Site Loader

Содержание

Схемы и документации на сервере QRZ.RU

Коммутация сетевого напряжения с помощью симисторов
Андрей Шарый, Черниговская обл, с.Кувечичи. E-mail andr (at) chspu.edu.ua

В радиолюбительской практике довольно часто приходится сталкиваться с проблемой коммутации сетевого переменного напряжения. Ранее для включения и выключения сетевой нагрузки использовались электромагнитные реле, но как показало время — это не самый надежный способ: контакты реле очень подвержены износу, особенно при использовании в цепях переменного тока и особенно с индуктивной нагрузкой. Тем более, для включения мощных потребителей нужны крупногабаритные реле с существенным управляющим током в обмотке.

К счастью, современная элементная база позволяет обойтись только полупроводниковыми приборами, не используя электро-механических.

Итак, разнообразные сетевые нагрузки очень удобно коммутировать с помощью симисторов. Эти полупроводниковые приборы позволяют под действием управляющих мощностей порядка 40-50 мВт коммутировать сетевую нагрузку до десятков киловатт (в зависимости от типа прибора). Далее рассмотрим наиболее удобные схемотехнические решения управления симисторами. Общие принципы управления симистором примерно такие же, как и для обычных тиристоров: если через управляющий электрод в катод тиристора протекает постоянный ток величиной единицы-десятки миллиампер, то как только между анодом и катодом тиристора возникнет разность потенциалов около 1.2-1.5В, он открывается и пребывает в открытом состоянии до тех пор, пока ток через него не уменьшиться практически до нуля (точнее до тока удержания).

Симистор открыть чуть сложнее, так как полярность управляющего напряжения относительно «катода» (не соединенного с корпусом вывода) должна быть такой же, как и полярность напряжения на аноде (корпусе) прибора. Следовательно, если симистор используется для коммутации переменного сетевого напряжения, то управляющее устройство должно уметь выдавать переменное управляющее напряжение, что при использовании управляющих устройств на логических ИМС довольно проблематично. Один из вариантов решения этой проблемы — использование оптрона. Ток через светодиод оптрона может быть все время одного и того же направления, а направление тока через фоторезистор будет меняться при каждом полупериоде сетевого напряжения, обеспечивая открывание симистора. Если же оптрон диодный или транзисторный, то их надо использовать два для управления одним симистором.


Рисунок 1. Управление симистором с помощью оптрона.

Не могу не упомянуть также о оптотиристорах. В одном корпусе находится тиристор и светодиод. Но, к сожалению, оптросимисторов почему-то не делают, а ведь это фактически «буржуйское» твердотельное реле — идеальный прибор для коммутации сетевого напряжения. Итак, используя оптотиристоры тоже довольно легко можно коммутировать сетевое напряжение (Рис.2)


Рисунок 2. Коммутация сетевого напряжения с использованием оптотиристоров.

Симистором можно управлять и импульсами: управляющее напряжение присутствует на управляющем электроде только 5-50 мкс, в момент начала роста сетевого напряжения после прохождения через 0. Более того, изменяя временнОе положение управляющего импульса в пределах 0-10 мс относительно начала каждого полупериода можно регулировать мощность, отдаваемую в нагрузку в пределах от 100 до 0 процентов. Импульсное управление позволяет также сделать устройство управления более экономичным, а применение при этом еще и импульсных трансформаторов позволит гальванически развязать сеть и устройство управления. Применение трансформаторов имеет еще одно преимущество: за счет бросков самоиндукции под действием однополярного импульса формируется короткий пакет быстро затухающих разнополярных, естественно, колебаний, легко открывающих любой симистор. Если конструируемое устройство не предназначено для регулирования мощности, а должно только включать/выключать сетевую нагрузку, то управляющие импульсы можно и не синхронизировать с прохождением сетевого напряжения через 0. Достаточно только подавать их на управляющий электрод симистора с достаточно высокой частотой, чтобы при самых неблагоприятных условиях напряжение на закрытом симисторе не успевало вырасти более чем до нескольких вольт до прихода управляющего импульса. При таком способе управления, как ни странно, уровень помех наводимых в сеть, значительно меньше, чем при синхронизированном управлении. Практическая схема ключа сетевого напряжения, где использован описанный выше принцип подана на рисунке 3.


Рисунок 3. Принципиальная схема симисторного выключателя с импульсным управлением.

Трансформатор T1 выполняется на ферритовом кольце 1000-2000 НМ размером К10*6*4 и содержит две одинаковые обмотки примерно по 50 витков каждая. Провод для намотки в эмалевой изоляции диаметром 0.1-0. 2 мм. Взаимная изоляция обмоток очень тщательная! Фазировка обмоток безразлична, так как благодаря диоду VD2 на вторичной обмотке наводятся разнополярные импульсы. Подбирая резистор R2 регулируют длительность управляющего импульса. Чем она меньше, тем меньше ток потребления управляющего устройства, но при очень коротком импульсе не все тиристоры успевают открываться, потому, если нужна повышенная экономичность, R2 придется подбирать на границе четкого открывания симистора. Можно добиться снижения потребляемого системой управления тока менее 10 мА, что очень удобно в случае применения источников питания с емкостным балластом.

Используя показанную на рис.3 схему управления сетевую нагрузку можно включать и с помощью пары обычных тиристоров, надо только трансформатор дополнить еще одной такой же обмоткой, а симистор заменить тиристорами, как на рисунке 4. Можно также применить один тиристор, но включить его в диагональ диодного моста соответствующей мощности.


Рисунок 4. Замена симистора.

Сейчас для радиолюбителей стали доступны многие электронные компоненты зарубежного производства. Есть среди них и симисторы, прекрасно подходящие для включения/выключения сетевых нагрузок. Наиболее доступными и распространенными на сегодня являются симисторы (triacs) производства Philips типов BT134-500 и BT136-500. Эти приборы выполнены в пластмассовых корпусах: BT134 — как у транзисторов КТ815, но без отверстия, а BT136 — как у транзисторов КТ805, с крепежным фланцем. По сведениям продавцов BT134 рассчитан на ток 6А, а BT136 — 12А, но на многих сайтах можно увидеть, что оба симистора рассчитаны на силу тока не более 4А и выдерживают напряжение 500 В в закрытом состоянии. К сожалению, автор не смог просмотреть документацию с сайта Philips, так как там все документы PDF, а просмотрщика для последних версий под ДОС нету. Отличительной особенностью названных симисторов являются не столько их малые размеры (такие же корпуса имеют отечественные ТС106-10-… в пластмассе), сколько способ управления ими: эти симисторы открываются управляющим напряжением отрицательной по отношению к «катоду» полярности при любом направлении тока через симистор. А это позволяет отказаться от применения оптронов и согласующих импульсных трансформаторов. Практическая схема выключателя вместе с конденсаторным блоком питания показана на рисунке 5.


Рисунок 5. Принципиальная схема выключателя с использованием импортных симисторов.

Ток потребления устройства управления в «выключенном» состоянии — 1.2 мА, а во «включенном» — 5 мА, что позволило применить в блоке питания совсем маленький конденсатор 0.2 мкФ 400 В. Устройство (рис.5) — это фактически основа для многих электронных устройств, ведь на трех свободных логических элементах DD1 можно собрать много интересных вещей. На рисунке 6(a) показана схема мигалки, 6(b) — фотореле, 6(с) — автомата для включения/выключения насоса при касании сенсора E1 поверхности воды, 6(d) — реле времени. Довольно несложно реализовать сенсорный выключатель (рис.7).


Рисунок 6. Конструкции на логических элементах ИМС К561ТЛ1.


Рисунок 7. Принципиальная схема сенсорного выключателя.

Правда, при построении на логических элементах генераторов, при использовании световой индикации потребляемый ток может возрасти, и тогда емкость С1 придется увеличивать. Необходимую емкость подобрать довольно просто: во всех рабочих режимах устройства измеряют ток через стабилитрон, он должен быть не менее 1-2 мА и не более 30 мА. Наиболее часто емкость С1 используется 0.47 или 0.68 мкФ*400В. Мощность нагрузки, коммутируемой устройствами, рассмотренными в этой статье, зависит только от типа симистора (тиристоров) и толщины проводов 🙂 см. таблицу 1.

Таблица 1. Допустимая мощность нагрузки для разных типов симисторов и тиристоров.

В таблице также даны ориентировочные размеры теплоотводов. Вообще, учитывая падение напряжения на открытом симисторе, которое равно примерно 1 В, можно полагать, что мощность, рассеиваемая на симисторе численно равна току, проходящему через него. Для рассеивания такой мощности нужен теплоотвод такой же площади, как квадратная пластина, со стороной, численно равной в сантиметрах рассеиваемой мощности. В статье не приводятся данные и схемы касающиеся использования симисторов КУ208Г. Это не случайно, так как эти симисторы показали себя с наихудшей стороны и надежно не работали ни в одном устройстве. Многие образцы КУ208Г разных лет выпусков имели недопустимо большой ток в закрытом состоянии, и после длительного пребывания под напряжением именно в закрытом состоянии сильно разогревались и после наступал пробой. Может их как-то по особому включать надо? Считаю своим долгом также напомнить радиолюбителям о электробезопасности, так как многие из приведенных схем имеют гальваническую связь с сетью! Не испытывайте судьбу и отключайте от сети устройства, прежде чем лезть в них с паяльником.

Литература.

