Từ khi công nghệ bán dẫn xuất hiện việc điều khiển các thiết bị điện công nghiệp đã trở nên đơn giản gọn nhẹ, hiệu suất, hiệu quả cao và một trong những thiết bị bán dẫn làm thay đổi quá trình điều khiển, đặc biệt là việc điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều trở nên đơn giản dễ dàng đó là nhờ Thyristor (SCR) Bài viết này chúng ta cùng nhau tìm hiểu Thyristor (SCR) là gì? nguyên lý hoạt động, thông số và ứng dụng của Thyristor (SCR)
Có thể bạn quan tâm
Diode là gì ? Cấu tạo, nguyên lý làm việc, thông số quan trọng của Diode
IC là gì? Các loại ic phổ biến hiện nay, ic nguồn, ic Logic, ic lập trình ….
Transistor là gì ? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách xác định chân
Opto là gì ? Cấu tạo, nguyên lý làm việc, thông số cần lưu ý khi chọn opto
Mosfet là gì ? Đặc điểm, cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của Mosfet
Thyristor SCR là gì?
Thyristor SCR là thiết bị bán dẫn bao gồm bốn lớp bán dẫn P-N ghép xen kẽ và được nối ra ba chân:
- A : anode : Cực dương
- K : Cathode : Cực âm
- G : Gate : cực khiển cần tín hiệu để bật nó lên (controlled) và khi được bật lên nó hoạt động như một diode chỉnh lưu (rectifier).
Thyristor (SCR) có thể xem như tương đương hai BJT gồm một BJT loại NPN và một BJT loại PNP ghép lại như hình vẽ sau:
Thyristor (SCR) là thiết bị bán đẫn hoạt động như một diode chỉnh lưu có kiểm soát.
https://shorten.asia/4aV4Sr2d
Các loại thyristor thông dụng:
Dựa vào khả năng bật và tắt chúng sẽ được phân thành các loại như sau:
- Thyristor điều khiển silic hoặc SCR
- Thyristor cổng tắt hoặc GTO
- Thyristor cực phát tắt hoặc ETOs
- Thyristor dẫn điện ngược hoặc RCT
- Thyristor Triode hai chiều hoặc TRIAC
- Thyristor MOS tắt hoặc MTO
- Thyristor điều khiển pha hai chiều hoặc BCT
- Thyristor chuyển đổi nhanh hoặc SCR
- Bộ điều chỉnh silicon được kích hoạt bằng ánh sáng hoặc LASCR
- Thyristor kiểm soát FET hoặc FET-CTHs
- Thyristor tích hợp cổng hoặc IGCT
Nguyên lý hoạt động của Thyristor (SCR)
+ Trường hợp cực G để hở hay VG = OV
Khi cực G và VG = OV có nghĩa là transistor T1 không có phân cực ở cực B nên T1 ngưng dẫn. Khi T1ngưng dẫn IB1 = 0, IC1 = 0 và T2 cũng ngưng dẫn. Như vậy trường hợp này SCR không dẫn điện được, dòng điện qua SCR là IA = 0 và VAK ≈ VCC.
Tuy nhiên, khi tăng điện áp nguồn VCC lên mức đủ lớn là điện áp VAK tăng theo đến điện thế ngập VBO(Beak over) thì điện áp VAK giảm xuống như diode và dòng điện IA tăng nhanh. Lúc này SCR chuyển sang trạng thái dẫn điện, dòng điện ứng với lúc điện áp VAK giảm nhanh gọi là dòng điện duy trì IH(Holding). Sau đó đặc tính của Thyristor giống như một diode nắn điện.
Trường hợp đóng khóa K: VG = VDC – IGRG, lúc này Thyristor dễ chuyển sang trạng thai dẫn điện. Lúc này transistor T1 được phân cực ở cực B1 nên dòng điện IG chính là IB1 làm T1 dẫn điện, cho ra IC1 chính là dòng điện IB2 nên lúc đó I2 dẫn điện, cho ra dòng điện IC2 lại cung cấp ngược lại cho T1 và IC2 = IB1.
Nhờ đó mà Thyristor sẽ tự duy trì trạng thái dẫn mà không cần có dòng IG liên tục.
IC1 = IB2 ; IC2 = IB1
Theo nguyên lý này dòng điện qua hai transistor sẽ được khuếch đại lớn dần và hai transistor chạy ở trạng thái bão hòa. Khi đó điện áp VAK giảm rất nhỏ (≈ 0,7V) và dòng điện qua Thyristor là:
Thực nghiệm cho thấy khi dòng điện cung cấp cho cực G càng lớn thì áp ngập càng nhỏ tức Thyristor càng dễ dẫn điện.
https://shorten.asia/MUXAj7gu
+ Trường hợp phân cực ngược Thyristor (SCR).
