실리콘 제어 정류기

Silicon controlled rectifier
실리콘 제어
SCR de potencia.jpg
실리콘 제어 정류기
유형활동적인
작동 원리Ian M. Mackintosh(벨 연구소)
발명된고든 홀과 프랭크 W. 빌 구츠윌러
제1회 생산제너럴 일렉트릭, 1957년
핀 구성양극, 게이트 및 음극
전자 기호
Thyristor circuit symbol.svg
SCR 4층(p-n-p-n) 그림

실리콘 제어 정류기 또는 반도체 제어 정류기는 4층 고체 전류 제어 장치이다."실리콘 제어 정류기"라는 이름은 General Electric의 사이리스터 유형의 상표 이름입니다.4층 p-n-p-n 스위칭의 원리는 1956년 [1]Bell Laboratories의 Moll, Tanenbaum, Goldey 및 Holonyak에 의해 개발되었습니다.1958년 1월 벨 연구소의 Ian M. Mackintosh 박사는 실리콘 제어 스위칭의 실제 시연과 실험 결과에 부합하는 장치의 상세한 이론적 거동을 발표했다.[2][3]SCR은 고든[4] 홀이 이끄는 동력 엔지니어 팀에 의해 개발되었고 프랭크 W. "빌" 구츠윌러가 1957년에 상용화했습니다.

실리콘 제어 정류기와 사이리스터를 동의어로[5] 정의하는 소스도 있고 실리콘 제어 정류기를 사이리스터 세트의 적절한 서브셋으로 정의하는 소스도 있습니다.사이리스터는 적어도 4층의 n형 및 p형 재료를 [6][7]교대로 가진 장치입니다.빌 구츠윌러에 따르면, "SCR"과 "제어 정류기"라는 용어가 더 일찍 사용되었고,[8] "사이리스터"라는 용어가 나중에 적용되었다.

SCR은 단방향 디바이스(즉, 한 방향으로만 전류를 통전할 수 있음)이며, TRIAC는 양방향(즉, 전하 캐리어가 어느 방향으로도 SCR을 통과할 수 있음)입니다.SCR은 게이트 전극에 인가된 양 또는 음의 전류에 의해 정상적으로 트리거될 수 있는 TRIAC와 반대로 게이트로 유입되는 양의 전류에 의해서만 정상적으로 트리거될 수 있습니다.

동작 모드

실리콘 제어 정류기의 특성 곡선

SCR에는 바이어싱에 따라 다음 3가지 동작 모드가 있습니다.

  1. 전방 블로킹모드(Off 상태)
  2. 순방향 전도 모드(온 상태)
  3. 역블로킹 모드(오프 상태)

전방 블로킹모드

이 동작 모드에서는 양극(+, p-도프 측)에 양의 전압이 부여되고 음극(-, n-도프 측)에는 음의 전압이 부여되어 게이트가 제로(0) 전위, 즉 절단된 상태로 유지됩니다.이 경우 접점 J1과 J3은 정방향 바이어스이며, J2는 역방향 바이어스이므로 양극에서 음극으로의 소량의 리크 전류만 허용된다.인가된 전압이 J2의 브레이크오버 값에 도달하면 J2는 눈사태 파괴를 겪습니다.이 브레이크오버전압 J2는 도통을 시작하지만 브레이크오버전압 J2는 전류에 대해 매우 높은 저항을 제공하며 SCR은 오프상태라고 한다.

순방향 전도 모드

SCR은 다음 두 가지 방법으로 블로킹모드에서 전도 모드로 전환할 수 있습니다.양극과 음극 사이의 전압을 차단 전압을 초과하여 증가시키거나 게이트에 양의 펄스를 인가하여 증가시킵니다.SCR이 전도되기 시작하면 ON 상태로 유지하기 위해 게이트 전압이 더 이상 필요하지 않습니다.게이트 전압 제거 시 SCR을 ON 상태로 유지하는 데 필요한 최소 전류를 래치 전류라고 합니다.

이 기능을 끄려면 다음 두 가지 방법이 있습니다.

