기본적으로 사이리스터라는 이름으로도 알려진 SCR (Silicon Controlled Rectifier)은 트랜지스터처럼 작동합니다.

SCR의 의미

이 장치는 이름의 시작 부분에 '실리콘'이라는 단어를 가리키는 다층 반도체 내부 구조로 인해 이름 (SCR)을 얻습니다.

'제어 됨'이라는 이름의 두 번째 부분은 디바이스의 활성화를 제어하기 위해 외부 신호로 전환되는 디바이스의 게이트 터미널을 의미하므로 '제어 됨'이라는 단어가 사용됩니다.

그리고 '정류기'라는 용어는 게이트가 트리거되고 전력이 양극을 통해 음극 단자로 흐르도록 허용 될 때 SCR의 정류 특성을 의미합니다. 이것은 정류 다이오드를 사용한 정류와 유사 할 수 있습니다.

위의 설명은 장치가 '실리콘 제어 정류기'처럼 작동하는 방식을 명확하게 보여줍니다.

SCR은 다이오드처럼 정류하고 외부 신호를 사용하는 트리거링 기능으로 인해 트랜지스터를 모방하지만 SCR 내부 구성은 다이오드와 달리 3 개의 직렬 PN 접합으로 구성된 4 층 반도체 배열 (PNPN)로 구성됩니다. 2 층 (PN) 또는 3 층 (PNP / NPN) 반도체 구성을 포함하는 트랜지스터가 있습니다.

설명 된 반도체 접합의 내부 레이아웃과 사이리스터 (SCR)의 작동 방식을 이해하려면 다음 이미지를 참조하십시오.

다이오드와 뚜렷하게 일치하는 또 다른 SCR 특성은 전류가 한 방향으로 만 흐르고 스위치가 켜져있는 동안 다른 쪽에서 차단되는 단방향 특성입니다. SCR은 작동 할 수있는 또 다른 특수 특성이 있습니다. 스위치 오프 모드에있는 동안 개방 스위치로.

SCR의이 두 가지 극단적 인 스위칭 모드는 이러한 장치가 신호를 증폭하지 못하도록 제한하며 이러한 장치는 맥동 신호를 증폭하는 트랜지스터처럼 사용할 수 없습니다.

실리콘 제어 정류기 또는 Triac, Diacs 또는 UJT와 같은 SCR은 모두 주어진 AC 전위 또는 전류를 조절하면서 솔리드 스테이트 AC 스위치를 빠르게 전환하는 것과 같은 특성을 가지고 있습니다.

따라서 엔지니어와 애호가에게 이러한 장치는 램프, 모터, 조광기 스위치와 같은 AC 스위칭 장치를 최대 효율로 조절할 때 탁월한 솔리드 스테이트 스위치 옵션이됩니다.

SCR은 Anode, Cathode 및 Gate로 할당 된 3 단자 반도체 장치로 내부적으로 3 개의 P-N 접합으로 구성되어 매우 빠른 속도로 전환 할 수있는 특성을 가지고 있습니다.

따라서 장치는 특정 평균 스위치 ON 또는 스위치 OFF 시간을 부하에 구현하기 위해 원하는 속도로 전환하고 개별적으로 ON / OFF 기간을 설정할 수 있습니다.

기술적으로 SCR 또는 사이리스터의 레이아웃은 다음 이미지와 같이 보완적인 재생 스위치 쌍처럼 형성되도록 역순으로 연결된 두 개의 트랜지스터 (BJT)와 비교하여 이해할 수 있습니다. :

사이리스터 Two Transistor Analogy

2 개의 트랜지스터 등가 회로는 NPN 트랜지스터 TR2의 콜렉터 전류가 PNP 트랜지스터 TR1의베이스로 직접 공급되는 반면 TR1의 콜렉터 전류는 TR2의베이스로 공급됨을 보여줍니다.