  1. Замятин В. Тиристоры // В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 110 с. 49
  2. http://www.semiconductors.philips.com/acrobat/datasheets/BT134_SERIES_1.pdf

Большая просьба: о результатах повторения сообщать о результатах повторения автору andr (at) chspu.edu.ua

Схема узла управления симистором » Вот схема!


Узел предназначен для управления нагрузкой мощностью до 1,5 кВт, питающейся от сети переменного тока 220В. Это может быть электронагревательный прибор, осветительные лампы, или другое электрооборудование. Питается узел постоянным напряжением 5… 15В и имеет входы, совместимые с КМОП и МОП -логикой. Управление производится подачей управляющих импульсов положительной полярности.

После прекращения действия управляющего импульса на одном из управляющих входов узел сохраняет свое состояние до поступления импульса на другой управляющий вход. Кроме того имеется возможность принудительного включения или выключения нагрузки при помощи квазисенсорных кнопок S2 и S1 соответственно. Узел обеспечивает полную гальваническую развязку управляющего устройства от электросети.

Принцип работы симистора.

Симистор включается подачей высокочастотного (примерно 80 кГц) управляющего напряжение на его управляющий электрод. Высокочастотный трансформатор Т1 служит для гальванической развязки устройства от электросети. Сигнал включения симистора получается таким образом: в то время, когда на вывод 8 элемента D1.3 поступает логический ноль мультивибратор на элементах D1.3 и D1.4 вырабатывает импульсы, частота которых зависит от номиналов элементов R6 и С3 (при указанных на схеме номиналах частота генерации получается около 70-80 кГц).

Выключается мультивибратор подачей логической единицы на вывод 8 D1.3. Когда мультивибратор включен (ноль на выв.8 D1.3) импульсы с выхода элемента D1.4 поступают на вход импульсного усилителя мощности на транзисторах VT1 и VT2. В коллекторной цепи этого усилителя включена первичная обмотка высокочастотного трансформатора (диод VD1 служит для предотвращения выхода из строя VT2 от отрицательных выбросов коллекторного напряжения).

В результате действия в ней импульсного тока во вторичной обмотке возникает высокочастотная ЭДС, которая через диод VD2 и токоограничивающий резистор R7 поступает на управляющий электрод симистора. Частота этой ЭДС значительно выше частоты сетевого напряжения, поэтому, симистор, практически будет постоянно открыт.

При выключении мультивибратора (подача единицы на вывод 8 D1.3) генерация высокочастотных импульсов прекращается, ЭДС во вторичной обмотке Т1 отсутствует и симистор VS1 остается закрытым.

Управления работой мультивибратора производится RS-триггером на элементах D1.1 и D1.2. Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце внешним диаметром 23 мм, он имеет две одинаковые обмотки по 200 витков провода ПЭВ 0,16. Между обмотками должна быть надежная изоляция.

Эквивалентная схема симистора

Управление

Для отпирания симистора на его управляющий электрод подаётся напряжение относительно условного катода. Полярность управляющего напряжения, как правило, должна быть либо отрицательной, либо должна совпадать с полярностью напряжения на условном аноде. Поэтому часто используется такой метод управления симистором, при котором сигнал на управляющий электрод подаётся с условного анода через токоограничительный резистор и выключатель. Управлять симистором часто удобно, задавая определённую силу тока управляющего электрода, достаточную для отпирания. Некоторые типы симисторов (так называемые четырёхквадрантные симисторы) могут отпираться сигналом любой полярности, хотя при этом может потребоваться больший управляющий ток (а именно, больший управляющий ток требуется в четвёртом квадранте, т. е. когда напряжение на условном аноде имеет  отрицательную полярность, а на управляющем электроде –  положительную).

Ограничения

При использовании симистора накладываются ограничения, в частности при индуктивной нагрузке. Ограничения касаются скорости изменения напряжения (dU/dt) между основными электродами симистора и скорости изменения рабочего тока di/dt. Превышение скорости изменения напряжения на симисторе (из-за наличия его внутренней ёмкости), а также величины этого напряжения, могут приводить к нежелательному открыванию симистора. Превышение скорости нарастания тока между основными электродами, а также величины этого тока, может привести к повреждению симистора. Существуют и другие параметры, на которые накладываются ограничения в соответствии с предельно-допустимыми режимами эксплуатации. К таким параметрам относятся ток и напряжение управляющего электрода, температура корпуса, рассеиваемая прибором мощность и пр.

Опасность превышения по скорости нарастания тока заключается в следующем. Благодаря глубокой положительной обратной связи переход симистора в открытое состояние происходит лавинообразно, но, несмотря на это, процесс отпирания может длиться до нескольких микросекунд, в течение которых к симистору оказываются приложены одновременно большие значения тока и напряжения. Поэтому, даже несмотря на то, что падение напряжения на полностью открытом симисторе невелико, мгновенная мощность во время открывания симистора может достигнуть большой величины. Это сопровождается выделением тепловой энергии, которая не успевает рассеяться и может привести к перегреву и повреждению кристалла.

Одним из способов защиты симистора от выбросов напряжения при работе с индуктивной нагрузкой является включение варистора параллельно основным выводам симистора. Для защиты симистора от превышения скорости изменения напряжения применяют так называемую снабберную цепочку (RC-цепь), подключаемую аналогично.

Устойчивость симистора к разрушению при превышении допустимой скорости нарастания тока (dI/dt) зависит от внутреннего сопротивления и индуктивности источника питания и нагрузки. При работе на емкостную нагрузку необходимо внести в цепь небольшую индуктивность.

Биполярные транзисторы, работающие в ключевом режиме, показаны на рис. 1.2, д. В отличие от двухоперационных тиристоров в базовой цепи транзистора необходимо поддерживать сигнал управления на всём этапе проводящего состояния ключа. С помощью биполярного транзистора можно реализовать полностью управляемый ключ.

Полевые транзисторы (рис. 1.2, е). Преимущество полевого транзистора перед биполярным транзистором заключается в том, что у полевого транзистора очень большое входное сопротивление, т.е. цепь управления такого прибора практически не потребляет электрической мощности в стационарном режиме, что повышает экономичность преобразователя.

IGBT-транзистор (Insolated Gate Bipolar Transistor – биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ) (рис. 2, ж). Это наиболее перспективный тип ключевых управляемых приборов. Он представляет собой комбинацию полевого транзистора по входу и биполярного транзистора по выходу, что позволяет получить электрический ключ на достаточно большие токи при затрате малых мощностей по цепи управления.

Тенденция развития элементной базы направлена на унификацию электронных ключей, уменьшение их установленной мощности, снижение потерь и уменьшение мощности управления. В настоящее время выпускаются интегральные блоки, в состав которых входят не только элементы силового ключа, но и формирователи сигналов управления этими ключами (драйверы), или, как их иначе называют, формирователи сигналов управления (ФСУ).

На рис. 3 представлены принципиальные схемы таких ключей с двухсторонней проводимостью в интегральном исполнении. На рис. 3, а показан одиночный ключ с обратным диодом и формирователем сигнала управления ФСУ. На рис. 3, б изображена схема полумоста, состоящая из двух аналогичных ключей со своими ФСУ. Такой блок является составной частью большинства устройств преобразовательной техники. Интегральная схема, содержащая три полумоста с драйверами, является основной составной частью преобразователей электрической энергии.

Структурная схема интегрального интеллектуального модуля приведена на рис. 4. В состав интегральной схемы помимо модуля силового блока и драйвера входит диагностический блок, который контролирует токи и напряжения на силовых элементах, температуру структуры и вырабатывает сигналы, блокирующие драйвер при возникновении аварийных режимов. Кроме того, интеллектуальный модуль имеет диагностические выводы, по сигналам которых можно судить о причине блокировки сигналов управления силовыми транзисторами.

Рис. 4

МАЛОМОЩНЫЕ БЛОКИ ПИТАНИЯ

Схема транзисторного эквивалента тиристора без ложных срабатываний и повышенной устойчивостью к импульсным помехам.

Тиристор – это полупроводниковый силовой электронный ключ.
Тиристор имеет три вывода, один из которых управляющий, а два других образуют путь для протекания тока. Под воздействием управляющего сигнала он скачкообразно переводится в проводящее состояние (открывается), замыкая нагрузочную цепь, после чего остаётся открытым и после снятия управляющего сигнала.
Для того чтобы тиристор выключился, необходимо создать специальные условия, а именно — обеспечить падение прямого тока в цепи нагрузки до нулевого значения. Переход в закрытое состояние происходит и тогда, когда напряжение питания на аноде уменьшается до определённого минимума (примерно 0,7 вольта).
В области коммутации мегаваттных мощностей тиристор по-прежнему не имеет конкурентов — ему там самое оно. А вот маломощные тиристоры практически ушли со сцены, уступив место полевым и биполярным транзисторам.

Простейший эквивалент тиристора состоит из двух транзисторов с разными типами проводимостей Рис.1(а) и представляет собой защёлку, переходящую в проводящее состояние при подаче на затвор управляющего тока.
Казалось бы всё хорошо и просто, однако подобным устройствам (да и самим тиристорам, кстати, тоже) присущ весьма неприятный недостаток — включение тиристора (или эквивалента) при возникновении импульсной помехи в цепи нагрузки даже при нулевом токе затвора.

Хорошая статья, посвящённая мерам повышения устойчивости транзисторных эквивалентов к подобным импульсным помехам, была опубликована Словенским инженером Marian-ом Stofka, а с её полным переводом можно ознакомиться на страницах журнала РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2013, или на странице https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=152269.

Не в обиду авторам, приведу основные выдержки из данного материала.

