2.7.TRİSTÖR (SCR:S ilicon C ontrolled R ectifier ), Yarıiletken denetimli doğrultucu

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



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.


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)



K

A

G s

+ VG

-

- Değişken + VS

R

SCR

IG

(b)


VRB


(4) (5)

(6)


IA [A]

IH

(2)

(1)

(4)

(7)

Vlatc

(8)



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


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)


Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]ÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR TRISTÖR-SCR


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)



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.



K

A

G s

+ VG

-

- Değişken + VS

R

SCR

IG

(b)



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



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.


VRB


(4) (5)

(6)


IA [A]

IH

(2)

(1)

(4)

(7)

Vlatc

(8)



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


IA [A]

IH

(c)

(3)

(2)

(1)

(4)

(7)

(5)

(6)

IGH>IG1>IG2>IG3>IGn>IG0=0 (yani

tetikleme yok)

Vlatc

(8)



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


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.




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



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



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



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.



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.



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.



ii.Negatif Gerilim Etkisiyle Kapama

Negatif gerilim etkili söndürme ile tristörün kesim

konumuna alınması yani kapatılmasıdır. Tristör

anoduna negatif bir gerilim uygulanarak

gerçekleştirilir.



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



Şekil 2.77 Tristörün L-C rezonans devresi ile söndürülmesi

G

A K IA=IY + vA - + + vL L - VS - + C vC -



ii.Negatif Gerilim Etkisiyle Kapama

Negatif gerilim etkili söndürme ile tristörün kesim

konumuna alınması yani kapatılmasıdır. Tristör

anoduna negatif bir gerilim uygulanarak

gerçekleştirilir.

Documents

2.7.TRİSTÖR (SCR:S ilicon C ontrolled R ectifier ), Yarıiletken denetimli doğrultucu