SCR

วิชา อิเลก็ ทรอนกิ สอ ุตสาหกรรม การควบคมุ กําลังไฟฟา กระแสตรง งานอุตสาหกรรมบางประเภท มีการใชม อเตอรไ ฟฟากระแสตรง และอปุ กรณบางชนดิ ทใ่ี ชไฟกระแสตรง เมื่อโหลดเปล่ยี นแปลง จําเปนตองปรับแรงดนั และกระแส ซ่ึงทําใหก ําลงัเปล่ยี นแปลงดว ย ดังนนั้ ในงานอุตสาหกรรมนยิ มใชว งจรอิเลก็ ทรอนกิ สไ ปควบคมุ กาํ ลงั โดยอุปกรณทนี่ ยิ มใชค ือ เอสซอี าร 1.เอสซอี าร เอสซอี าร(Silicon Controlled Rectifier) คือ อุปกรณสารกึ่งตวั นําท่มี ี 3 รอยตอ มีข้วั 3 ข้วั คอืแอโนด(A) แคโทด(K) และเกต(G) เอสซีอารจะนํากระแสไดเม่ือแรงดันท่ีแอโนดเปนบวกมากกวาแคโทด และมีการกระตุน กระแสท่เี กต (IG) โดยจายแรงดันวกที่เกตใหมีกระแสไหลเขาสูขาเกตของแอสซอี าร จะทาํ ใหเ อสซอี ารนาํ กระแสได จะเกิดกระแสไหลผานระหวางขั้วแอโนดสูขั้วขั้วแคโทดของเอสซอี าร โครงสรา งของเอสซีอาร ดังรูปท่ี 1 ก สญั ลักษณของเอสซีอาร ดังรูปท่ี 1 ข การนําเอสซีอารไปใชงาน เชน วงจรเนียงกระแสท่ีควบคุมแรงดันได ควบคุมความเร็วมอเตอร ควบคุมความสวางของหลอดไฟฟา ควบคุมปรมิ าณความรอนของลวดความรอน เปน ตน ่ รปู ที 1 โครงสรางภายในและสัญลักษณ วงจรสมมลู ของเอสซีอาร วงจรสมมูลของเอสซีอารเมื่อพิจารณาจากโครงสรางของชิ้นสวนสารกึ่งตัวนําทั้ง 4 ชิ้นท่ีตอกันทําใหเกิดรอยตอ 3 รอยตอแลว จะพบวาท่ีแอโนดของเอสซีอารคลายทรานซิสเตอรชนิดpnpดังรูปที่ 2 และท่ีแคโทด เปรียบเทียบมีทรานซิสเตอรชนิด npn โดยท่ีคอลเล็กเตอรของ pnp ตอกับเบสของ npn ตอออกเปนข้ัวเกตของเกตเอสซีอาร ดังรปู ท่ี 2

วิชา อเิ ลก็ ทรอนิกสอ ตุ สาหกรรม รปู ที่ 2 วงจรสมมูลของเอสซีอาร เม่ือพิจารณาในรูปท่ี 2 ลักษณะการทํางาน คลายกับทรานซิสเตอร 2 ตัวตอกัน ดังนั้นเม่ือปอ นกระแสทีเ่ กตทาํ ใหทรานซิสเตอรท ้ัง 2 ตวั เร่มิ นาํ กระแสดังน้นั กระแสท่แี อโนดทท่ี รานซิสเตอรpnp จะไหลข้ัวสูแคโทดท่ีทรานซิสเตอร npn เม่ือหยุดจายกระแสเกต ทรานซิสเตอรยังคงนํากระแสไดด ังรปู ที่ 3 ic1 = α1i + ICO1 = iB2 ic2 = α2i + ICO2 = iB1 แตผ ลรวมของ ic1 + ic2 มคี าเทากบั กระแส I ic1 + ic2 = I ดงั นั้นผลรวมทีไ่ ดค อื i(α1+ α2) + ICO1 + ICO2 = I i = (ICO1 + ICO2)/(1 - (α1+ α2)) รูปท่ี 3 การนาํ กระแสของเอสซีอาร

