SCR とは:知っておくべきことすべて
サイリスタについて聞いたことはありますが、最も一般的なタイプについてはどうでしょうか。シリコン制御整流器の略である SCR は、他の多くの利点を提供しながら、スイッチとして機能します。 AC-DC変換機能を提供するだけでなく、電力を制御する機能も発揮します。これらはまた、回路の幅広いアプリケーションを提供し、より多くの制御を提供します.
SCR とその動作を理解することは、非常に複雑に思える場合があります。それでは始めましょう！この記事では、このデバイスについてさらに学ぶための正しい方向を示します。
SCR とは
SCR (シリコン制御整流器) は、バイアス条件またはゲート入力制御による ON-OFF スイッチング機能を備えた特殊なサイリスタです。その記号はダイオードと同じに見えます。名前が示すように、電力を制御し、AC 電圧を DC に変換するシリコンで構成されています。さらに、SCR は、TRIAC、SCS、DIAC など、他のサイリスタ タイプよりも多くの実装が見られます。これらは AC 回路に統合されています。
(SCR のシンボル。出典:Tosaka/Wikimedia Commons)
一般に、4 層 PNPN SCR 半導体は 3 つの接合 (J1、J2、および J3) で構成されます。 J1 は最初の P 層と N 層の間にあり、J2 は N 層と Player の間にあり、最後に J3 は最後の P 層と N 層の間にあります。 3 つの端子は、アノード (上部 P 層にある正電極)、カソード (N 層にある)、およびゲートを固定します。また、入口はSCRの制御端末として機能します。外部の P 層と N 層の両方が高濃度にドーピングされ、中央の P 層と N 層は低濃度にドーピングされます。次に、ゲート端子が中央の P 層に取り付けられます。電流は、この単方向デバイスを一方向に流れ、反対方向に流れます。
さらに、このデバイスは、高い動作速度、長寿命、高電圧、電流処理能力、および電力利得を備えています。
SCR の仕組み
シリコン制御整流器は、ダイオードと同じように動作し、逆電流を遮断して順電流を伝導します。高電圧にも耐えます。さらに、このデバイスには、アノード (A) 端子を介して順方向正電流を伝導するゲートが含まれています。短い制御パルスをゲートに印加すると、SCR がブリッジ パス間 (アノードからカソード) に導通します。それが起こると、値がゼロになるまでアノード電流が流れ、SCR を強制的にオフにします。次に、ゲートは再び導電性にするために別の電圧制御パルスを受信する必要があります。それ以外の場合は、いったん伝導すると、それ以上のゲート電圧は必要ありません。
SCR は、3 つのモードでも動作します。順方向ブロッキング、順方向伝導モード、および逆方向ブロッキングです。ただし、電圧定格は、オンと変更のブロック方法で同じままです。
SCR をオンにするトリガーは、さまざまな方法で発生します。電圧トリガー、熱トリガー、光トリガー、および DV/DT トリガーが含まれます。
電圧トリガー
(電圧を印加すると SCR が作動します)
最初の電圧トリガーは、最大点よりも高い電圧を印加して、ターミナルゲートを開きます。ただし、このアプローチを実装すると、デバイスに永久的な損傷を与える可能性があります。これは、SCR が電圧の高い値を制御するためであり、ゲートが開いている間は機能しません。
サーマルトリガー
熱トリガーも、温度が上昇するにつれてデバイスを伝導させます。実際には、正孔と電子のペアが拡大します。その結果、回生電流が増加し、SCR が強制的に作動します。ただし、このトリガー技術は熱暴走を引き起こす可能性があります。
軽いトリガー
一方、光トリガーでは、SCR の表面に光を照射して、電子と正孔のペアを増殖させます。これにより、デバイスが強制的にアクティブ化されます。
DV/DT トリガー
アノードとカソード間の高電圧率も SCR をオンに切り替えます。ただし、急激な電流の増加により、デバイスが破損する可能性があります。したがって、このアプローチに保護を実装することをお勧めします。
SCR アプリケーション
スイッチとしての SCR
(抵抗器は AC ブレーカー回路のダイオードを保護します)
このアプリケーションでは、回路を作成および遮断する 2 つの SCR を使用します。 AC 入力電圧は、調整トリガー パルスを SCR ゲートに分配します。 2 つの抵抗器が両方のダイオードを安全に保ち、ゲートに加えられた抵抗が電流を減らします。回路は、スイッチが閉じた状態で開始します。次に、SCR1 順バイアス状態のため、正の半サイクル中にトリガーされます。現在の値がゼロになると、デバイスは無効になります。その後、SCR2 逆電圧極性のために発火し、正しい電流を受け取ります。スイッチを開くと、回路が壊れます。実際には、電流がゼロに設定されている間、SCR はトリガー パルスを受信しなくなります。