«Тиристор представляет собой четырехслойное полупроводниковое устройство, транзисторный эквивалент которого можно представить схемой, изображенной на Рисунке 1а.


Рис. 1    Упрощенный транзисторный эквивалент тиристора (а).
              Схема с хорошо контролируемыми и вычисляемыми токами затвора и удержания (б).
              Усовершенствованная схема надежно защищает от нежелательного включения при
              скачке анодного напряжения (в).

Устройство остается в выключенном состоянии до тех пор, пока через управляющий электрод 1 (далее называемый «затвор») не будет пропущен положительный импульс тока. После этого четырехслойная структура между анодом и катодом включается, и ток управляющего электрода становится больше не нужным. Для включения тиристора здесь может с равным успехом использоваться и база Q2, однако в монолитных тиристорах обычно используется только один управляющий электрод возле катодной области.

Более реалистичная транзисторная модель, показанная на Рисунке 1б, содержит резисторы между переходами база-эмиттер обоих транзисторов. В результате исключается возможность нежелательного включения токами утечек Q1 и Q2, и ток затвора имеет определенное значение, равное:

Одним из общих ограничений тиристоров является скорость нарастания анодного напряжения, которая, в случае превышения определенного порога, становится причиной включения тиристора даже при нулевом токе затвора. Такое напряжение возникает на стороне коммутируемой индуктивной нагрузки в то время, когда ток анода, стремясь к нулю, падает ниже уровня удержания. При этом накопленная в индуктивности энергия стремится резко поднять напряжение на аноде. Напряжение с большой крутизной нарастания возникает также при коммутации резистивных нагрузок комбинацией из двух (как минимум) тиристоров, соединенных подобно аналоговому мультиплексору, когда включение одного из тиристоров вызывает резкое повышение анодного напряжения на другом тиристоре.

Для схемы на Рисунке 1б критическим значением скорости нарастания коммутируемого напряжения будет:
   (1)
где
VBE0 ≈ 0.7 В — типичное напряжение, при котором открывается кремниевый транзистор,
CCB01 и CCB02 – емкости коллектор-база транзисторов Q1 и Q2.

В связи с тем, что емкости этих конденсаторов уменьшаются с ростом напряжения коллектор-эмиттер, в уравнении (1) следует использовать максимальные значения емкостей. Для транзисторов, использованных в схеме на Рисунке 2, емкости можно оценить величиной CCB01 + CCB02B1 = RB2 = 6.8 кОм это дает SVcrit ≈ 5 В/мкс, что значительно меньше типичной для монолитных тиристоров скорости, достигающей SVcrit ≈ 100 В/мкс. Ситуацию могло бы исправить снижение сопротивлений резисторов RB1 и RB2, однако за это пришлось бы заплатить потерей чувствительности затвора. (Изображенная на Рисунке 1б схема может быть сделана настолько чувствительной, что для ее включения будет достаточно тока порядка 100 мкА – одной десятой от тока управления, типичного для маломощных монолитных тиристоров).


Рис.2    После добавления двух керамических конденсаторов емкостью 1 нФ схема перестает реагировать на скачки ∆V анодного напряжения с уровнями до 10 В.

Однако есть способ, показанный на Рисунке 1в, который позволяет увеличить критическую скорость нарастания напряжения, сохранив низкий отпирающий ток затвора. Если параллельно переходам база-эмиттер NPN и PNP транзисторов включить по конденсатору C, критическую скорость нарастания, теоретически, можно сделать бесконечной. Величина емкости C равна:
   (2)
Для простоты здесь принято, что нарастание анодного напряжения во время скачка на величину ∆V происходит по линейному закону. Практический предел определяется максимально допустимым током базы используемых транзисторов:
   (3)
Допустив, что IBmax = 200 мА, из уравнения (3) мы получим вполне правдоподобное значение SVcrit ≈ 100 кВ/мкс.

В результате экспериментов для схемы на Рисунке 2 был выбран PNP транзистор 2N4036, отличающийся самым уверенным и надежным переключением. Его максимальный базовый ток равен 500 мА, а максимальный ток коллектора – 1 А. При скачкообразных изменениях напряжения на аноде изображенного на Рисунке 2 дискретного тиристора (∆V = 9 В за 30 нс, или 300 В/мкс) не произошло ни одного включения.»

Внимательно посмотрев на схему легко заметить, что во включённом состоянии приведённого эквивалента тиристора, ток нагрузки протекает не только через коллекторно-эмиттерную цепь верхнего полупроводника, но и через переход база-эмиттер нижнего, поэтому при выборе транзистора Q1 следует послеживать за таким его параметром, как максимально допустимый ток базы.
И поскольку не каждый производитель нас радует публикацией данного параметра, исходить следует из того, что максимальный ток базы, как правило, находится в диапазоне 0,2-0,5 от значения величины предельного тока коллектора.

 

Вольт амперная характеристика симистора

Особенности вольт-амперной характеристики тиристоров (динисторов, тринисторов, симисторов, диаков, триаков) (10+)

Вольт-амперная характеристика тиристора

Снятие вольт-амперной характеристики тиристора

Для съема вольт-амперной характеристики тиристоров применяются следующие схемы:

(A) — схема для триодного тиристора, (B) — схема для диодного тиристора.

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Тиристоры относятся к приборам, управляемым силой тока. Так что снятие вольт-амперной характеристики производится путем задания силы тока анод — катод тиристора с некоторым шагом и измерения напряжения на нем.

В схемах применяются регулируемые источники стабильного тока. Чтобы иметь возможность достоверно получить всю вольт-амперную характеристику, нужно использовать именно источники тока в цепи анода. Применение вместо них переменных резисторов является распространенной ошибкой и приводит к тому, что данные на участке отрицательного дифференциального сопротивления получаются недостоверными. В результате бытует мнение, что рабочую точку тиристора вообще нельзя выбрать на этом участке. А это не так. Убедиться в том, что тиристоры прекрасно работают на этом участке можно, собрав две простые схемы: усилитель сигнала и генератор синусоидальных колебаний на динисторе. Дело в том, что в случае применения переменного резистора в цепи анода на участке отрицательного сопротивления полное сопротивление, подключенное к источнику питания, резко изменяется при изменении силы тока. Что в свою очередь влияет на эту самую силу тока. В результате задать нужное значение силы тока через тиристор на этом участке не удается.

Для триодных тиристоров (тринисторов / симисторов / триаков) кроме задания силы тока анод — катод, нужно задать силу тока управляющего электрода. Здесь тоже можно использовать источник тока, как это показано на схеме (A), но можно подключить вместо него резистор, так как падение напряжения управляющий электрод — катод практически не зависит от силы тока управляющего электрода и силы тока анода.

Динистор

Как мы видим из графика, постепенное увеличение силы тока через динистор от нуля приводит к постепенному росту напряжения на нем, пока сила тока не достигает тока отпирания (Io). При этом напряжение на динисторе становится равным напряжению отпирания (Uo). Участок графика от нулевого значения силы тока до Io отражает закрытое состояние динистора.

Когда сила тока превышает Io, напряжение на динисторе начинает снижаться. Таким образом наблюдается отрицательное сопротивление, то есть рост электрического тока через элемент на этом участке приводит к снижению падения напряжения на нем. Этот участок графика называется участком с отрицательным сопротивлением. Тиристоры относятся к приборам с отрицательным сопротивлением с характеристикой S — типа.

Когда сила тока достигает тока удержания (Ih), то напряжение становится равным напряжению запирания (Uc). Это напряжение еще называют напряжением насыщения при токе удержания. Далее рост силы тока через динистор приводит к росту напряжения на нем по логарифмическому закону.

Ток отпирания редко приводится в справочниках. Но он обычно составляет около половины от тока удержания.

Если рассмотреть поведение динистора при электрическом токе обратной полярности, то мы видим, что небольшой рост электрического тока приводит к быстрому росту напряжения вплоть до напряжения пробоя (Ubr). После пробоя напряжение на динисторе растет по логарифмическому закону в зависимости от силы тока.

Тринистор обратно-непроводящий

Отличие вольт-амперной характеристики триодного тиристора от диодного состоит в том, что по мере роста силы тока управляющего электрода, падает напряжение отпирания (синяя линия).

Тринистор обратно-проводящий

У обратно-непроводящих тринисторов и динисторов напряжение пробоя обычно соизмеримо с напряжением отпирания или больше него. У обратно-проводящих тринисторов и динисторов напряжение пробоя составляет единицы или десятые доли вольта.

Симистор (диак / триак)

Симисторы диодные (диаки) и симисторы триодные (триаки) обладают симметричной относительно начала координат вольт-амперной характеристикой.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Тиристоры (тринисторы) КУ201 (2У201) КУ (2У) 201 КУ202 (2У202) 202. Ха.
Справочные данные и применение тиристоров КУ201 и КУ202 с разными буквенными инд.

Применение тиристоров (динисторов, тринисторов, симисторов). Схемы. Ис.
Тиристоры в электронных схемах. Тонкости и особенности использования. Виды тирис.

Проверка электронных элементов, радиодеталей. Проверить исправность, р.
Как проверить исправность детали. Методика испытаний. Какие детали можно использ.

Тиристоры. Типы, виды, особенности, применение, классификация. Характе.
Классификация тиристоров. Обозначение на схемах Основные характеристики и важные.

Практика проектирования электронных схем. Самоучитель электроники.
Искусство разработки устройств. Элементная база радиоэлектроники. Типовые схемы.

устройство для резервного, аварийного, запасного питания котла, циркул.
У меня установлен газовый отопительный турбо котел, требующий электропитания. Кр.

