Κυκλώματα εφαρμογών SCR

Σε αυτό το άρθρο πρόκειται να μάθουμε πολλά ενδιαφέροντα κυκλώματα εφαρμογών SCR και επίσης να μάθουμε τα κύρια χαρακτηριστικά και ιδιότητες ενός SCR ονομάζεται επίσης συσκευή θυρίστορ.

Τι είναι SCR ή Thyristor

Το SCR είναι το ακρωνύμιο του Silicon Controlled Rectifier, καθώς το όνομα υποδηλώνει ότι είναι ένα είδος διόδου ή διορθωτικού παράγοντα του οποίου η αγωγή ή η λειτουργία μπορούν να ελεγχθούν μέσω εξωτερικής σκανδάλης.

Αυτό σημαίνει ότι αυτή η συσκευή θα ενεργοποιηθεί ή θα απενεργοποιηθεί ως απάντηση σε ένα εξωτερικό μικρό σήμα ή τάση, αρκετά παρόμοιο με ένα τρανζίστορ, αλλά πολύ διαφορετικό από τα τεχνικά χαρακτηριστικά του.

SCR C106 pinouts

Κοιτάζοντας το σχήμα μπορούμε να δούμε ότι ένα SCR έχει τρία καλώδια τα οποία ταυτοποιούνται ως εξής:

Διατηρώντας την εκτυπωμένη πλευρά της συσκευής στραμμένη προς εμάς,

• Το δεξί ακροδέκτη ονομάζεται «πύλη».
• Το κεντρικό καλώδιο είναι το «Anode» και
• Το αριστερό άκρο είναι το «Cathode»

Πώς να συνδέσετε ένα SCR

Η πύλη είναι η είσοδος σκανδάλης ενός SCR και απαιτεί ένα σκανδάλη DC με τάση περίπου 2 βολτ, το DC πρέπει να είναι ιδανικά περισσότερο από 10mA. Αυτή η σκανδάλη εφαρμόζεται κατά μήκος της πύλης και του εδάφους του κυκλώματος, που σημαίνει ότι το θετικό του DC πηγαίνει στην πύλη και το αρνητικό στη γείωση.

Η αγωγή τάσης κατά μήκος της ανόδου και της καθόδου ενεργοποιείται όταν εφαρμόζεται η σκανδάλη πύλης και το αντίστροφο.

Το ακραίο αριστερό καλώδιο ή η κάθοδος ενός SCR πρέπει πάντα να συνδέεται με το έδαφος του κυκλώματος ενεργοποίησης, πράγμα που σημαίνει ότι η γείωση του κυκλώματος ενεργοποίησης θα πρέπει να γίνει κοινή με τη σύνδεση στην κάθοδο SCR, διαφορετικά το SCR δεν θα ανταποκριθεί ποτέ στα εφαρμοσμένα σκανδάλη .

Το φορτίο είναι πάντα συνδεδεμένο σε όλη την άνοδο και μια τάση τροφοδοσίας AC που μπορεί να απαιτείται για την ενεργοποίηση του φορτίου.

Τα SCR είναι ειδικά κατάλληλα για εναλλαγή φορτίων AC ή παλμικών φορτίων DC. Τα καθαρά ή καθαρά φορτία DC δεν θα λειτουργούν με τα SCR, καθώς το DC θα προκαλέσει ένα φαινόμενο μανδάλωσης στο SCR και δεν θα επιτρέψει να απενεργοποιηθεί ακόμα και μετά την αφαίρεση της σκανδάλης πύλης.

Κυκλώματα εφαρμογής SCR

Σε αυτό το μέρος, θα εξετάσουμε μερικές από τις δημοφιλείς εφαρμογές του SCR που έχουν τη μορφή στατικού διακόπτη, δικτύου ελέγχου φάσης, φορτιστή μπαταρίας SCR, ελεγκτή θερμοκρασίας και φωτισμού έκτακτης ανάγκης μίας πηγής
Σύστημα.

