SCR - Tristör (thyristor)

SCR Tristör (Silisyum Controlled Rectifier) Silisyum kontrollü doğrultucu.

SCR Nedir?
SCR, PNPN elemanlar içinde en çok ilgi çeken yani reytingi yüksek bir yarıiletken elamandır.

Tristör ne işe yarar?
bir çok yerde kullanılıyor. anahtarlama (yani röle kontrolü gibi), zaman geciktirme devreleri,güç kaynakları,statik anahtarlar,motor kontrolleri, doğrultucular,kıyıcılar tersleyiciler,saykıldönüştürücüler,akü şarj makineleri, UPS ler, koruma devreleri, ıssıtıcı kontrolleri, ve faz kontrolleri gibi yaygın kullanım alanı var.







Tristör devrede kısaca şöyle çalışır.

Tristörün Anoduna bağladığımız bir yük mesela lamba Anoda artı , Kadodada eksi vermemiz halinde lamba yanmayacaktır. Yani Anoda artı Kadoda eksi vermek yeterli değildir. Bu durumda Geytede tetikleme akımı vermek gerekir.

Bir an için Geyte tetikleme akımı verilip geri kesilse dahi Tristör üzerinden gecen Akım akmaya devem eder. Bu yolla yapılan akım kontrolü devreyi hem koruyacak hemde tristör üzerinden bir kontrol işlevi yapacaktır.

Buna bağlı olarak kullanılan transistörlerin kesime yada doyuma götürülmeleri işlemi yine tristörler vasıtasıyla yapılabilir.

tristörlerin bu yapısından dolayı en büyük problemi daha doğrusu en zor tarafları söndürme, yani kesime götürme işlemidir.


Aşağıda internette bir sayfadan aldığım animasyonda tristörün anahtarlama olarak kullanımı görülmektedir.

1 K lık direnç üzerinden Kapı gerilimi uygulanmakta ve tristör kapalı devre durumuna geçip Buzzer i çalıştırmaktadır.

YÜKSELTİCİ KAPILI TYRİSTÖRLER:

iletimdeki bir SCRde iletim sadece gate bölgesi boyunca katotun küçük bir çevresinde başlar. Sonra iletim alanı yayılarak katot alanını kuşatır.

Eğer iletime geçme esnasında gereken anot akımı çok büyükse başlangıçtaki di/dt oranı da yüksektir. Aşırı yüksek başlangıç katot akımı yoğunluğundan sakınmak için gate – katot çevresinin uzun olması gerekir. Bu şekil deki düzenleme ile sağlanabilir. Burada SCR1in yardımcı SCR2 ise ana elemandır.

SCR 1e küçük bir gate akımı uygulanır. Eklem alanı küçük olduğundan çok çabuk iletime geçer. SCR 1in katot akımı, SCR 2nin gate akımıdır. SCR 2 tamamen iletime geçtikten sonra , SCR 1in gate akım kesilirse sadece SCR 1 yalıtıma gider. Bu bağlantı transistörlerin darlington bağlantısına benzetilebilir.

Yükseltici kapılı tyristörlerin dinamik karakteristikleri büyüktür. Tipik olarak dv/dt 1000v/us, di/dt 500amp/usdir.

HIZLI ANAHTARLAMALI TYRİSTÖRLER: Asimetrik tyristör (ASCR) olarak da bilinen hızlı anahtarlamalı tyristörler, kıyıcılar ve invertörler gibi zorlamalı komütasyonun uygulandığı yüksek hızlı anahtarlama devrelerinde kullanılırlar. Yalıtıma gitme zamanları gerilim değerlerine bağlı olarak 5us ile 50 us arasındadır. Dv/dt oranları 1000v/us di/dt oranları 1000amp/us gibi yüksektir. Hızlı yalıtım ve yüksek di/dt; boyutun ve komütasyon veveya reaktdevre elemanlarının ağırlığının azaltılmasında çok önemlidir.

