Фигура 1: SCR символ и неговите терминали
Символът с контролиран от силиций (SCR) наподобява символ на диод, но включва допълнителен терминал на портата.Този дизайн подчертава способността на SCR да позволи на тока да тече в една посока - от анода (а) до катода (k) - като същевременно го блокира в обратна посока.Трите ключови терминала са:
Анод (А): Терминалът, където токът влиза, когато SCR е пристрастен напред.
Катод (K): Терминалът, където токът излиза.
GATE (G): Контролният терминал, който задейства SCR.
Символът SCR се използва и за тиристори, които имат подобни характеристики на превключване.Правилните методи за подразбиране и контрол зависят от разбирането на символа.Това основополагащо знание е от съществено значение преди да се проучи изграждането и работата на устройството, което позволява ефективно използване в различни електрически вериги.
Силиконовият контролиран токоизправител (SCR) е четирислойно полупроводниково устройство, което редува P-тип и N-тип материали, образувайки три кръстовища: J1, J2 и J3.Нека разградим подробно строителството и работата му.
Външни слоеве: Външните P и N слоеве са силно легирани с примеси за увеличаване на електрическата си проводимост и намаляване на устойчивостта.Този тежък допинг позволява на тези слоеве ефективно да провеждат високи течения, подобрявайки работата на SCR при управление на големи натоварвания на мощност.
Средни слоеве: Вътрешните P и N слоевете са леко легирани, което означава, че имат по -малко примеси.Този лек допинг е от решаващо значение за контролиране на потока на тока, тъй като дава възможност за образуване на региони за изчерпване - ареи в полупроводника, където носителите на мобилни заряди отсъстват.Тези региони за изчерпване са ключови за контролирането на потока на тока, което позволява на SCR да функционира като прецизен превключвател.
Фигура 2: P и N слой от SCR
Терминал на портата: терминалът на портата се свързва към средния P-слой.Прилагането на малък ток към портата задейства SCR, което позволява по -голям ток да тече от анода към катода.След като се задейства, SCR остава включен, дори ако токът на портата е отстранен, при условие че има достатъчно напрежение между анода и катода.
Аноден терминал: Анодният терминал се свързва към външния P-слой и служи като входна точка за основния ток.За да проведе SCR, анодът трябва да бъде с по -висок потенциал от катода, а портата трябва да получи задействащ ток.В състоянието на проводящото състояние токът тече от анода през SCR към катода.
Катоден терминал: Катодният терминал се свързва с външния N-слой и действа като изходна точка за тока.Когато SCR се провежда, катодът осигурява ток потоци в правилната посока, от анода до катода.
Фигура 3: терминалът на портата, анода и катод
Силицийът е предпочитан пред германий за строителство на SCR поради няколко предимства:
По -нисък ток на изтичане: Силиций има по -ниска присъща концентрация на носител, което води до намалени течения на изтичане.Това е от съществено значение за поддържане на ефективността и надеждността, особено в средата с висока температура.
По-висока термична стабилност: Силицийът може да работи при по-високи температури от германий, което го прави по-подходящ за приложения с висока мощност, където се генерира значителна топлина.
По -добри електрически характеристики: С по -широка лента (1,1 eV за силиций срещу 0,66 eV за германий), Silicon предлага по -добри електрически характеристики, като по -високи напрежения на разрушаване и по -стабилна работа при различни условия.
Наличност и цена: Силицийът е по -изобилен и по -евтин за обработка от германий.Добре установената силиконова индустрия позволява рентабилни и мащабируеми производствени процеси.
Фигура 4: Силиций
Какво ще кажете за германий?
Germanium има няколко недостатъка в сравнение със силиций, което го прави по -малко подходящ за много приложения.Germanium не може да издържи високите температури толкова ефективно като силиций.Това ограничава използването му в приложения с висока мощност, където се генерира значителна топлина.След това германиумът има по -висока вътрешна концентрация на носител, което води до по -високи токове на изтичане.Това увеличава загубата на мощност и намалява ефективността, особено при условия на висока температура.В допълнение към това, германецът е използван в първите дни на полупроводниковите устройства.Ограниченията му в топлинната стабилност и тока на изтичане доведоха до широкото приемане на силиций.Превъзходните свойства на силиций го направиха предпочитания материал за повечето полупроводникови приложения.