Σειρά-στατικός-διακόπτης

Ένας στατικός διακόπτης σειράς μισού κύματος φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Όταν πατηθεί ο διακόπτης για να επιτρέψει την τροφοδοσία, το ρεύμα στην πύλη του SCR ενεργοποιείται κατά τη διάρκεια του θετικού κύκλου του σήματος εισόδου, ενεργοποιώντας το SCR.

Το Resistor R1 ελέγχει και περιορίζει την ποσότητα ρεύματος πύλης.

Στην κατάσταση ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΜΕΝΗΣ, η τάση ανόδου προς καθόδου VF του SCR μειώνεται στο επίπεδο της τιμής αγωγιμότητας του RL. Αυτό προκαλεί τη δραστική μείωση του ρεύματος πύλης και την ελάχιστη απώλεια στο κύκλωμα πύλης.

Κατά τη διάρκεια του αρνητικού κύκλου εισόδου, το SCR απενεργοποιείται, επειδή η άνοδος γίνεται πιο αρνητική από την κάθοδο. Η δίοδος D1 προστατεύει το SCR από την αντιστροφή του ρεύματος πύλης.

Η δεξιά πλευρά της παραπάνω εικόνας δείχνει την προκύπτουσα κυματομορφή για το ρεύμα φορτίου και την τάση. Η κυματομορφή μοιάζει με τροφοδοσία μισού κύματος στο φορτίο.

Το κλείσιμο του διακόπτη επιτρέπει στο χρήστη να επιτύχει επίπεδο αγωγιμότητας μικρότερο από 180 μοίρες σε μετατοπίσεις φάσης που συμβαίνουν κατά τη θετική περίοδο του σήματος AC εισόδου.

Για την επίτευξη γωνιών αγωγής μεταξύ 90 ° και 180 °, μπορεί να χρησιμοποιηθεί το ακόλουθο κύκλωμα. Αυτή η σχεδίαση είναι παρόμοια με τα παραπάνω, εκτός από την αντίσταση, η οποία έχει τη μορφή της μεταβλητής αντίστασης εδώ, και ο χειροκίνητος διακόπτης εξαλείφεται.

Το δίκτυο που χρησιμοποιεί R και R1 εξασφαλίζει ένα σωστά ελεγχόμενο ρεύμα πύλης για το SCR κατά τη διάρκεια του θετικού μισού κύκλου του AC εισόδου.

Μετακινώντας το βραχίονα μεταβλητής αντίστασης R1 στο μέγιστο ή προς το χαμηλότερο σημείο, το ρεύμα πύλης μπορεί να γίνει πολύ ασθενές για να φτάσει στην πύλη του SCR και αυτό δεν θα επιτρέψει ποτέ στο SCR να ανάψει.

Από την άλλη πλευρά, όταν μετακινείται προς τα πάνω, το ρεύμα της πύλης θα αυξηθεί αργά έως ότου επιτευχθεί το μέγεθος ενεργοποίησης του SCR. Έτσι, χρησιμοποιώντας τη μεταβλητή αντίσταση ο χρήστης μπορεί να ρυθμίσει το επίπεδο του ρεύματος ενεργοποίησης για το SCR οπουδήποτε μεταξύ 0 ° και 90 °, όπως υποδεικνύεται στη δεξιά πλευρά του παραπάνω διαγράμματος.

Για την τιμή R1, εάν είναι αρκετά χαμηλή, θα προκαλέσει γρήγορη ενεργοποίηση του SCR, οδηγώντας σε παρόμοιο αποτέλεσμα που προέκυψε από την πρώτη εικόνα παραπάνω (αγωγιμότητα 180 °).

Ωστόσο, εάν η τιμή R1 είναι μεγαλύτερη, θα χρειαστεί υψηλότερη θετική τάση εισόδου για την ενεργοποίηση του SCR. Αυτή η κατάσταση δεν θα μας επέτρεπε να επεκτείνουμε τον έλεγχο σε μετατόπιση φάσης 90 °, καθώς η είσοδος βρίσκεται στο υψηλότερο επίπεδο σε αυτό το σημείο.