GATE’DEN TIKANABİLEN TYRİSTÖRLER: GTO kısaltması ile tanınan gate den tıkanabilen tyristörler SCRler gibi gate ine uygulanan pozitpals ile iletime geçerler. Fakat yalıtıma geçebilmeleri için gate uçlarına negatpals uygulamak gerekir. Bir GTOnun sembolü şekli 6daki gibidir. Yalıtıma geçmeleri için gereken negatpals iletime geçmeleri için gereken negatpals den daha büyüktür. SCRlere benzer akım ve gerilim değerlerinde imal edilirler. Aşağıda görülüdüğü gibi iki sembol vardır ikisiyle de karşılaşabilirsiniz.

GTO ların SCR lere göre üstünlükleri:
a Zorlanmış komitasyon teknikleri kullanılmadığı için komütasyon elemanları yoktur böylece fiyat ağırlık ve hacim yönünden duşüktür,
b Komütasyon bobinlerinin olmayışından dolayı akustik ve elektromanyetik gürültüleri yoktur,
c Hızlı yalıtıma gitme özelliğinden dolayı yüksek anahtarlama frekanslarında kullanılırlar,
d Kullanıldıkları konvertörlerin verimini yükseltirler.

TERS İLETİMLİ TYRİSTÖRLER: Kıyıcı ve invertör uygulamalarında hızlı anahtarlamalı tyristör ile bir diyot ters paralel bağlanabilir böylece indüktif yüklerin neden olduğu ters yönlü akım diyot üzerinden akar diyot SCRnin ters yönlü tıkama gerilimini kararlı halde 1, 2 volt civarında tutar bağlantıların neden olacağı indüktansı minimuma indirmek için diyot ve SCR aynı çip üzerinde tümleşik imal edilir. Düz yön tıkama gerilimi 400Vdan 2000Va kadar değişir akım sınırı 500 A üzerindedir.

STATİK İNDÜKSİYON TYRİSTÖRLERİ: SITH kısaltmasıyla tanınan statik indüksiyon tyristörleri MOSFETlere benzer SCRler gibi gate uçlarına uygulanan pozitgerilim ile iletime sokulurlar yalıtıma sokulmaları gate ucuna negatbir gerilim uygulanmasıyla olur.

SITHlerin iletim dirençleri ve gerilim düşümleri küçüktür yüksek akım ve gerilim sınırlarında imal edilebilirler anahtarlama hızları yüksek dv/dt ve zamanları 1 us ile 6 us arasındadır gerilim sınırları 2500 voltun üstüne çıkabilir. Akım değerleri 500 amper ile sınırlıdır.

IŞIK İLE AKTİF OLAN SCRLER: LASCR olarak bilinen bu elemanlar silisyum eklemler üzerine ışık düşürülerek iletime sokulurlar buna göre bir SCRnin orta eklemi üzerine ışık akısı düşürülürse oyuk elektron çiftleri ortaya çıkar eğer sayıları belli bir seviyeyi aşar ise scr iletime geçer LASCRlerin ışık almasını sağlamak için bir penceresi vardır. Bu SCRler uygulamada ışık geçirmez cisimlerin tespitinde kullanılır. Bunun yanında eğer bir LASCRyi bir led ile aynı kılıfda imal edecek olursanız optik izolatör elde edersiniz bu aynı sistemdeki devreleri birbirinden ayırmak izole etmek için kullanılır örneğin bir kumanda devresi 1000V gibi bir yüke kumanda ederken bu sistemde kontrol 510 volt gibi bir güçle yapılabilir.

Bir LASCR gerilim sınırı 1500 amperde 4000Vdur.

FET KONTROLLÜ SCR’LER: FETCTH olarak gösterilen fet kontrollü tyristörler 9daki gibi bir mosfet ve SCRnin paralel bağlanmasıyla edle edilirler eğer mosfet in gate ucuna kafi miktarda bir gerilim uygulanırsa scr tetiklenir yüksek anahtarlama hızına yüksek dv/dt oranlarına sahiptir. FETCTHler klasik SCRler gibi iletime sokulur ancak gate kontrolü ile yalıtıma sokulamazlar. Uygulamada güç konvertörlerinin anahtarlama elemanı ile kontrol veya giriş sinyali arasında elektriksel izolasyon sağlamak amacı ile kullanılırlar.