Rangkaian Thyristor (SCR)
Thyristor adalah perangkat solid-state berkecepatan tinggi yang dapat digunakan untuk mengontrol motor, pemanas dan lampu.
Dalam tutorial sebelumnya kami melihat konstruksi dasar SCR atau yang lebih dikenal sebagai Thyristor. Kali ini kita akan melihat bagaimana kita dapat menggunakan rangkaian switching thyristor dan thyristor untuk mengontrol beban yang jauh lebih besar seperti lampu, motor, atau pemanas dll.
Kami mengatakan sebelumnya bahwa untuk membuat Thyristor menyala-"ON" kita perlu menyuntikkan pulsa pemicu kecil arus (bukan arus kontinu) ke Gerbang, (G) terminal ketika thyristor berada di arah maju, bahwa adalah Anoda, (A) positif sehubungan dengan Katoda, (K), agar penguncian regeneratif terjadi.
Umumnya, pulsa pemicu ini hanya membutuhkan beberapa mikro-detik dalam durasi tetapi semakin lama pulsa Gerbang diterapkan semakin cepat kerusakan longsoran internal terjadi dan semakin cepat "ON" waktu thyristor, tetapi arus Gerbang maksimum tidak boleh terlampaui. Setelah dipicu dan berjalan sepenuhnya, tegangan jatuh di thyristor, Anoda ke Katoda, cukup konstan di sekitar 1.0V untuk semua nilai arus Anoda hingga nilai pengenalnya.
Tetapi ingat bahwa sekali Thyristor mulai menjalankan itu terus berjalan bahkan tanpa sinyal Gerbang, sampai arus Anoda berkurang di bawah perangkat yang arus holding, (IH) dan di bawah nilai ini secara otomatis akan mematikan-"OFF". Maka tidak seperti transistor bipolar dan FET, thyristor tidak dapat digunakan untuk penguatan atau switching yang dikendalikan.
Thyristor adalah perangkat semikonduktor yang dirancang khusus untuk digunakan dalam aplikasi switching daya tinggi dan tidak memiliki kemampuan penguat (amplifier). Thyristor hanya dapat beroperasi dalam mode switching, bertindak seperti sakelar terbuka atau tertutup.
Setelah dipicu ke konduksi oleh terminal gerbangnya, sebuah thyristor akan tetap berjalan (melewati arus) selalu. Oleh karena itu di rangkaian DC dan beberapa rangkaian AC yang sangat induktif arus harus dikurangi secara artifisial dengan sakelar terpisah atau turn off rangkaian.
Rangkaian firing thyristor "on-off" yang sederhana ini menggunakan thyristor sebagai sakelar (switch) untuk mengontrol lampu, tetapi juga dapat digunakan sebagai rangkaian kontrol on-off untuk motor, pemanas atau beban DC lainnya.
Thyristor adalah forward bias dan dipicu menjadi konduksi oleh sebentar menutup biasanya-terbuka “ON” push button, S1 yang menghubungkan terminal Gerbang ke power DC melalui Resistor Gerbang, RG sehingga memungkinkan arus mengalir ke Gerbang. Jika nilai RG diatur terlalu tinggi sehubungan dengan tegangan supply, thyristor mungkin tidak memicu.
Begitu rangkaian telah dinyalakan-"ON", ia mengunci sendiri dan tetap "ON" bahkan ketika tombol push dilepas dengan memberikan arus beban lebih dari pada thyristor yang memasang arus. Operasi tambahan push button, S1 tidak akan berpengaruh pada keadaan rangkaian karena sekali "terkunci" Gerbang kehilangan semua kontrol. Thyristor sekarang sepenuhnya "ON" (konduktor) memungkinkan arus rangkaian muatan penuh mengalir melalui perangkat ke arah depan dan kembali ke supply baterai.
Salah satu keuntungan utama menggunakan thyristor sebagai sakelar di rangkaian DC adalah memiliki gain arus yang sangat tinggi. Thyristor adalah perangkat yang dioperasikan arus karena arus Gerbang kecil dapat mengontrol arus anoda yang jauh lebih besar.
Resistor Gerbang-katoda RGK umumnya disertakan untuk mengurangi sensitivitas Gerbang dan meningkatkan kemampuan dv/dt sehingga mencegah perangkat pemicu palsu.