Εάν το SCR δεν μπορεί να πυροδοτήσει σε αυτό το επίπεδο ή για τις χαμηλότερες τιμές των τάσεων εισόδου στη θετική κλίση του κύκλου AC, η απόκριση θα είναι ακριβώς η ίδια για τις αρνητικές κλίσεις του κύκλου εισόδου.

Τεχνικά, αυτός ο τύπος εργασίας ενός SCR ονομάζεται έλεγχος φάσης μεταβλητής αντίστασης μισού κύματος.

Αυτή η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά σε εφαρμογές που απαιτούν έλεγχο ρεύματος RMS ή έλεγχο ισχύος φορτίου.

Φορτιστής μπαταρίας χρησιμοποιώντας SCR

Μια άλλη πολύ δημοφιλής εφαρμογή του SCR είναι με τη μορφή ελεγκτές φορτιστή μπαταρίας.

Ένα βασικό σχέδιο ενός φορτιστή μπαταρίας με βάση το SCR φαίνεται στο ακόλουθο διάγραμμα. Το σκιασμένο τμήμα θα είναι ο κύριος τομέας συζήτησης.

Η λειτουργία του παραπάνω ελεγχόμενου SCR φορτιστή μπαταρίας μπορεί να γίνει κατανοητή με την ακόλουθη εξήγηση:

Η είσοδος κλιμακωτή AC διορθώνεται πλήρως μέσω των διόδων D1, D2 και παρέχεται μέσω των ακροδεκτών ανόδου / καθόδου SCR. Η μπαταρία που βρίσκεται υπό φόρτιση μπορεί να φανεί σε σειρά με τον ακροδέκτη καθόδου.

Όταν η μπαταρία είναι σε κατάσταση αποφόρτισης, η τάση της είναι αρκετά χαμηλή ώστε το SCR2 να είναι η κατάσταση OFF. Λόγω της ανοικτής κατάστασης του SCR2, το κύκλωμα ελέγχου SCR1 συμπεριφέρεται ακριβώς όπως ο στατικός διακόπτης της σειράς μας που συζητήθηκε στις προηγούμενες παραγράφους.

Με την είσοδο που έχει διορθωθεί επαρκώς, η ενεργοποίηση ενεργοποιείται στο SCR1 με ρεύμα πύλης που ρυθμίζεται από το R1.

Αυτό ενεργοποιεί αμέσως το SCR και η μπαταρία αρχίζει να φορτίζει μέσω της ανόδου / καθόδου SCR.

Στην αρχή, λόγω του χαμηλού επιπέδου αποφόρτισης της μπαταρίας, το VR θα έχει χαμηλότερο δυναμικό όπως ορίζεται από την προεπιλογή R5 ή το δυνητικό διαχωριστικό.

Σε αυτό το σημείο το επίπεδο VR θα είναι πολύ χαμηλό για να ενεργοποιήσετε τη δίοδο zener 11 V. Σε μη αγώγιμη κατάσταση, το zener θα μοιάζει σχεδόν με ένα ανοιχτό κύκλωμα, με αποτέλεσμα το SCR2 να απενεργοποιείται εντελώς, λόγω σχεδόν μηδενικού ρεύματος πύλης.

Επίσης, η παρουσία του C1 διασφαλίζει ότι το SCR2 δεν ανάβει ποτέ κατά λάθος λόγω παροχών τάσης ή αιχμών.

Καθώς η μπαταρία φορτίζεται, η τάση του τερματικού αυξάνεται σταδιακά και τελικά όταν φτάσει στην καθορισμένη τιμή πλήρους φόρτισης, το VR αρκεί για να ενεργοποιήσετε τη δίοδο zener 11 V, στη συνέχεια ενεργοποιώντας το SCR2.

Μόλις το SCR2 πυροδοτήσει, δημιουργεί αποτελεσματικά ένα βραχυκύκλωμα, συνδέοντας τον ακροδέκτη R2 με τη γείωση και επιτρέποντας τον πιθανό διαχωριστή που δημιουργήθηκε από το δίκτυο R1, R2 στην πύλη του SCR1.