วชิ า อิเลก็ ทรอนกิ สอ ตุ สาหกรรม2.การทํางานของเอสซอี าร พิจารณาจากรูปที่ 4 ก เม่ือกําหนดใหกระแสเกตเปนศูนย (IG = 0) และท่ีขั้วแอโนดและแคโทดไดรับไบอัสดวยแรงดันบวกมากกวาแคโทด สภาวะของเอสซีอารในขณะท่ีกระแสเกตเปนศูนยคือสภาวะไมนํากระแส ภายในโครงสรางของเอสซีอารพบวาเม่ือ IG= 0 ทรานซิสเตอร npn จะไมทํางานเปนผลใหทรานซิเตอร pnp ไมทํางานดวย จะไมมีกระแส I ไหลผานจากขั้วแอโนดไปยังแคโทดเปรียบเทียบกับสวิตซ คือสภาวะที่สวิตซเปดวงจร เมื่อตองการบังคับใหเอสซีอารนํากระแสโดยการปอนกระแสเกตเขาท่ีขาเกตของเอสซีอารดังรูปท่ี 4 ข ทําใหเกิด IB2 ไหลเขาเบสของทรานซิสเตอร npn ทําให npn อยูในสภาวะนํากระแส จะเกิดกระแสคอลเลกเตอรไหลผาน npn ผลคือเกิดกระแสแอโนด ไหลผานอิมิตเตอรของ pnp ไปออกท่ีอิมิตเตอร npn สภาวะการทํางานของเอสซอี ารในขณะเปรยี บเทียบเหมือนสวติ ซป ดวงจร รปู ท่ี 4 กระบวนการจดุ ชนวนใหเ อสซอี ารน าํ กระแส

วิชา อเิ ลก็ ทรอนิกสอ ุตสาหกรรม การปอนกระแสเกตใหเอสซีอาร เรียกวา การจุดชนวน(Triggering) เม่ือจุดชนวนใหเอสซีอารนํากระแสไดแลวไมจําเปนตองคงคากระแส(IG) ไวตลอดไป สามารถลดคากระแสเกตใหเปนศูนยได(IG = 0) โดยท่ีเอสซีอารยังคงนํากระแสได เพราะ IB2 จะไหลมาจากคอลเลกเตอร pnpนํากระแส เอสวอี ารย งั คงนํากระแสได ดังรปู ที่ 4 ค รปู ท่ี 5 กราฟคณุ สมบัตขิ องเอสซอี าร พิจารณากราฟในรูปที่ 5 ก เม่ือเอสซีอารไดรับการไบอัสตรง เอสซีอารสามารถนํากระแสไดโดยไมตองมีกระแสเกตมากระตนุ (IG= 0) แตตอ งจา ยแรงดนั ไบอสั ตรงใหกับเอสซอี ารจนกระทง่ัถึงจุดแรงดันพังทลาย(Forward Blocking Region) หรือจุด VBF(F) จากกราฟ และเม่ือกระแสแอโนดไหลผา นเอสซีอารได โดยกระแสแอโนดมีคา สูงกวากระแสยดึ (I > IH) เอสซีอารจ ะนํากระแสในยา นกระแส(Forward Conduction Region) แตเมือ่ ใหไบอัสกลับแรงดันไบอัสกลับมีคามากกวาแรงดันพังทลาย (Reverse Blocking Region) เอสซีอารจะนํากระแสไดเม่ือรับไบอัสกลับ บริเวณรอยตอจะทะลุทําใหเสียหายได ในรูปที่ 5 ข เมื่อจายกระแสเกตปริมาณนอย แรงดันไบอัสตรงที่จายใหเอสซีอารจะมีคาต่ํากวาไบอัสตรงพลังทลาย(VBR(F)) แตจา ยกระแสเกตมากขนึ้ แรงดนั ไบอัสตรงทจี่ า ยใหเอสซอี ารจ ะลดลง3.การทาํ ใหเอสซีอารห ยุดนํากระแส หลักการทาํ ใหเ อสซีอารหยุดการนํากระแสคือ ลดกระแสท่ีผานแอโนดใหต่ํากวากระแสโฮลดิ่ง(IH) เทคนิคตาง ๆ ท่ีจะใชหยุดนํากระแสของเอสซีอารมีหลายวิธี แตสามารถอธิบายได 2หลกั การคือ

