ตัวเรียงกระแสชนิดควบคุมด้วยซิลิคอน

ตัวเรียงกระแสชนิดควบคุมด้วยซิลิคอน () เป็นอุปกรณ์เรียงกระแสแบบ solid-state สี่ชั้นที่ควบคุมการทำงานด้วยกระแส  ชื่อ "silicon controlled rectifier" หรือ SCR เป็นชื่อทางการค้าของ บริษัท General Electric พัฒนาโดยทีมวิศวกรนำโดยโรเบิร์ต เอ็น ฮอลล์และจำหน่ายโดย บริษัท แฟรงค์ ดับบลิว กัทส์วิลเลอร์ หรือ บิล ในปี ค.ศ.1957

บางแหล่งกำหนด SCR และ thyristors เป็นความหมายเหมือนกัน บางแหล่งกำหนด SCR เป็นส่วนหนึ่งของตระกูลของอุปกรณ์ที่มีสาร n และ p อย่างน้อย 4 ชั้นสลับกัน หรือตระกูล ทายริสเตอร์ (thyristors)

SCR เป็นอุปกรณ์แบบทิศทางเดียว (นั่นคือ กระแสไหลในทิศทางเดียวเท่านั้น) เมื่อเทียบกับ ไทรแอค (TRIAC) ซึ่งเป็นแบบสองทิศทาง (นั่นคือ กระแสไหลในสองทิศทาง) SCR ปกติถูก trigger ให้ทำงานได้ด้วยกระแสไหลเข้าใน gate ซึ่งตรงข้ามกับ TRIAC ซึ่งสามารถถูก trigger ได้ด้วยกระแสทั้งบวกหรือลบ

โหมดของการทำงาน

อุปกรณ์นี้โดยทั่วไปจะถูกใช้ในงานที่ปิดเปิดบ่อยๆ ในสภาวะปกติอุปกรณ์จะ "ปิด" กระแสที่ไหลผ่านก็มีเพียงกระแสไฟฟ้ารั่วเท่านั้นซึ่งมีปริมาณน้อยมาก เมื่อแรงดันไฟฟ้าระหว่าง gate กับแคโทดมีมากพอทำให้มีกระแสไหลใน gate เกินกว่าเกณฑ์ที่กำหนด อุปกรณ์ที่จะเปลี่ยนเป็น "เปิด" ให้กระแสไหลผ่านจากแอโหนดไปแคโทดได้ อุปกรณ์จะยังคงอยู่ในสถานะ "เปิด" แม้หลังจากกระแสที่ gate ถูกตัดออกไปตราบเท่าที่กระแสที่ผ่านอุปกรณ์ดังกล่าวข้างต้นยังคงมีอยู่สูงในระดับหนึ่ง ถ้ากระแสตกลงจากระดับนั้นช่วงเวลาหนึ่ง อุปกรณ์ที่จะเปลี่ยนเป็น "ปิด" 

ถ้าแรงดันไฟฟ้าระหว่างแอโหนดกับแคโทดเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วพอ, capacitive coupling อาจก่อให้เกิดประจุไฟฟ้ามากพอเข้าไปใน gate ไป trigger ให้อุปกรณ์ "เปิด"; เรียกว่า "dv/dt triggering" ปรากฏการณ์นี้อาจสามารถหลีกเลี่ยงได้โดยใช้วงจร snubber  "dv/dt triggering" อาจจะไม่สวิทช์ SCR ให้เปิดให้กระแสผ่านได้อย่างรวดเร็ว แต่ความร้อนที่เกิดขึ้นอาจทำให้ SCR เสียหายได้

SCR ยังถูก trigger ได้โดยการเพิ่มแรงดันให้เกินกว่าแรงดันไฟฟ้า rating ของมัน (breakdown voltage) แต่ครั้งนี้ก็เหมือนกัน จะไม่ทำให้อุปกรณ์สวิทช์ได้อย่างรวดเร็ว แต่อาจจะทำความเสียหายให้กับอุปกรณ์ได้ ควรหลีกเลี่ยง

Reverse Bias

SCR มีทั้งแบบที่มีความสามารถในการทำ reverse blocking และแบบไม่มีความสามารถในการทำ reverse blocking ความสามารถนี้ใช้เมื่อมีการจ่ายแรงดันไฟฟ้ากลับทาง หรือ reverse bias   งานทั่วไปที่ต้องการความสามารถนี้เมื่อ SCR ทำงานเป็น current source inverter

SCR ที่ไม่มีความสามารถในการ reverse blocking เรียกว่า Asymmetry SCR (ASCR) พวกนี้มักจะมี reverse breakdown rating เป็นหลัก 10V เท่านั้น ดังนั้นจึงนำไปใช้งานได้ก็ต่อเมื่อมีไดโอดต่อคร่อมกลับทางอยู่(อย่างเช่นใน voltage source converter) หรือใช้ในวงจรที่ไม่มีการต่อโวลเตจกลับขั้ว(เช่น switching power supply หรือ วงจรไฟฟ้าระบบราง)

ASCR สามารถผลิตให้มีไดโอดย้อนกลับในแพคเกจเดียวกันได้ เรียกว่า RCT หรือ reverse conducting thyristor

วิธีการเปิด gate SCR

forward voltage triggering
gate triggering
dv/dt triggering
temperature triggering
light triggering

forward voltage triggering เกิดขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าระหว่างแอโหนดกับแคโทดเพิ่มขึ้นตอนประตูปิด ปรากฏการณ์ที่เรียกว่า avalanche breakdown จะเกิดที่รอยต่อ J2 ถ้าแรงดันไฟฟ้ามีมากพอ SCR จะเปลี่ยนเข้าสู่สภาวะ "เปิด" ปล่อยกระแสเป็นจำนวนมากไหลผ่าน ในกรณีนี้ J1 และ J3 ถูก forward bias ไปเรียบร้อยแล้ว

การประยุกต์ใช้ SCR 

SCR ส่วนใหญ่จะใช้ในอุปกรณ์ที่ต้องการการควบคุมของพลังงานที่สูงและอาจมีแรงดันไฟฟ้าที่สูงมากด้วย เช่นในงานที่เกี่ยวกับการควบคุมไฟฟ้าสลับแรงสูง เช่นการหรี่ไฟถนน, การควบคุมให้กระแสมีเสถียรภาพและการควบคุมมอเตอร์ 

SCR และอุปกรณ์ที่คล้ายกันนี้ใช้สำหรับการเรียงกระแสเพื่อเปลี่ยนไฟฟ้าสลับแรงสูงให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงแรงสูงเพื่อการส่งไฟฟ้าระยะไกล หรือระบบสายส่งกระแสตรงความดันสูง

ดูเพิ่ม 

เครื่องหรี่ไฟ
ระบบสายส่งกระแสตรงความดันสูง
Gate turn-off thyristor
Insulated-gate bipolar transistor
Integrated gate-commutated thyristor
Thyristor
TRIAC
Voltage regulator
Snubber
Crowbar (วงจร)
DIAC
BJT

อ้างอิง

อิเล็กทรอนิกส์