TOP

21.1.5 เอสซีอาร์ ( SCR )

           ซิลิกอน คอนโทรล เร็กติไฟเออร์ (SILCON CONTROL RECTIFIER) หรือนิยมเรียกสั้น ๆ ว่า
เอสซีอาร์ (SCR) เป็นอุปกรณ์ประเภทสารกึ่งตัวนำเช่นเดียวกับพวก ไดโอดและทรานซีสเตอร์ แต่จะมีโครงสร้างของสารกึ่งตัวนำต่อชนกันถึง4ตอน ซึ่งจะเรียกสารกึ่งตัวนำประเภทนี้ว่าอุปกรณ์พวกไทริสเตอร์ (THYRISTOR)อุปกรณ์พวกไทริสเตอร์ เป็นอุปกรณ์จำพวกสารกึ่งตัวนำ ที่ทำหน้าที่เป็นสวิตช์เปิด-ปิดได้
เรียกว่าสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์

          SCR เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำจำพวกไทริสเตอร์ จะมีโครงสร้างประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิด P และชนิด N ต่อชนกันทั้งหมด 4 ตอน เป็นสารชนิด P2 ตอน และสารชนิด N 2 ตอน โดยเรียงสลับกัน มีขาต่อออกมาใช้งาน 3 ขา คือ ขาแอโนด (ANODE) ขาแคโถด (CATHODE) และขาเกท (GATE) โครงสร้างและสัญลักษณ์แสดงดังรูป

  image

         จากรูปโครงสร้างของเอสซีอาร์ (SCR) ประกอบไปด้วยสารกึ่งตัวนำ 4 ชิ้นคือ พี – เอ็น – พี – เอ็น
(P – N – P – N) มีจำนวน 3 รอยต่อ
มีขาต่อออกมาใช้งาน 3 ขาคือ
        1. แอโนด (A : Anode)
        2. แคโทด (k : Cathode)
        3. เกต (G : Gate)

สภาวะการทำงานของเอสซีอาร์ (SCR) สามารถแบ่งการทำงานออกได้เป็น 2 สภาวะคือ
        1. สภาวะนำกระแส เรียกว่า ON
        2. สภาวะหยุดนำกระแส เรียกว่า OFF

การทำงานของเอสซีอาร์

        การเปิดเอสซีอาร์ให้นำกระแสนั้น ทำได้โดยการป้อนแรงดันไฟฟ้าบวกที่ขั้วเกตที่เรียกว่าจุดชนวนเกตหรือสัญญาณทริกเกอร์ (Trigerred) ดังรูป

image เอสซีอาร์ยังไม่นำกระแส  เมื่อกดสวิตช์ เอสซีอาร์นำกระแส

การหยุดการทำงานของเอสซีอาร์

        การหยุดการทำงานของเอสซีอาร์นี้จะทำได้เพียงทางเดียวเท่านั้น คือลดค่ากระแสที่ไหลผ่านแอโนดลง จนต่ำกว่าค่าที่เรียกว่า กระแสโฮลดิ้ง (holding current) หรือเรียกว่า Ih และในกรณีที่เอสซีอาร์ถูกใช้งานโดยการป้อนกระแสสลับผ่านตัวมัน การหยุดทำงานของมันจะเกิดขึ้นโดยอัตโนมัติ เมื่อค่าแรงดันไฟสลับที่ให้นั้นใกล้กับจุดที่เรียกว่า "จุดตัดศูนย์" (Zero-crossing point) ซึ่งจะเกิดขึ้นทุก ๆ ครึ่งคาบเวลาของสัญญาณไฟสลับที่ให้แก่วงจรนั้น

image

ถ้าต้องการหยุดการนำกระแสของเอสซีอาร์จากวงจรทำได้โดยกดสวิตช์ S2 หรือ S3

        สิ่งที่กล่าวมาข้างตันเป็นเพียงหลักการทำงานพื้นฐานของเอสซีอาร์ ซึ่งจะเห็นได้ว่า เป็นอุปกรณ์ ที่สามารถนำไปใช้งานได้อย่างง่าย ๆ แต่ข้อสำคัญคือการเลือกใช้เอสซีอาร์ ให้เหมาะกับงานที่ต้องการซึ่งจะพบว่าในการเลือกใช้เอสซีอาร์แต่ละเบอร์นั้น ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติเฉพาะของแต่ละเบอร์ เช่นค่าแรงดันและกระแสสูงสุดที่จะทนได้ ค่าความไวของเกตและค่ากระแสโฮลดิ้ง ในตาราง ได้แสดงถึงคุณสมบัติต่าง ๆ เหล่านี้ของเอสซีอาร์เบอร์ต่าง ๆ ที่นิยมใช้ โดย PIV คือค่าแรงดันสูงสุดที่จะทนได้, Vgt / Igt คือแรงดัน / กระแสที่ใช้ในการทริกที่เกตและ Ih คือกระแสโฮลดิ้ง

การนำ SCR ไปใช้งาน

          SCR ถูกนำไปใช้มากในงานจำพวกไฟฟ้ากำลัง เช่น วงจรควบคุมความสว่าง วงจรควบคุมความเร็วของมอเตอร์ วงจรควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่ ระบบควบคุมอุณหภูมิ และวงจรรักษาระดับกำลัง เป็นต้น คุณลักษณะของ SCR นั้น จะนำกระแสในทิศทางตรงเท่านั้น (Forward Direction) ด้วยเหตุผลนี้จึงจัดให้ SCR เป็นอุปกรณ์จำพวก นำกระแสในทิศทางเดียว (Unidirectional Device ) ซึ่งหมายความว่า ถ้าป้อนสัญญาณไฟฟ้า กระแสสลับผ่าน SCR ขาเกทของ SCR จะตอบสนองสัญญาณ และกระตุ้นให้ SCR ทำงานเฉพาะครึ่งบวกของสัญญาณที่จะทำให้อาโนดเป็นบวกเมื่อเทียบกับคาโธดเท่านั้น
       