이 두 개의 상호 연결된 트랜지스터는 각 트랜지스터가 다른 컬렉터-이미 터 전류에서 기본 이미 터 전류를 얻으므로 전도를 위해 서로 의존합니다. 따라서 트랜지스터 중 하나에 약간의베이스 전류가 공급 될 때까지 양극-캐소드 전압이 존재하더라도 아무 일도 일어나지 않습니다.

2 개의 트랜지스터 통합으로 SCR 토폴로지를 시뮬레이션하면 NPN 트랜지스터의 컬렉터 전류가 PNP 트랜지스터 TR1의베이스에 곧바로 공급되는 반면 TR1의 컬렉터 전류가 전원과 연결되는 방식으로 형성되었음을 알 수 있습니다. TR2의 기초.

시뮬레이션 된 두 개의 트랜지스터 구성은 서로의 컬렉터 이미 터 전류로부터 기본 드라이브를 수신하여 서로의 전도를 상호 결합하고 보완하는 것처럼 보입니다. 이는 게이트 전압을 매우 중요하게 만들고 게이트 전위가 적용될 때까지 표시된 구성이 전도되지 않도록합니다. 양극에서 음극으로의 전위는 지속될 수 있습니다.

“집적 회로를 만드는 방법 ”

장치의 양극 리드가 음극보다 더 음인 상황에서 N-P 접합이 순방향 바이어스를 유지하도록 허용하지만 외부 P-N 접합이 역방향 바이어스되어 표준 정류기 다이오드처럼 작동하도록합니다.

SCR의 이러한 특성을 통해 부리 다운 사양을 초과 할 수있는 상당히 높은 전압이 언급 된 리드에 가해져 게이트 드라이브가없는 경우에도 SCR이 전도 될 때까지 역전 류 흐름을 차단할 수 있습니다. .

위의 내용은 역 고전압 스파이크 및 / 또는 고온 또는 급속히 증가하는 dv / dt 전압 과도 상태를 통해 장치가 바람직하지 않게 트리거 될 수있는 사이리스터의 중요한 특성을 나타냅니다.

이제 양극 단자가 음극 리드와 관련하여 더 긍정적 인 상황에서 중앙 N-P 접합이 계속 역 바이어스 된 상태로 유지 되더라도 외부 P-N 접합이 순방향 바이어스가되는 데 도움이된다고 가정합니다. 결과적으로 순방향 전류도 차단됩니다.

따라서 NPN 트랜지스터 TR2의베이스를 가로 질러 유도 된 양의 신호가 컬렉터 전류가베이스 f TR1을 향한 결과를 가져 오며, 이는 트런에서 컬렉터 전류가 TR2의베이스 드라이브를 부스트하는 PNP 트랜지스터 TR1을 향해 통과하도록 강제합니다. 프로세스가 강화됩니다.

위의 조건을 통해 두 트랜지스터는 상황을 연동 및 래치 상태로 유지하는 표시된 재생 구성 피드백 루프로 인해 포화 지점까지 전도를 향상시킬 수 있습니다.

따라서 SCR이 트리거 되 자마자 경로로 들어오는 순방향 저항을 최소화하면서 양극에서 음극으로 전류를 흐르게하여 장치의 효율적인 전도 및 작동을 보장합니다.

AC가 적용될 때 SCR은 게이트와 캐소드에 트리거링 전압이 제공 될 때까지 AC의 두 사이클을 차단할 수 있습니다. 그러면 AC의 양의 반주기가 즉시 양극 캐소드 리드를 통과 할 수 있습니다. 장치는 표준 정류기 다이오드를 모방하기 시작하지만 게이트 트리거가 켜져있는 동안에 만 전도가 중단되고 순간 게이트 트리거가 제거됩니다.

“저역 통과 필터 주파수 응답 ”

실리콘 제어 정류기 활성화를위한 강제 전압-전류 또는 I-V 특성 곡선은 다음 이미지에서 확인할 수 있습니다.