Phân cực ngược Thyristor (SCR) là nối A vào cực âm, K vào cực dương của nguồn VCC. Trường hợp này giống như diode bị phân cự ngược. Thyristor (SCR) sẽ không dẫn điện mà chỉ có dòng rỉ rất nhỏ đi qua. Khi tăng điện áp ngược lên đủ lớn thì SCR sẽ bị đánh thủng và dòng điện qua theo chiều ngược. Điện áp ngược đủ để đánh thủng SCR là VBR. Thông thường trị số VBR và VBO bằng nhau và ngược dấu.
Đặc tuyến
IG = 0 ; IG2 > IG1 > IG
Các thông số kỹ thuật của Thyristor (SCR):
Dòng điện thuận cực đại: Đây là trị số lớn nhất dòng điện qua mà Thyristor (scr) có thể chịu đựng liên tục, quá trị số này Thyristor (scr) bị hư. Khi Thyristor (scr) đã dẫn điện VAK khoảng 0,7V nên dòng điện thuận qua có thể tính theo công thức:
Điện áp ngược cực đại: Đây là điện áp ngược lớn nhất có thể đặt giữa A và K mà Thyristor (SCR) chưa bị đánh thủng, nếu vượt qua trị số này SCR sẽ bị phá hủy. Điện áp ngược cực đại của SCR thường khoảng 100V đến 1000V.
Dòng điện kích cực tiểu: IGmin : Để Thyristor (scr) có thể dẫn điện trong trường hợp điện áp VAK thấp thì phải có dòng điện kích cho cực G của Thyristor (scr). Dòng IGmin là trị số dòng kích nhỏ nhất đủ để điều khiển Thyristor (scr) dẫn điện và dòng IGmin có trị số lớn hay nhỏ tùy thuộc công suất của Thyristor (scr), nếu Thyristor (scr) có công suất càng lớn thì IGmin phải càng lớn. Thông thường IGmin từ 1mA đến vài chục mA.
Thời gian mở Thyristo (SCR): Là thời gian cần thiết hay độ rộng của xung kích để SCR có thể chuyển từ trạng thái ngưng sang trạng thái dẫn, thời gian mở khoảng vài micrô giây.
Thời gian tắt: Theo nguyên lý Thyristor (SCR) sẽ tự duy trì trạng thái dẫn điện sau khi được kích. Muốn SCR đang ở trạng thái dẫn chuyển sang trạng thái ngưng thì phải cho IG = 0 và cho điện áp VAK = 0. để SCR có thể tắt được thì thời gian cho VAK = OV phải đủ dài, nếu không VAK tăng lên cao lại ngay thì SCR sẽ dẫn điện trở lại. Thời gian tắt của SCR khoảng vài chục micrô giây.
Ứng dụng của Thyristor (SCR)
Thyristor (SCR) là một khóa điện có điều khiển để tạo ra nguồn điện một chiều điều khiển được. Một thiết bị thyristor (scr) nhỏ có thể kiểm soát một lượng lớn điện áp và năng lượng. Vì thế nó được ứng dụng trong điều khiển công suất điện và đặc biệt là điều khiển tốc độ của động cơ điện. Bằng cách sử dụng tín hiệu cổng điều khiển có thể bật và tắt các thiết bị mới, có thể sử dụng Thyristor (scr) để bật và tắt hoàn toàn. Vì vậy, thyristor (scr) được sử dụng làm công tắc chứ không thích hợp làm bộ khuếch đại analog.
Thyristor (SCR) hiện nay được ứng dụng để làm các cầu chỉnh lưu dòng điện một chiều có điều khiển lắp trong các Driver điều khiển động cơ điện một chiều
Ưu điểm và khuyết điểm
Một số ưu điểm của Thyristor (SCR):
- Có thể xử lý điện áp, dòng điện và công suất lớn.
- Có thể được bảo vệ bằng cầu chì.
- Rất dễ bật.
- Mạch kích hoạt cho bộ chỉnh lưu được điều khiển bằng silicon (SCR) rất đơn giản.
- Rất đơn giản để kiểm soát.
- Chi phí thấp.
- Nó có thể điều khiển nguồn xoay chiều
Một số nhược điểm của Thyristor (SCR):
- Bộ chỉnh lưu khiển silic (SCR) là thiết bị một chiều, vì vậy nó chỉ có thể điều khiển công suất bằng nguồn một chiều trong nửa chu kỳ dương của nguồn xoay chiều. Do đó chỉ có nguồn một chiều được điều khiển bằng SCR.
- Trong mạch xoay chiều, nó cần phải được bật trên mỗi chu kỳ.
- Không thể sử dụng ở tần số cao.
- Dòng điện ở cổng (gate) không thể âm.
Trên đây là kiến thức cơ bản của Thyristor (SCR). Hi vọng sẽ có ích cho các bạn đang tìm hiểu về nó. Vì là kiến thức cá nhân tổng hợp trên các trang mạng cho nên không tránh khỏi thiếu sót hi vọng các bạn sẽ đóng góp ý kiến để bài viết hoàn thiện hơn. Xin cảm ơn
https://shorten.asia/DVYpMrP2
