8.1.1 Giới thiệu
Hình 8.1: Cấu tạo và mạch tương đương SCR
SCR gồm cĩ 4 lớp PNPN xen kẽ nhau. Để giải thích nguyên lý vận hành, chúng ta cĩ thể xem SCR như được cấu tạo bởi hai Transistor: một PNP và một NPN nối tiếp nhau tạo thành một mạch hồi tiếp tương đương như mạch tương đương trên, mạch này giúp ta thấy sự kích khởi SCR.
Cực A được cấp điện tương, cực K được cấp điện âm, khi cho một dịng IG nhỏ vào cực nền của TR2 tức cửa của SCR, ta thấy dịng IG = IB(TR2) được TR1 khuếch đại cĩ IC(TR2) =IB(TR1) lại vào cực nền của TR1 và được TR1 khuếch
2019 TRANG 120
đại để cĩ IC(TR1)=IB(TR2) vào TR2 khuếch đại... Hiện tượng này tiếp tục nên hai transistor nhanh chĩng trở nên bão hịa.
Sự hoạt động ở trên cho thấy dịng cửa IG khơng cần lớn và chỉ cần tồn tại trong một thời gian ngắn, rồi hai transistor tự khĩa vào nhau để khuếch đại và duy trì dịng bão hịa. Dịng cửa vẫn cĩ thể tiếp thì SCR vẫn tiếp tục dẫn. Nghĩa là cĩ thể mở SCR bằng cửa nhưng khơng thể tắt bằng cửa.
Hình 8.2: Ký hiệu và hình dạng của SCR
8.1.2 Đặc tính I-V của SCR
2019 TRANG 121 Khi VA<VK
SCR phân cực nghịch, đặc tuyến I-V giống như của diode chỉnh lưu nghĩa là cĩ một dịng rỉ rất nhỏ chạy qua, tuy nhiên khi điện áp nghịch đạt đến điện thế phân hủy VBR sẽ làm cho SCR bị hỏng nếu trong mạch khơng cĩ một điện trở đủ lớn để giới hạn dịng điện nghịch
Khi VA >VK và IG = 0:
SCR phân cực thuận, ban đầu đặc tuyến cũng giống như phân cực nghịch, nhưng khi đạt đến giá trị VBO (Breakover Voltage) điện thế chận thuận hoặc điện thế gãy lên, điện thế trên Anod tự động sụt xuống như diode thường (0,7V), dịng điện tương ứng lúc bấy giờ được gọi là dịng duy trì IH (Holding current) hay cịn gọi là dịng giữ và lúc bấy giờ SCR đã dẫn. Sau đĩ đặc tuyến V-I tương tự như diode thường.
Khi VA>VK và IG>0:
Khi cĩ dịng cửa thì SCR sẽ chuyển từ trạng tắt sang trạng thái dẫn nhanh hơn.
8.1.3 Các thơng số SCR
Các thơng số chính của SCR, khi sử dụng cần phải lưu ý
Điện áp phân cực thuận và nghịch cực đại.
Dịng điện thuận cực đại.
Điện áp và dịng điện cổng.
Dịng duy trì (IH)
Cơng suất tiêu tán.
Tốc độ tăng tới hạn của SCR dV/dt. Đây là một trong những giới hạn của SCR, vì một sự đổi lớn của điện áp cĩ thể kích khởi SCR vào trạng thái dẫn
Kích dẫn SCR
Kích khởi gọi tắt là kích SCR, tức là làm cho SCR dẫn điện. Nếu gọi : α là gĩc kích, θ là gĩc dẫn
2019 TRANG 122
Ta cĩ: α + θ =1800
Bằng cách thay đổi gĩc kích sẽ làm thay đổi gĩc dẫn điện và như vậy sẽ kiểm sốt được cơng suất tiêu thụ của tải.
Cĩ nhiều phương pháp kích dẫn khác nhau sẽ được đề cập phần sau
Hình 8.4: Gĩc kích dẫn cho SCR
Cách tắt SCR
Cổng G hết cịn hiệu lực khi SCR đang dẫn điện Do đĩ, chúng ta cần đến các biện pháp bên ngồi để làm SCR ngưng dẫn.
Trong mạch điện xoay chiều
Đối với SCR làm việc trong mạch điện xoay chiều thì khơng cần sử dụng biện pháp tắt, mà SCR sẽ tự động tắt ,oojy cách tự động ở đầu mỗi bán kỳ âm của điện áp đặt vào Anod.
Trong mạch điện một chiều:
Cĩ thể dùng một trong các cách sau:
o Phân cực nghịch SCR (VAK ≤ 0) o Ngắt dịng qua SCR (Ia=0)
2019 TRANG 123
8.1.4 Các mạch ứng dụng SCR
Mạch điện chuyển mạch DC dùng SCR
Khi được kết nối với nguồn DC trực tiếp, thyristor cĩ thể được sử dụng như một cơng tắc để điều khiển các tải cĩ tiêu thụ dịng DC lớn. Khi sử dụng Thyristor như một cơng tắc, nĩ hoạt động giống như một chốt điện tử bởi vì một khi được kích hoạt, nĩ vẫn ở trạng thái ON cho đến ngắt mạch điện bằng tay như mạch dưới đây
Hình 8.5: SCR trong chuyển mạch DC (dạng 1)
Ở hình 8.6, cĩ nguyên tác hoạt động giống như hình 8.4 tuy nhiên khác nhau về cách ngắt dẫn cho SCR. Khi S2 được đĩng sẽ khơng cĩ dịng điện qua SCR và lúc này SCR ngưng dẫn. Sau đĩ thả nút nhấn S2 thì mạch ở trạng thái hở.
2019 TRANG 124
Mạch điện Thysistor giao với tải AC
Hình 8.7: Mạch điện SCR điều khiển tải AC
Trong mạch điện hình 8.7 Nếu cơng tắc S1 bị đĩng, vào đầu mỗi nửa chu kỳ dương, thyristor hồn tồn ngắt, nhưng ngay sau đĩ sẽ cĩ đủ điện áp kích hoạt dương và lúc đĩ cĩ dịng điện tại cực G để bật thyristor và đèn được sáng. Trong nửa chu kỳ âm tiếp theo, thiết bị vẫn hồn tồn ngắt cho đến nửa chu kỳ dương sau đây khi quá trình lặp lại và thyristor sẽ dẫn miễn là đĩng cơng tắc.
Trong điều kiện này, đèn sẽ chỉ nhận được một nửa cơng suất khả dụng từ nguồn AC vì thyristor hoạt động giống như một diode chỉnh lưu và chỉ dẫn dịng điện trong nửa chu kỳ dương. Thyristor tiếp tục cung cấp một nửa năng lượng cho đèn cho đến khi cơng tắc được mở.