principii și circuite SCR

funcționare de bază și circuite de aplicații practice pentru SCRs.

un SCR (redresor controlat cu siliciu) este un comutator de alimentare cu curent continuu controlat de la putere medie până la mare. Acest articol explică funcționarea sa de bază și prezintă câteva modalități practice de utilizare a acestuia.

SCR de bază

FIGURA 1., Simboluri SCR Alternative (a) și circuit echivalent SCR (b).	figura 2. Mod de bază de a folosi un SCR ca un comutator DC.

Un SCR este un patru straturi PNPN silicon dispozitiv semiconductor. Are trei terminale externe (anod, poartă și catod) și utilizează simbolurile alternative din Figura 1(a) și are circuitul echivalent tranzistor din Figura 1(b). Figura 2 prezintă modul de bază de utilizare a SCR ca comutator DC, cu anodul pozitiv în raport cu catodul și SCR controlat prin poarta sa., Caracteristicile de bază ale SCR pot fi înțelese cu ajutorul acestor diagrame, după cum urmează:

1. când puterea este aplicată pentru prima dată SCR Prin închiderea S1 în Figura 2, SCR este „blocat” și acționează (între anod și catod) ca un comutator deschis. Această acțiune este implicată de figura 1 (b), adică curentul de bază al Q2 este derivat din colectorul Q1, iar curentul de bază al Q1 este derivat fie din colectorul Q2, fie din terminalul porții; în ultimul caz, nu este disponibil niciun curent de bază, astfel încât ambele tranzistoare sunt întrerupte și doar un mic curent de scurgere curge de la anod la catod.,
2. SCR poate fi pornit și făcut să acționeze ca un redresor de siliciu părtinitor înainte prin aplicarea pe scurt a curentului de poartă prin S2; SCR rapid (în câteva microsecunde) se auto-blochează în starea de pornire în această condiție și rămâne pornit chiar și atunci când unitatea de poartă este îndepărtată. Această acțiune este sugerat de Figura 1(b); inițiale curent de poartă se transformă T1, și Q1 curent de colector devine T2, și Q2 colector de curent atunci deține Q1 pe chiar și atunci când unitatea poarta este eliminat: o saturație’ potențial de 1V sau asa este generat între anod și catod sub condiție.,
3. doar un scurt impuls de curent poarta este necesar pentru a conduce SCR pe. Odată ce SCR s-a auto-blocat, acesta poate fi oprit din nou doar prin reducerea scurtă a curentului anodic sub o anumită valoare a „curentului minim de menținere” (de obicei, câțiva miliamperi); în aplicațiile AC, oprirea are loc automat la punctul de trecere zero în fiecare jumătate de ciclu.
4. câștig curent considerabil este disponibil între poarta și anodul SCR, și valori scăzute ale curentului poarta (de obicei câteva mA sau mai puțin) poate controla valori ridicate ale curentului anod (până la zeci de amperi)., Majoritatea SCR – urilor au evaluări anodice de sute de volți. Caracteristicile porții SCR sunt similare cu cele ale unei joncțiuni de bază-emițător de tranzistor [a se vedea Figura 1(b)].
5. Capacitate internă (câteva pF) există între anod SCR și poarta, și o tensiune în creștere brusc care apare pe anod poate provoca suficient semnal descoperire la poarta pentru a declanșa SCR pe. Acest „efect de rată” poate fi cauzat de tranzitorii liniei de aprovizionare etc. Rata-efect probleme pot fi depășite prin cablarea o rețea de netezire C-R între anod și catod, pentru a limita rata de creștere la o valoare sigură.,

circuite de comutare a puterii AC

Figura 3 prezintă un SCR utilizat într-o aplicație de comutare a puterii AC; valorile alternative ale componentelor sunt afișate pentru utilizarea cu surse de 240V sau (în paranteză) 120V AC. Semnalul liniei de curent alternativ este rectificat cu undă completă prin D1-D4 și aplicat anodului SCR prin sarcina lămpii LP1.

FIGURA 3. Circuit SCR complet pornit-oprit cu sarcină de alimentare DC.	figura 4., Circuit SCR complet pornit-oprit cu sarcină de alimentare cu curent alternativ.