Karena thyristor telah mengunci sendiri ke keadaan "ON", rangkaian hanya dapat diatur ulang dengan mengganggu power supply dan mengurangi arus Anoda di bawah nilai minimum arus holding ( IH ) thyristor.
Membuka push button “OFF” yang biasanya tertutup, S2 memecah rangkaian, mengurangi arus rangkaian yang mengalir melalui Thyristor ke nol, sehingga memaksa untuk mematikan “OFF” hingga aplikasi kembali dari sinyal Gerbang lain.
Namun, salah satu kelemahan dari desain rangkaian thyristor arus DC ini adalah bahwa mekanik biasanya-tertutup “OFF” switch S2 kebutuhan untuk menjadi cukup besar untuk menangani power rangkaian yang mengalir melalui kedua thyristor dan lampu ketika kontak dibuka.
Jika demikian, kita bisa mengganti thyristor dengan sakelar mekanis besar. Salah satu cara untuk mengatasi masalah ini dan mengurangi kebutuhan akan sakelar "OFF" yang lebih besar dan lebih kuat adalah dengan menghubungkan sakelar secara paralel dengan thyristor seperti yang ditunjukkan.
Di sini sakelar thyristor menerima tegangan terminal dan sinyal pulsa Gerbang yang diperlukan seperti sebelumnya, tetapi sakelar yang lebih besar yang biasanya tertutup dari rangkaian sebelumnya telah diganti dengan sakelar yang lebih kecil yang biasanya terbuka secara paralel dengan thyristor.
Pengaktifan sakelar S2 untuk sementara waktu akan menyebabkan hubungan pendek antara thyristor Anoda dan Katoda yang menghentikan pengaktifannya dengan mengurangi arus holding di bawah nilai minimumnya.
Dalam tutorial sebelumnya kami melihat konstruksi dasar SCR atau yang lebih dikenal sebagai Thyristor. Kali ini kita akan melihat bagaimana kita dapat menggunakan rangkaian switching thyristor dan thyristor untuk mengontrol beban yang jauh lebih besar seperti lampu, motor, atau pemanas dll.
Kami mengatakan sebelumnya bahwa untuk membuat Thyristor menyala-"ON" kita perlu menyuntikkan pulsa pemicu kecil arus (bukan arus kontinu) ke Gerbang, (G) terminal ketika thyristor berada di arah maju, bahwa adalah Anoda, (A) positif sehubungan dengan Katoda, (K), agar penguncian regeneratif terjadi.
Umumnya, pulsa pemicu ini hanya membutuhkan beberapa mikro-detik dalam durasi tetapi semakin lama pulsa Gerbang diterapkan semakin cepat kerusakan longsoran internal terjadi dan semakin cepat "ON" waktu thyristor, tetapi arus Gerbang maksimum tidak boleh terlampaui. Setelah dipicu dan berjalan sepenuhnya, tegangan jatuh di thyristor, Anoda ke Katoda, cukup konstan di sekitar 1.0V untuk semua nilai arus Anoda hingga nilai pengenalnya.
Thyristor adalah perangkat semikonduktor yang dirancang khusus untuk digunakan dalam aplikasi switching daya tinggi dan tidak memiliki kemampuan penguat (amplifier). Thyristor hanya dapat beroperasi dalam mode switching, bertindak seperti sakelar terbuka atau tertutup.
Setelah dipicu ke konduksi oleh terminal gerbangnya, sebuah thyristor akan tetap berjalan (melewati arus) selalu. Oleh karena itu di rangkaian DC dan beberapa rangkaian AC yang sangat induktif arus harus dikurangi secara artifisial dengan sakelar terpisah atau turn off rangkaian.
Rangkaian Thyristor (SCR) Arus DC
Ketika terhubung ke supply DC arus searah, thyristor dapat digunakan sebagai sakelar DC untuk mengontrol arus dan beban DC yang lebih besar. Saat menggunakan Thyristor sebagai sakelar, ia berperilaku seperti kait/pengunci elektronik karena sekali diaktifkan akan tetap dalam status "ON" hingga disetel ulang secara manual. Simak rangkaian thyristor DC di bawah ini.Rangkaian Sakelar Thyristor (SCR) Arus DC
Rangkaian firing thyristor "on-off" yang sederhana ini menggunakan thyristor sebagai sakelar (switch) untuk mengontrol lampu, tetapi juga dapat digunakan sebagai rangkaian kontrol on-off untuk motor, pemanas atau beban DC lainnya.