В данной статье мы подробно разберем что такое симистор (триак), рассмотрим его схему и символ на схеме, кривые характеристики триака, а так же фазовый контроль симистора.

Введение

Будучи твердотельным устройством, тиристоры могут использоваться для управления лампами, двигателями или нагревателями и т.д. Однако одна из проблем использования тиристора для управления такими цепями заключается в том, что, подобно диоду, «тиристор» является однонаправленным устройством, что означает, что он пропускает ток только в одном направлении, от анода к катоду .

Для цепей переключения постоянного тока эта «однонаправленная» характеристика переключения может быть приемлемой, поскольку после запуска вся мощность постоянного тока подается прямо на нагрузку. Но в синусоидальных цепях переключения переменного тока это однонаправленное переключение может быть проблемой, поскольку оно проводит только в течение одной половины цикла (например, полуволнового выпрямителя), когда анод является положительным, независимо от того, что делает сигнал затвора. Затем для работы от переменного тока тиристором подается нагрузка только на половину мощности.

Чтобы получить двухволновое управление мощностью, мы могли бы подключить один тиристор внутри двухполупериодного мостового выпрямителя, который срабатывает на каждой положительной полуволне, или соединить два тиристора вместе в обратной параллели (спина к спине), как показано ниже. но это увеличивает как сложность, так и количество компонентов, используемых в схеме переключения.

Тиристорные конфигурации

Существует, однако, другой тип полупроводникового устройства, называемый «Триодный выключатель переменного тока» или «Триак» для краткости. Триаки также являются членами семейства тиристоров, и, как и кремниевые выпрямители, управляемые кремнием, они могут использоваться в качестве полупроводниковых переключателей питания, но что более важно, триаки являются «двунаправленными» устройствами. Другими словами, симистор может быть запущен в проводимость как положительными, так и отрицательными напряжениями, приложенными к его аноду, и положительными и отрицательными импульсами запуска, приложенными к его клемме затвора, что делает его двухквадрантным коммутирующим устройством, управляемым затвором.

Симистор ведет себя так же, как два обычных тиристоров, соединенных вместе в обратной параллельно (спина к спине) по отношению друг к другу и из — за этой конструкции два тиристоры имеют общий терминал Gate все в пределах одного трехтерминальной пакета.

Поскольку триак проводит в обоих направлениях синусоидальной формы волны, концепция анодной клеммы и катодной клеммы, используемая для идентификации главных силовых клемм тиристора, заменена обозначениями: MT 1 для главной клеммы 1 и MT 2 для главной клеммы 2.

В большинстве устройств переключения переменного тока клемма симисторного затвора связана с клеммой MT 1, аналогично взаимосвязи затвор-катод тиристора или взаимосвязи база-эмиттер транзистора. Конструкция, легирование PN и условные обозначения, используемые для обозначения триака, приведены ниже.

Схема и символ симистора

Теперь мы знаем, что «триак» — это четырехслойное PNPN в положительном направлении и NPNP в отрицательном направлении, трехполюсное двунаправленное устройство, которое блокирует ток в своем состоянии «ВЫКЛ», действующее как выключатель разомкнутой цепи, но в отличие от обычного тиристора, симистор может проводить ток в любом направлении при срабатывании одним импульсом затвора. Тогда симистор имеет четыре возможных режима срабатывания следующим образом.

  • Mode + Mode = положительный ток MT 2 (+ ve), положительный ток затвора (+ ve)
  • Mode — Mode = положительный ток MT 2 (+ ve), отрицательный ток затвора (-ve)
  • Mode + Mode = MT 2 отрицательный ток (-ve), положительный ток затвора (+ ve)
  • Mode — Mode = отрицательный ток MT 2 (-ve), отрицательный ток затвора (-ve)

И эти четыре режима, в которых может работать триак, показаны с использованием кривых характеристик триака IV.

Кривые характеристики триака IV

В квадранте tri триак обычно запускается в проводимость положительным током затвора, обозначенным выше как режим Ι +. Но это также может быть вызвано отрицательным током затвора, режим Ι–. Аналогичным образом, в квадранте Использование симистора

Симистор наиболее часто используется в полупроводниковых устройствах для коммутации и управления мощностью систем переменного тока, как симистор может быть включен «ON» либо положительным или отрицательным импульсом Gate, независимо от полярности питания переменного тока в то время. Это делает триак идеальным для управления лампой или нагрузкой двигателя переменного тока с помощью базовой схемы переключения триака, приведенной ниже.

Схема переключения симистора

Приведенная выше схема показывает простую схему переключения симистора с триггером постоянного тока. При разомкнутом переключателе SW1 ток не поступает в затвор симистора, и поэтому лампа выключена. Когда SW1 замкнут, ток затвора подается на триак от батареи V G через резистор R, и триак приводится в полную проводимость, действуя как замкнутый переключатель, и полная мощность потребляется лампой от синусоидального источника питания.

Поскольку батарея подает положительный ток затвора на триак всякий раз, когда переключатель SW1 замкнут, триак постоянно находится в режимах g + и ΙΙΙ + независимо от полярности клеммы MT 2 .

Конечно, проблема с этой простой схемой переключения симистора состоит в том, что нам потребовался бы дополнительный положительный или отрицательный источник питания затвора, чтобы запустить триак в проводимость. Но мы также можем активировать триак, используя фактическое напряжение питания переменного тока в качестве напряжения срабатывания затвора. Рассмотрим схему ниже.

Схема показывает триак, используемый как простой статический выключатель питания переменного тока, обеспечивающий функцию «ВКЛ» — «ВЫКЛ», аналогичную в работе предыдущей схеме постоянного тока. Когда переключатель SW1 разомкнут, триак действует как разомкнутый переключатель, и лампа пропускает нулевой ток. Когда SW1 замкнут, триак отключается от «ВКЛ» через токоограничивающий резистор R и самоблокируется вскоре после начала каждого полупериода, таким образом переключая полную мощность на нагрузку лампы.

Поскольку источник питания является синусоидальным переменным током, триак автоматически отключается в конце каждого полупериода переменного тока в качестве мгновенного напряжения питания, и, таким образом, ток нагрузки кратковременно падает до нуля, но повторно фиксируется снова, используя противоположную половину тиристора в следующем полупериоде, пока выключатель остается замкнутым. Этот тип управления переключением обычно называется двухполупериодным управлением, поскольку контролируются обе половины синусоидальной волны.

Поскольку симистор фактически представляет собой две SCR, подключенные друг к другу, мы можем продолжить эту схему переключения симистора, изменив способ срабатывания затвора, как показано ниже.

Модифицированная цепь переключения симистора

Как и выше, если переключатель SW1 разомкнут в положении A, то ток затвора отсутствует, а лампа выключена. Если переключатель находится в положении B, то ток затвора протекает в каждом полупериоде так же, как и раньше, и лампа получает полную мощность, когда триак работает в режимах Ι + и ΙΙΙ–.

Однако на этот раз, когда переключатель подключен к положению C, диод предотвратит срабатывание затвора, когда MT 2 будет отрицательным, так как диод имеет обратное смещение. Таким образом, симистор работает только в положительных полупериодах, работающих только в режиме I +, и лампа загорается при половине мощности. Затем, в зависимости от положения переключателя, нагрузка выключена при половине мощности или полностью включена .

Фазовый контроль симистора

Другой распространенный тип схемы симистической коммутации использует управление фазой для изменения величины напряжения и, следовательно, мощности, подаваемой на нагрузку, в данном случае на двигатель, как для положительной, так и для отрицательной половин входного сигнала. Этот тип управления скоростью двигателя переменного тока обеспечивает полностью переменное и линейное управление, поскольку напряжение можно регулировать от нуля до полного приложенного напряжения, как показано на рисунке.

Эта базовая схема запуска фазы использует триак последовательно с двигателем через синусоидальный источник переменного тока. Переменный резистор VR1 используется для управления величиной фазового сдвига на затворе симистора, который, в свою очередь, управляет величиной напряжения, подаваемого на двигатель, путем его включения в разное время в течение цикла переменного тока.

Вызывание напряжение симистора является производным от VR1 — C1 комбинации через Диак (Диак является двунаправленным полупроводниковым устройством , которое помогает обеспечить резкий триггер импульс тока, чтобы полностью включение симистора).

В начале каждого цикла C1 заряжается через переменный резистор VR1. Это продолжается до тех пор, пока напряжение на С1 не станет достаточным для запуска диака в проводимость, что, в свою очередь, позволяет конденсатору С1 разрядиться в затвор симистора, включив его.

Как только триак запускается в проводимость и насыщается, он эффективно замыкает цепь управления фазой затвора, подключенную параллельно ему, и триак берет на себя управление оставшейся частью полупериода.

Как мы видели выше, триак автоматически отключается в конце полупериода, и процесс запуска VR1-C1 снова запускается в следующем полупериоде.

Однако, поскольку для триака требуются разные величины тока затвора в каждом режиме переключения, например, Ι + и ΙΙΙ–, поэтому триак является асимметричным, что означает, что он не может запускаться в одной и той же точке для каждого положительного и отрицательного полупериода.

Эта простая схема управления скоростью симистора подходит не только для управления скоростью двигателя переменного тока, но и для диммеров ламп и управления электронагревателем, и на самом деле очень похожа на регулятор симистора, используемый во многих домах. Однако коммерческий симисторный диммер не должен использоваться в качестве регулятора скорости двигателя, так как, как правило, симисторные диммеры предназначены для использования только с резистивными нагрузками, такими как лампы накаливания.