Dacă S1 este deschis, SCR și lampa se stinge. Dacă S1 este închis, R1-R2 aplica poarta conduce la SCR, care se aprinde și se auto-oarba doar după începerea fiecărui ciclu de jumătate și apoi se stinge din nou în mod automat la sfârșitul jumătate-ciclu ca sa față de curent scade sub valoarea minimă de deținere de valoare. Acest proces se repetă în fiecare jumătate de ciclu, iar lampa funcționează astfel la putere maximă în această condiție.,

anodul SCR scade la aproximativ 1V când SCR este pornit, astfel încât S1 și R1-R2 consumă puțină putere medie. Rețineți că sarcina lămpii este afișată pe partea DC a redresorului podului, iar acest circuit este astfel prezentat pentru utilizarea cu sarcini DC; acesta poate fi modificat pentru utilizarea cu sarcini AC prin simpla plasare a sarcinii pe partea AC a podului, ca în Figura 4.,rețineți că SCR-urile pot fi utilizate, de asemenea, în diverse moduri, pentru a aplica Puterea variabilă de curent alternativ la diferite tipuri de sarcini, dar că aceste sarcini sunt de obicei cel mai bine efectuate de Triacuri, așa cum va fi descris într-un articol viitor; două tipuri speciale de circuite de control al puterii variabile SCR sunt, totuși, prezentate la sfârșitul prezentului articol.

circuite de alarmă clopot / buzzer

Figura 5. Circuit de alarmă SCR de bază.

figura 6. Multi-intrare non-blocare circuit de alarmă.,

figura 7. Multi-intrare auto-blocare alarma de panica.

O aplicație utilă a SCR este în curent continuu alimentat de „alarmă” circuite care folosesc auto-întreruperea sarcini, cum ar fi clopote sau sonerii; aceste sarcini cuprind un solenoid și un comutator serie, și să dea o acțiune în care solenoidul primele lăstari transmite prin intermediul comutator închis, și în acest sens, forțele comutatorul pentru a deschide, făcând astfel electromagnetice cădea înapoi și re-închide comutatorul, astfel repornirea acțiune, și așa mai departe.,figura 5 prezintă un astfel de circuit de alarmă; oferă în mod eficient o acțiune de conducere a sarcinii fără blocare, deoarece SCR se deblochează automat de fiecare dată când sarcina se întrerupe automat. Circuitul poate fi realizat pe deplin auto-blocare, dacă se dorește, de manevră sarcina cu rezistorul R3, așa cum se arată, deci, că SCR anod de curent să nu scadă sub SCR e minimă de deținere valoare ca sarcina auto-întrerupe.figurile 6 până la 14 arată o selecție de circuite de alarmă de acest tip. Toate acestea sunt proiectate în jurul tipului ieftin C106 SCR, care poate gestiona curenți de sarcină medie de până la 2.,5 amperi, are nevoie de un curent de poartă de mai puțin de 200mA, și are o minimă de deținere de curent’ valoare mai mică decât 3mA. Rețineți în toate cazurile că tensiunea de alimentare ar trebui să fie cu aproximativ 1,5 V mai mare decât tensiunea normală de funcționare a dispozitivului de alarmă utilizat, pentru a compensa pierderile de tensiune în SCR și că dioda D1 este utilizată pentru a umezi spatele alarmei-EMFs.

Figura 6 prezintă o simplă alarmă multi-intrare fără blocare, în care alarma se activează atunci când oricare dintre comutatoarele de intrare de la S1 la S3 sunt închise, dar nu mai funcționează de îndată ce comutatorul este eliberat.,

Figura 7 prezintă circuitul de mai sus convertit într-o alarmă de panică cu mai multe intrări cu auto-blocare prin cablarea comutatorului de resetare R3 plus închis normal S4 în paralel cu dispozitivul de alarmă. Odată ce acest circuit a fost blocat, acesta poate fi deblocat din nou (resetat) prin deschiderea scurtă a S4.figura 8 prezintă un sistem simplu de alarmă antiefracție, complet cu instalația de „panică”. Alarma poate fi activată prin deschiderea scurtă a comutatoarelor de alarmă antifurt de la S1 la S3 (care pot fi relee cu stuf sau microîntrerupătoare care sunt activate prin acțiunea deschiderii ușilor sau ferestrelor etc.).,), sau prin închiderea scurtă a oricăror comutatoare de „panică”. C1 acționează ca un supresor de zgomot care asigură că alarma se activează numai dacă comutatoarele S1-S3 sunt ținute deschise mai mult de o milisecundă, sporind astfel fiabilitatea circuitului. Circuitul consumă un curent tipic de așteptare de 0,5 mA (prin R1) de la o sursă de 6v.