Thyristor adalah forward bias dan dipicu menjadi konduksi oleh sebentar menutup biasanya-terbuka “ON” push button, S1 yang menghubungkan terminal Gerbang ke power DC melalui Resistor Gerbang, RG sehingga memungkinkan arus mengalir ke Gerbang. Jika nilai RG diatur terlalu tinggi sehubungan dengan tegangan supply, thyristor mungkin tidak memicu.
Begitu rangkaian telah dinyalakan-"ON", ia mengunci sendiri dan tetap "ON" bahkan ketika tombol push dilepas dengan memberikan arus beban lebih dari pada thyristor yang memasang arus. Operasi tambahan push button, S1 tidak akan berpengaruh pada keadaan rangkaian karena sekali "terkunci" Gerbang kehilangan semua kontrol. Thyristor sekarang sepenuhnya "ON" (konduktor) memungkinkan arus rangkaian muatan penuh mengalir melalui perangkat ke arah depan dan kembali ke supply baterai.
Salah satu keuntungan utama menggunakan thyristor sebagai sakelar di rangkaian DC adalah memiliki gain arus yang sangat tinggi. Thyristor adalah perangkat yang dioperasikan arus karena arus Gerbang kecil dapat mengontrol arus anoda yang jauh lebih besar.
Resistor Gerbang-katoda RGK umumnya disertakan untuk mengurangi sensitivitas Gerbang dan meningkatkan kemampuan dv/dt sehingga mencegah perangkat pemicu palsu.
Karena thyristor telah mengunci sendiri ke keadaan "ON", rangkaian hanya dapat diatur ulang dengan mengganggu power supply dan mengurangi arus Anoda di bawah nilai minimum arus holding ( IH ) thyristor.
Membuka push button “OFF” yang biasanya tertutup, S2 memecah rangkaian, mengurangi arus rangkaian yang mengalir melalui Thyristor ke nol, sehingga memaksa untuk mematikan “OFF” hingga aplikasi kembali dari sinyal Gerbang lain.
Namun, salah satu kelemahan dari desain rangkaian thyristor arus DC ini adalah bahwa mekanik biasanya-tertutup “OFF” switch S2 kebutuhan untuk menjadi cukup besar untuk menangani power rangkaian yang mengalir melalui kedua thyristor dan lampu ketika kontak dibuka.
Jika demikian, kita bisa mengganti thyristor dengan sakelar mekanis besar. Salah satu cara untuk mengatasi masalah ini dan mengurangi kebutuhan akan sakelar "OFF" yang lebih besar dan lebih kuat adalah dengan menghubungkan sakelar secara paralel dengan thyristor seperti yang ditunjukkan.
Alternatif Rangkaian Thyristor (SCR) Arus DC
Di sini sakelar thyristor menerima tegangan terminal dan sinyal pulsa Gerbang yang diperlukan seperti sebelumnya, tetapi sakelar yang lebih besar yang biasanya tertutup dari rangkaian sebelumnya telah diganti dengan sakelar yang lebih kecil yang biasanya terbuka secara paralel dengan thyristor.
Pengaktifan sakelar S2 untuk sementara waktu akan menyebabkan hubungan pendek antara thyristor Anoda dan Katoda yang menghentikan pengaktifannya dengan mengurangi arus holding di bawah nilai minimumnya.
Thyristor (SCR) Arus AC
Ketika terhubung ke supply AC arus bolak-balik, thyristor berperilaku berbeda dari rangkaian terhubung arus DC sebelumnya. Ini karena supply AC membalik polaritas secara berkala dan oleh karena itu setiap thyristor yang digunakan dalam rangkaian AC secara otomatis akan menjadi reverse bias sehingga menyebabkannya "OFF" selama satu setengah dari setiap siklus. Simak rangkaian thyristor AC di bawah ini.Rangkaian Thyristor (SCR) Arus AC
Di atas firing rangkaian thyristor mirip di desain untuk rangkaian Thyristor DC kecuali untuk kelalaian dari “OFF” tambahan sakelar dan input dioda D1 yang mencegah reverse bias diterapkan ke Gerbang. Selama setengah siklus positif dari bentuk gelombang sinusoidal, perangkat forward bias tetapi dengan sakelar S1 terbuka, arus gerbang nol diterapkan ke thyristor dan tetap "OFF". Pada setengah siklus negatif, perangkat reverse bias dan akan tetap “OFF” terlepas dari kondisi sakelar S1.
