Uno SCR attivato da luce (LASCR), chiamato anche Photo-SCR o Photothyristor, è un raddrizzatore controllato al silicio la cui porta è attivata da fotoni anziché da un segnale elettrico. Fornisce isolamento galvanico tra la sorgente luminosa (lato di controllo) e il circuito di carico ad alta potenza.
Struttura e principio di funzionamento
Anodo (A) ──────────────────┐ │ ┌──────────┴──────────┐ │ n⁻ (Regione di deriva) │ │ ↑ Luce │ │ ┌───┴───┐ │ │ │ p │ Porta │ │ │ (Base)│ Regione │ │ └───┬───┘ │ │ │ │ │ ┌───┴───┐ │ │ │ n⁺ │ Catodo │ │ │Emettitore│ (K) │ │ └───────┘ │ └─────────────────────┘
- Fotogenerazione: I fotoni (λ ≈ 800–1100 nm per Si) creano coppie elettrone-lacuna nella giunzione porta-base (o in una regione di fotodiodo dedicata).
- Accensione: La corrente fotogenerata agisce come corrente di porta (IG = IPH). Quando IPH > IGT (corrente di trigger della porta), il feedback rigenerativo blocca l'SCR in stato ON.
- Blocco (latching): Una volta bloccato, la luce può essere rimossa — l'SCR rimane ON finché la corrente anodica è < IH (corrente di mantenimento).
Parametri chiave (valori tipici)
| Parametro | Simbolo | Intervallo tipico | Note |
|---|
| Tensione off-state di picco | VDRM/VRRM | 200–1600 V | Selezionare > 1,5× tensione di picco di linea |
| Corrente on-state RMS | IT(RMS) | 0.5–25 A | Dissipatore richiesto > 2 A |
| Corrente di trigger luminoso | IFT | 1–20 mA (guida LED) | Dipende dall'irraggiamento (mW/cm²) |
| Corrente di mantenimento | IH | 1–50 mA | Progettare carico > IH |
| Valutazione dv/dt | Critical dv/dt | 10–500 V/µs | Snubber spesso necessario |
| Tempo di accensione | tgt | 5–20 µs | Sufficiente per la frequenza di rete |
| Tensione di isolamento | VISO | 2.5–7.5 kV RMS | Percorso ottico = barriera di isolamento |
Circuito di guida tipico
Lato controllo (Bassa tensione) Lato potenza (Tensione di rete) ┌─────────────────────┐ ┌─────────────────────────┐ │ MCU / Logica │ │ LASCR │ │ Pin di output │ │ ┌─────┐ │ │ │ │ Luce │ A ──┤ ├── Carico ──┐ │ │ [R] 330Ω │ ───────────►│ │ │ │ │ │ │ │ (LED/ │ K ──┤ │ │ │ │ │ │ │ │ LED │ │ │ │ │ │ │ │ │ G ──┤ │ │ │ │ GND │ │ └─────┘ │ │ └─────────────────────┘ └──────────┬────────────┘ │ │ │ [Snubber RC] │ │ │ Linea Neutro ────────┘
- LED: GaAs/AlGaAs ad alta efficienza (λ ≈ 850–940 nm), IF = 10–20 mA.
- Collegamento in fibra ottica (opzionale) per > 5 kV di isolamento o immunità alle EMI.
- Snubber: R = 47–100 Ω, C = 0.01–0.1 µF attraverso LASCR (sopprime l'accensione dv/dt).
Applicazioni
| Applicazione | Perché LASCR? |
|---|
| Ingresso relè a stato solido (SSR) AC | Controllo isolato di carichi 120/240 VAC (riscaldatori, valvole, motori) |
| Avviatori motore industriali | Isolare PLC (24 VDC) dal bobina del contatto 480 VAC |
| Controllo illuminazione (Teatrale, Architettonico) | DMX/RDM → LASCR → bancaletto dimmer Triac/SCR |
| Apparecchiature medicali | Isolamento paziente (IEC 60601) — nessun percorso conduttivo |
| Crowbar alimentatore ad alta tensione | Protezione sovratensione rapida e isolata |
| Scarica condensatore / Formazione impulsi | Attivare stack di thyristor con luce — nessun trasformatore di trigger |
| Sensori sicurezza / perimetrali | Interruzione fascio → LASCR → allarme (immune alle EMI) |
Vantaggi rispetto alle alternative
| Vs. | Vantaggio | Svantaggio |
|---|
| Optocoppia + Triac/SCR | Singolo componente, IT più alta, nessuna guida porta separata | Controllo porta meno flessibile |
| Photo-Triac (es. MOC3021) | Tensione/corrente più alta, blocco (carico DC possibile) | Photo-triac solo AC, nessun blocco |
| MOSFET/IGBT + Driver porta | Più semplice per carichi DC, più veloce | Guida isolata complessa necessaria per AC |
| Relè meccanico | Nessuna usura contatti, silenzioso, più veloce, nessun rimbalzo | Corrente di perdita, caduta di tensione, dissipatore |
Checklist di selezione
- Tensione di linea (120/240/480 V) → nominale VDRM.
- Corrente di carico (RMS) → IT(RMS) + calcolo dissipatore.
- Tipo di carico: Resistivo / Induttivo / Capacitivo / DC → progettazione snubber/commutazione.
- Isolamento richiesto? → VISO (la fibra lo estende).
- Lato controllo: MCU (3.3/5 V) → calcolo resistenza LED. PLC (24 V) → resistenza in serie + LED.
- Temperatura ambiente → derating IT secondo curva datasheet.
- Omologazioni: UL 1577, VDE 0884, IEC 60747-5-5.
Parti rappresentative: S6021L (2 A, 200 V), S6024L (4 A, 400 V), LAS1000 (10 A, 600 V), CL040 (4 A, 600 V, TO-220), moduli alta potenza Photonics/IXYS (25–100 A).
