|
ไตรแอกและเอสซีอาร์ ตอนที่ 1
 ไตรแอกและเอสซีอาร์เป็นอุปกรณ์ที่ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อใช้ทำหน้าที่เป็นโซลิดสเตตสวิตช์ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการควบคุม
การจ่ายกำลังไฟให้แก่อุปกรณ์หรือวงจรได้ทั้งแบบ ไฟสลับและไฟตรง ในบทความนี้จะได้กล่าวถึงการทำงานภายในและการนำไปใช้งานในรูปแบบต่าง
ๆ
รูปที่ 1 ก. สัญลักษณ์
1 ข. วงจรเสมือน 1 ค. ตัวอย่างการใช้เอสซีอาร์จ่ายไฟตรงให้โหลด
ทั้งเอสซีอาร์และไตรแอกเป็นอุปกรณ์ที่เรียกรวม ๆ ว่าไทริสเตอร์ (thyristor)
เอสซีอาร์เป็นคำย่อมาจากคำว่า Silicon Controlled ภายในของเอสซีอาร์ประกอบด้วย
ชั้นของสารกึ่งตัวนำ 4 ชั้นที่ประกบตอดกันอยู่ (PNPN) โดยสัญลักษณ์ที่ใช้และวงจรเสมือนภายในได้แสดงไว้ในรูปที่
1 ก. และ 1 ข. ตามลำดับ ในวงจรเสมือนนี้จะเห็นได้ว่า ประกอบขึ้นด้วยทรานซิสเตอร์
2 ตัว Q1 เป็นแบบ NPN ที่รับการแสเบสจากคอลเลคเตอร์ของ Q2 ที่เป็น PNP ในทำนองเดียวกัน
Q2 ก็รับกระแสเบสมาจากคอลเลคเตอร์ของ Q1 เช่นกัน ส่วนหลักการทำงานที่ทำให้เอสซีอาร์
สามารถทำหน้าที่เป็นสวิตช์ได้นั้นจะขอกล่าวถึงในภายหลัง
ในรูปที่
1 ค. แสดงถึงวงจรแบบพื้นฐานในการใช้งานของเอสซีอาร์ เพื่อให้ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ควบคุมกำลังไฟ
ตรงที่จะป้อนให้แก่โหลด การทำงานของวงจรเป็นดังนี้ เมื่อป้อนไฟให้แก่เอสซีอาร์โดยปิดวงจรสวิตช์
S1 เอสซีอาร์จะยังไม่ทำงาน คือจะยังไม่ยอมให้กระแสไหลผ่านตัวมัน เนื่องจากยังไม่มีสัญญาณทริกเกอร์เพื่อไปกระตุ้นที่ขาเกต
ขอให้ย้อนกลับไปดูวงจรในรูป
1 ข. ขาเบสของ Q1 จะต่ออยู่กับขาแคโทรภายนอก โดยมี R1 และ R2 ต่ออนุกรมอยู่
ดังนั้น Q1 จึงยังไม่ทำงาน เนื่องจากยังไม่มีกระแสเบส ซึ่งเป็นผลทำให้ Q2
ไม่ทำงานด้วย จะมีก็แต่กระแสรั่วไหลเกิดขึ้นเพียงเล็กน้อย ระหว่างขั้วแอโนดและแคโทด
การที่จะทำให้เอสซีอาร์เกิดการนำกระแสขึ้นได้นั้น สามารถทำได้โดยการป้อนกระแสบวกให้แก่เกต
นั่นคือทำการปิดวงจรสวิตช์ S2 ในวงจรรูปที่ 1 ค. จะทำให้เอสซีอาร์นำกระแสในทันที
การที่จะทำให้เอสซีอาร์นำกระแสได้นั้น
ค่ากระแสที่ป้อนให้แก่ขาเกตต้องมากพอที่จะทำให้ทรานซิสเตอร์ Q1 ทำงาน เมื่อเป็นเช่นนั้นก็จะเป็นการป้อนกระแสให้แก่ขาเบสของ
Q2 ทำให้ Q2 ทำงานเช่นกัน ในทำนองเดียวกัน Q2 ก็จะป้อนกระแสกลับมาให้แก่ขาเบสของ
Q1 จึงเกิดเป็นการป้อนกระแสกลับไปกลับมาทำให้ Q1 และ Q2 ทำงานต่อไปได้เรื่อย
ๆ
หลังจากที่เอสซีอาร์เริ่มทำงานแล้วนั่นคือ
การยอมให้กระแสไหลผ่านตัวมันเอสซีอาร์นั้น ก็จะสามารถคงสภาพการทำงานอยู่เช่นนั้นได้
แม้ว่าจะหยุดการป้อนกระแสให้แก่ขาเกต แล้วก็ตาม ทั้งนี้เนื่องจากการป้อนกระแสกลับไปกลับมาระหว่าง