したがって、従来のスイッチはゲート電流の mA を処理できます。つまり、負荷電流をアクティブ化/非アクティブ化できます。
過電圧保護
(SCR は、回路に過電圧保護を提供できます。)
SCR はその素早い切り替え能力により、他の電子部品を過電圧から保護します。これらは、電気負荷と並列に接続する必要があります。過電圧が発生すると、SCR のゲートがアクティブになります。次に、電源から電流を引き込み、電気負荷の電圧を下げます。 2 つの SCR を実装すると、このシナリオで最良の結果が得られます。最初のものは正の半サイクルに焦点を当て、もう 1 つは負の半サイクルに焦点を当てています。抵抗は、両方の SCR トリガー プロセス中に短絡電流を低減します。各抵抗と直列にツェナー ダイオードを接続すると、高電圧を検出できる回路が形成されます。
パルス回路
(電子点火は SCR を利用します。)
SCR は、回路上の高波形電圧および電流パルスのアプリケーションも提供します。主電源の正の半サイクル中にコンデンサが充電されます。そこから、負の半サイクルを介して SCR がオンになります。コンデンサが放電し、順方向電流がゼロになると、SCR はオフになります。その後、ON プロセスが繰り返され、出力パルス周波数が電源の周波数と一致します。
さまざまなタイプの SCR
個別のプラスチック: ディスクリート プラスチック SCR タイプには、半導体プラスチック カバーに取り付けられた 3 つのピンが含まれています。さらに、これらは PCB に統合され、25A から 1000V まで利用可能です。
スタッド ベース: 取り付け簡単、 このユニットはネジ止めされたベースで構成され、低い熱抵抗を提供します。さらに、スタッド ベース デバイスは 5 ～ 150 A の電流と全電圧をサポートします。
プラスチック モジュール: これは、個別のプラスチックと同じ品質を提供しながら、複数のデバイスで構成されています。最大 100A を処理でき、ボルト締めされたヒートシンクで PCB に取り付けられます。
プレス パック: これらのプレスパック SCR は、陽極と陰極を隔離するために、電極とともにセラミックで囲まれています。また、200A 以上および 1200V 以上を必要とするアプリケーションにも対応しています。
フラットベース: フラットベースには断熱材が付属しており、ヒートシンクから安全に保ちます。スタッド ベースと同様の品質で、10 ～ 400 A の電流測定に対応できます。
SCR の操作モード
フォワード ブロッキング モード:
SCR は、陽極が正の電圧を受け取り、陰極が負の電圧を受け取ると、フォワーディング ブロッキング モードで機能します。これにより、小さな順方向漏れ電流がデバイスを通過します。
順伝導モード:
順方向導通モードでは、SCR がオンになり、アノードからカソードに電流が流れます。これは、ゲートに電圧を印加するか、順方向降伏電圧を超えると発生します。
リバース ブロッキング モード:
正の電圧を陰極に、負の電圧を陽極に印加すると、SCR は逆阻止モードになります。実際には、ジャンクション J1 と J3 は逆バイアスにシフトし、J2 は順バイアスに設定され、SCR 全体に電流が流れるのを防ぎます。
SCR 回路図
(SCR 調光器の回路図。出典:カドミウム/ウィキ メディア コモンズ)
SCR のテスト方法
(マルチメータを使用して SCR をテストします)
SCR テストのアプローチには、効果的なプロセスであるマルチメータの利用が含まれます。まず、マルチメータ スイッチを高抵抗に設定する必要があります。次に、マルチメータの正のワイヤを SCR のアノード ゲートに接続し、負のワイヤをカソードに接続します。この手順を実行すると、マルチメータは開回路を示します。接続を切り替えると、利用可能なコースも表示されます。
次に、SCR のゲート端子とアノードをマルチメータの正の端に接続します。その後、SCR のカソードを反対側の端に接続する必要があります。実際には、これによりマルチメータは低い抵抗値を表示します。これは、SCR のスイッチがオンに設定されていることを意味します。アノードのゲート端子を取り外すと、ラッチ形式を表す同じタスクが出力されます。肯定的なテスト結果は、SCR が高品質のパフォーマンスを提供することを意味します。
まとめ
結局のところ、SCR は単純な回路の実用的なアプリケーションをホストします。それだけでなく、コンポーネントを過電圧から保護することもできます。また、整流器としても機能し、電力を制御しながら AC を DC に変換します。それだけでこのデバイスは必需品になります。さらに、有益な機能を備えた目的に役立ついくつかのタイプがあります。最後に、SCR は 3 つの異なるモードで動作するため、複雑なデバイスになります。スイッチング機能を提供するには、印加電圧が必要です。
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