften wie der Bolzensockel kann dieser Strommessungen von 10 bis 400 A bewältigen.

Betriebsmodi in SCR

Forward-Blocking-Modus:

Der SCR arbeitet im Vorwärtssperrmodus, wenn seine Anode eine positive Spannung und die Kathode eine negative Spannung empfängt. Dies zwingt einen kleinen Vorwärtsleckstrom, durch das Gerät zu fließen.

Vorwärtsleitungsmodus:

Im Vorwärtsleitungsmodus schaltet der SCR ein, wodurch er Strom von der Anode zur Kathode leitet. Dies geschieht durch Anlegen einer Spannung an das Gate oder Überschreiten der Durchbruchspannung.

Rückwärtssperrmodus:

Das Anlegen einer positiven Spannung an die Kathode und eine negative Spannung an die Anode versetzt den SCR in den rückwärts sperrenden Modus. Tatsächlich schalten die Übergänge J1 und J3 auf Rückwärtsvorspannung um, während J2 auf Vorwärtsvorspannung schaltet, wodurch ein Stromfluss durch den SCR verhindert wird.

SCR-Schaltplan

(Schaltplan eines SCR-Lichtdimmers. Quelle:Cadmium/Wiki media commons)

So testen Sie SCR

(Verwenden Sie ein Multimeter, um den SCR zu testen)

Ein SCR-Testansatz beinhaltet die Verwendung eines Multimeters, ein effektiver Prozess. Zunächst müssen Sie den Schalter des Multimeters auf hochohmig stellen. Verbinden Sie dann den positiven Draht des Multimeters mit dem Anodengate des SCR und den negativen Draht mit der Kathode. Nach diesem Schritt zeigt das Multimeter einen offenen Stromkreis an. Wenn Sie die Verbindungen umschalten, wird auch ein verfügbarer Kurs angezeigt.

Schließen Sie als nächstes die Gate-Anschlüsse und die Anode des SCR an das positive Ende des Multimeters an. Danach müssen Sie die Kathode des SCR mit dem gegenüberliegenden Ende verbinden. Dies führt dazu, dass das Multimeter einen niedrigen Widerstandswert anzeigt, was bedeutet, dass der SCR-Schalter auf ON steht. Durch Entfernen des Gate-Anschlusses der Anode wird die gleiche Aufgabe ausgegeben, die eine Verriegelungsform darstellt. Positive Testergebnisse bedeuten, dass der SCR eine qualitativ hochwertige Leistung erbringt.

Zusammenfassung

Schließlich beherbergt ein SCR praktische Anwendungen für einfache Schaltungen. Nicht nur das, es kann auch Komponenten vor Überspannung schützen. Es fungiert auch als Gleichrichter, der Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt und gleichzeitig die Leistung steuert. Das allein macht dieses Gerät zu einer Notwendigkeit. Darüber hinaus gibt es einige Arten, die ihren Zweck mit vorteilhaften Eigenschaften erfüllen. Schließlich arbeitet ein SCR in drei verschiedenen Modi, was ihn zu einem komplexen Gerät macht. Es erfordert eine angelegte Spannung, um Schaltfähigkeiten bereitzustellen.

Haben Sie Fragen zu einem Silizium-Steuergleichrichter? Sprechen Sie uns gerne an!