SCR-er

En SCR (Silicon Controlled Rectifier) er en type tyristor – en faststoff-halvleder som hovedsaklig brukes til å styre høye spenninger og strømmer i kraftelektronikk. Strukturelt sett består en SCR av fire alternerende lag med p-type- og n-type-materiale (PNPN), som danner tre sperreskikt og tre terminaler: Anode (A), der strømmen kommer inn i enheten; katode (K), der strømmen går ut; og gate (G), som fungerer som styringsterminalen. I standardtilstanden er SCR-en av og blokkerer strømflyten selv om en fremspenning påføres over anoden og katoden. Den slås bare på når en liten strøm påføres gate-terminalen, og den leder helt til strømmen faller under en viss terskel (holdestrømmen). Ved å påføre en reversspenning blokkeres videre konduksjon, men SCR-en slås ikke av uavhengig.

Enheten virker i flere distinkte moduser som definerer dens switching-atferd. I sperretilstand i fremoverretning (forward blocking mode) påføres en positiv spenning på anoden relativt til katoden, men ingen konduksjon oppstår siden gate-signalet enten er fraværende eller utilstrekkelig. I sperretilstand i bakoverretning (reverse blocking mode) påføres en negativ spenning på katoden, noe som forhindrer konduksjon i bakoverretningen. Når et tilstrekkelig gate-signal påføres under sperretilstand i fremoverretning, går SCR-en inn i konduksjonstilstand i fremoverretning (forward conduction mode), slik at strømmen kan flyte fra anode til katode og forbli i denne tilstanden helt til strømmen faller under holdeterskelen.

Flere viktige elektriske parametere definerer SCR-atferd og -ytelse. Triggerstrømmen (IGT – gate triggering current) og triggerspenningen (VGT – gate triggering voltage) må overstige visse minimumsverdier for å initiere konduksjon. Innpassingsstrømmen (IL) er den minste strømmen som trengs for å utløse SCR-en til å lede. Når SCR-en leder, er holdestrømmen (IH) den minste strømmen som kreves for å opprettholde denne konduksjonen. Hvis strømmen faller under dette nivået, vil SCR-en slå seg av. Utkoblingsstiden (TOFF – turn-off time) refererer til hvor lang tid det tar før SCR-en slutter å lede etter at gate-signalet er fjernet og strømmen faller under holdeterskelen. En viktig faktor for pålitelig drift er den kritiske stigningshastigheten til sperrespenningen (dv/dt) – hvis spenningen over SCR-en stiger for raskt i av-tilstand, kan dette utilsiktet trigge konduksjon uten noe gate-signal.

Det er flere viktige faktorer som må vurderes når en SCR skal velges for en spesifikk utrustning. Kippspenningen bestemmer den maksimale spenningen SCR-en kan blokkere i av-tilstand, mens reversspenningsklassifiseringen blir spesielt viktig hvis SCR-en skal brukes i kretser der spenningspolariteten kan være utsatt for endring. Det er også viktig å være oppmerksom på holdestrømmen, kravene til gate-trigging og varmestyring. SCR-er, i likhet med alle andre høyeffekthalvledere, produserer varme under drift og kan kreve riktig kjøling (heat sinking) for å unngå termisk sammenbrudd eller feil. For brukere som ønsker å styre tunge laster eller konvertere vekselstrøm (AC) til likestrøm (DC) med presisjon, tilbyr SCR-er en pålitelig og holdbar løsning som har vist seg å være effektiv i en rekke industrielle og kommersielle utrustninger.