2.7.trİstÖr (scr:s ilicon c ontrolled r ectifier ), yarıiletken denetimli doğrultucu
DESCRIPTION
TRISTÖR-SCR. 2.7.TRİSTÖR (SCR:S ilicon C ontrolled R ectifier ), Yarıiletken denetimli doğrultucu - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
2.7.TRİSTÖR (SCR:Silicon Controlled Rectifier),
Yarıiletken denetimli doğrultucu
Güç denetimi ana devre elemanlarının en
önemlilerinden biridir. Dört ayrı yarıiletken
tabakadan oluşmuştur. Çalışması, seri bağlı npn
ve pnp tipli iki tranzistörün çalışması gibidir.
Tristörün tranzistör eşdeğer devresi, Şekil 2.69.(c)
den görüldüğü gibi, npn ve pnp tipi iki
tranzistörün biri birini sürecek şekilde
bağlanmasından oluşmuştur.
TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR
Tristörün anoduna (+) katoduna () olmak üzere
bir gerilim uygulandığında, tristör iletime
(a) K
A
G s
+ VG
-
+ Değişken
- VS
R
SCR
IG IA
kutuplanmış olur.
Kapı devresine,
açık S anahtarı
kapatılarak, bir
tetikleme gerilimi
uygulandığında,
belirli aşamalarla,
tristör iletime
geçer.
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
VRB
0 VH V1 V2 V3 Vn VFB(IG=0) VA [V]
(4) (5)
(6)
TRISTÖR-SCR ÖzeğrileriTRISTÖR-SCR ÖzeğrileriTRISTÖR-SCR ÖzeğrileriTRISTÖR-SCR Özeğrileri
IA [A]
IH
(2)
(1)
(4)
(7)
Vlatc
(8)
IGHIG1IG2IG3IGnIG0=0 (yani tetikleme yok)
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR
K
A
G s
+ VG
-
- Değişken + VS
R
SCR
IG
(b)
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
VRB
0 VH V1 V2 V3 Vn VFB(IG=0) VA [V]
(4) (5)
(6)
TRISTÖR-SCR ÖzeğrileriTRISTÖR-SCR ÖzeğrileriTRISTÖR-SCR ÖzeğrileriTRISTÖR-SCR Özeğrileri
IA [A]
IH
(2)
(1)
(4)
(7)
Vlatc
(8)
IGHIG1IG2IG3IGnIG0=0 (yani tetikleme yok)
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
Şekil 2.71 Tristörün (a)iletime kutuplama, (b)kesime kutuplama, (c)iletim-kesim-tıkama özeğrileri.
(a) K
A
G s
+ VG
-
+ Değişken
- VS
R
SCR
IG IA
K
A
G s
+ VG
-
- Değişken + VS
R
SCR
IG
(b)
VRB
0 VH V1 V2 V3 Vn VFB(IG=0) VA [V]
IA [A]
IH
(c)
(3)
(2)
(1)
(4)
(7)
(5)
(6)
IGH>IG1>IG2>IG3>IGn>IG0=0 (yani
tetikleme yok)
Vlatc
(8)
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]ÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR A
G
K
(a)
A
G
K
n1
p1
n2
p2
(b)
e1 e2
e3
A
G
K
n1
p1
n2
p2
n1 p2
IE=IK e2
c2
b2
K
IG(p)
Ic2
Tr2
e1
c1
b1 Tr1
IG(n)
A
Ie1=IA
G(K) Ic1
G(A)
(c)
Anot (+)
n2
p2
n1
p1
n1
p2
IG
G Katot (-) (d)
e1 e2 e3
Anot (+)
n2
p2
n1
p1
n1
p2
G Katot (-) (e)
e1
e2 e3
Iep
cep
Ien=IK en
cen Ien
K
IG(p)=Ib
n
Icn
Tnpn
ep
cp
bp Tpnp
Ibp=IG(n)
A
G(K)
Icp
G(A)
(f)
Şekil 2.69 Tristörün (a)sembolü, (b)p-n eklemleri, (c) iki tranzistör modeli, (d)kapı darbesi uygulandığında tristörde kapı akım başlangıcı, (e)iletim anında tristör anot akımının yarıiletken bölgelerde dağılımı, (f)eklem kapasiteleri.
