SCR Dibongkar: Cara Pengontrol Silikon Memacu Elektronika Modern
Kita semua pernah mendengar tentang thyristor, namun bagaimana dengan tipe yang paling populer? SCR, yang singkatan dari silicon control rectifier, bertindak sebagai saklar sambil memberikan banyak manfaat lainnya. Tidak hanya menawarkan kemampuan konversi AC-DC, tetapi juga menunjukkan kemampuan untuk mengontrol daya. Ini juga menawarkan berbagai aplikasi untuk sirkuit, menyajikan lebih banyak kontrol.
Memahami SCR dan cara kerjanya dapat terlihat cukup kompleks. Jadi mari kita mulai! Dalam artikel ini, kami akan menunjukkan arah yang benar untuk mempelajari lebih banyak tentang perangkat ini.
Apa itu SCR
SCR (silicon control rectifier) adalah thyristor khusus dengan kemampuan switching ON-OFF melalui kondisi bias atau kontrol input gate. Simbolnya terlihat identik dengan dioda. Seperti namanya yang mengandung arti, ini terdiri dari silikon yang mengontrol daya dan mengubah tegangan AC menjadi DC. Selain itu, SCR memiliki lebih banyak implementasi dibandingkan tipe thyristor lain, termasuk TRIAC, SCS, dan DIAC. Ini terintegrasi pada sirkuit AC.
(Simbol SCR. Sumber: Tosaka/Wikimedia Commons)
Secara umum, semikonduktor SCR empat lapisan PNPN terdiri dari tiga persimpangan (J1, J2, dan J3). Anda akan menemukan J1 antara lapisan P dan N pertama, J2 antara lapisan N dan P, dan akhirnya, J3 antara lapisan P dan N terakhir. Tiga terminal mengamankan anode (elektroda positif yang terletak pada lapisan P atas), katoda (ditemukan pada lapisan N), dan gate. Selain itu, pintu masuk berfungsi sebagai terminal kontrol SCR. Kedua lapisan P dan N eksternal mengalami doping berat, sementara lapisan P dan N tengah mengalami doping ringan. Lalu, terminal gate terpasang pada lapisan P tengah. Arus dapat mengalir melalui perangkat unidireksional ini dalam satu arah dan meresap di arah sebaliknya.
Selain itu, perangkat ini menawarkan kecepatan operasional tinggi, umur panjang, tegangan tinggi, kemampuan penanganan arus, dan gain daya.
Cara Kerja SCR
Silicon-controlled rectifiers bekerja dengan cara yang sama seperti dioda: memblokir arus mundur dan menghantarkan arus maju. Ini juga menahan tegangan tinggi. Selain itu, perangkat ini mengandung gate untuk menghantarkan arus positif maju melalui terminal anode (A). Pemberian pulsa kontrol singkat ke gate akan menyebabkan SCR menjadi konduktif di jalur jembatan (anode ke katoda). Ketika itu terjadi, arus anode mengalir melalui hingga nilainya mencapai nol, memaksa SCR untuk mematikan. Lalu, gate akan perlu menerima pulsa kontrol tegangan lain untuk membuatnya konduktif lagi. Jika tidak, tidak akan memerlukan lebih banyak tegangan gate setelah itu konduktif.
SCR juga bekerja dalam tiga mode: forward blocking, forward conduction mode, dan reverse blocking. Namun, rating tegangan tetap sama untuk metode blocking on dan change.
Memicu SCR untuk switch ON terjadi dalam berbagai metode. Mereka meliputi voltage triggering, thermal triggering, light triggering, dan DV/DT triggering.
Voltage triggering
(Penerapan tegangan menyebabkan SCR diaktifkan)
Yang pertama, voltage triggering, melibatkan penerapan tegangan yang lebih tinggi dari titik maksimum, menyebabkan terminal gate terbuka. Namun, menerapkan pendekatan ini dapat menyebabkan kerusakan permanen pada perangkat. Itu karena SCR mengontrol nilai tinggi tegangan, yang akan gagal berfungsi sementara gate tetap terbuka.
Thermal triggering
Thermal triggering juga akan menyebabkan perangkat konduktif saat suhunya meningkat. Secara efektif, pasang lubang dan elektron akan diperbesar. Akibatnya, arus regeneratif meningkat, memaksa SCR untuk diaktifkan. Namun, teknik pemicu ini dapat menyebabkan thermal runaway.
Light triggering
Sementara itu, light triggering melibatkan sinar cahaya pada permukaan SCR, menyebabkan pasang lubang dan elektron berkembang biak. Ini memaksa perangkat untuk diaktifkan.
DV/DT triggering
Laju tegangan tinggi antara anode dan katoda juga akan menyalakan SCR. Namun, peningkatan arus yang cepat dapat merusak perangkat. Oleh karena itu, kami merekomendasikan penerapan perlindungan untuk pendekatan ini.
Aplikasi SCR
SCR sebagai Saklar
(Resistor melindungi dioda pada sirkuit breaker AC)
Aplikasi ini melibatkan penggunaan dua SCR, yang menciptakan dan memutus sirkuit. Tegangan input AC mendistribusikan trigger pulses teratur ke gate SCR. Dua resistor menjaga kedua dioda tetap aman sementara resistensi yang diberikan pada gate mengurangi arus. Sirkuit dimulai selama keadaan saklar tertutup. Lalu, SCR1 terpicu selama setengah siklus positif karena keadaan forward-biased. Jika nilai arus mencapai nol, perangkat akan mematikan diri. Setelah itu terjadi, SCR2 terpicu karena polaritas tegangan terbalik dan menerima arus yang benar. Membuka saklar menyebabkan sirkuit terputus. Secara efektif, SCR tidak akan lagi menerima trigger pulses sementara arus diatur ke nol.
