サイリスタとは何ですか？どのように機能しますか？

一般に、サイリスタもトランジスタと同様のスイッチングデバイスです。すでに説明したように、トランジスタは世界を変えた小さな電子部品です。今日、トランジスタはテレビ、携帯電話、ラップトップ、電卓、イヤホンなどのすべての電子機器で見つけることができます。トランジスタは適応性があり、用途が広いですが、それはそれを意味するものではありません。それらはあらゆるアプリケーションで使用でき、増幅およびスイッチングデバイスとして使用できますが、より高い電流を処理することはできません。また、トランジスタには連続的なスイッチング電流が必要です。したがって、これらすべての問題に対して、およびこれらの問題を克服するために、サイリスタを使用します。

一般に、SCRとサイリスタは同じ意味で使用されますが、SCRは一種のサイリスタです。サイリスタには多くの種類のスイッチがあり、その中にはSCR（シリコン制御整流器）、GTO（ゲートターンオフ）、IGBT（絶縁ゲート制御バイポーラトランジスタ）などがあります。しかし、SCRは最も広く使用されているデバイスであるため、サイリスタという言葉はSCRと同義です。簡単に言うと、 SCRは一種のサイリスタ です。

SCRまたはサイリスタは、4層の3接合半導体スイッチングデバイスです。それは持っている3つの端子、アノード、カソード、及びゲートを。サイリスタもダイオードのような一方向デバイスです。つまり、電流は一方向にのみ流れます。4層であるため、直列の3つのPN接合で構成されます。この端子に小さな電圧を供給することによってSCRをトリガーするために使用されるゲート端子。これは、SCRをオンにするゲートトリガー方式とも呼ばれます。

サイリスタはMOSFETとどう違うのですか？

サイリスタとMOSFETはどちらも電気スイッチであり、最も一般的に使用されています。両者の基本的な違いは、MOSFETスイッチは電圧制御デバイスであり、DC電流のみを切り替えることができますが、サイリスタスイッチは電流制御デバイスであり、DC電流とAC電流の両方を切り替えることができるということです。

サイリスタとMOSFETの間には、さらにいくつかの違いがあります。以下の表に示します。

プロパティ	サイリスタ	MOSFET
熱暴走	はい	番号
温度感度	もっと少なく	高い
タイプ	高電圧高電流装置	高電圧中電流デバイス
オフにする	別のスイッチング回路が必要です	不要
オン	単一パルスが必要	オン/オフ時以外は連続供給は不要です
スイッチング速度	低	高い
抵抗性入力インピーダンス	低	高い
制御	電流制御装置	電圧制御デバイス

サイリスタはトランジスタとどう違うのですか？

サイリスタとトランジスタはどちらも電気スイッチですが、サイリスタの電力処理能力はトランジスタよりはるかに優れています。サイリスタの定格はキロワットで示され、トランジスタの電力範囲はワットであるためです。分析では、サイリスタはトランジスタの閉じたカップルのペアと見なされます。トランジスタとサイリスタの主な違いは、トランジスタがオンのままであるためには連続スイッチング電源が必要ですが、サイリスタの場合は一度だけトリガーする必要があり、オンのままです。一度トリガーして永久にオンのままにする必要があるアラーム回路のようなアプリケーションでは、トランジスタを使用できません。したがって、これらの問題を克服するために、サイリスタを使用します。

サイリスタとトランジスタの間には、さらにいくつかの違いがあります。以下の表に示します。

プロパティ	サイリスタ	トランジスタ
層	4つの層	3つの層
ターミナル	アノード、カソード、ゲート	エミッター、コレクター、およびベース
過電圧および過電流での動作	より高い	サイリスタより低い
オン	オンにするためにゲートパルスが必要でした	制御電流の必要な連続供給
内部電力損失	トランジスタより低い	より高い

VIサイリスタまたはSCRの特性

サイリスタVIの特性を得るための基本回路を以下に示します。サイリスタのアノードとカソードは、負荷を介して主電源に接続されています。サイリスタのゲートとカソードは、ゲートからカソードにゲート電流を供給するために使用されるソースEsから供給されます。

特性図によると、SCRには、逆方向ブロッキングモード、順方向ブロッキングモード、および順方向導通モードの3つの基本モードがあります。

リバースブロッキングモード：

このモードでは、スイッチSが開いた状態で、カソードがアノードに対して正になります。ジャンクションJ1とJ3は逆バイアスされ、J2は順バイアスされます。サイリスタに逆電圧が印加されると（V _BR未満である必要があります）、デバイスは逆方向に高インピーダンスを提供します。したがって、サイリスタは逆ブロッキングモードではオープンスイッチとして扱われます。V _BRは、アバランシェが発生する逆方向降伏電圧です。電圧がV _BRを超えると、サイリスタが損傷する可能性があります。