วิชา อเิ ลก็ ทรอนิกสอ ุตสาหกรรม 3.1 การหยุดนํากระแสดวยวิธี Line Commutation คือการใชเอสซีอารกับแหลงจายไฟฟากระแสสลับ เมื่อกระแสไฟฟาที่แหลงจายลดลงเปนศูนย จะทําใหเอสซีอารหยุดนํากระแสโดยธรรมชาติ วธิ ีนี้เรียกวา การสับเปล่ียนแบบธรรมชาติ (Natural Commutation) ดังรปู ท่ี 6 รปู ท่ี 6 วธิ ีการหยดุ นํากระแสของเอสซอี ารโดยธรรมชาติ 3.2 การหยุดนํากระแสดวยวิธีบังคับ Force Commutation คือ การใชเทคนิคตอกระแสหรือแรงดันไปบังคับการไบอัสเอสซีอาร เพื่อใหกระแสแอโนดลดลงใหนอยกวากระแสโฮลดิ้ง ดังรูปท่ี7 รปู ที่ 7 วธิ กี ารหยดุ นาํ กระแสของเอสซีอารโดยการบังคบั คาคุณลักษณะและคา พกิ ดั ของเอสซอี าร คาพกิ ัดและคาคุณลกั ษณะของเอสซอี ารท ่สี าํ คญั และคา ท่ีควรทราบ คอื 1.Forward breakover Voltage, VBR(F) คือแรงดันไบอัสตรงท่ีจายใหเอสซีอารและสามารถทาํ ใหเ อสซีอารน ํากระแสไดโ ดยไมม สี ัญญาณกระตุน เกต(IG = 0)

วชิ า อเิ ลก็ ทรอนิกสอ ุตสาหกรรม 2.Holding Current, IH เมื่อเอสซีอารนํากระแส มีกระแสแอโนดไหลผานข้ัวแอโนดและแคโทด ถา ปริมาณกระแสแอโนดตาํ่ กวา คา กระแส IH จะทาํ ใหเอสซอี ารห ยุดนาํ กระแส(OFF) 3.Gate Trigger Current, IGT คือปริมาณกระแสจายใหกับเอสซีอารและทําใหเอสซีอารนาํ กระแสไดเ มอื่ ไดร บั ไบอสั ตรง โดยเอสซีอารไ มพ ัง 4.Average Forward Current, IF(AVG) คอื ปริมาณกระแสแอโนดเฉล่ีย(DC Current) ท่ีไหลผา นเอสซอี ารต ามปกติ ไมทาํ ใหเ อสซอี ารเสียหาย 5.Reverse-breakdown Voltage, VBD(R) คือคาแรงดันไบอัสกลับที่ปอนใหแอโนดและแคโทดของเอสซอี ารแ ละทําใหเอสซีอารนาํ กระแสไดโ ดยไมต อ งมีสญั ญาณกระตนุ เกต4.การนาํ เอสซอี ารไ ปใชงาน โดยทั่วไปนิยมนําๆไปใชในงานดานควบคุมกําลังไฟฟา(Power Control) และการทาํ งานเปน สวิตซ เชน วงจรควบคุมการเปดปด, วงจรเรียงกระแสและวงจรควบคุมความรอน ดังรูปท่ี 8 รปู ที่ 8 การประยุกตเอสซีอารเ ปน วงจรตา ง ๆ การควบคุมกาํ ลงั ไฟฟา กระแสตรง ดังรูปท่ี 9 เมือ่ เอสซีอารส ถานะ ไมน ํากระแส จะทําใหแรงดันไฟฟาที่ตกครอ มโหลดเปนศูนย และสถานะ นาํ กระแส จะทําใหแ รงดนั ไฟฟาตกครอมโหลดทาํ ใหก าํ ลังเปนเปลี่ยน รูปท่ี 9 การควบคุมกําลังไฟฟากระแสตรง

วิชา อิเลก็ ทรอนิกสอ ตุ สาหกรรม 8-7 รหัส 2104-2115งานบางประเภท ใชเอสซอี ารเ ปน ตวั ควบคุมกําลัง เชน วงจรชารจ ไฟฟากระแสตรง ดังรปู ท่ี 10 รปู ท่ี 10 วงจรชารจไฟฟากระแสตรง