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]ÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR A
G
K
(a)
A
G
K
n1
p1
n2
p2
(b)
e1 e2
e3
A
G
K
n1
p1
n2
p2
n1 p2
IE=IK e2
c2
b2
K
IG(p)
Ic2
Tr2
e1
c1
b1 Tr1
IG(n)
A
Ie1=IA
G(K) Ic1
G(A)
(c) Anot (+)
n2
p2
n1
p1
n1
p2
IG
G Katot (-) (d)
e1 e2 e3
Anot (+)
n2
p2
n1
p1
n1
p2
G Katot (-) (e)
e1
e2 e3
Iep
cep
Ien=IK en
cen Ien
K
IG(p)=Ib
n
Icn
Tnpn
ep
cp
bp Tpnp
Ibp=IG(n)
A
G(K)
Icp
G(A)
(f)
Şekil 2.69 Tristörün (a)sembolü, (b)p-n eklemleri, (c) iki tranzistör modeli, (d)kapı darbesi uygulandığında tristörde kapı akım başlangıcı, (e)iletim anında tristör anot akımının yarıiletken bölgelerde dağılımı, (f)eklem kapasiteleri.
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]ÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR
Şekil 2.69 Tristörün (a)sembolü, (b)p-n eklemleri, (c) iki tranzistör modeli, (d)kapı darbesi uygulandığında tristörde kapı akım başlangıcı, (e)iletim anında tristör anot akımının yarıiletken bölgelerde dağılımı, (f)eklem kapasiteleri.
Iep
cep
Anot (+)
n2
p2
n1
p1
n1
p2
IG
G Katot (-) (d)
e1 e2 e3
Anot (+)
n2
p2
n1
p1
n1
p2
G Katot (-) (e)
e1
e2 e3
A
G
K
(a)
A
G
K
n1
p1
n2
p2
A
G
K
n1
p1
n2
p2
n1 p2
(b)
e1 e2
e3
IE=IK e2
c2
b2
K
IG(p)
Ic2
Tr2
e1
c1
b1 Tr1
IG(n)
A
Ie1=IA
G(K) Ic1
G(A)
(c)
Ien=IK en
cen Ien
K
IG(p)=Ibn
Icn
Tnpn
ep
cp
bp Tpnp
Ibp=IG(n)
A
Iep=IA
G(K)
Icp
G(A)
(f)
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR
2.7.1.Tristörün iletimi
Tristörün anoduna () katoduna (+)
yönde bir gerilim uygulandığında, kapı
devresindeki s anahtarı kapatılsa bile
tristör iletmeyecektir. Yani kesim
bölgesinde çalışacaktır. Bu bölgede,
tristör bir diyot gibidir.
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR
K
A
G s
+ VG
-
- Değişken + VS
R
SCR
IG
(b)
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR
R ayarlı direnci ile
tristör uçlarındaki, VRB
ters gerilimi arttırılarak
VFB pozitif devrilme
gerilimine (Voltage of
Forward Breakover)
ulaştığında, diyotlarda
olduğu gibi, ters yönde
tristörden bir akım
akar ve tristör iletken
hale gelir.
Anot (+)
n2
p2
n1
p1
n1
p2
G Katot (-) (e)
e1
e2 e3
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR
Tristörün anoduna (+) katoduna () olmak üzere
bir gerilim uygulandığında, tristör iletime
(a) K
A
G s
+ VG
-
+ Değişken
- VS
R
SCR
IG IA
kutuplanmış olur.
Kapı devresine,
açık S anahtarı
kapatılarak, bir
tetikleme gerilimi
uygulandığında,
belirli aşamalarla,
tristör iletime
geçer.