Η ενεργοποίηση του δυνητικού διαχωριστή R1 / R2 στην πύλη του SCR1 προκαλεί μια άμεση πτώση του ρεύματος πύλης του SCR1, αναγκάζοντάς το να κλείσει.

Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη διακοπή της παροχής της μπαταρίας, διασφαλίζοντας ότι δεν επιτρέπεται η υπερφόρτιση της μπαταρίας.

Μετά από αυτό, εάν η τάση της μπαταρίας τείνει να πέσει κάτω από την προκαθορισμένη τιμή, το 11 V zener απενεργοποιείται, προκαλώντας το SCR1 να ανάψει ξανά για να επαναλάβει τον κύκλο φόρτισης.

Έλεγχος θερμαντήρα AC με χρήση SCR

Το παραπάνω διάγραμμα δείχνει ένα κλασικό έλεγχος θερμαντήρα εφαρμογή χρησιμοποιώντας ένα SCR.

Το κύκλωμα έχει σχεδιαστεί για να ενεργοποιεί και να απενεργοποιεί τη θερμάστρα 100 watt, ανάλογα με την εναλλαγή θερμοστάτη.

Ένας υδράργυρος σε ποτήρι θερμοστάτης χρησιμοποιείται εδώ, οι οποίες υποτίθεται ότι είναι εξαιρετικά ευαίσθητες στις αλλαγές στα επίπεδα θερμοκρασίας που το περιβάλλουν.

Για να είμαστε ακριβείς, μπορεί να γίνει αισθητή ακόμη και αλλαγή θερμοκρασιών 0,1 ° C.

Ωστόσο, δεδομένου ότι αυτά τύποι θερμοστατών βαθμολογούνται κανονικά για να χειρίζονται πολύ μικρά μεγέθη ρεύματος στην περιοχή 1 mA περίπου, και επομένως δεν είναι πολύ δημοφιλές στα κυκλώματα ελέγχου θερμοκρασίας.

Στην εφαρμογή ελέγχου θερμαντήρα που συζητήθηκε, το SCR χρησιμοποιείται ως ενισχυτής ρεύματος για την ενίσχυση του ρεύματος θερμοστάτη.

Στην πραγματικότητα, το SCR δεν λειτουργεί σαν παραδοσιακός ενισχυτής, αλλά ως τρέχων αισθητήρας , το οποίο επιτρέπει στα διαφορετικά χαρακτηριστικά του θερμοστάτη να ελέγχουν τη μεταγωγή υψηλότερου επιπέδου ρεύματος του SCR.

Μπορούμε να δούμε ότι η τροφοδοσία στο SCR εφαρμόζεται μέσω του θερμαντήρα και ενός ανορθωτή πλήρους γέφυρας, ο οποίος επιτρέπει πλήρη τροφοδοσία DC με ανορθωμένο κύμα για το SCR.

Κατά τη διάρκεια της περιόδου, όταν ο θερμοστάτης βρίσκεται σε ανοιχτή κατάσταση, το δυναμικό απέναντι στον πυκνωτή 0.1uF φορτίζεται στο επίπεδο πυροδότησης του δυναμικού πύλης SCR μέσω παλμών που παράγονται από κάθε διορθωμένο παλμό DC.

Η σταθερά χρόνου για τη φόρτιση του πυκνωτή καθορίζεται από το προϊόν των στοιχείων RC.

Αυτό επιτρέπει στο SCR να διεξάγει κατά τη διάρκεια αυτών των παλμικών σκανδαλισμών ημι κύκλου DC, επιτρέποντας στο ρεύμα να περάσει μέσω του θερμαντήρα και να επιτρέψει την απαιτούμενη διαδικασία θέρμανσης.

