Silicon-Controlled Switch (SCS): Design, Betrieb und erzwungene Kommutierung

Die Einbindung eines zusätzlichen externen Anschlusses in das klassische SCR-Ersatzschaltbild ergibt den Silicon-Controlled Switch (SCS). Der zusätzliche Anschluss, verbunden mit der Basis des oberen Transistors und dem Kollektor des unteren Transistors, gewährt einen zusätzlichen Steuergrad, insbesondere ermöglicht er erzwungene Kommutierung, wenn das Bauelement vor dem Unterschreiten des Haltestroms ausgeschaltet werden muss.

Der Silicon-Controlled Switch (SCS)

Wenn ein externes Signal den SCS in den Aus-Zustand treibt, spricht man von erzwungener Kommutierung. In der dargestellten Motor-Start/Stopp-Schaltung befindet sich der Motor im Anoden-Gate-Loop. Obwohl es kontraintuitiv erscheinen mag, muss der Anodenanschluss der Schaltpunkt sein; daher kann der Motor nicht in Reihe mit dem Anodenanschluss geschaltet werden.

SCS: Motor Start/Stopp Schaltung, Zwei-Transistor-Äquivalentdarstellung.

Das Drücken des „Ein“-Tasters vorwärts-biasiert die Basis-Emitter-Strecke des unteren Transistors über die Kathoden-Gate-zu-Kathode-Spannung, schaltet ihn ein. Gleichzeitig wird der obere Transistor zum Leiten vorbereitet, da ein Strompfad von seinem Emitter (der SCS-Anode) über Widerstand R2 zur positiven Versorgung existiert. Wie bei einem SCR halten sich beide Transistoren gegenseitig im Ein-Zustand. Der untere Transistor führt dann den Laststrom des Motors, was den Motorstart initiiiert. Der Motor kann durch Unterbrechen der Versorgung gestoppt werden (natürliche Kommutierung), aber der SCS bietet auch erzwungene Kommutierung: Das Kurzschließen von Anode zu Kathode entzieht dem oberen Transistor den Emitterstrom, stoppt den Basisstrom zum unteren Transistor. Wenn der untere Transistor ausschaltet, verliert der obere Transistor seinen Ein-Zustand, und der Motor stoppt. Der SCS bleibt aus, bis der „Ein“-Taster erneut gedrückt wird.

Kernaussagen

• Ein SCS ist im Wesentlichen ein SCR mit einem zusätzlichen Gate-Anschluss.
• Laststrom fließt über Anoden-Gate und Kathodenanschlüsse; Kathoden-Gate und Anode liefern Steuerung.
• Positiv Kathoden-Gate zu Kathode Spannung schaltet SCS ein; negative Anode-zu-Kathode Spannung oder Kurzschluss der beiden erzwingt Ausschalten.
• Positive Anode relativ zu Kathode aufrechterhalten für Verriegelung.

[^1] Für weiterführende Literatur zu erzwungenen Kommutierungstechniken verweisen Sie auf Standard-Halbleiterbauelement-Lehrbücher.