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
VRB
0 VH V1 V2 V3 Vn VFB(IG=0) VA [V]
(4) (5)
(6)
TRISTÖR-SCR ÖzeğrileriTRISTÖR-SCR ÖzeğrileriTRISTÖR-SCR ÖzeğrileriTRISTÖR-SCR Özeğrileri
IA [A]
IH
(2)
(1)
(4)
(7)
Vlatc
(8)
IGHIG1IG2IG3IGnIG0=0 (yani tetikleme yok)
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
Şekil 2.71 Tristörün (a)iletime kutuplama, (b)kesime kutuplama, (c)iletim-kesim-tıkama özeğrileri.
(a) K
A
G s
+ VG
-
+ Değişken
- VS
R
SCR
IG IA
K
A
G s
+ VG
-
- Değişken + VS
R
SCR
IG
(b)
VRB
0 VH V1 V2 V3 Vn VFB(IG=0) VA [V]
IA [A]
IH
(c)
(3)
(2)
(1)
(4)
(7)
(5)
(6)
IGH>IG1>IG2>IG3>IGn>IG0=0 (yani
tetikleme yok)
Vlatc
(8)
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR
Tablo 2.7 Bazı Tristörler için örnek öz değerler
THY500-40 THY800-26 BTY79-400R BTX18-400 C203YY VDRM [V] 500 800 400 400 60 VRRM [V] 500 800 400 500 60 IT(ort) [A] 40 26 6,4 1 0,8 IG [mA] 60 40 30 5 0,2 VG [V] 2,5 3 3 2 0,8 VDRMmaks. [V] 500(TJ=125°C) 800(TC=125°C) 400(TC=125°C) 400(TC =125°C) 60(TC=125°C) VRRMmaks. [V] 500(TJ=125°C) 800(TC=125°C) 400(TC =125°C) 500(TC =125°C) 60(TC=125°C) IT(or 180°) [A] 40(TC=85°C) 26(TC=80°C) 6,4(TC =90°C) 1 (TJ =105°C) 0,8(TC=25°C) di/dt [A/µs] 100 175(TJ=125°C) 20(TJ =125°C) 100(TJ =125°C) - Tjmaks. [°C] 125 135 135 125 125 dv/dt [V/µs] 200(TC=125°C) 200(TC=110°C) 50(TC=100°C) 20 min 20 tipik IH [mA] 25 tipik 25 tipik 15 tipik 5 tipik 5 maks IRRM [mA] 10 maks 5 maks 2,5 maks 1,5 maks 0,001 IDRM [mA] 10 maks 5 maks 2,5 maks 1,5 maks 0,005 RthJC [°C/W] 0,5 1,1 3,1 10 125 RthJA [°C/W] - - - - 230
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
Tristörlerin çeşitli şartlarda iletimi sağlanabilir.
i1-Gerilim etkisiyle iletim (VA > VFB) 1+2=1 olur.
Fakat işletmede bu tip iletime sürme şekli kullanılmaz.
i2-Hız etkisiyle iletim (Gerilim değişme hızı dVA/dtdVA/dtkrt)
i3-Sıcaklık etkisiyle iletim (TJ TJüretim)
i4-Işıma enerjisiyle iletim (ışık, radyoaktivite, elektromagnetik
dalgalar vs. etkisi)
i5-Tranzistör etkisiyle iletim (IG) Tranzistörlerin bazına bir
gerilim uygulayarak, yani Şekil 2.70.(b) de G ucuna bir darbe gerilim
uygulanması durumunda tranzistör iletime geçer. Buna kapıdan tetikleme
veya tristörün ateşlenmesi denir. p bölgesinden çıkarılan kapı ucundan
tetiklenen tristörlere klasik tristörler denir.
TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR
VG
mV
0
IA A 0,9.IT
0,1.IT
0
VA V
0
t ms
t ms
t ms
Tekrar poz. Ger. Uyg.