사이리스터 I-V 특성 곡선

그러나 DC 입력의 경우 사이리스터가 ON으로 트리거되는 즉시 설명 된 회생 전도로 인해 래칭 동작을 수행하여 양극에서 음극으로의 전도가 유지되고 게이트 트리거가 제거 되더라도 전도를 계속합니다.

따라서 DC 전원의 경우 첫 번째 트리거링 펄스가 장치의 게이트에 적용되면 게이트는 그 영향을 완전히 잃어 양극에서 음극으로 래치 된 전류를 보장합니다. 게이트가 완전히 비활성화 된 상태에서 일시적으로 양극 / 음극 전류 소스를 차단하면 차단 될 수 있습니다.

SCR은 BJT처럼 작동 할 수 없습니다.

SCR은 트랜지스터와 같이 완벽하게 아날로그로 설계되지 않았으므로 완전한 전도와 경쟁 스위치 OFF 사이에있을 수있는 부하에 대해 일부 중간 활성 영역에서 전도하도록 만들 수 없습니다.

이것은 또한 게이트 트리거가 양극에서 음극으로의 전도 또는 포화 상태에 영향을 미치지 않기 때문에 사실입니다. 따라서 작은 순간적인 게이트 펄스도 양극에서 음극으로 전도하여 전체 스위치를 켜는 데 충분합니다.

위의 기능을 사용하면 SCR을 비교하고 완전한 ON 또는 완전한 OFF의 두 안정 상태를 갖는 쌍 안정 래치처럼 고려할 수 있습니다. 이는 위 섹션에서 설명한대로 AC 또는 DC 입력에 대한 응답으로 SCR의 두 가지 특수한 특성으로 인해 발생합니다.

SCR의 게이트를 사용하여 스위칭을 제어하는 방법

앞서 논의한 바와 같이 SCR이 DC 입력으로 트리거되고 애노드 캐소드가 자체 래치되면 일시적으로 애노드 공급 소스 (애노드 전류 Ia)를 완전히 제거하거나 동일한 값을 일부로 줄임으로써 잠금 해제되거나 꺼질 수 있습니다. 장치의 지정된 유지 전류 또는 '최소 유지 전류'Ih보다 훨씬 낮은 수준.

이는 사이리스터 내부 P-N 래칭 본드가 자연적인 차단 기능을 작동으로 복원 할 수있을 때까지 양극에서 음극으로의 최소 유지 전류를 줄여야 함을 의미합니다.

따라서 이는 또한 SCR이 작동하거나 게이트 트리거를 사용하여 전도하려면 양극에서 음극으로의 부하 전류가 지정된 '최소 유지 전류'Ih를 초과해야합니다. 그렇지 않으면 SCR이 부하 전도를 구현하지 못할 수 있습니다. IL이 부하 전류이면 IL> IH 여야합니다.

그러나 이전 섹션에서 이미 설명했듯이 SCR Anode.Cathode 핀에 AC가 사용되는 경우 게이트 드라이브가 제거 될 때 SCR이 래칭 효과를 실행하지 못하도록합니다.

이는 AC 신호가 제로 크로싱 라인 내에서 켜지고 꺼 지므로 SCR 양극을 음극 전류로 유지하여 AC 파형의 양의 반주기가 180도 이동 될 때마다 꺼지기 때문입니다.

이 현상을 '자연 정류'라고하며 SCR 전도에 중요한 특징을 부과합니다. DC 전원에서는 이와 반대로이 기능은 SCR에서는 중요하지 않습니다.

그러나 SCR은 정류기 다이오드처럼 작동하도록 설계 되었기 때문에 AC의 양의 절반 주기에 만 효과적으로 반응하고 게이트 신호가있는 경우에도 AC의 다른 절반주기에는 완전히 반응하지 않고 역 바이어스 된 상태로 유지됩니다.