Jika sakelar S1 ditutup, pada awal setiap setengah siklus positif, thyristor sepenuhnya "OFF" tetapi segera setelah itu akan ada tegangan pemicu positif yang cukup dan oleh karena itu hadir di Gerbang untuk memutar thyristor dan lampu "ON".
Thyristor sekarang terkunci-"ON" selama durasi setengah siklus positif dan secara otomatis akan mematikan "OFF" ketika setengah siklus positif berakhir dan arus Anoda turun di bawah nilai arus holding.
Selama setengah siklus negatif berikutnya, perangkat sepenuhnya "MATI" sampai setengah siklus positif berikut ini ketika proses berulang sendiri dan thyristor berjalan lagi selama sakelar ditutup.
Kemudian dalam kondisi ini lampu akan menerima hanya setengah dari daya yang tersedia dari sumber AC sebagai thyristor bertindak seperti dioda Penyearah, dan menjalankan arus hanya selama setengah siklus positif ketika forward bias. Thyristor terus me-supply setengah daya ke lampu sampai sakelar dibuka.
Jika dimungkinkan untuk dengan cepat memutar sakelar S1 ON dan OFF, sehingga thyristor menerima sinyal Gerbang pada titik "puncak" (90°) dari setiap setengah siklus positif, perangkat hanya akan berjalan setengah dari positif setengah siklus.
Dengan kata lain, konduksi hanya akan berlangsung selama setengah dari setengah gelombang sinus dan kondisi ini akan menyebabkan lampu menerima "satu-perempat" atau seperempat dari total daya yang tersedia dari sumber AC.
Dengan memvariasikan secara akurat hubungan waktu antara pulsa Gerbang dan setengah siklus positif, Thyristor dapat dibuat untuk me-supply persentase daya apa pun yang diinginkan untuk beban, antara 0% dan 50%. Jelas, dengan menggunakan konfigurasi rangkaian ini, ia tidak dapat me-supply daya lebih dari 50% ke lampu, karena ia tidak dapat berjalan selama setengah siklus negatif ketika reverse bias. Pertimbangkan rangkaian di bawah ini.
Kontrol Fasa Setengah Gelombang
Kontrol fasa adalah bentuk paling umum dari kontrol daya thyristor arus AC dan rangkaian kontrol fasa AC dasar dapat dibangun seperti yang ditunjukkan di atas. Di sini tegangan Gerbang thyristor diturunkan dari rangkaian pengisian RC melalui dioda pemicu, D1.
Selama setengah siklus positif ketika thyristor forward bias, Kapasitor, C mengisi melalui Resistor R1 mengikuti tegangan supply AC. Gerbang diaktifkan hanya ketika tegangan pada titik A telah meningkat cukup untuk menyebabkan pemicu Dioda D1, untuk berjalan dan pembuangan kapasitor ke gerbang thyristor mengubahnya “ON”. Durasi waktu di paruh positif dari siklus di mana konduksi dimulai dikendalikan oleh waktu RC set konstan dengan resistor variabel, R1.
Peningkatan nilai R1 memiliki efek menunda tegangan pemicu dan arus yang di-supply ke gerbang thyristor yang pada gilirannya menyebabkan kelambatan (delay) waktu konduksi perangkat. Akibatnya, fraksi setengah siklus di mana perangkat berjalan dapat dikontrol antara 0 dan 180°, yang berarti bahwa daya rata-rata yang dihamburkan oleh lampu dapat disesuaikan. Namun, thyristor adalah perangkat searah sehingga hanya daya maksimum 50% dapat diberikan selama setiap setengah siklus positif.
Ada berbagai cara untuk mencapai kontrol AC gelombang penuh 100% menggunakan "thyristor". Salah satu caranya adalah memasukkan satu thyristor ke dalam rangkaian dioda penyearah jembatan yang mengubah AC menjadi arus searah melalui thyristor sedangkan metode yang lebih umum adalah dengan menggunakan dua thyristor yang terhubung secara paralel terbalik.
Pendekatan yang lebih praktis adalah dengan menggunakan Triac tunggal karena perangkat ini dapat dipicu di kedua arah, sehingga membuatnya cocok untuk aplikasi switching AC.