Καθώς ο θερμαντήρας θερμαίνεται και η θερμοκρασία αυξάνεται, στο προκαθορισμένο σημείο, προκαλεί την ενεργοποίηση του αγώγιμου θερμοστάτη και δημιουργία βραχυκυκλώματος στον πυκνωτή 0.1uF. Αυτό με τη σειρά του απενεργοποιεί το SCR και διακόπτει την τροφοδοσία του θερμαντήρα, προκαλώντας σταδιακή πτώση της θερμοκρασίας του, έως ότου πέσει στο επίπεδο όπου ο θερμοστάτης απενεργοποιείται και πάλι και το SCR ανάβει.

Λάμπα έκτακτης ανάγκης με χρήση SCR

Η επόμενη εφαρμογή SCR μιλά για μία πηγή σχεδιασμός λαμπτήρα έκτακτης ανάγκης στο οποίο a Μπαταρία 6 V διατηρείται σε ανανεωμένη κατάσταση φόρτισης, έτσι ώστε η συνδεδεμένη λυχνία να μπορεί να ανάβει απρόσκοπτα κάθε φορά που συμβαίνει διακοπή ρεύματος.

Όταν είναι διαθέσιμη η ισχύς, μια τροφοδοσία συνεχούς ρεύματος με πλήρη διόρθωση κυμάτων χρησιμοποιώντας D1, D2 φτάνει στη συνδεδεμένη λυχνία 6 V.

Το C1 επιτρέπεται να φορτίζεται σε επίπεδο που είναι ελαφρώς χαμηλότερο από τη διαφορά μεταξύ του μέγιστου DC της πλήρως διορθωμένης τροφοδοσίας και της τάσης σε R2, όπως καθορίζεται από την είσοδο τροφοδοσίας και το επίπεδο φόρτισης της μπαταρίας 6 V.

Υπό οποιεσδήποτε συνθήκες, το επίπεδο δυναμικού καθόδου του SCR είναι βοήθεια υψηλότερο από την άνοδο του, και επίσης η τάση πύλης προς καθόδου διατηρείται αρνητική. Αυτό διασφαλίζει ότι το SCR παραμένει σε κατάσταση μη αγώγιμης κατάστασης.

Ο ρυθμός φόρτισης της συνδεδεμένης μπαταρίας καθορίζεται από το R1 και ενεργοποιείται μέσω της διόδου D1.

Η φόρτιση διατηρείται μόνο εφόσον η άνοδος D1 παραμένει πιο θετική από την κάθοδο.

Ενώ υπάρχει ισχύς εισόδου, το πλήρες κύμα που διορθώνεται σε όλη τη λυχνία έκτακτης ανάγκης το κρατάει αναμμένο.

Κατά τη διάρκεια της κατάστασης διακοπής ισχύος, ο πυκνωτής C1 αρχίζει να αποφορτίζεται μέσω των D1, R1 και R3, μέχρι το σημείο όπου η κάθοδος SCR1 γίνεται λιγότερο θετική από την κάθοδο του.

Επίσης, εν τω μεταξύ, η διασταύρωση R2, R3 πηγαίνει θετική με αποτέλεσμα αυξημένη τάση πύλης προς καθοδικό για το SCR, ενεργοποιώντας την.

Το SCR ανάβει τώρα και επιτρέπει στην μπαταρία να συνδεθεί με τη λάμπα, φωτίζοντάς την αμέσως μέσω της ισχύος της μπαταρίας.

Η λάμπα αφήνεται να παραμείνει σε φωτισμένη κατάσταση σαν να μην είχε συμβεί τίποτα.

Όταν η ισχύς επιστρέφει, οι πυκνωτές C1 επαναφορτίζονται και πάλι, με αποτέλεσμα το SCR να απενεργοποιείται και να διακόπτει την ισχύ της μπαταρίας στη λάμπα, έτσι ώστε η λάμπα να ανάβει τώρα μέσω της τροφοδοσίας DC εισόδου.

Διάφορες εφαρμογές SCR που συλλέγονται από αυτόν τον ιστότοπο

Απλός συναγερμός βροχής:

Το παραπάνω κύκλωμα ενός συναγερμού βροχής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ενεργοποίηση ενός φορτίου AC, όπως μια λάμπα ή ένα αυτόματο αναδιπλούμενο κάλυμμα ή σκιά.