Фигура 5: Германий
Планарната конструкция е най -подходяща за устройства, които се справят с по -ниски нива на мощност, като същевременно осигуряват висока производителност и надеждност.
В равнинната конструкция полупроводниковият материал, обикновено силиций, претърпява дифузионни процеси, при които се въвеждат примеси (допанти), за да образуват P-тип и N-тип региони.Тези допанти са дифузирани в една, плоска равнина, което води до равномерно и контролирано образуване на кръстовища.
Предимствата на равнинната конструкция включват създаване на равномерно електрическо поле през кръстовищата, което намалява потенциалните V ariat йони и електрическия шум, като по този начин подобрява производителността и надеждността на устройството.Тъй като всички кръстовища се формират в една равнина, производственият процес се оптимизира, опростявайки етапите на фотолитографията и ецването.Това не само намалява сложността и разходите, но също така подобрява скоростта на добив, като улеснява последователното управление и възпроизвеждане на необходимите структури.
Фигура 6: Планарен SCR процес
MESA SCR са изградени за среди с висока мощност и обикновено се използват в промишлени приложения като двигателно управление и преобразуване на мощността.
J2 кръстовището, вторият P-N кръстовище в SCR, се създава с помощта на дифузия, където допантните атоми се въвеждат в силиконовата вафла, за да се образуват необходимите P-тип и N-тип региони.Този процес позволява прецизен контрол върху свойствата на кръстовището.Външните P и N слоеве се образуват чрез легиращ процес, при който материал с желаните допанти се разтопява върху силиконовата вафла, създавайки здрав и издръжлив слой.
Предимствата на конструкцията на MESA включват способността му да управлява високи токове и напрежения, без да се влошава, благодарение на здравите кръстовища, образувани чрез дифузия и легиране.Силният и траен дизайн повишава способността на SCR да се справи ефективно с големи течения, което го прави надежден за приложения с висока мощност.Освен това, той е подходящ за различни приложения с висока мощност, осигурявайки универсален избор за различни индустрии.
Фигура 7: MESA SCR процес
Външното изграждане на SCRS се фокусира върху издръжливостта, ефективното управление на топлината и лекотата на интеграция в електрониката на мощността.Анодният терминал, обикновено по -голям терминал или раздел, е проектиран да обработва високи токове и е свързан към положителната страна на захранването.Катодният терминал, свързан към отрицателната страна на захранването или натоварването, също е предназначен за обработка с висок ток и е маркиран.Терминалът на портата, използван за задействане на SCR в проводимост, обикновено е по -малък и изисква внимателно обработка, за да се избегне повреда от прекомерен ток или напрежение.
Предимствата на SCR в външното строителство включват тяхната пригодност за промишлени приложения като двигателни контроли, захранвания и големи токоизправители, където те управляват нивата на мощност извън много други полупроводникови устройства.Ниският им спад на напрежението на държавата свежда до минимум разсейването на мощността, което ги прави идеални за енергийно ефективни приложения.Простият механизъм за задействане през терминала на портата позволява лесна интеграция в контролните вериги и системи.Освен това, тяхната широко разпространена наличност и зрели производствени процеси допринасят за тяхната ефективност на разходите.
В обобщение, когато се използват тези различни видове SCR структури, подходящата SCR структура може да бъде избрана за различни ситуации.
Планарна конструкция: Идеален за приложения с ниска мощност.Необходимо е във вериги, които изискват намаляване на електрическия шум и последователни характеристики.
Строителство на MESA: За приложения с висока мощност обърнете внимание на нуждите на топлинното разсейване и стабилните изисквания за проектиране.Уверете се, че SCR може да се справи с очаквания ток и нива на напрежение, без да прегрява.
Външна конструкция: Работете внимателно на терминалите, особено терминала на портата.Уверете се, че връзките са сигурни и проектирани да управляват ефективно високите токови потоци.