Мы можем закончить эту про симистор, суммировав его основные пункты следующим образом:

  • «Триак» — это еще одно 4-слойное 3-контактное тиристорное устройство, аналогичное SCR.
  • Симистор может быть запущен в любом направлении.
  • Есть четыре возможных режима запуска для симистора, из которых 2 являются предпочтительными.

Управление электрическим переменным током с использованием симисторачрезвычайно эффективно при правильном использовании для управления нагрузками резистивного типа, такими как лампы накаливания, нагреватели или небольшие универсальные двигатели, обычно используемые в переносных электроинструментах и ​​небольших приборах.

Но помните, что эти устройства можно использовать и подключать непосредственно к источнику переменного тока, поэтому проверка цепи должна выполняться, когда устройство управления питанием отключено от источника питания. Пожалуйста, помните о безопасности!

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

Симистор (симметричный триодный тиристор) или триак (от англ. TRIAC — triode for alternating current ) — полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока. В электронике часто рассматривается как управляемый выключатель (ключ). В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно. Однако по способу включения относительно управляющего электрода основные выводы симистора различаются, причём имеет место их аналогия с катодом и анодом тиристора. На приведённом рисунке верхний по схеме вывод симистора называется выводом 1 или условным катодом, нижний — выводом 2 или условным анодом, вывод справа — управляющим электродом.

Для управления нагрузкой основные электроды симистора включаются в цепь последовательно с нагрузкой. В закрытом состоянии проводимость симистора отсутствует, нагрузка выключена. При подаче на управляющий электрод отпирающего сигнала между основными электродами симистора возникает проводимость, нагрузка оказывается включённой. Характерно, что симистор в открытом состоянии проводит ток в обоих направлениях. Другой особенностью симистора, как и других тиристоров, является то, что для его удержания в открытом состоянии нет необходимости постоянно подавать сигнал на управляющий электрод (в отличие от транзистора). Симистор остаётся открытым, пока протекающий через основные выводы ток превышает некоторую величину, называемую током удержания. Отсюда следует, что выключение нагрузки в цепи переменного тока происходит вблизи моментов времени, когда ток через основные электроды симистора меняет направление (обычно это совпадает по времени со сменой полярности напряжения в сети).

Содержание

Структура [ править | править код ]

Симистор имеет пятислоевую структуру полупроводника. Упрощённо симистор можно представить в виде эквивалентной схемы из двух триодных тиристоров (тринисторов), включённых встречно-параллельно. Следует, однако, заметить, что управление симистором отличается от управления двумя встречно-параллельными тринисторами.

Управление [ править | править код ]

Для отпирания симистора на его управляющий электрод подаётся напряжение относительно условного катода. Полярность управляющего напряжения, как правило, должна быть либо отрицательной, либо должна совпадать с полярностью напряжения на условном аноде. Поэтому часто используется такой метод управления симистором, при котором сигнал на управляющий электрод подаётся с условного анода через токоограничительный резистор и выключатель. Управлять симистором часто удобно, задавая определённую силу тока управляющего электрода, достаточную для отпирания. Некоторые типы симисторов (так называемые четырёхквадрантные симисторы) могут отпираться сигналом любой полярности, хотя при этом может потребоваться больший управляющий ток (а именно, больший управляющий ток требуется в четвёртом квадранте, то есть когда напряжение на условном аноде имеет отрицательную полярность, а на управляющем электроде — положительную).

Ограничения [ править | править код ]

При использовании симистора накладываются ограничения, в частности при индуктивной нагрузке. Ограничения касаются скорости изменения напряжения (dU/dt) между основными электродами симистора и скорости изменения рабочего тока di/dt. Превышение скорости изменения напряжения на симисторе (из-за наличия его внутренней ёмкости), а также величины этого напряжения, могут приводить к нежелательному открыванию симистора. Превышение скорости нарастания тока между основными электродами, а также величины этого тока, может привести к повреждению симистора. Существуют и другие параметры, на которые накладываются ограничения в соответствии с предельно-допустимыми режимами эксплуатации. К таким параметрам относятся ток и напряжение управляющего электрода, температура корпуса, рассеиваемая прибором мощность и пр.

Опасность превышения по скорости нарастания тока заключается в следующем. Благодаря глубокой положительной обратной связи переход симистора в открытое состояние происходит лавинообразно, но, несмотря на это, процесс отпирания может длиться до нескольких микросекунд, в течение которых к симистору оказываются приложены одновременно большие значения тока и напряжения. Поэтому, даже несмотря на то, что падение напряжения на полностью открытом симисторе невелико, мгновенная мощность во время открывания симистора может достигнуть большой величины. Это сопровождается выделением тепловой энергии, которая не успевает рассеяться и может привести к перегреву и повреждению кристалла.

Одним из способов защиты симистора от выбросов напряжения при работе с индуктивной нагрузкой является включение варистора параллельно основным выводам симистора. Для защиты симистора от превышения скорости изменения напряжения применяют так называемую снабберную цепочку (RC-цепь), подключаемую аналогично.

Устойчивость симистора к разрушению при превышении допустимой скорости нарастания тока (dI/dt) зависит от внутреннего сопротивления и индуктивности источника питания и нагрузки [1] . При работе на емкостную нагрузку необходимо внести в цепь соответствующую индуктивность.

История [ править | править код ]

К 1963 году уже были известны конструкции симисторов [2] . Мордовский научно-исследовательский электротехнический институт [3] подал заявку на авторское свидетельство на симметричный тиристор 22 июня 1963 года [4] [2] , то есть раньше [4] , чем подана заявка на патент от американской корпорации «Дженерал электрик» [5] [6] .

Регулятор мощности на симисторе BTA12-600

Сегодня я вам расскажу об очень полезной схеме, которая пригодится как в лаборатории, так и в хозяйстве. Устройство, о котором пойдет речь,  называется симисторный регулятор мощности. Регулятор можно применить для плавной регулировки яркостью освещения, температуры паяльника, оборотами электродвигателя (переменного тока). Мой вариант применения регулятора интересней, я плавно регулирую температуру нагрева тэна мощностью  1кВт в самогонном аппарате. Да-да, я занимаюсь этим благородным делом.

Схема имеет минимум элементов и заводится сразу. Мощность нагрузки для симисторного регулятора  определяется током симистора. Симистор BTA12-600 рассчитан  на ток 12 Ампер и напряжение 600 Вольт. Симистор нужно выбирать с запасом по току, я выбрал двукратный запас. Например, симистор BTA12-600 с оптимальным охлаждением может в штатном режиме пропускать через себя ток 8 Ампер. Если нужен регулятор мощнее, используйте симистор BTA16-600 или BTA24-600.

Работа схемы описана в статье «Диммер своими руками».

Рабочая температура кристалла симистора от -40 до +125 градусов Цельсия. Необходимо сделать хорошее охлаждение. У меня нагрузка 1кВт, соответственно ток нагрузки около 5А, радиатор   площадью 200см кв. греется от 85 до90 градусов  Цельсия при длительной работе (до 6ч). Планирую увеличить рабочую площадь радиатора, чтобы повысить надежность  устройства.

Симистор имеет управляющий вывод и два вывода, через которые проходит ток нагрузки. Эти два вывода можно менять местами ничего страшного не случиться.

Для безопасности (чтобы не щелкнуло током), симистор необходимо устанавливать на радиатор через диэлектрическую прокладку (полимерную или слюдяную) и диэлектрическую втулку.

Компоненты.

Резистор 4.7кОм мощностью 0,25Вт. Динистор с маркировкой DB3 , полярности не имеет, впаивать любой стороной. Конденсатор пленочный на 100нФ 400В полярности не имеет.

Светодиод любого цвета диаметром 3мм, обратное напряжение 5В, ток 25мА. Короче любой светодиод 3мм. Светодиод дает индикацию нагрузки, не пугайтесь, если при первом включении (естественно без нагрузки) он светиться не будет.

Первое включение необходимо производить кратковременно без нагрузки. Если все нормально, никакие элементы не греются, ничего не щелкнуло, тогда включаем  без нагрузки на 15 секунд. Далее цепляем лампу напряжением 220В и мощностью 60-200Вт, крутим ручку переменного резистора и наслаждаемся работой.

Для защиты я установил в разрыв сетевого провода (220В) предохранитель на 12А.

Собранный нами регулятор мощности на симисторе BTA12-600 можно применить для регулировки температуры паяльника (регулируя мощность), тем самым получив паяльную станцию для вашей мастерской.

Печатная плата регулятора мощности на симисторе BTA12-600 СКАЧАТЬ

Даташит на BTA12-600 СКАЧАТЬ

Схема выключателя на симисторе

Для включения и отключения нагрузки (ламп накаливания, обмоток реле, электродвигателей и т.п.) зачастую используют тиристоры. Особенность этого вида полупроводниковых приборов и основное их отличие от транзисторов заключается в том, что они обладают двумя устойчивыми состояниями, без каких-либо промежуточных.

Это состояние «включено», когда сопротивление полупроводникового прибора минимально, и состояние «выключено», когда сопротивление тиристора максимально. В идеале эти сопротивления приближаются к нулю или бесконечности.

Для включения тиристора на его управляющий электрод достаточно хотя бы кратковременно подать управляющее напряжение. Отключить тиристор (запереть) можно кратковременным выключением питания тиристора, сменой полярности питающего напряжения либо уменьшением тока в нагрузке ниже тока удержания тиристора.