Ο αισθητήρας κατασκευάζεται τοποθετώντας σε μεταλλικά μανταλάκια ή βίδες ή παρόμοιο μέταλλο πάνω σε πλαστικό σώμα. Τα καλώδια από αυτά τα μέταλλα συνδέονται κατά μήκος της βάσης ενός σταδίου τρανζίστορ ενεργοποίησης.

Ο αισθητήρας είναι το μόνο μέρος του κυκλώματος που τοποθετείται σε εξωτερικούς χώρους, για την ανίχνευση πτώσης βροχής.

Όταν ξεκινά μια πτώση βροχής, σταγονίδια νερού γεφυρώνουν τα μέταλλα του αισθητήρα.

Η μικρή τάση αρχίζει να διαρρέει τα μέταλλα του αισθητήρα και φτάνει στη βάση του τρανζίστορ, το τρανζίστορ αμέσως μεταφέρει και τροφοδοτεί το απαιτούμενο ρεύμα πύλης στο SCR.

Το SCR αποκρίνεται επίσης και ανάβει το συνδεδεμένο φορτίο AC για να τραβήξει ένα αυτόματο κάλυμμα ή απλά έναν συναγερμό για τη διόρθωση της κατάστασης όπως επιθυμεί ο χρήστης.

SCR Διαρρήκτης συναγερμού

Συζητήσαμε στην προηγούμενη ενότητα σχετικά με μια ειδική ιδιότητα του SCR όπου ασφαλίζει ως απάντηση σε φορτία DC.

Το κύκλωμα που περιγράφεται παρακάτω εκμεταλλεύεται την παραπάνω ιδιότητα του SCR αποτελεσματικά για την ενεργοποίηση συναγερμού σε απόκριση σε πιθανή κλοπή.

Εδώ, αρχικά το SCR διατηρείται σε θέση OFF όταν η πύλη του παραμένει στηριγμένη ή βιδωμένη με το δυναμικό γείωσης που τυχαίνει να είναι το σώμα του περιουσιακού στοιχείου που απαιτείται να προστατευτεί.

Εάν γίνει απόπειρα κλοπής του περιουσιακού στοιχείου ξεβιδώνοντας το σχετικό μπουλόνι, το δυναμικό γείωσης στο SCR αφαιρείται και το τρανζίστορ ενεργοποιείται μέσω της σχετικής αντίστασης συνδεδεμένης σε όλη τη βάση του και θετική.

Το SCR ενεργοποιείται επίσης αμέσως επειδή τώρα παίρνει την τάση πύλης από τον πομπό τρανζίστορ, και τα μάνδαλα ακουμπούν τον συνδεδεμένο συναγερμό DC.

Ο συναγερμός παραμένει ενεργοποιημένος έως ότου απενεργοποιηθεί χειροκίνητα, ελπίζουμε από τον πραγματικό κάτοχο.

Απλός φορτιστής φράκτη, κύκλωμα Energizer

Τα SCR γίνονται ιδανικά για κατασκευή κυκλώματα φορτιστή φράχτη . Οι φορτιστές φρακτών απαιτούν κυρίως ένα στάδιο γεννήτριας υψηλής τάσης, όπου μια συσκευή υψηλής εναλλαγής όπως το SCR καθίσταται εξαιρετικά επιτακτική. Έτσι, τα SCR καθίστανται ειδικά κατάλληλα για τέτοιες εφαρμογές όπου χρησιμοποιούνται για την παραγωγή των απαιτούμενων υψηλών τάσεων τόξου.

Κύκλωμα CDI για αυτοκίνητα:

Όπως εξηγείται στην παραπάνω εφαρμογή, τα SCR χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως σε αυτοκίνητα, στα συστήματα ανάφλεξής τους. Κυκλώματα ανάφλεξης χωρητικής εκφόρτισης ή τα συστήματα CDI χρησιμοποιούν SCR για τη δημιουργία εναλλαγής υψηλής τάσης που απαιτείται για τη διαδικασία ανάφλεξης ή για την εκκίνηση ανάφλεξης οχήματος.