FIGURA 8., Sistem simplu de alarmă antiefracție, cu instalație de panică.	figura 9. Circuit de alarmă antiefracție îmbunătățit.

standby curent de alarma antifurt circuit poate fi redusă la o simplă 1.4 d (la 6V) modificând-o după cum se arată în Figura 9, unde T1 și T2 sunt conectate ca un Darlington amplificator emitor comun care inversează și stimulează R1-derivat ‘hot’ semnal și apoi trece pe la poarta a SCR., Aici, C1 este folosit ca o componentă de întârziere a timpului care asigură că alarma se activează numai dacă comutatoarele S1 la S3 sunt ținute deschise mai mult de câteva secunde; valoarea C1 poate fi redusă foarte mult, dacă se dorește.

alarme de apă, lumină și căldură

circuitul de alarmă de bază condus de SCR poate fi utilizat pentru a indica prezența excesului de apă, lumină sau niveluri de temperatură prin conducerea porții SCR prin circuite de detectare adecvate; figurile 10 până la 14 arată circuite de alarmă de acest tip.,

alarma din Figura 10 „activată cu apă” utilizează Q1 pentru a activa SCR atunci când o rezistență mai mică de aproximativ 220K apare pe cele două sonde metalice. Funcționarea sa ca alarmă activată de apă se bazează pe faptul că impuritățile din apa normală (și multe alte lichide și vapori) o fac să acționeze ca un mediu conductiv cu o rezistență electrică moderată scăzută, ceea ce determină astfel activarea alarmei atunci când apa intră în contact cu ambele sonde simultan.,

FIGURE 10. Water-activated alarm.	FIGURE 11. Light-activated alarm.

C1 suppresses unwanted AC signal pick-up, and R2 limits Q1’s base current to a safe value., Prin reglarea adecvată a plasării celor două sonde metalice, acest circuit poate fi utilizat pentru a suna o alarmă atunci când apa se ridică deasupra unui nivel prestabilit într-o baie, rezervor sau Cisternă etc.

Figura 11 este un circuit „activat de lumină” care poate fi utilizat pentru a emite o alarmă atunci când lumina intră într-o zonă normal întunecată, cum ar fi un sertar sau un seif de perete etc., LDR și RV1 formă sensibil la lumină potențialul separator care are ieșire tamponat prin Q1 și alimentat la SCR poarta prin R1; această ieșire este redus în condiții de întuneric (LDR rezistența este mare), dar merge mai mare în condiții de luminozitate (LDR rezistența este scăzută), și, astfel, conduce SCR și alarmă; lumina-punctul de declanșare poate fi pre-setat prin intermediul RV1. Aproape orice Fotocelulă mică de sulfură de cadmiu poate fi utilizată în poziția LDR.alarmele activate de temperatură pot fi utilizate pentru a indica fie condiții de incendiu sau supraîncălzire, fie condiții de îngheț sau subîncălzire., Cifrele de la 12 la 14, sunt trei astfel de circuite; în fiecare dintre acestea, TH1 poate fi orice termistor NTC, care are o rezistență în intervalul 1k0 la 20k la temperatură de declanșare; pre-set oala RV1 are nevoie de o rezistență maximă valoare de aproximativ dublu față de TH1 sub această condiție de declanșare.

Figura 12 supra-alarmă de temperatură folosește R1-R2 și TH1-RV1 ca o punte Wheatstone, în care R1-R2 generează o jumătate fixă-aprovizionare „de referință” tensiune și TH1-RV1 generează o temperatură sensibil ‘variabil’ de tensiune, și T1 este utilizat ca o punte de echilibru detector și SCR poarta driver., RV1 este reglat astfel încât „de referință” și ‘variabil’ tensiuni sunt egale, la o temperatură sub cea necesară pentru declanșare valoare, și sub această condiție, T1 bază și emitor sunt la egal tensiuni și T1 și SCR sunt astfel tăiat.