  การใช้งาน SCR ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง (DC) รูปแสดงระบบสัญญาณเตือนภัยในรถยนต์ เมื่อปิดสวิตซ์อาร์มและสวิตซ์รีเซ็ท ระบบสัญญาณเตือนภัยจะคอยรับสัญญาณจากสวิตซ์ตรวจจับทั้ง 4 ส่วนได้แก่ บริเวณประตู ระบบเครื่องเสียง ฝาปิดเครื่องยนต์ และฝาประโปรงหลัง จากนั้นจึงส่งสัญญาณไปกระตุ้นการทำงานของอุปกรณ์เตือนภัยให้ทำงาน ตัวอย่างในรูปแสดงวงจรการทำงานของระบบเตือนภัยเมื่อเปิดประตูรถยนต์

image

          การเปิดประตูรถยนต์จะทำให้ตัวเก็บประจุ C1 ได้รับการชาร์จประจุผ่านทางไดโอด D และตัวต้านทาน R1 หลังจากช่วงเวลาหนึ่งผ่านไปจะทำให้ประจุไฟฟ้าที่ชาร์จเข้าไปใน C1 มีปริมาณเพียงพอที่จะทำให้ Q1 ทำงาน (ON) และเมื่อ Q1 ทำงาน ก็จะผ่านศักย์ไฟฟ้าบวกที่ขั้วคอลเลคเตอร์ซึ่งมาจากแบตเตอรี่ไปยังขั้วอิมิตเตอร์ และผ่านต่อไปยังขาเกทของ SCR เมื่อขาเกทได้รับการกระตุ้นจากศักย์ไฟฟ้าบวกก็จะทำให้ SCR ปิดวงจร (ON) และกระตุ้นอุปกรณ์เตือนภัยให้ทำงาน

         เนื่องจาก SCR เสมือนกับปิดสวิตซ์เมื่ออยู่ในสภาวะ ON ซึ่งจะผ่านแรงดันไฟฟ้าขนาด    12 V จากแบตเตอรี่ไปยังอุปกรณ์เตือนภัย ซึ่งสภาวะ ON ของ SCR นี้ยังคงอยู่ต่อไปโดยไม่ขึ้นกับสวิตซ์อาร์มหรือสวิตซ์ตรวจจับอื่นใด และเมื่อทำการเปิดสวิตซ์รีเซ็ท ซึ่งซ่อนภายในรถก็ทำให้อุปกรณ์เตือนภัยหยุดทำงาน ค่าของ R1 และ C1 ควรเลือกให้เหมาะสมเพื่อให้มีช่วงเวลาการหน่วงที่พอดีการที่ Q1 และ SCR จะถูกกระตุ้นให้ทำงาน ซึ่งการหน่วงเวลานี้ก็เพื่อให้เจ้าของ รถยนต์เข้าไปในรถ และปลดการทำงานของระบบเตือนภัยโดยการเปิดสวิตซ์อาร์มได้ทันเวลา

SCR ไวแสง

        SCR ไวแสง ( Light Activated Silicon Controlled Rectifier : LASCR) จะทำงานเป็นสวิตซ์ที่ทำงานด้วยแสงชนิดหนึ่ง โดยจะมีลักษณะการทำงานเช่นเดียวกับ SCR มาตรฐาน แต่มีความแตกต่างเพียงว่าการทำงานของ SCRไวแสงจะมีความไวแสงมาก ดังนั้น จึงสามารถใช้แสงที่มาตกกระทบเป็นตัวกระตุ้นให้ SCR ไวแสงทำงานได้ ส่วนใหญ่แล้ว SCR ไวแสงจะมีขาเกทต่อออกมาด้วยเช่นกัน ดังนั้น SCR ไวแสงจึงสามารถถูกกระตุ้นให้ทำงานนำกระแสได้ได้โดยใช้คลื่นสัญญาณไฟฟ้าได้เช่นเดียวกับ SCR มาตรฐานรูป แสดงสัญลักษณ์ และรูปลักษณะของ SCR ไวแสง

 image
image                    image

          สำหรับการทำงานของ SCR ไวแสงนั้น จะมีความไวต่อแสงมากเมื่อจัดให้ขาเกทเปิดวงจรลอยไว้ แต่เพื่อเป็นการลดความไวในการตอบสนองต่อแสงก็สามารถทำได้ โดยต่อตัวต้านทานจากขาเกทเข้ากับขาคาโธด ตัวอย่างการใช้งานของ SCR ไวแสง เช่น วงจรควบคุมการเปิดประตู หรือวงจรสัญญาณเตือนภัย โดยจะใช้เป็นตัวกระตุ้นการทำงานของรีเลย์ ดังแสดงในรูป โดยการทำงานนั้นเมื่อการเปิดสวิตซ์ไฟ แสงจากหลอดไฟจะไปตกกระทบและกระตุ้นให้ SCR ไวแสงทำงาน ส่งผลให้กระแสที่ไหลผ่านขั้วอาโนดเป็นตัวกระตุ้นให้รีเลย์ทำงานโดยการดึงหน้าสัมผัสให้ปิดลง ซึ่งจะทำให้การทำงานของระบบครบวงจร มีข้อสังเกตว่าข้อดีของการใช้ SCR ไวแสงนั้นก็ คือ การกระตุ้นให้ระบบการทำงานจะไม่มีการเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าใด ๆ กับวงจรของระบบเลย

image

Leave a Reply

Your email is never published nor shared.

You may use these HTML tags and attributes:<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>