フォワードブロッキングモード：

ゲートスイッチが開いた状態で、アノードがカソードに対して正になる場合。図に示すように、サイリスタは順方向にバイアスされ、接合部J1とJ3は順方向にバイアスされ、J2は逆方向にバイアスされていると言われています。このモードでは、順方向リーク電流が小さく、SCRをトリガーするのに十分でないため、順方向リーク電流と呼ばれる小さな電流が流れます。したがって、SCRは、フォワードブロッキングモードでもオープンスイッチとして扱われます。

順方向伝導モード：

ゲート回路が開いたまま順方向電圧が増加すると、ジャンクションJ2でアバランシェが発生し、SCRが導通モードになります。ゲートとカソードの間に正のゲートパルスを与えるか、サイリスタのアノードとカソードの間に順方向ブレークオーバー電圧を与えることにより、いつでもSCRをオンにすることができます。

SCRまたはサイリスタのトリガー方法

SCRをトリガーするには、次のような多くの方法があります。

順方向電圧トリガー
ゲートトリガー
dv / dtトリガー
温度トリガー
光のトリガー

順方向電圧トリガー：

ゲート回路を開いたまま、アノードとカソードの間に順方向電圧を印加することにより、接合J2は逆バイアスされます。その結果、J2全体に空乏層が形成されます。順方向電圧が上昇すると、空乏層が消失する段階が到来し、J2にはアバランシェブレークダウンがあると言われています。したがって、サイリスタは導通状態になります。雪崩が発生する電圧は、順方向ブレークオーバー電圧Vと呼ばれる_BO。

ゲートトリガー：

これは、サイリスタまたはSCRをオンにする最も一般的で信頼性が高く効率的な方法の1つです。ゲートトリガーでは、SCRをオンにするために、ゲートとカソードの間に正の電圧が印加され、ゲート電流が発生し、電荷が内側のP層に注入され、順方向ブレークオーバーが発生します。ゲート電流が高くなると、順方向ブレークオーバー電圧が低くなります。

図に示すように、SCRには3つのジャンクションがあります。ゲートトリガ方式を使用することにより、印加されたゲートパルスが接合J2を遮断すると、接合J1とJ2が順方向にバイアスされるか、SCRが導通状態になります。したがって、電流がアノードからカソードに流れることができます。

2トランジスタモデルによると、アノードがカソードに対して正になる場合。ゲートピンがトリガーされるまで、電流はアノードからカソードに流れません。ゲートピンに電流が流れると、下側のトランジスタがオンになります。下側のトランジスタが導通すると、上側のトランジスタがオンになります。これは一種の内部正帰還であるため、ゲートに1回パルスを供給することにより、サイリスタをオン状態に保ちます。両方のトランジスタがオンになると、電流がアノードからカソードに流れ始めます。この状態は順方向導通と呼ばれ、これがトランジスタが「ラッチ」または永続的にオンのままになる方法です。SCRをオフにする場合、ゲート電流を除去するだけではオフにできません。この状態では、サイリスタはゲート電流に依存しません。したがって、オフにするには、スイッチオフ回路を作成する必要があります。

dv / dtトリガー：

逆バイアスされた接合部では、接合部の両端に電荷が存在するため、接合部J2はコンデンサのような特性を獲得します。つまり、接合部J2は静電容量のように動作します。順方向電圧が突然印加されると、接合容量Cjを流れる充電電流がSCRをオンにします。

充電電流I _Cは、によって与えられます。

i _C = dQ / dt = d（Cj * Va）/ dt（ここで、Vaは接合J2の両端に順方向電圧が現れます）i _C =（Cj * dVa / dt）+（Va * dCj / dt）接合容量はほぼ一定、dCj / dtがゼロの場合、i _C = Cj dVa / dt

順方向電圧の上昇率は、DVA / dtが高い場合したがって、充電電流I _Cは、よりあろう。ここで、充電電流はゲート電流の役割を果たし、ゲート信号がゼロであってもSCRをオンにします。

温度トリガー：

サイリスタが順方向ブロッキングモードの場合、印加電圧の大部分は接合部J2に集まり、この電圧はリーク電流に関連します。これにより、接合部J2の温度が上昇します。そのため、温度が上昇すると空乏層が減少し、ある高温（安全限界内）で空乏層が破壊され、SCRがオン状態になります。

光のトリガー：

光でSCRをトリガーするために、下の図に示すように、くぼみ（または中空）が内側のp層になります。特定の波長の光のビームは、照射のために光ファイバーによって向けられます。光の強度が一定値を超えると、SCRがONになります。これらのタイプのSCRは、光活性化SCR（LASCR）と呼ばれます。これらのSCRは、光源とゲート信号の両方を組み合わせて使用してトリガーされる場合があります。SCRをオンにするために必要な高いゲート電流と低い光強度。

LASCRまたは光トリガーSCRは、HVDC（高電圧直流）送電システムで使用されます。