이는 게이트 트리거가있을 때 SCR이 양극에서 음극으로 각각의 양의 AC 반주기 동안 만 전도되고 나머지 반주기 동안 음소거 상태를 유지한다는 것을 의미합니다.

위에 설명 된 래칭 기능과 AC 파형의 다른 절반주기 동안의 컷으로 인해 SCR은 위상 AC주기를 잘게 자르는 데 효과적으로 사용될 수 있으므로 원하는 (조정 가능한) 낮은 전력 수준에서 부하를 전환 할 수 있습니다. .

위상 제어라고도하는이 기능은 SCR의 게이트에 적용되는 외부 시간 신호를 통해 구현할 수 있습니다. 이 신호는 AC 위상이 양의 반주기를 시작하면 SCR이 얼마나 지연 될 수 있는지를 결정합니다.

따라서 이것은 게이트 트리거 이후에 전달되는 AC 파동의 일부만 전환되도록합니다.이 위상 제어는 실리콘 제어 사이리스터의 주요 기능 중 하나입니다.

위상 제어에서 사이리스터 (SCR)가 작동하는 방식은 아래 이미지를 보면 이해할 수 있습니다.

첫 번째 다이어그램은 게이트가 영구적으로 트리거되는 SCR을 보여줍니다. 첫 번째 다이어그램에서 볼 수 있듯이 전체 양의 파형이 시작부터 끝까지, 중앙 제로 크로싱 라인을 가로 질러 시작될 수 있습니다.

사이리스터 위상 제어

각 양의 반주기가 시작될 때 SCR은 'OFF'입니다. 게이트 전압을 유도하면 SCR이 전도 상태로 활성화되고 양의 반주기 동안 완전히 'ON'으로 래치 될 수 있습니다. 하프 사이클 (θ = 0o)이 시작될 때 사이리스터가 켜지면 연결된 부하 (램프 또는 이와 유사한 것)가 AC 파형의 전체 포지티브 사이클 (반파 정류 된 AC) 동안 'ON'이됩니다. ) 0.318 x Vp의 상승 된 평균 전압에서.

게이트 스위치 ON의 초기화가 하프 사이클 (θ = 0o ~ 90o)을 따라 상승함에 따라 연결된 램프가 더 적은 시간 동안 점등되고 램프에 가져온 순 전압이 마찬가지로 비례 적으로 강도가 덜 떨어집니다.

그 결과 실리콘 제어 정류기를 AC 조광기로 활용하기 쉽고 다양한 추가 AC 전원 애플리케이션 (예 : AC 모터 속도 제어, 열 제어 장치 및 전력 조정기 회로 등)에서 쉽게 활용할 수 있습니다.

지금까지 우리는 사이리스터가 기본적으로 양극이 양수일 때마다주기의 양의 절반에서만 전류를 전달할 수 있고 양극이 음인 경우 다이오드처럼 전류 흐름을 방지하는 반파 장치라는 것을 목격했습니다. , 게이트 전류가 활성 상태 인 경우에도.

그럼에도 불구하고 반주기, 전파 단위의 양방향으로 작동하도록 설계된 '사이리스터'라는 제목으로 시작되거나 게이트 신호에 의해 'OFF'로 전환 될 수있는 유사한 반도체 제품의 더 많은 변형을 찾을 수 있습니다. .

“멀티 미터로 AC 커패시터를 테스트하는 방법 ”

이러한 종류의 제품에는 'GTO (Gate Turn-Off Thyristors)', 'SITH (Static Induction Thyristors)', 'MOS Controlled Thyristors'(MCT), 'Silicon Controlled Switch'(SCS), 'Triode Thyristors'(TRIAC)가 포함됩니다. 및“Light Triggered Thyristors”(LASCR)는 몇 가지를 식별합니다. 이러한 장치 중 상당수는 다양한 전압 및 전류 정격에서 액세스 할 수 있으므로 매우 높은 전력 수준에서 사용하는 것이 흥미 롭습니다.