FIGURA 12. Alarmă simplă de supra-temperatură.	figura 13. Simplu îngheț sau sub-temperatură de alarmă.,

atunci Când TH1 temperatura depășește acest „echilibru” valoare, TH1-RV1 tensiunea scade mai jos de ‘referință’ de valoare, astfel încât Q1 devine transmite-părtinitoare și conduce SCR, astfel semnale de alarmă. Punctul de declanșare precis poate fi presetat prin RV1.acțiunea circuitului poate fi inversată, astfel încât alarma să se aprindă atunci când temperatura scade sub un nivel prestabilit, prin simpla transpunere a pozițiilor TH1 și RV1 așa cum se arată în circuitul de alarmă de îngheț sau sub temperatură din Figura 13.,

figura 14. Alarmă de supra-temperatură de precizie.rețineți în aceste două circuite că, dacă TH1 și Q1 nu sunt montate în același mediu, punctele de declanșare precise sunt supuse unei ușoare variații cu modificări ale temperaturii Q1, datorită dependenței de temperatură a caracteristicilor joncțiunii sale de bază-emițător. Astfel, aceste circuite nu sunt adecvate pentru utilizarea în aplicații de precizie, cu excepția cazului în care Q1 și TH1 funcționează la temperaturi egale.,acest obstacol poate fi depășit prin utilizarea unui detector diferențial cu două tranzistori în locul Q1, așa cum se arată în figura 14 alarmă de temperatură, care poate fi făcută să acționeze ca o alarmă de temperatură sub precizie prin simpla transpunere a RV1 și TH1.

control variabil al puterii AC

toate circuitele SCR prezentate până acum dau o formă de pornire/oprire a controlului puterii. SCRs (și Triacuri) pot fi folosite pentru a da controlul puterii variabile în circuitele de curent alternativ în mai multe moduri., Unul dintre acestea este prin intermediul ‘de fază întârziată de comutare’ tehnica din Figura 15, în care puterea este alimentat la sarcină printr-o auto-blocare solid-state power switch care poate fi declanșată (prin intermediul unei variabile de fază întârziere de rețea și un trigger pulse generator) în orice moment, în fiecare jumătate de ciclu, și în mod automat decuplează din nou, la sfârșitul fiecărui ciclu de jumătate. Diagrama prezintă formele de undă ale tensiunii de încărcare care pot fi generate.

figura 15. Variabilă de fază-întârziere-comutare AC putere controler cu forme de undă.,

Astfel, dacă întrerupătorul este declanșat în apropiere de începerea fiecărui ciclu de jumătate (cu aproape de 0° întârziere de fază), medie tensiune este egală cu aproape întreaga valoare de aprovizionare, și sarcina consumă aproape-putere maximă; dacă este declanșat în apropiere de sfârșitul fiecărui ciclu de jumătate (cu aproape 180° întârziere de fază), medie tensiune este aproape zero, iar sarcina consumă energie minim; prin varierea declanșa semnalul de fază-întârziere între aceste extreme, de încărcare de alimentare poate fi variat între zero și maxim.,această formă de control al puterii variabile este foarte eficientă (de obicei 95%) și poate fi utilizată (printre altele) pentru a controla vitezele multor tipuri de motoare electrice, inclusiv cele ale burghiilor electrice și ale trenurilor model (vezi figurile 16 și 17).

un regulator de turație a burghiului

figura 16. Regulator Electric de viteză a burghiului.cele mai multe burghie electrice sunt alimentate de motoare electrice „universale” (AC/DC) înfășurate în serie., Aceste motoare generează un back-EMF proporțional cu turația motorului, iar tensiunea aplicată efectivă a motorului este astfel egală cu adevărata tensiune aplicată minus back-EMF; acest lucru conferă motorului un grad de autoreglare a vitezei, deoarece orice creștere a încărcării motorului tinde să reducă viteza și back-EMF, mărind astfel tensiunea aplicată efectivă și determinând creșterea vitezei motorului spre valoarea inițială și așa mai departe.viteza unui burghiu electric poate fi modificată electronic prin utilizarea tehnicii de „comutare cu întârziere de fază”., Figura 16 prezintă un circuit de reglare a vitezei variabile deosebit de eficient, dar simplu. Acesta utilizează un SCR ca element de control și feed-uri de jumătate de undă putere motor (aceasta cauzeaza o reducere de 20% din viteza maximă disponibilă/putere), dar în jumătate de-cicluri, back-EMF a motorului este simțit de către SCR și folosit pentru a da reglare automată a următoarei gating pulse, pentru a da automate de reglare a vitezei.rețeaua R1-RV1-D1 oferă doar 90° de reglare a fazei, astfel încât toate impulsurile motorului au durate minime de 90° și asigură un cuplu foarte mare., La viteze mici, circuitul trece într-un mod de „salt cu bicicleta” cu cuplu mare, în care impulsurile de putere sunt furnizate intermitent, pentru a se potrivi condițiilor de încărcare a motorului.figura 17 arată modul în care tehnica „comutării cu întârziere de fază” poate fi utilizată pentru a face un excelent controler de viteză model-tren de 12 volți, care permite ca viteza să fie variată fără probleme de la zero la maxim.

