Co je křemíkový usměrňovač?

Silikonem řízený usměrňovač (SCR) je polovodičové zařízení určené k přepínání a řízení vysokonapěťových zátěží. SCR je v podstatě regulátor proudu, který se při zapnutí spoléhá na externě dodávané spouštěcí napětí. Zařízení SCR mají také přednastavenou hodnotu přidržovacího proudu, pod kterou nebudou chovat, i když jsou zapnutá. To umožňuje ovládat, kdy se zařízení zapne a minimální proud, který prochází. Křemíkem řízené usměrňovače se obvykle používají ve vysokonapěťových, vysokonapěťových aplikacích, ačkoli se často vyskytují v systémech s nízkým napětím, jako jsou stmívače lamp.

SCR sestávají ze čtyř střídavých vrstev p a n polovodičových materiálů. Externí vodič, známý jako brána, je připojen k druhé vrstvě p. Brána se používá k napájení spouštěcího napětí, které způsobí zapnutí SCR a zahájení vedení. Polovodičové destičky jsou formovány do kompaktní pelety obsažené v molybdenu nebo wolframovém pouzdru. Pouzdro je opatřeno závitovým kolíkem na jednom konci, který umožňuje připojení chladiče s hradlem a hlavním vstupním vedením umístěným na druhém konci.

Usměrňovač řízený křemíkem zůstane neaktivní nebo otevřený, dokud nebude přijat předem určený hradící nebo spouštěcí impuls, kdy se zařízení zapne a umožní průchod proudu. Po zapnutí může být hradlové napětí odstraněno a SCR bude pokračovat v činnosti, dokud aktuální proud neklesne pod přednastavenou úroveň. Toto přednastavené minimum je známé jako přídržný proud zařízení; i když SCR přijme hradlový impuls, nezapne se, pokud je hlavní napájecí proud pod touto úrovní. Díky těmto vlastnostem je křemíkem řízený usměrňovač a ideální součást pro úzce řízené spínání proudu.

Napětí hradla usměrňovače je při jeho činnosti také variabilní funkcí. Každý křemíkem řízený usměrňovač má jmenovité prahové hradlové napětí, pod kterým se zařízení neaktivuje. Tato funkce poskytuje návrhářům obvodů další kontrolu a flexibilitu v podmínkách přepínání usměrňovačů. Ovládací obvod brány je často vybaven ochranným zařízením známým jako snubér. Tím se zabrání náhlému zvýšení napětí přiváděného na usměrňovač v indukci kapacitní vazby v bráně a neúmyslném zapnutí.

SCR se obvykle používá v obvodech, které mají velmi vysoké hodnoty proudu a napětí. Moderní SCR mohou pohodlně přepínat jmenovité hodnoty výkonu přesahující milion wattů a staly se nedílnou součástí převodu střídavého proudu střídavého (AC) na stejnosměrný (DC). Tyto těžké varianty jsou často chlazeny vodou a zavěšeny v obrovských hromádkách ze stropů zařízení pro přenos energie. SCR lze také nalézt v domácích aplikacích využívajících mnohem nižší úrovně výkonu, jako jsou regulátory motoru, regulátory topení a velké stmívače světla.