  1. 이를 통해 전류를 유지 전류라고 하는 최소값 이하로 줄입니다.
  2. 게이트가 꺼진 상태에서 접점을 가로질러 푸시 버튼 스위치 또는 트랜지스터를 사용하여 양극과 음극을 잠시 단락시키십시오.

리버스 블로킹모드

양극에 음전압, 음극에 양전압이 인가되면 SCR은 역블로킹 모드가 되어 J1과 J3은 역바이어스, J2는 순바이어스 상태가 됩니다.디바이스는 직렬로 연결된 2개의 다이오드로 동작합니다.소량의 누출 전류가 흐릅니다.이것은 리버스 블로킹모드입니다역내압(VBR)이라고 하는 임계 내압 레벨에서 역내압(V)이 증가하면 J1 및 J3에서 눈사태가 발생하고 역전류가 빠르게 증가합니다.SCR에는 리버스 블로킹 기능을 사용할 수 있습니다.이는 길고 낮은 도프된 P1 영역이 필요하기 때문에 순방향 전압 강하를 증가시킵니다.일반적으로 역블로킹 전압 정격과 순블로킹 전압 정격은 동일합니다.역블로킹 SCR의 일반적인 적용은 전류원 인버터입니다.

역전압을 차단할 수 없는 SCR을 비대칭 SCR(ASCR)이라고 합니다.일반적으로 역내압정격(수십볼트)이 있습니다.ASCR은 역전도 다이오드가 병렬로 적용되거나(전압원 인버터 등), 역전압이 발생하지 않는 경우(스위칭 전원장치 또는 DC 트랙션 초퍼 등)에 사용됩니다.

비대칭 SCR은 같은 패키지로 역전도 다이오드를 사용하여 제작할 수 있습니다.이들은 역전도 사이리스터를 위해 RCT라고 합니다.

사이리스터 켜기 방법

  1. 정방향 전압 트리거링
  2. 게이트 트리거링
  3. dv/dt 트리거링
  4. 온도 트리거링
  5. 광발진

정방향 전압 트리거링은 게이트 회로가 열린 상태에서 양극-음극 정방향 전압이 상승할 때 발생합니다.이를 눈사태 붕괴라고 하며, 이 과정에서 J2 분기점이 붕괴됩니다.충분한 전압에서 사이리스터는 낮은 전압 강하 및 큰 전진 전류와 함께 ON 상태로 변경됩니다.이 경우 J1과 J3은 이미 전방 바이어스 되어 있습니다.

게이트 트리거가 발생하려면 사이리스터가 인가 전압이 고장 전압보다 낮은 순방향 차단 상태에 있어야 합니다. 그렇지 않으면 순방향 전압 트리거링이 발생할 수 있습니다.그런 다음 게이트와 음극 사이에 단일 작은 양의 전압 펄스를 인가할 수 있습니다.이는 사이리스터를 ON 상태로 만드는 단일 게이트 전류 펄스를 제공합니다.실제로는 사이리스터를 트리거하는 데 가장 일반적으로 사용되는 방법입니다.

온도 트리거는 온도가 상승함에 따라 고갈 영역의 폭이 감소했을 때 발생합니다.SCR이 VPO 근처에 있으면 온도가 매우 조금만 상승하면 접점 J2가 제거되어 장치가 트리거됩니다.

단순 SCR 회로

저항 부하가 있는 단순한 SCR 회로

저항부하가 있는 SCR에 접속된 AC전압원을 사용하여 간단한 SCR회로를 예시할 수 있다.SCR 게이트에 전류 펄스가 인가되지 않으면 SCR은 전방 블로킹 상태로 남습니다.이를 통해 SCR 전도 시작을 제어할 수 있습니다.게이트 전류 펄스가 자연 전도 순간과 관련하여 적용되는 순간인 지연 각도 α는 전도 시작을 제어합니다.SCR이 통전하면 SCR을 통과하는 전류(i)가s 음이 될 때까지 SCR이 꺼지지 않습니다.다른s 게이트 전류 펄스가 적용되고 SCR이 다시 [9]수행되기 시작할 때까지 0을 유지합니다.