figura 17. Model de circuit de control al vitezei trenului cu protecție automată la scurtcircuit.curentul maxim de ieșire disponibil este 1.,5 amperi, dar unitatea include circuite de detectare și protecție la scurtcircuit care limitează automat curentul de ieșire la o valoare medie de numai 100mA dacă apare un scurtcircuit pe pistă. Circuitul funcționează după cum urmează.

tensiunea liniei de alimentare a circuitului este redusă prin T1 și rectificată cu undă completă (bridge) prin BR1, pentru a produce o sursă de curent continuu brută (nemetezată) care este alimentată la trenul model (prin șinele de cale) prin SCR conectat în serie și comutatorul de control al Direcției SW3.,

La începutul fiecărei prime DC jumătate-ciclu, SCR este oprit, deci DC tensiune este aplicat (prin R4 și ZD1) să unijunction tranzistor (marea britanie) Q1 și sale asociate C1-RV1 (etc.) circuitele de sincronizare și C1 începe să se încarce până când UJT se declanșează și declanșează SCR; pe măsură ce SCR se aprinde, se saturează, îndepărtând puterea de la Q1 (Care astfel se resetează) și alimentând restul semiciclului de putere la Modelul trenului prin R2//R3 (= R2 și R3 în paralel) și SW3.

acest proces de sincronizare / comutare se repetă în fiecare jumătate de ciclu DC brut (adică.,, de două ori frecvența liniei electrice), oferind o acțiune clasică de control al puterii declanșată de fază, care permite variația vitezei trenului pe o gamă largă prin RV1.

rețineți că curentul de ieșire al circuitului trece prin R2 / R3, care generează o tensiune de ieșire proporțională care este detectată și stocată prin D1-C2 și alimentată la baza Q2 prin R8-R9.acțiunea generală este de așa natură încât, datorită acțiunii de stocare a tensiunii C2, Q2 pornește și dezactivează rețeaua de sincronizare a UJT (împiedicând astfel arderea SCR) pentru mai multe jumătăți de cicluri dacă curentul de ieșire de vârf depășește 1,5 amperi.,

Astfel, dacă un scurt apare pe pista, jumătate-ciclu curent de ieșire este limitată la o valoare de vârf de câțiva amperi prin circuitul intern de rezistență, dar cu circuite de protecție asigură că SCR incendii doar o singură dată în (sa zicem) la fiecare 15 jumătate de cicluri, limitând astfel adică un curent de ieșire de la o simpla 100mA sau cam asa ceva.

rețineți că UJT prezentat aici este un tip TIS43 învechit și că, în practică, orice UJT TIS43 sau 2n2646 aproape echivalent poate fi utilizat în locul său.

Optocoupled Scr

FIGURA 18., Schița tipică (a) și caracteristicile (b) ale unui SCR optocuplat.

figura 19. Control de mare putere printr-un sclav SCR optocuplat.SCR-urile sunt dispozitive de comutare a puterii semiconductoare care (cum ar fi tranzistoarele) sunt în mod inerent fotosensibile. O optocoupled SCR este pur și simplu un SCR și un LED montat într-un singur pachet și configurat astfel încât SCR poarta lui actuală este controlată de LED-uri optice de ieșire, permițând astfel SCR să fie controlate de o telecomandă intrare curent electric complet izolat de SCR ieșire (de sarcină) circuite.,

Figura 18(a) prezinta tipic schiță a unei optocoupled SCR, care este montat într-un șase-pin DIL pachet, și Figura 18(b) listele tipic valorile parametrului a un astfel de dispozitiv, care are o medie de ieșire curent de sarcină de rating de doar 300mA dar are un val de evaluare curentă a 5A la o durată a impulsului de 100mS și un ciclu de 1%.SCR-urile Optocuplate sunt foarte ușor de utilizat; LED-ul de intrare este condus în modul unui LED normal, iar SCR este folosit ca un SCR normal cu putere redusă.,cea mai importantă aplicație a SCR OPTOCUPLATĂ este un dispozitiv „slave” care controlează curentul de poartă al unui SCR de mare putere, care poate activa o sarcină de orice putere dorită. Figura 19 prezintă un exemplu de acest tip de aplicație. NV