Обычно включают и отключают тиристорные коммутаторы двумя кнопками. Значительно меньшее распространение получили однокнопочные схемы управления тиристорами.

Здесь подробно рассмотрены методы однокнопочного управления тиристорными коммутаторами. Принцип работы тиристорных однокнопочных управляющих устройств основан на динамических зарядно-разрядных процессах в цепи управления тиристора [EW 4/01-299].

Схема однокнопочного управления тиристором

На рисунке 1 показана одна из простейших схем однокнопочного управления тиристорным коммутатором. В схеме (здесь и далее) используют кнопки без фиксации положения. В исходном состоянии нормально замкнутые контакты кнопки шунтируют цепь управления тиристором.

Сопротивление тиристора максимально, ток через нагрузку не протекает. Диаграммы основных процессов, протекающих в схеме на рис. 1, рассмотрены на рис. 2.

Для включения тиристора (ON) нажимают на кнопку SB1. При этом нагрузка оказывается подключенной к источнику питания через контакты кнопки SB1, а конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания.

Скорость заряда конденсатора определяется постоянной времени цепи R1C1 (см. диаграмму). После того как кнопку отпустят, конденсатор С1 разряжается на управляющий электрод тиристора. Если напряжение на нем равно или превышает напряжение включения тиристора, тиристор отпирается.

Рис. 1. Принципиальная схема управления тиристором с помощью одной кнопки.

Рис. 2. Диаграммы основных процессов, протекающих в схеме с тиристором.

Отключить нагрузку (OFF) можно кратковременным нажатием на кнопку SB1. При этом конденсатор С1 не успевает зарядиться. Поскольку контакты кнопки шунтируют электроды тиристора (анод — катод), это равноценно отключению источника питания тиристора. В результате нагрузка будет отключена.

Следовательно, для включения нагрузки необходимо с большей продолжительностью нажать на управляющую кнопку, для отключения — еще раз кратковременно нажать ту же кнопку.

Простые силовые ключи на тиристорах

На рис. 3 и 4 показаны варианты схемной идеи, представленной на рис. 1. На рис. 3 использована цепочка последовательно соединенных диодов VD1 и VD2 для ограничения максимального напряжения заряда конденсатора.

Рис. 3. Вариант схемы управления тиристором одной кнопкой.

Это позволило заметно снизить рабочее напряжение (до 1,5. 3 В) и емкость конденсатора С1. В следующей схеме (рис. 4) резистор R1 включен последовательно с нагрузкой, что позволяет создать двухполюсный коммутатор нагрузки. Сопротивление нагрузки должно быть намного ниже, чем сопротивление R1.

Рис. 4. Схема электронного ключа на тиристоре с последовательным подключением нагрузки.

Тиристорный коммутатор с двумя кнопками

Тиристорное устройство управления нагрузкой (рис. 5) может быть использовано для включения и выключения нагрузки любой из нескольких последовательно включенных кнопок, работающих на разрыв цепи. Принцип действия тиристорного коммутатора заключается в следующем.

При включении устройства напряжение, подаваемое на управляющий электрод тиристора, недостаточно для его включения. Тиристор, и, соответственно, нагрузка отключены. При нажатии на любую из кнопок SB1 — SBn (и удержании ее нажатой) конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания. Цепь управления тиристора и сам тиристор при этом отключены.

Рис. 5. Схема простого тиристорного коммутатора нагрузки с двумя кнопками.

После отпускания кнопки и восстановления цепи питания тиристора накопленная конденсатором С1 энергия оказывается приложенной к управляющему электроду тиристора. В результате разряда конденсатора через управляющий электрод тиристор включается, подсоединяя тем самым нагрузку к цепи питания.

Для отключения тиристора (и нагрузки) кратковременно нажимают на любую из кнопок SB1 — SBn. При этом конденсатор С1 не успевает зарядиться. В то же время цепь питания тиристора размыкается, тиристор запирается.

Величина резистора R2 зависит от напряжения питания устройства: при напряжении 15 В его сопротивление — 10 кОм при 9 В — 3,3 кОм при 5 6-1,2 кОм.

Схема с эквивалентом тиристора на транзисторах

При использовании вместо тиристора его транзисторного аналога (рис. 6) величина этого резистора меняется, соответственно, от 240 кОм (15 В) до 16 кОм (9 В) и до 4,7 кОм (5 В).

Рис. 6. Схема электронного коммутатора нагрузки с транзисторным эквивалентом тиристора.

Аналог многокнопочного переключателя на тиристорах

Тиристорное устройство, позволяющее создать аналог многокнопочного переключателя с зависимой фиксацией положения и использующее для управления кнопочные элементы, работающие без фиксации, показано на рис. 7. В схеме может быть использовано несколько тиристоров, однако, для упрощения схемы, на рисунке показано лишь два канала. Другие каналы коммутации могут быть подключены аналогично предыдущим.

Рис. 7. Принципиальная схема аналога многокнопочного переключателя с использованием тиристоров.

В исходном состоянии тиристоры заперты. При нажатии на кнопку управления, например, кнопку SB1, конденсатор С1 относительно большой емкости оказывается подключенным к источнику питания через диоды VD1 — VDm и сопротивления нагрузки всех каналов.

В результате заряда конденсатора возникает импульс тока, приводящий к кратковременному замыканию анодов всех тиристоров через соответствующие диоды VD1 — VDm на общую шину.

Любой из тиристоров, если он был включен, отключается. В то же время конденсатор накапливает энергию. После отпускания кнопки конденсатор разряжается на управляющий электрод тиристора, отпирая его.

Для включения любого другого канала нажимают соответствующую кнопку. Происходит отключение (сброс) ранее задействованной нагрузки и включение новой нагрузки. В схеме предусмотрена кнопка SB0 общего отключения всех нагрузок.

Многокнопочный переключатель с транзисторным аналогом тиристоров

Вариант схемы, выполненный на транзисторных аналогах тиристоров и диодно-емкостных зарядных цепочках с использованием малогабаритных конденсаторов, показан на рис. 8, 9.

Рис. 8. Схема эквивалентной замены тиристора транзисторами.

В схеме предусмотрена светодиодная индикация включенного канала. В этой связи максимальный ток нагрузки каждого из каналов ограничен значением 20 мА.

Рис. 9. Схема многокнопочного переключателя с транзисторным аналогом тиристоров.

Устройства, аналогичные представленным на рис. 7 – 9, а также на рис. 10 – 12, можно использовать для систем выбора программ радио- и телеприемников.

Недостатком схемных решений (рис. 7 – 9) является то, что в момент нажатия на любую из кнопок все нагрузки оказываются хотя бы на мгновение подключенными к источнику питания.

Схемы многопозиционных переключателей

На рис. 10 и 11 показан тиристорный коммутатор разрывного типа с неограниченным количеством последовательно включенных элементов.

При нажатии на одну из кнопок управления цепь питания аналогов тиристоров размыкается по постоянному току. Конденсатор С1 оказывается включенным последовательно с аналогом тиристора.

Рис. 10. Схема базового элемента для самодельного многопозиционного коммутатора нагрузки.

Рис. 11. Принципиальная схема самодельного многопозиционного коммутатора нагрузки.

Одновременно управляющее напряжение (нулевого уровня) через задействованную кнопку и резистор R2 (рис. 10) подается на управляющий электрод аналога тиристора.

Поскольку в первые мгновения при нажатии кнопки последовательно с аналогом тиристора оказывается включенным полностью разряженный конденсатор, такое включение равносильно короткому замыканию в цепи питания соответствующего тиристора. Следовательно, тиристор отпирается, включая тем самым соответствующую нагрузку.

При нажатии на любую другую кнопку ранее задействованный канал отключается, и включается другой канал. При длительном (порядка 2 сек) нажатии на любую из кнопок конденсатор С1 заряжается, что равнозначно размыканию цепи и приводит к запиранию всех тиристоров.

Схема усовершенствованного электронного переключателя

Рис. 12. Принципиальная схема тиристорного коммутатора для множества нагрузок.

В ряду тиристорных коммутаторов наиболее совершенной представляется схема, показанная на рис. 12. При нажатии кнопки управления возникает бросок тока, эквивалентный короткому замыканию.

Происходит отключение ранее задействованных тиристоров и включение тиристора, соответствующего нажатой кнопке. В схеме предусмотрена светодиодная индикация задействованного канала, а также кнопка общего сброса.

Вместо конденсаторов большой емкости могут быть использованы диодно-конденсаторные цепочки (рис. 12). Принцип действия схемы сохраняется. В качестве нагрузки можно использовать низковольтные реле, например, РМК 11105 сопротивлением 350 Ом на рабочее напряжение 5 В.

Резистор R1 ограничивает ток короткого замыкания и ток максимального потребления величиной 10. 12 мА. Количество каналов коммутации не ограничено.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.

Симистор («триак» по терминологии, принятой в США) — это двунаправленный симметричный тиристор. Симисторы очень удобны для систем ключевого регулирования в цепях переменного тока. Как следствие, они практически вытеснили тиристоры из бытовой техники (стиральные машины, пылесосы и т.д.).

У симистора нет анода и катода. Его три вывода называются: УЭ (управляющий электрод), СЭУ (силовой электрод, расположенный ближе к УЭ), СЭ (силовой электрод у основания прибора) [2-197]. Существуют также аналогичные зарубежные названия, принятые в триаках, соответственно, «G» (Gate — затвор), «Т1» (Main Terminal 1) и «Т2» (Main Terminal 2).

