SCR (силициев управляем токоизправител) — дефиниция и приложения

SCR (силициев управляем токоизправител) — как работи, приложения и управление на мощност: изправяне на високо напрежение, регулатори, заваряване и управление на двигатели.

Силициевият управляем токоизправител (SCR) е вид тиристор — четирислойно (PNPN) твърдотелно полупроводниково устройство за управление на тока. SCR е еднопосочно устройство: провежда ток предимно в една посока и се задейства чрез входен импулс на гейта (контролен електрод).

Устройство и принцип на действие

SCR има три електрода: анод, катод и гейт (анод–катод–гейт). В нормално състояние, когато анодът е положителен спрямо катода, устройството може да бъде в блокиращ режим (не провежда). При подаване на достатъчно положителен импулс на гейта SCR преминава в проводящо състояние и остава в него, докато токът през устройството не спадне под стойността на задържащия ток (holding current). В обратен наклон (когато катодът е положителен спрямо анода) SCR блокира, подобно на диод.

Режими на работа и характеристики

• Блокиране напред (Forward blocking) — анодът е положителен, но токът е под прага за задействане.
• Провеждане напред (Forward conduction) — след задействане SCR провежда и остава проводящ докато токът не падне под I_hold.
• Блокиране назад (Reverse blocking) — при обратна полярност SCR не провежда (ограничено от обратното напрежение).

Основни параметри, които е добре да се знаят:

• Максимално обратимо и директно напрежение (V_RRM, V_DRM)
• Допустим средноусилен ток (I_T(AV)) и пикова импулсна стойност (I_TSM)
• Ток за задействане на гейта (I_GT) и напрежение за задействане (V_GT)
• Задържащ ток (I_H)
• Температурни характеристики и загуби (need на радиатор)

Начини на задействане и изключване

Най-често SCR се задейства чрез кратък токов или напрежен импулс в гейта. В практиката има и нежелани начини на задействане — например голямо dv/dt (много бързо покачване на напрежението) може да предизвика пропуск на ток през вътрешни капацитети и да задейства устройството. Класическият SCR не може да бъде „изключен“ чрез гейта — за да премине в блокиращо състояние, токът през него трябва да спадне под задържащата стойност (например при нулево напрежение в AC верига или чрез външна комутация в DC вериги). Съществуват и разновидности като GTO (gate turn-off thyristor), които позволяват изключване през гейта.

Приложения

SCR се използват главно в приложения за управление на голяма мощност и високо напрежение, например:

• Токоизправители и контролирани мостови схеми за преобразуване на променливия ток (AC) в постоянен ток (DC) — включително еднофазни и трифазни контролирани изправители и големи HVDC системи.
• Регулатори на мощност и фазово управление (димиранe на лампи, управление на скоростта на електродвигатели чрез изменение на фазовия ъгъл).
• Управление на индустриални заваръчни машини и други устройства с големи токове.
• Защита (crowbar схеми), твърдотелни релета, управление на захранвания и UPS системи.

Предимства и ограничения

• Предимства: висока издържливост на напрежение и ток, добра ефективност при големи мощности, относителна простота и надеждност при правилно приложение.
• Ограничения: стандартният SCR не може да бъде изключван чрез гейт (нужда от комутация), чувствителност към dv/dt, необходимост от токова и термична защита, изискване за радиатор при високи токове.

Практически съвети за работа и защита

• Използвайте подходящи гейт-резистори и защитни вериги, за да избегнете нежелано задействане от смущения.
• За ограничаване на dv/dt и пренапрежения при включване използвайте RC snubber (снабър) или RC+диодни вериги.
• Осигурете адекватно охлаждане и защита от претоварване (топлинни релета, бързи предпазители или електронни прекъсвачи).
• При проектиране на големи мостови изправители се изисква синхронизация, контрол на фазовия ъгъл и мерки за управление на комутационните токове.

SCR са ключови компоненти във високомощни електронни системи. Правилното разбиране на техните характеристики, ограничения и мерки за защита е важно за надеждната им експлоатация в индустриални и енергийни приложения.

Търсене по буква