SCR-piirit

SCR (Silicon Controlled Rectifier) on yksi tyristorityyppi, eli puolijohdekomponentti, jota käytetään pääasiassa korkeiden jännitteiden ja virtojen ohjaamiseen tehoelektroniikassa. Rakenteellisesti SCR koostuu neljästä vuorottelevasta p- ja n-tyypin materiaalikerroksesta (PNPN). Nämä muodostavat kolme siirtymävyöhykettä ja kolme terminaalia: anodi (A), josta virta tulee laitteeseen, katodi (K), josta virta poistuu, sekä hila (G), joka toimii ohjausterminaalina. Oletustilassaan SCR ei johda virtaa, vaikka anodin ja katodin välillä oleva jännite ylittäisikin kynnysjännitteen. Se alkaa johtamaan, kun hilaan syötetään pieni virta, ja se jatkaa johtamista, kunnes virta laskee tietyn kynnyksen (pitovirran) alapuolelle. Estojännitteellä voidaan tehostaa johtavuuden katkaisua, mutta ei yksin lakkaa tyristoria johtamasta.

Laitetta voidaan käyttää useissa erillisissä tiloissa, jotka määrittelevät, miten se johtaa virtaa. Myötäsuuntaisessa estotilassa anodille syötetään positiivinen jännite katodiin nähden, mutta laite ei johda, koska hilasignaali joko puuttuu tai se ei ole riittävän korkea. Estosuuntaisessa estotilassa katodille syötetään negatiivinen jännite, joka estää laitetta johtamasta virtaa estosuuntaan. Kun hilalle syötetään riittävän suuri signaali laitteen ollessa myötäsuuntaisessa estotilassa, SCR siirtyy myötäsuuntaiseen johtamistilaan ja sallii virran johtumisen anodilta katodiin sekä pysyy tässä tilassa, kunnes virta laskee pitokynnyksen alapuolelle.

Useat keskeiset sähköiset parametrit määrittelevät tyristorin käyttäytymisen ja suorituskyvyn. Hilan laukaisuvirran (IGT) ja hilan laukaisujännitteen (VGT) on oltava tiettyjä vähimmäisarvoja korkeammat ennen kuin laite alkaa johtamaan. Kun laite johtaa virtaa, minimi johtavuustilavirta (IL) edustaa minimivirtaa, joka tarvitaan laitteen pitämiseksi johtavassa tilassa laukaisun jälkeen. Pitovirta (IH) vuorostaan on minimivirta, joka tarvitaan johtavuuden ylläpitämiseksi – jos virta laskee tämän kynnyksen alapuolelle, SCR lakkaa johtamasta. Sammutusaika (TOFF) viittaa siihen, kuinka kauan hilasignaalin poistamisesta ja virran laskemisesta pitokynnyksen alapuolelle kestää siihen, että laite lakkaa johtamasta. Yksi tärkeä tekijä luotettavan toiminnan kannalta on jännitteen kriittinen nousunopeus (dv/dt) silloin, kun laite ei johda. Jos laitteen ylitse vaikuttava jännite nousee liian nopeasti sen ollessa ei-johtavassa tilassa, se voi vahingossa laukaista laitteen johtamaan ilman hilasignaalia.

Kun tyristoria valitaan haluttuun sovellukseen, on otettava huomioon useita keskeisiä tekijöitä. Estosuuntainen läpilyöntijännite määrittää suurimman jännitteen, jonka SCR voi estää ollessaan ei-johtavassa tilassa, kun taas estojänniteluokitus on erityisen tärkeä, jos tyristoria käytetään piireissä, joissa jännitteen polariteetti voi muuttua. Myös pitovirtaan, hilan liipaisuvaatimuksiin ja lämmönhallintaan on kiinnitettävä riittävästi huomiota. Kuten kaikki korkeatehoiset puolijohdekomponentit, myös tyristorit tuottavat lämpöä käytön aikana ja saattavat vaatia riittävän suuren jäähdytyselementin ylikuumenemisen ja rikkoutumisen välttämiseksi. SCR-tyristorit tarjoavat luotettavan ja kestävän ratkaisun käyttäjille, jotka haluavat ohjata raskaita kuormia tai muuntaa vaihtovirtaa tasavirraksi tarkasti. Ne ovat osoittautuneet tehokkaiksi lukuisissa teollisissa ja kaupallisissa sovelluksissa.