적용들

SCR은 주로 고전압과 조합된 고전력의 제어가 요구되는 장치에서 사용됩니다.이러한 작동으로 램프 조광, 전원 조절기 및 모터 제어와 같은 중전압에서 고전압 AC 전원 제어 애플리케이션에 적합합니다.

SCR 및 이와 유사한 장치는 고전압 DC 전원 전송에서 고전압 AC를 정류하는 데 사용됩니다.또한 용접 기계, 주로 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW) 및 이와 유사한 공정의 제어에도 사용됩니다.다양한 디바이스에서 스위치로 사용됩니다.초기의 솔리드 스테이트 핀볼 기계는 이를 사용하여 조명, 솔레노이드 및 기타 기능을 기계적으로 제어하지 않고 디지털 방식으로 제어하여 솔리드 스테이트(Solid-state)라고 불렀습니다.

SCS와의 비교

Silicon Controlled Switch(SCS; 실리콘 제어 스위치)는 SCR과 거의 동일하게 동작하지만 몇 가지 차이가 있습니다.SCR과 달리 SCS는 다른 양극 게이트 리드에 양의 전압/입력 전류가 인가되면 꺼집니다.SCR과 달리 SCS는 동일한 리드에 음의 전압/출력 전류가 인가될 때 도통으로 트리거될 수도 있습니다.

SCS는 두 개의 개별 제어 펄스를 통해 켜거나 끄는 스위치가 필요한 거의 모든 회로에서 유용합니다.여기에는 전원 스위칭 회로, 논리 회로, 램프 드라이버, 카운터 등이 포함됩니다.

TRIAC와 비교

TRIAC는 모두 전기적으로 제어되는 스위치로 기능한다는 점에서 SCR과 유사합니다.SCR과 달리 TRIAC는 어느 방향으로든 전류를 통과시킬 수 있습니다.따라서 TRIAC는 AC 어플리케이션에 특히 유용합니다.TRIAC에는 게이트 리드 1개와 MT1 및 MT2라고 하는 전도 리드 2개가 있습니다. 게이트 리드에 전류/전압이 인가되지 않으면 TRIAC가 꺼집니다.한편, 게이트 리드에 트리거 전압이 인가되면 TRIAC가 켜집니다.

TRIAC는 조광 회로, 위상 제어 회로, AC 전원 스위칭 회로, AC 모터 제어 회로 등에 적합합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Moll, J.; Tanenbaum, M.; Goldey, J.; Holonyak, N. (September 1956). "P-N-P-N Transistor Switches". Proceedings of the IRE. 44 (9): 1174–1182. doi:10.1109/jrproc.1956.275172. ISSN 0096-8390. S2CID 51673404.
  2. ^ Vasseur, J. P. (2016-06-06). Properties and Applications of Transistors. Elsevier. ISBN 9781483138886.
  3. ^ Twist, Jo (2005-04-18). "Law that has driven digital life". BBC News. Retrieved 2018-07-27.
  4. ^ Ward, Jack. "The Early History of the Silicon Controlled Rectifier". p. 6. Retrieved 12 April 2014.
  5. ^ Christiansen, Donald; Alexander, Charles; Jurgen, Ronald (2005). Standard Handbook of Electronic Engineering, 5th Edition. Mcgraw-hill. ISBN 9780071384216.
  6. ^ 국제 전기 표준 위원회 60747-6 규격
  7. ^ Dorf, Richard C. (1997-09-26). The Electrical Engineering Handbook,Second Edition. CRC Press. ISBN 9781420049763.
  8. ^ Ward, Jack. "The Early History of the Silicon Controlled Rectifier". p. 7. Retrieved 12 April 2014.
  9. ^ Mohan, Ned (2012). Power Electronics: A First Course. United States: Don Fowley. pp. 230–231. ISBN 978-1-118-07480-0.

추가 정보

외부 링크