V
td
tq VDRM
IRRM
VR
VRRM
IT
QR
tr
tp tptd olursa SCR rahatlıkla iletime girer ton
dv/dtdV/dtkrtk.
iyileşme süresi
di/dt - di/dt söndürme (kesim)
Anot (+)
n2
p2
n1
p1
n1
p2
G Katot (-) (e)
e1
e2 e3
Kesim Kesim komutukomutu
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR
Şekil 2.73 SCR kapı darbesi sırasında kapı-katot akımları
IG mA
0 IA A Pth W VA V VT 0,9IA 0,1IA 0
t0 td t1 tr t2 ts t3
t ms
t ms Pth
IA
VA
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR
Şekil 2.74.(a)Omik-endüktif yükü denetleyen tristör iletimi, (b)yüke paralel bobin, (c)yüke paralel olarak bağlanan seri direnç-kondansatör elemanları.
RY LY
(a) RP CP
RY LY
(c)
RY LY
(b)
LP
+ iA SCR ~
v(t)=Vm sin t IG
+ iA SCR ~
v(t)=Vm sin t IG
+ iA SCR ~
v(t)=Vm sin t IG
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR
2.7.2. Tristörün Söndürülmesi
(Turn-off: Commutation: Kesim, Komutasyon)
Tristörün komutasyonu, iletimden tekrar kesime
geçerek akımın sıfırlanmasıdır. Tristör kısa devre edilmesi (anot-katot kısa devre),
Anot akımına başka bir yol bulunması (akım aktarımı),
Alternatif gerilimin negatifi yarı peryodundaki gibi, anodun
katoda göre daha negatif yapılması, veya
SCR akımını tutma akımı seviyesinin altına düşürmek (IAIH)
gerekir. Buna tristörün söndürülmesi veya komutasyonu
denir.
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR
Örnek olarak; GE C158 tristörü için bu değerler:
tq = 25µs
TJ = +125°C
IT = 150A
VR = 50 V
dv/dt = 200 V/µs
di/dt = 5A/µs ve (kapı değeri; VG=10V, IG=100mA)
şeklindedir.
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR
i.Kapı Akımı İle Kapama
Bu tür bir yöntem, küçük anot yüzeyine sahip tristörlerde
uygulanır. GTO (Gate Turn-off Thyristor: Kapıdan
Söndürmeli Tristörler) diye isimlendirilen bu tür
tristörlerde önceleri anahtarlama gücü düşük devre
uygulamaları yapılmakta iken günümüzde ilerleyen
üretim teknolojileri ile birkaç yüz KW gücünü aşan
MW mertebelerine yakın güç denetim devrelerinde
kullanılabilir hale gelmişlerdir.
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR
ii.Negatif Gerilim Etkisiyle Kapama
Negatif gerilim etkili söndürme ile tristörün kesim
konumuna alınması yani kapatılmasıdır. Tristör
anoduna negatif bir gerilim uygulanarak
gerçekleştirilir.
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR
Şekil 2.76.(a)Tristör söndürme devresi, (b)SCR, (c)Triyak için söndürme anında anot akım ve gerilimi değişimleri.
(b)
iA A
Im (=IY)
0
IRM vA V
0
Vsö
VRRM
t s
t
t s
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6
Lsö RY LY s1
(a)
(c)
vA/iA V/A
0
IRRM
t s
(di/dt)sö
VT1-T2
Depolama yükü
dv/dt ye göre dolma
(dv/dt)sö
- Vsö A + + SCR IA=IY VS - s2 isö IG K
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR
Şekil 2.77 Tristörün L-C rezonans devresi ile söndürülmesi
G
A K IA=IY + vA - + + vL L - VS - + C vC -
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]
TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR
ii.Negatif Gerilim Etkisiyle Kapama
Negatif gerilim etkili söndürme ile tristörün kesim
konumuna alınması yani kapatılmasıdır. Tristör
anoduna negatif bir gerilim uygulanarak
gerçekleştirilir.