사이리스터 회로

 

사이리스터 회로

사이리스터는 모터, 히터 및 램프를 제어하는 ​​데 사용할 수 있는 고속 고체 장치입니다.

이전 튜토리얼에서 우리는 일반적으로 사이리스터로 알려진 실리콘 제어 정류기의 기본 구성과 작동을 살펴보았습니다. 이번에는 사이리스터와 사이리스터 회로를 사용하여 램프, 모터 또는 히터 등과 같은 훨씬 더 큰 부하를 제어할 수 있는 방법을 살펴보겠습니다.

이전에 사이리스터를 "ON"으로 설정하려면 사이리스터가 순방향에 있을 때 작은 트리거 펄스 전류(연속 전류가 아님)를 게이트(G) 단자에 주입해야 한다고 말했습니다. 양극(A)은 재생 래칭이 발생하는 음극(K)에 대해 양극입니다.

일반적인 사이리스터

 

일반적으로 이 트리거 펄스의 지속 시간은 몇 마이크로초에 불과하지만 게이트 펄스가 더 길어질수록 내부 애벌런치 항복이 더 빨리 발생하고 사이리스터의 "ON" 시간이 더 빨라집니다. 그러나 최대 게이트 전류는 초과해서는 안 됩니다. 일단 트리거되고 완전히 전도되면 사이리스터(양극에서 음극까지)의 전압 강하는 정격 값까지 모든 양극 전류 값에 대해 약 1.0V로 합리적으로 일정합니다.

그러나 일단 사이리스터가 전도를 시작하면 게이트 신호가 없어도 양극 전류가 장치 유지 전류(I H ) 아래로 감소할 때까지 계속 전도되고 이 값 아래에서는 자동으로 "OFF" 상태가 됩니다. 그러면 바이폴라 트랜지스터 및 FET와 달리 사이리스터는 증폭 또는 제어 스위칭에 사용할 수 없습니다.

사이리스터는 고전력 스위칭 애플리케이션에 사용하도록 특별히 설계되었으며 증폭기 기능이 없는 반도체 장치입니다. 사이리스터는 개방형 또는 폐쇄형 스위치처럼 작동하는 스위칭 모드에서만 작동할 수 있습니다. 게이트 단자에 의해 전도가 시작되면 사이리스터는 항상 전도(전류 전달) 상태를 유지합니다. 따라서 DC 회로와 유도성이 높은 일부 AC 회로에서는 별도의 스위치나 회로 끄기를 통해 전류를 인위적으로 줄여야 합니다.

DC 사이리스터 회로

직류 DC 전원에 연결하면 사이리스터를 DC 스위치로 사용하여 더 큰 DC 전류와 부하를 제어할 수 있습니다. 사이리스터를 스위치로 사용하면 전자 래치처럼 작동합니다. 한 번 활성화되면 수동으로 재설정할 때까지 "ON" 상태를 유지하기 때문입니다. 아래의 DC 사이리스터 회로를 고려하십시오.

DC 사이리스터 스위칭 회로

 

이 간단한 "온-오프" 사이리스터 점화 회로는 사이리스터를 램프를 제어하는 ​​스위치로 사용하지만 모터, 히터 또는 기타 DC 부하에 대한 온-오프 제어 회로로도 사용할 수 있습니다. 사이리스터는 순방향 바이어스되어 있으며 게이트 저항기 RG 를 통해 게이트 터미널을 DC 공급 장치에 연결 하는 상시 개방형 "ON" 푸시 버튼 S1 을 잠시 닫음으로써 전도 상태로 트리거 되어 전류가 게이트로 흐르게 합니다. 공급 전압에 비해 RG 값이 너무 높게 설정되면 사이리스터가 트리거되지 않을 수 있습니다 .

회로가 "ON"으로 전환되면 부하 전류가 사이리스터 래칭 전류보다 높으면 푸시 버튼을 놓을 때에도 자체 래치 및 "ON" 상태를 유지합니다. 푸시 버튼 S 1 의 추가 작동은 일단 "걸쇠"가 걸리면 게이트가 모든 제어를 잃기 때문에 회로 상태에 영향을 미치지 않습니다. 이제 사이리스터가 완전히 "ON"(전도)되어 최대 부하 회로 전류가 장치를 통해 순방향으로 흐르고 다시 배터리 공급 장치로 흐를 수 있습니다.