Фигура 8: Външен процес на строителство
Четири слоевата структура на SCR образува NPNP или PNPN конфигурация, създавайки регенеративен цикъл за обратна връзка, след като се задейства, което поддържа проводимост, докато токът не падне под определен праг.За да задейства SCR, нанесете малък ток към терминала на портата, инициирайки разпадането на J2 възел и позволявайки ток да тече от анода към катода.Ефективното управление на топлината е важно за SCR с висока мощност и използването на конструкция на пресата със здрава връзка с радиатор гарантира ефективно разсейване на топлината, предотвратявайки термичното бягство и подобрява дълголетието на устройството.
Фигура 9: NPN и PNP
Силиконовият контролиран токоизправител (SCR) работи в три първични режима: блокиране напред, проводимост напред и блокиране на обратното.
В режим на блокиране напред анодът е положителен спрямо катода, а терминалът на портата е оставен отворен.В това състояние само малък ток на изтичане преминава през SCR, поддържайки високо съпротивление и предотвратявайки значителен поток на тока.SCR се държи като отворен превключвател, блокирайки тока, докато приложеното напрежение не надвиши напрежението му за прекъсване.
Фигура 10: Поток през SCR
В режим на проводимост напред SCR провежда и работи в държавата ON.Този режим може да бъде постигнат чрез увеличаване на напрежението на отклонение отпред отвъд напрежението на разрушаване или прилагане на положително напрежение към терминала на портата.Увеличаването на напрежението на отклонение напред кара кръстовището да претърпи разрушаване на лавината, което позволява да тече значителен ток.За приложенията с ниско напрежение прилагането на положително напрежение на портата е по-практично, иницииращо проводимост, като се прави SCR напред.След като SCR започне да провежда, той остава в това състояние, стига токът да надвиши задържащия ток (IL).Ако токът падне под това ниво, SCR се връща в състоянието на блокиране.
Фигура 11: SCR проводимост
В режим на обратното блокиране катодът е положителен спрямо анода.Тази конфигурация позволява само малък ток на изтичане през SCR, който е недостатъчен, за да го включи.SCR поддържа състояние с висок импеданс и действа като отворен превключвател.Ако обратното напрежение надвишава напрежението на разрушаване (VBR), SCR претърпява срив на лавината, като значително увеличава обратния ток и потенциално уврежда устройството.
Фигура 12;SCR режим на обратното блокиране
Силиконовите контролирани токоизправители (SCRs) се предлагат в различни видове и пакети, всеки пригоден за специфични приложения въз основа на обработката на ток и напрежение, термично управление и опции за монтаж.
Дискретните пластмасови пакети разполагат с три пина, простиращи се от полупроводник на пластмаса.Тези икономични равнинни SCR обикновено поддържат до 25а и 1000V.Те са проектирани за лесна интеграция в вериги с множество компоненти.По време на инсталирането осигурете правилното подравняване на щифтовете и закрепете запояване на PCB, за да поддържате надеждни електрически връзки и термична стабилност.Тези SCR са идеални за приложения с ниска до средна мощност, където компактният размер и ефективността на разходите са от съществено значение.
Пластмасовите модули съдържат множество устройства в рамките на един модул, поддържащи токове до 100A.Тези модули подобряват интеграцията на веригата и могат да бъдат закрепени директно към радиаторни мивки за подобрено термично управление.Когато се монтира, нанесете равномерен слой от термично съединение между модула и радиатора, за да подобрите разсейването на топлината.Тези модули са подходящи за приложения със средна до висока мощност, където пространството и топлинната ефективност са от решаващо значение.
Базата на родословието SCRS разполага с резба основа за сигурно монтаж, осигуряваща ниско термично съпротивление и лесна инсталация.Те поддържат токове, вариращи от 5а до 150A с възможности за пълно напрежение.Тези SCRs обаче не могат лесно да бъдат изолирани от радиатора, така че помислете за това по време на термичен дизайн, за да избегнете нежелани електрически връзки.Следвайте правилните спецификации на въртящия момент, когато затегнете шпилката, за да избегнете повреда и да осигурите оптимален топлинен контакт.