Q1 และ Q2 ดังกล่าวข้างต้น ดังนั้น กระแสที่ป้อนให้แก่ขาเกตนั้น จึงเป็นเพียงพัลส์ที่ไปกระตุ้นให้เอสซีอาร์เกิดการทำงานขึ้น
และคงสภาพการทำงานเช่นนั้นต่อไป
ตารางที่
1 แสดงคุณสมบัติที่สำคัของเอสซีอาร์ที่นิยมใช้
R1
และ R2 ที่ต่อในวงจรในรูปที่ 1 ข. นั้น เป็นตัวที่ทำให้ไม่สามารถที่จะทำการหยุดการทำงานของเอสซีอาร์นี้ลงได้
แม้ว่าจะให้ไบแอสกลับแก่ขาเกตและแคโทดก็ตาม
การหยุดการทำงานของเอสซีอาร์นี้จะทำได้เพียงทางเดียวเท่านั้น
คือลดค่ากระแสที่ไหลผ่านแอโนดลง จนต่ำกว่าค่าที่เรียกว่า กระแสโฮลดิ้ง (holding
current) หรือเรียกว่า Ih และในกรณีที่เอสซีอาร์ถูกใช้งานโดยการป้อนกระแสสลับผ่านตัวมัน
การหยุดทำงานของมันจะเกิดขึ้นโดยอัตโนมัติ เมื่อค่าแรงดันไฟสลับที่ให้นั้นใกล้กับจุดที่เรียกว่า
"จุดตัดศูนย์" (Zero-crossing point) ซึ่งจะเกิดขึ้นทุก ๆ ครึ่งคาบเวลาของสัญญาณไฟสลับที่ให้แก่วงจรนั้น
การทำงานของเอสซีอาร์ดังกล่าวข้างต้นเป็นเพียงโดยทฤษฎีเท่านั้น
แต่ในทาปฏิบัติแล้วบางครั้งเอสซีอาร์จะมีการทำงานผิดพลาดเกิดขึ้น นั่นคือ
แม้ว่าจะไม่ได้ป้อนสัญญาณทริก ให้แก่ขาเกตเอสซีอาร์ก็เกิดการนำกระแสขึ้นระหว่างแอโนดและเกตของเอสซีอาร์นั่นเอง
ในกรณีที่แรงดันที่ให้แก่แอโนดนั้นมีการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วมาก
ๆ ความจุไฟฟ้าดังกล่าวข้างต้น จะเป็นตัวส่งผ่านสัญญาณบางส่วนของการเพิ่มขึ้นของแรงดันนั้นให้แก่เกตภายใน
ซึ่งจะเป็นตัวทริกให้เอสซีอาร์นั้นเกิดการนำกระแสขึ้นได้ ปรากฏการณ์นี้ทางเทคนิคจะเรียกว่า
rate effect โดยปกติปรากฏการณ์นี้จะเกิดขึ้นเนื่องจากมีทรานเซี้ยนต์ขึ้นในแหล่งจ่าย
ทรานเซี้ยนต์ที่ว่านี้ก็คือการที่แหล่งจ่ายนั้นเกิดมีพัลส์ขนาดสูงเกิดขึ้นเป็นช่วงบางขณะ
ปัญหาที่เกิดขึ้นนี้สามารถแก้ไขได้โดยการใช้ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุมาต่อ
เป็นวงจรกรองความถี่สูงผ่าน คร่อมระหว่างขาแอโนดและแคโทด
สิ่งที่กล่าวมาข้างตันเป็นเพียงหลักการทำงานพื้นฐานของเอสซีอาร์
ซึ่งจะเห็นได้ว่า เป็นอุปกรณ์ ที่สามารถนำไปใช้งานได้อย่างง่าย ๆ แต่ข้อสำคัญคือการเลือกใช้เอสซีอาร์
ให้เหมาะกับงานที่ต้องการซึ่งจะพบว่าในการเลือกใช้เอสซีอาร์แต่ละเบอร์นั้น
ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติเฉพาะของแต่ละเบอร์ เช่นค่าแรงดันและกระแสสูงสุดที่จะทนได้
ค่าความไวของเกตและค่ากระแสโฮลดิ้ง ในตารางที่ 1 ได้แสดงถึงคุณสมบัติต่าง
ๆ เหล่านี้ของเอสซีอาร์เบอร์ต่าง ๆ ที่นิยมใช้ โดย PIV คือค่าแรงดันสูงสุดที่จะทนได้,
Vgt / Igt คือแรงดัน / กระแสที่ใช้ในการทริกที่เกตและ Ih คือกระแสโฮลดิ้ง
|
หน้าแรก