Oleh karena itu, saklar tradisional dapat menangani arus gate mA, yang berarti dapat mengaktifkan/mematikan arus beban.
Perlindungan Over-voltage
(SCR dapat memberikan perlindungan over-voltage pada sirkuit.)
Karena kemampuan switching yang cepat, SCR menjaga komponen elektronik lainnya aman dari over-voltage. Ini harus dihubungkan secara paralel dengan beban listrik. Ketika terjadi over-voltage, gate SCR diaktifkan. Lalu, ia menarik arus dari sumber daya, yang menurunkan tegangan beban listrik. Penerapan dua SCR memberikan hasil terbaik untuk skenario ini. Yang pertama berfokus pada setengah siklus positif sementara yang lain berfokus pada setengah siklus negatif. Resistor mengurangi arus short-circuit selama proses triggering kedua SCR. Menghubungkan Zener diode secara seri dengan setiap resistor membentuk sirkuit yang dapat mendeteksi tegangan tinggi.
Sirkuit Pulsa
(Ignisi elektronik menggunakan SCR.)
SCR juga menyediakan aplikasi untuk pulsa tegangan dan arus gelombang tinggi pada sirkuit. Kapasitor terisi selama setengah siklus positif supply utama. Dari sana, SCR menyala melalui setengah siklus negatif. SCR mati saat kapasitor terisi ulang dan arus maju mencapai nol. Setelah itu, proses ON akan berulang, sehingga frekuensi pulsa output sama dengan frekuensi supply.
Jenis-Jenis SCR
Discrete Plastic: Tipe SCR plastik diskrit berisi tiga pin yang dipasang pada cakupan plastik semikonduktor. Selain itu, ini terintegrasi pada PCB, tersedia dari 25A hingga 1000V.
Stud Base: Mudah dipasang, unit ini terdiri dari dasar berkelut dan menyediakan resistansi termal rendah. Selain itu, perangkat stud base mendukung 5 hingga 150A arus beserta tegangan penuh.
Plastic Module: Ini terdiri dari lebih dari satu perangkat sambil menyediakan kualitas yang sama seperti plastik diskrit. Ia dapat menangani hingga 100A dan dapat dipasang pada PCB dengan heatsink berkelut.
Press Pack: SCR press pack ini tertutup dalam keramik bersama elektroda untuk mengisolasi anode dan katoda. Ini juga mendukung 200A atau lebih dan aplikasi yang memerlukan di atas 1200V.
Flat Base: Flat base datang dengan isolasi, menjaga keamanannya dari heatsink. Dengan kualitas yang mirip dengan stud base, ini dapat menangani arus yang mengukur dari 10 hingga 400A.
Mode Operasi SCR
Forward Blocking Mode:
SCR berfungsi dalam forward blocking mode saat anode menerima tegangan positif dan katoda menerima tegangan negatif. Ini memaksa arus leakage maju kecil untuk melewati perangkat.
Forward Conduction Mode:
Dalam forward conduction mode, SCR menyala, sehingga menghantarkan arus dari anode ke katoda. Ini terjadi dari penerapan tegangan ke gate atau melebihi forward breakdown voltage.
Reverse Blocking Mode:
Penerapan tegangan positif ke katoda dan tegangan negatif ke anode meletakkan SCR dalam reverse blocking mode. Secara efektif, Persimpangan J1 dan J3 berubah menjadi reverse bias sementara J2 set ke forward bias, mencegah aliran arus di seluruh SCR.
SCR circuit diagram
(Diagram sirkuit dimmer cahaya SCR. Sumber: Cadmium/Wiki media commons)
Cara menguji SCR
(Gunakan multimeter untuk menguji SCR)
Pendekatan pengujian SCR melibatkan penggunaan multimeter, proses yang efektif. Untuk memulai, Anda perlu mengatur switch multimeter ke resistansi tinggi. Lalu, hubungkan kabel positif multimeter ke gate anode SCR dan kabel negatif ke katoda. Setelah mengikuti langkah tersebut, multimeter akan menunjukkan open circuit. Jika Anda membalikkan koneksi, ini juga akan menunjukkan jalur yang tersedia.
Selanjutnya, hubungkan terminal gate SCR dan anode ke ujung positif multimeter. Setelah itu, Anda perlu menghubungkan katoda SCR ke ujung yang berlawanan. Secara efektif, ini menyebabkan multimeter menampilkan bacaan resistansi rendah, yang berarti switch SCR menyala ON. Menghapus terminal gate anode akan menghasilkan tugas yang sama, merepresentasikan bentuk latching. Hasil pengujian positif berarti SCR memberikan performa berkualitas tinggi.
Ringkasan
Setahulah, SCR menayangkan aplikasi praktis untuk sirkuit sederhana. Tidak hanya itu, tetapi ia juga dapat melindungi komponen dari over-voltage. Ia juga bertindak sebagai rectifier, mengonversi AC ke DC sambil mengontrol daya. Itu saja membuat perangkat ini menjadi keharusan. Selain itu, ini datang dalam beberapa jenis yang melayani tujuannya dengan fitur bermanfaat. Terakhir, SCR bekerja dalam tiga mode berbeda, menjadikannya perangkat yang kompleks. Ini memerlukan penerapan tegangan untuk memberikan kemampuan switching.
Apakah Anda memiliki pertanyaan mengenai silicon control rectifier? Jangan ragu untuk menghubungi kami!