사이리스터를 DC 회로의 스위치로 사용하는 주요 이점 중 하나는 전류 이득이 매우 높다는 것입니다. 작은 게이트 전류가 훨씬 더 큰 양극 전류를 제어할 수 있기 때문에 사이리스터는 전류로 작동되는 장치 입니다.

게이트-음극 저항기 R GK 는 일반적으로 게이트의 감도를 줄이고 dv/dt 성능을 높여 장치의 잘못된 트리거링을 방지하기 위해 포함됩니다.

사이리스터가 자체적으로 "ON" 상태로 래치되므로 회로는 전원 공급을 중단하고 양극 전류를 사이리스터 최소 유지 전류( I H ) 값 아래로 줄여서만 재설정할 수 있습니다.

정상적으로 닫힌 "OFF" 푸시 버튼을 열면 S 2는 회로를 차단하고 사이리스터를 통해 흐르는 회로 전류를 0으로 줄임으로써 다른 게이트 신호가 다시 적용될 때까지 "OFF" 상태로 강제 전환됩니다.

그러나 이 DC 사이리스터 회로 설계의 단점 중 하나는 기계식 상시 폐쇄 "OFF" 스위치 S2 가 접점이 열릴 때 사이리스터와 램프를 통해 흐르는 회로 전력을 처리할 만큼 충분히 커야 한다는 것입니다. 이 경우 사이리스터를 대형 기계식 스위치로 교체하면 됩니다. 이 문제를 극복하고 더 크고 견고한 "OFF" 스위치에 대한 필요성을 줄이는 한 가지 방법은 그림과 같이 스위치를 사이리스터와 병렬로 연결하는 것입니다.

 

대체 DC 사이리스터 회로

 

여기서 사이리스터 스위치는 이전과 같이 필요한 단자 전압과 게이트 펄스 신호를 수신하지만 이전 회로의 더 큰 정상 폐쇄 스위치는 사이리스터와 병렬로 더 작은 정상 개방 스위치로 대체되었습니다. 스위치 S2 의 활성화 는 사이리스터 양극과 음극 사이에 일시적으로 단락을 적용하여 유지 전류를 최소값 미만으로 줄여 장치의 전도를 중지합니다 .

AC 사이리스터 회로

교류 AC 공급 장치에 연결되면 사이리스터는 이전 DC 연결 회로와 다르게 동작합니다. 이는 AC 전원이 주기적으로 극성을 바꾸기 때문에 AC 회로에 사용되는 모든 사이리스터가 자동으로 역바이어스되어 각 사이클의 절반 동안 "OFF" 상태가 되기 때문입니다. 아래 AC 사이리스터 회로를 고려하십시오.

AC 스위칭 회로

 

위의 사이리스터 점화 회로는 추가 "OFF" 스위치가 생략되고 게이트에 역방향 바이어스가 적용되는 것을 방지하는 다이오드 D 1 이 포함된 점을 제외하면 DC SCR 회로와 설계가 유사합니다.

정현파의 양의 반주기 동안 장치는 순방향 바이어스되지만 스위치 S1 이 열려 있으면 사이리스터에 제로 게이트 전류가 적용되고 "OFF" 상태를 유지합니다. 음의 반주기에서 장치는 역방향 바이어스되고 스위치 S1의 상태에 관계없이 "OFF" 상태를 유지 합니다 .

이제 스위치 S1 이 닫히면 각각의 양의 반주기가 시작될 때 사이리스터가 완전히 "OFF"가 됩니다. 그러나 직후에 양의 트리거 전압이 충분히 증가하여 사이리스터를 가득 찬 상태로 전환하는 게이트에 전류가 존재하게 됩니다. 전도되고 램프가 "ON"됩니다.