Фигура 13: Скрушка база с разстояние на броя
Плоските бази SCR предлагат монтажната лекота и ниското термично съпротивление на SCRs на базата на родословието, но включват изолация за електрически изолиране на SCR от радиатора.Тази характеристика е от решаващо значение при приложения, изискващи електрическа изолация, като същевременно поддържа ефективно термично управление.Тези SCR поддържат токове между 10A и 400A.По време на монтажа се уверете, че изолационният слой остава непокътнат и невредим, за да поддържа електрическа изолация.
Press Pack SCR са проектирани за висок ток (200a и по-горе) и приложения с високо напрежение (над 1200V).Те са затворени в керамична обвивка, осигурявайки отлична електрическа изолация и превъзходна топлинна устойчивост.Тези SCR изискват прецизно механично налягане, за да се осигури правилен електрически контакт и топлинна проводимост, обикновено постигнати с помощта на специално проектирани скоби.Керамичният корпус също предпазва устройството от механично напрежение и термично колоездене, което ги прави подходящи за промишлени и приложения с висока мощност, където надеждността и издръжливостта са от първостепенно значение.
Практическа прозрение на операцията:
Когато работите с дискретни пластмасови SCRs, се съсредоточете върху прецизното подравняване на щифтовете и закрепете запояване за стабилни връзки.За пластмасови модули осигурете равномерно приложение на термично съединение за оптимално разсейване на топлината.С SCR на базата на родословието, следвайте спецификациите на въртящия момент, за да избегнете повреди и да постигнете ефективен термичен контакт.За плоска база SCR поддържайте целостта на изолационния слой, за да осигурите електрическа изолация.И накрая, с Press Pack SCRs, приложете правилното механично налягане, като използвате специализирани скоби, за да гарантирате правилното контакт и управление на топлината.
Фигура 14: SCR операция Включване
За да активира SCR проводимостта, анодният ток трябва да надмине критичен праг, който се постига чрез увеличаване на тока на портата (IG), за да се инициира регенеративно действие.
Започнете, като гарантирате, че портата и катодът са правилно свързани към веригата, като потвърдите, че всички връзки са сигурни, за да се избегнат свободни контакти или погрешни конфигуриции.Следете както температурите на околната среда, така и на кръстовището, тъй като високите температури могат да повлияят на работата на SCR, което налага адекватни мерки за охлаждане или разсейване на топлина.
След това започнете да прилагате контролиран ток на портата (IG), като използвате точен източник на ток, като постепенно увеличавате IG, за да позволи плавен преход и лесно наблюдение на отговора на SCR.Тъй като IG постепенно се увеличава, наблюдавайте първоначалното покачване на анодния ток, което показва отговора на SCR към тока на портата.Продължете да увеличавате IG, докато се наблюдава регенеративно действие, белязано от значително покачване на анодния ток, което показва, че SCR влиза в режим на проводимост.Поддържайте тока на портата достатъчно, за да поддържате проводимостта, без да превишавате портата, за да предотвратите ненужното разсейване на мощността и потенциалните щети.Уверете се, че се прилага съответното напрежение между анода и катода, наблюдавайки това напрежение, за да се избегне надминаването на точката на разбиване, освен ако умишлено се изисква умишлено за конкретни приложения.
И накрая, потвърдете, че SCR се е включил в режим на проводимост, където ще остане, дори ако токът на портата е намален.Ако е необходимо, намалете тока на портата (IG), след като потвърдите, че SCR е затворил, тъй като ще остане в проводимост, докато анодният ток не падне под нивото на тока на задържане.
Фигура 15: Изключване на операцията на SCR
Изключването на контролиран от силициево средство (SCR) включва намаляване на анодния ток под нивото на задържане на тока, процес, известен като комутация.Има два основни типа комутация: естествени и принудителни.
Естествената комутация възниква, когато токът на доставката на променлив ток естествено пада до нула, което позволява на SCR да се изключи.Този метод е присъщ на променливи вериги, където токът периодично пресича нула.На практика, представете си променлива верига, в която напрежението и токовите форми на вълната периодично достигат нула.С наближаването на тока на нула SCR престава да се провежда и изключва естествено без никаква външна намеса.Това обикновено се наблюдава в стандартните приложения за променлив ток.