Симистор, в зависимости от конструкции, может открываться как положительными, так и отрицательными импульсами на выводе УЭ. Ветви ВАХ симметричные, поэтому ток через силовые электроды может быть и втекающим, и вытекающим. Итого, различают четыре режима работы в квадрантах 1…4 (Рис. 2.105).

Рис. 2.105. Режимы работы симисторов (триаков).

Первыми были разработаны четырёх квадрантные симисторы или, по-другому, 4Q-TpnaKM. Они требуют для нормальной работы введения в схему демпферных ЛС-цепочек (100 Ом, 0.1 МК Ф), которые устанавливаются параллельно силовым электродам СЭУ и СЭ. Таким нехитрым способом снижается скорость нарастания напряжения через симистор и устраняются ложные срабатывания при повышенной температуре и значительной индуктивной или ёмкостной нагрузке.

Технологические достижения последнего времени позволили создать трёхквадрантные симисторы или, по-другому, 3Q триаки. Они, в отличие от симисторов «4Q», работают в трёх из четырёх квадрантов и не требуют ЯС-цепочек. Типовые параметры 3Q-TpnaKOB Hi-Com BTA208…225 фирмы Philips: максимальное коммутируемое напряжение 600…800 В, ток силовой части 8…25 А, ток отпирания затвора (УЭ) 2…50 мА, малогабаритный SMD-корпус.

Схемы подключения симисторов к MK можно условно разделить на две группы: без развязки от сети 220 В (Рис. 2.106, a…r) и с гальванической изоляцией (Рис. 2.107, а…л).

Некоторые замечания. Типы указанных на схемах симисторов однообразны, в основном КУ208х, BTxxx, MACxxx. Это сделано специально, чтобы заострить внимание на схемотехнике низковольтной управляющей части, поскольку она ближе всего к MK. На практике можно использовать и другие типы симисторов, следя за их выходной мощностью и амплитудой управляющего тока.

Демпферные цепочки в силовой части на схемах, как правило, отсутствуют. Это упрощение, чтобы не загромождать рисунки, поскольку предполагается, что сопротивление нагрузки RH носит чисто активный характер. В реальной жизни демпфирование необходимо для 4Q-триаков, если нагрузка имеет значительную индуктивную или ёмкостную составляющую.

Рис. 2.106. Схемы подключения симисторов к MK без гальванической изоляции (начало):

а) ВЫСОКИЙ уровень на выходе МК открывает транзистор VT1, через который включается симистор VS1. Варистор RU1 защищает симистор от всплесков напряжения, начиная с порога 470 В (разброс 423…517 В). Это актуально при индуктивном характере нагрузки jRH;

б) аналогично Рис. 2.106, а, но с другой полярностью сигнала на выходе MK и с транзистором VT1 другой структуры, который выполняет функцию инвертора напряжения. Благодаря низкому сопротивлению резистора R2, повышается помехоусточивость. Сопротивление резистора R2 выбирается по тем же критериям, что и для схем на тиристорах;

Рис. 2.106. Схемы подключения симисторов к MK без гальванической изоляции (окончание):

в) высоковольтный транзистор ГУ2замыкаетдиагональдиодного моста VD1 при НИЗКОМ уровне на линии MK. Транзистор VT1 в момент рестарта MK находится в открытом состоянии из-за резистора R1, при этом симистор VS1 закрывается и ток через нагрузку RH не протекает;

г) прямое управление симистором VS1 с одного или нескольких выходов MK. Запараллеливание линий применяется при недостаточном токе управления (показано пунктиром). Ток через нагрузку RH не более 150 мА. Возможные замены: VS1 — MAC97A8, VD2— KC147A.

а) симистор VS1 включается/выключается при наличии/отсутствии импульсов 50…100 кГц, генерируемых с выхода MK. Изолирующий трансформатор T1 наматывается на кольце из феррита N30 и содержит в обмотке I — 15 витков, в обмотке II — 45 витков провода ПЭВ-0.2;

б) простая схема трансформаторной развязки. Симистор VS1 включается короткими импульсами с выхода MK. Ток управления зависит от коэффициента трансформации 77;

Рис. 2.107. Схемы гальванической изоляции МК от симисторов (продолжение):

в) разделительный трансформатор T1 наматывается на ферритовом кольце M1000HM размерами K20xl2x6 и содержит в обмотке I — 60 витков, в обмотке II — 120 витков провода ПЭВ-0.2. Цепочка R3, C1 накапливает энергию для импульсной коммутации транзистора K77;

г) если не требуется частое включение/выключение нагрузки, то для гальванической развязки можно использовать реле K1. Его контакты должны выдерживать без пробоя переменное напряжение 220 В. В некоторых схемах токоограничивающий резистор R3 закорачивают;

д) контакты геркона SF1 замыкаются при протекании тока через катушку индуктивности L1, которая намотана на его корпус. Достоинство — сверхбольшое сопротивление изоляции;

е) гальваническая развязка на транзисторной оптопаре VU1. Резистор R3 повышает помехоустойчивость, но может отсутствовать. Резистор Я2определяет порог открывания транзистора VT1. При использовании симисторов КУ208, TC106-10 сопротивление резистора Я2уменьшают до 30…75 кОм;

ж) симистором VS1 управляет драйвер DA1 (по-старому, КР1182ПМ1), который обеспечивает плавное изменение тока в нагрузке RH в зависимости от напряжения на конденсаторе C1. Если транзистор оптопары W/закрыт, то конденсатор С1 заряжается от внутреннего ИОН микросхемы DA1 и в нагрузке устанавливается максимальное напряжение. Резистор R4 может отсутствовать при наличии резистора R3. Резистор R3 можно закоротить при наличии резистора R4

з) гальваническая развязка на опторезисторе VU1. Резистором R1 подбирается ток через своизлучатель VU1 и, соответственно, ток управления симистором VS1;

и) применение двух оптотиристоров VU1, УУ2щя коммутации симистора VS1 в любой пупериод сетевого напряжения. Резистор Л2ограничивает ток управления симистора;

к) питание входа УЭ симистора VS1 осуществляется от отдельной низковольтной обмотки промышленного трансформатора T1ТПП235-220/110-50;

л) применение оптотиристора VU1 для управления симистором VS1 (замена КУ208Д1). Из двух токоограничивающих резисторов R2, R3 обычно оставляют один, второй замыкают перемычкой. Замена VD1 — мост КЦ407А или четыре отдельных диода КД226.

Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

Схема симистора

и схемотехника »Электроника

В отличие от тиристоров или тиристоров, симисторные схемы могут переключать обе половины переменного сигнала, что делает их идеальными для многих приложений управления и переключения переменного тока.


Конструкция схемы тиристора Включает:
Праймер для разработки схемы тиристора Схема работы Конструкция цепи запуска / запуска Лом перенапряжения Цепи симистора


Существует множество схем, в которых можно использовать симисторы — часто они используются для коммутации и управления с относительно низким энергопотреблением в таких ситуациях, как диммеры домашнего освещения, небольшие регуляторы отопления и тому подобное.

В схемах такого типа симистор является очень полезным устройством, позволяющим проектировать схемы с использованием минимального количества компонентов.

Цепи симистора

могут быть очень простыми, требуя всего нескольких компонентов, и они способны обеспечить хорошую степень управления и переключения, хотя они, как правило, не используются для высоких уровней мощности, когда два дискретных тиристора, расположенных напротив друг друга, обеспечивают лучшую производительность.

Технология симистора

Симистор можно рассматривать как два тиристора или тиристора, расположенные вплотную друг к другу, чтобы приспособить обе половины цикла формы сигнала переменного тока.Будучи единым устройством, это дает значительные преимущества, особенно для бытовых товаров, где стоимость имеет первостепенное значение.

Симистор обладает тем свойством, что при подаче триггера на затвор устройство включается и остается проводящим до тех пор, пока напряжение на анодах или основных выводах устройства не упадет ниже определенного значения — номинально, когда напряжение питания упадет почти до нуля. . Это состояние возникает, когда переменная форма волны пересекает линию нулевого напряжения, и таким образом симистор может контролировать каждую половину формы волны.

Форма волны переключения симистора
Примечание по технологии компонентов симистора:
Симисторы

можно рассматривать как встречные тиристоры, но, если они находятся в одном устройстве, их технология и работа немного сложнее.

Подробнее о Технология компонентов симистора

Простая схема переключателя симистора

Симистор может функционировать как переключатель — он может позволить запускающему импульсу переключателя малой мощности включить симистор для управления гораздо более высокими уровнями мощности, что возможно с помощью простого переключателя.

Схема

простого переключателя симистора В этой схеме резистор R1 может быть 100R или более в зависимости от рассматриваемого симистора.

Симистор с регулируемой мощностью или диммерная цепь

Одна из самых популярных схем симистора изменяет фазу на входе симистора для управления мощностью, которая может рассеиваться в нагрузке. Это форма схемы, которая широко используется в схемах для диммеров лампы накаливания в домашних условиях. К сожалению, эта простая схема не подходит для светодиодов, поскольку она ограничивает передний фронт формы волны, а для светодиодов обычно требуется обрезка заднего фронта.

Эта схема работает, потому что цепи конденсатора и резистора требуется время для зарядки конденсатора — форма волны на стыке конденсатора и резистора эффективно задерживается, и это задерживает включение симистора в цепи. Поскольку симистор включается в половине каждого цикла, это означает, что общая мощность в цепи снижается.

Базовая схема симистора, использующая фазу входного сигнала для управления рассеиваемой мощностью в нагрузке.