이제 사이리스터는 양의 반주기 동안 래치 상태로 "ON" 상태가 되며 게이트는 아무런 영향을 주지 않고 효과적으로 음극으로 단락됩니다. 이 상태는 정현파 파형이 180 ° 에서 0V에 도달하고 양극 전류가 유지 전류 값 아래로 떨어지면서 양의 반주기가 끝날 때 사이리스터가 자동으로 다시 "OFF"로 전환될 때까지 계속됩니다.

다음 음의 반주기 동안 장치는 프로세스가 자체적으로 반복되고 스위치가 닫혀 있는 한 사이리스터가 다시 작동하는 다음의 양의 반주기까지 완전히 "OFF" 상태입니다.

그러면 이 조건에서 사이리스터는 정류 다이오드처럼 작동하고 순방향 바이어스 시 양의 반주기 동안에만 전류를 전도하므로 램프는 AC 소스로부터 사용 가능한 전력의 절반만 수신합니다. 사이리스터는 스위치가 열릴 때까지 램프에 절반의 전력을 계속 공급합니다.

스위치 S1 을 빠르게 ON 및 OFF로 전환하여 사이리스터가 각 양의 반주기의 "피크"(90 ° ) 지점에서 게이트 신호를 수신할 수 있다면 장치는 양의 반주기 동안만 전도됩니다. 반주기. 즉, 전도는 사인파의 1/2 동안만 발생하며 이 조건으로 인해 램프는 AC 전원에서 사용할 수 있는 총 전력의 "1/4" 또는 1/4을 받게 됩니다.

게이트 펄스와 양의 반주기 사이의 타이밍 관계를 정확하게 변경함으로써 사이리스터는 0%에서 50% 사이에서 원하는 전력 비율을 부하에 공급하도록 만들 수 있습니다. 분명히 이 회로 구성을 사용하면 램프에 50% 이상의 전력을 공급할 수 없습니다. 역방향 바이어스 시 음의 반주기 동안 전도될 수 없기 때문입니다. 아래 회로를 고려하십시오.

반파 위상 제어

 

위상 제어는 사이리스터 AC 전력 제어의 가장 일반적인 형태이며 기본적인 AC 위상 제어 회로는 위와 같이 구성될 수 있습니다. 여기서 사이리스터 게이트 전압은 트리거 다이오드 D 1 을 통해 RC 충전 회로에서 파생됩니다 .

사이리스터가 순방향 바이어스되는 양의 반주기 동안 커패시터 C는 AC 공급 전압에 따라 저항기 R1 을 통해 충전됩니다 . 게이트는 트리거 다이오드 D1 이 전도되고 커패시터가 사이리스터의 게이트로 방전되어 "ON"이 되도록 지점 A 의 전압이 충분히 상승한 경우에만 활성화됩니다. 전도가 시작되는 사이클의 양의 절반에서 지속 시간은 가변 저항기 R 1 에 의해 설정된 RC 시간 상수에 의해 제어됩니다 .

R1 의 값을 증가시키면 사이리스터 게이트에 공급되는 트리거링 전압 및 전류가 지연되는 효과가 있으며, 이는 결국 장치 전도 시간의 지연을 초래합니다 . 결과적으로, 장치가 수행하는 반주기의 비율은 0과 180o 사이에서 제어될 수 있으며 , 이는 램프에 의해 소비되는 평균 전력이 조정될 수 있음을 의미합니다. 그러나 사이리스터는 단방향 장치이므로 각 양의 반주기 동안 최대 50%의 전력만 공급할 수 있습니다.

"사이리스터"를 사용하여 100% 전파 AC 제어를 달성하는 방법은 다양합니다. 한 가지 방법은 사이리스터를 통해 AC를 단방향 전류로 변환하는 다이오드 브리지 정류기 회로 내에 단일 사이리스터를 포함하는 것이며, 보다 일반적인 방법은 역병렬로 연결된 두 개의 사이리스터를 사용하는 것입니다. 보다 실용적인 접근 방식은 단일 Triac을 사용하는 것입니다 . 이 장치는 양방향으로 트리거될 수 있으므로 AC 스위칭 애플리케이션에 적합합니다.