Принудителната комутация активно намалява анодния ток, за да изключи SCR.Този метод е необходим за постояннотокови вериги или ситуации, при които токът естествено не пада до нула.За да постигне това, външна верига за момент отклонява тока далеч от SCR или въвежда обратна пристрастие.Например, в постоянен ток можете да използвате верига за комутация, която включва компоненти като кондензатори и индуктори, за да създадете моментно обратното напрежение през SCR.Това действие принуждава анодния ток да падне под нивото на задържане, изключвайки SCR.Тази техника изисква прецизно време и контрол, за да се осигури надеждна работа.
SCRs работят без механични компоненти, елиминирайки триенето и износването.Това води до безшумна работа и повишава надеждността и дълголетието.Когато са оборудвани с подходящи радиатори, SCRs ефективно управляват разсейването на топлина, поддържайки висока ефективност в различни приложения.Представете си, че инсталирате SCR в тиха среда, където механичният шум би бил разрушителен;Тихата работа на SCR се превръща в значително предимство.Освен това, по време на разширена работа, липсата на механично износване допринася за по -малко нужди за поддръжка и по -дълъг живот.
SCR могат да включват и изключват в рамките на наносекунди, което ги прави идеални за приложения, изискващи бързи времена на реакция.Това високоскоростно превключване позволява прецизен контрол върху доставката на мощност в сложни електронни системи.Например, при високочестотно захранване, възможността за превключване бързо гарантира, че системата може да реагира на промените в условията на натоварване почти мигновено, поддържайки стабилен изход.
SCR се нуждаят само от малък ток на портата, за да контролират големи напрежения и токове, което ги прави високоефективни в управлението на мощността.Те могат да управляват товари с висока мощност, което ги прави подходящи за промишлени приложения, където високото напрежение и ток са често срещани.
Малкият размер на SCRS позволява лесна интеграция в различни дизайни на вериги, подобряваща гъвкавостта на дизайна.Техният компактен и здрав характер гарантира надеждно представяне през дълги периоди, дори при взискателни условия.На практика това означава, че в гъсто опакован контролен панел, SCR могат лесно да бъдат монтирани, без да се изисква значително пространство, което позволява по -рационализирани и ефективни дизайни.
SCR се провеждат ток само в една посока, което ги прави неподходящи за приложения, изискващи двупосочен ток.Това ограничава използването им в променливи вериги, където е необходимо двупосочно управление, като например в инверторни вериги или променливи двигатели.
За да се включи SCR, е необходим достатъчен ток на портата, което налага допълнителна верига за задвижване на вратата.Това увеличава сложността и цената на общата система.В практическите приложения гарантирането на адекватно предоставянето на тока на вратата включва прецизни изчисления и надеждни компоненти, за да се избегне задействане на повреди.
SCRS имат сравнително бавни скорости на превключване в сравнение с други полупроводникови устройства като транзистори, което ги прави по-малко подходящи за високочестотни приложения.При високоскоростни превключващи захранвания, например, по-бавната скорост на превключване на SCR може да доведе до неефективност и повишени изисквания за управление на термичното управление.
След като се включи, SCR остават да се провеждат, докато токът падне под определен праг.Тази характеристика може да бъде недостатък в веригите, където е необходим прецизен контрол на времето за изключване, например във фазово контролирани токоизправители.Операторите често трябва да проектират сложни комутационни вериги, за да принудят SCR да се изключи, добавяйки към цялостната сложност на системата.
SCRs генерират значителна топлина по време на работа, особено при работа с високи токове.Необходими са адекватни механизми за охлаждане и разсейване на топлината, като радиаторни и охлаждащи вентилатори.
След включване на SCR, той се привързва в проводящо състояние и не може да бъде изключен от сигнала на портата.Токът трябва да бъде външно намален под задържащия ток, за да изключи SCR.Това поведение усложнява контролната схема, особено в приложенията за променливо натоварване, където поддържането на точен контрол върху нивата на тока е от съществено значение.В такива сценарии инженерите трябва да проектират вериги, които могат надеждно да намалят тока, когато е необходимо, за да изключат SCR.
В променливотоковите вериги SCR трябва да бъдат пътувани (изключени) в края на всеки половин цикъл, изискващи допълнителни вериги за комутация, като резонансни вериги или техники за принудителна комутация.Това добавя сложност и цена на системата.
SCR са чувствителни към скоростта на промяна на напрежението (DV/DT) и ток (DI/DT).Бързите промени могат по невнимание да задействат SCR, което налага използването на схемати с вериги за защита от подобни събития.Дизайнерите трябва да гарантират, че веригите на Snubber са правилно оразмерени и конфигурирани, за да предотвратят фалшиво задействане, особено в шумни електрически среди.
SCR могат да бъдат чувствителни към електрически шум, което може да доведе до фалшиво задействане.Това изисква внимателен дизайн и допълнителни компоненти за филтриране, като кондензатори и индуктори, за да се осигури надеждна работа.
Разбирането на SCRs включва изследване на техните символи, композиции на слоя, терминални връзки и избор на материали, подчертавайки тяхната точност при управление на високи токове и напрежения.Различни SCR пакети, от дискретна пластмаса до пресоване на пакет, да се погрижат за специфични приложения, подчертаващи правилната инсталация и термичното управление.Оперативните режими - блокиране, проводимост напред и обратното блокиране - илюстрират способността им да регулират мощността в различни конфигурации на веригата.Овладяването на техниките за активиране и деактивиране на SCR осигурява надеждна ефективност в системите за контрол на мощността.Високата ефективност, бързото превключване и компактният размер на SCR ги правят от съществено значение както в индустриалната, така и в потребителската електроника, което представлява значителен напредък в електрониката на захранването.
SCR се използва за контрол на мощността в електрическите вериги.Той действа като превключвател, който може да включва и изключва потока на електрическия ток.Общите приложения включват регулиране на скоростта на двигателя, контролиране на светлинните димери и управлението на мощността в нагревателите и промишлените машини.Когато SCR се задейства от малък входен сигнал, той позволява по-голям ток да преминава през, което го прави ефективен в приложения с висока мощност.
Силиций се използва в SCRS поради благоприятните му електрически свойства.Той има високо напрежение на разрушаване, добра термична стабилност и може да се справи с високи токове и нива на мощност.Silicon също позволява създаването на компактно и надеждно полупроводниково устройство, което може да бъде прецизно контролирано.
SCR могат да контролират както AC, така и DC мощност, но те се използват по -често в променливи приложения.В променливотоковите вериги SCR могат да контролират фазовия ъгъл на напрежението, като по този начин коригират мощността, доставена към товара.Този фазов контрол е от съществено значение за приложения като светлинно затъмняване и регулиране на скоростта на двигателя.
За да проверите дали SCR работи, можете да извършите няколко теста.Първо, визуална проверка.Потърсете всякакви физически щети, като изгаряния или пукнатини.След това използвайте мултицет, за да проверите напред и обратното съпротивление.SCR трябва да покаже висока устойчивост при обратна и ниска устойчивост напред при задействане.След това нанесете малък ток на портата и вижте дали SCR провежда между анода и катода.Когато сигналът на портата е отстранен, SCR трябва да продължи да провежда, ако функционира правилно.
Честите причини за повреда на SCR са пренапрежение, свръхток, проблеми със сигнала на портата и термичен стрес.Прекомерното напрежение може да разгради полупроводниковия материал.Твърде много ток може да причини прегряване и повреди на устройството.Многократните цикли на отопление и охлаждане могат да причинят механично напрежение и да доведат до повреда.Неправилните или неадекватни сигнали на портата могат да предотвратят правилната работа.
Минималното напрежение, необходимо за задействане на SCR, наречено напрежение на спусъка на портата, обикновено е около 0,6 до 1,5 волта.Това малко напрежение е достатъчно, за да включи SCR, което му позволява да извърши много по -голям ток между анода и катода.
Практически пример за SCR е 2N6509.Този SCR се използва в различни приложения за контрол на мощността, като светлинни димери, контрол на скоростта на двигателя и захранвания.Той може да се справи с върхово напрежение от 800V и непрекъснат ток 25A, което го прави подходящ за индустриална и потребителска електроника.
2024-05-24
2025-03-31
Електронна поща: Info@ariat-tech.comHK TEL: +00 852-30501966Добави: Rm 2703 27F Ho King Comm Center 2-16,
Fa Yuen St MongKok Kowloon, Хонг Конг.