Обратите внимание на диак, расположенный в цепи рядом с затвором симистора.Это необходимо, потому что характеристики переключения симисторов не особенно симметричны от одной полуволны к следующей половине, как подробно описано ниже. Это связано со структурой симистора.

Проблемы с цепями симистора

Симисторы

не являются полным решением для всех требований коммутации переменного тока. При использовании симисторов в различных схемах возникают некоторые проблемы, и их необходимо учитывать при проектировании схем.

Некоторые из эффектов, которые необходимо учесть в схемотехнике, указаны ниже:

  • Эффект dV / dt: Симисторы страдают от проблемы, которую иногда называют эффектом скорости или эффектом dV / dt.Если на какой-либо из основных клемм произойдет резкое изменение напряжения, превышающее номинальное значение dV / dt, это может вызвать прорыв в затвор, достаточный для включения симистора. Эти переходные процессы могут возникать в результате всплесков переключения или электрических разрядов, переносимых по линиям электропередачи. Другая причина переходных процессов может возникнуть при возбуждении индуктивных нагрузок, таких как двигатели. Здесь линейные токи и напряжения могут быть не в фазе, и в этих условиях могут внезапно появиться большие напряжения, которых достаточно, чтобы превысить номинальное значение dV / dt симистора.Это возникает из-за того, что симистор размыкается, когда ток на его главном выводе падает почти до нуля в течение каждого рабочего полупериода.

    Базовая схема симистора с переходным демпфером Эту проблему можно в значительной степени решить, добавив к линии подавитель переходных процессов — резистор R1, возможно, около 100R и последовательный конденсатор, C2, возможно, около 10 нФ или 100 нФ, в зависимости от установки. Помните, что конденсатор должен выдерживать напряжение (и ток), а резистор должен быть достаточно большим, чтобы рассеивать требуемую энергию, особенно пик напряжения.Для обычных линий электропередачи на 240 вольт конденсатор должен иметь рабочее напряжение не менее 400 вольт, а желательно больше.

  • Эффект люфта: Этот эффект, встречающийся в некоторых схемах симистора, возникает, когда потенциометр и конденсатор используются для управления напряжением затвора.

    Было обнаружено, что если потенциометр повернут на минимальное значение, то отсутствует путь утечки для разряда емкости симистора MT1 — MT2, препятствующий включению симистора.Решение состоит в том, чтобы установить резистор большого номинала, чтобы позволить этой емкости разряжаться.

  • Несимметричный обжиг: Из-за внутренней конструкции испытаний существуют небольшие различия между секциями для покрытия различных полупериодов. Это приводит к несимметричному срабатыванию симистора и, в свою очередь, к генерации высоких уровней гармоник, которые могут быть плохими для характеристик ЭМС и т. Д. Хотя действие симистора, даже симметричное переключение, будет генерировать гармоники, асимметрия вызовет должны генерироваться гораздо более высокие уровни, вызывающие более высокие уровни помех.Чтобы помочь преодолеть эту проблему и обеспечить гораздо более определенный сигнал запуска затвора для схемы симистора, диак обычно включается последовательно с затвором.

    Диак может улучшить характеристики схемы симистора, потому что его коммутационная характеристика намного лучше, чем у симистора. Так как диак предотвращает протекание тока затвора до тех пор, пока не будет достигнуто триггерное напряжение диакритического сигнала около 35 вольт, это делает точку срабатывания симистора более равной для обеих полярностей.

    Несколько лет назад были разработаны и проданы пробные версии, в которых диски включались в комплект.Однако по какой-то причине они не имели коммерческого успеха и были прекращены.

  • Фильтрация гармоник: Любая переключающая цепь, которая переключается во время сигнала, например, симистор, будет генерировать гармоники. Еще хуже, если срабатывание несимметрично. Эти гармоники могут вызвать помехи, которые могут повлиять на поглощение другого электронного оборудования поблизости, особенно при использовании беспроводной связи.Хотя для ЭМС лучше всего удалить любые гармоники в источнике, даже если установлен диак, вероятно, потребуется некоторая фильтрация для удаления гармоник.

    Базовая схема симистора с фильтром гармоник / помех Для большинства схем симистора простой LC-фильтр обеспечит достаточно хорошую фильтрацию. Индуктор небольшой серии RFC1 и конденсатор C2 на симисторе обычно обеспечивают достаточное затухание для многих приложений. Дроссель емкостью около 100 мкГн вместе с конденсатором 0,1 мкФ обычно работает достаточно хорошо.Дроссель должен выдерживать ток, а конденсатор — напряжение. Если напряжение сети / линии электропередачи переключается, как в случае с диммером, конденсатор должен выдерживать пиковое линейное напряжение, которое в √2 раза больше среднеквадратичного напряжения, плюс хороший запас для компенсации любых переходных процессов, которые могут возникнуть. линия. Конденсаторы с номинальным напряжением 400 В часто используются для сетей с напряжением 240 В.

Есть много схем симистора, которые можно использовать.Базовые схемы очень просты и обеспечивают хорошую производительность там, где требуется такой уровень функциональности. Функцией переключения также можно управлять с помощью процессора, что позволяет разрабатывать очень интеллектуальные формы схемы забастовки.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Возврат в меню проектирования схем.. .

Работа, символ, схемы и приложения

A TRIAC или TRI ode для A lternating C urrent — это трехконтактный двунаправленный тиристор, что означает, что при правильной активации он может проводить ток в обоих направлениях. Он используется в приложениях переключения переменного тока. Его можно рассматривать как два антипараллельно соединенных тринистора. В отличие от выпрямителя с кремниевым управлением, он способен проводить положительные и отрицательные циклы электрического тока.

Символ TRIAC

Символ TRIAC и его эквивалентная схема показаны на рисунке выше. Он имеет два проводящих основных вывода MT 1 (Главный вывод-1) и MT 2 (Главный вывод-2), а также вывод G сигнала затвора. Эквивалентная схема показывает модель TRIAC с двумя SCR.

Строительство TRIAC

Как упоминалось ранее, TRIAC выглядит как два тиристора SCR, соединенных встречно параллельно и имеющих общий затвор.Его базовая структура показана ниже:

Структура TRIAC

Это 5-слойное устройство. Как показывает эквивалентная схема, этот слой составляет два дополнительных тринистора с общим затвором. Область между MT1 и MT2 ведет себя как SCR P-N-P-N параллельно с SCR N-P-N-P. Поскольку MT1 и MT2 контактируют как с p-, так и с n-областями, они не могут быть обозначены как анод или катод.

Работа TRIAC

TRIAC может быть включен с помощью стробирующего сигнала. Полярность стробирующего сигнала зависит от полярности MT1 и MT2.Если MT2 положительный по отношению к MT1, его можно включить, применив положительный сигнал затвора относительно MT1, и если MT1 положительный относительно MT2, его можно включить, применив отрицательный сигнал затвора относительно MT1. . Во время работы он блокирует как положительное, так и отрицательное напряжение, если нет стробирующего сигнала и приложенное напряжение меньше его напряжения пробоя.

Чтобы полностью понять работу TRIAC, необходимо понять, как он реагирует на положительные и отрицательные сигналы затвора.На основе полярности стробирующего сигнала и приложенного напряжения можно определить четыре квадранта запуска.

Четырехквадрантная работа TRIAC

Отрицательный относительно
Триггерный квадрант Полярность затвора Полярность MT2
Квадрант I Положительный относительно MT1 Положительный относительно MT1
II Отрицательный MT1 Положительный относительно MT1
Квадрант III Отрицательный относительно MT1 Отрицательный относительно MT1
Квадрант IV Положительный относительно MT1 MT1
Поперечный разрез TRIAC

Работа в квадранте I

  • MT2 и Gate положительный по отношению к MT2.
  • Соединения P 1 N 1 и P 2 N 2 имеют прямое смещение.
  • N 1 P 2 имеет обратное смещение. Следовательно, TRIAC не проводит ток, пока не будет подано напряжение затвора.
  • При приложении положительного напряжения затвора соединение P 2 N 1 становится смещенным в прямом направлении и выходит из строя, как обычный тиристор, и TRIAC начинает проводить через P 1 N 1 P 2 N 2 слоев.
  • Следовательно, во время работы в первом квадранте устройство работает как SCR, что делает его более чувствительным в этом режиме.

Работа в квадранте II

  • MT2 положительный по отношению к MT1, а вентиль отрицательный.
  • Соединения N 1 P 1 и N 2 P 2 смещены в прямом направлении.
  • Соединение N 1 P 2 с обратным смещением.
  • Когда отрицательный ток затвора применяется к N 3 , N 1 P 2 становится смещенным в прямом направлении, и начальная проводимость происходит через N 1 P 1 P 2 N 3 .
  • В дополнение к этому, ток устанавливается в направлении области N 2 через P 2 из-за градиента потенциала, образованного из-за MT1.
  • В результате ток устанавливается через N 1 P 1 N 2 P 2.
  • Таким образом, можно утверждать, что ток MT1 действует как ток затвора для основного пути проводимости. (N 1 P 1 N 2 P 2 ).
  • По сравнению с работой в квадранте I, квадранте II
Квадрант-I операция Квадрант-II операция Квадрант-III операция Квадрант-VI операция

Работа в квадранте III

  • MT2 отрицательно по отношению к MT1, а вентиль отрицателен.
  • Обычный ток затвора течет от MT1 к клемме затвора через P 2 N 3 .
  • Обратно-смещенный переход N 1 P 1 разорван, и ток протекает через P 2 N 1 P 1 N 4 .
  • Как и Quadrant-I, Quadrant-III также более чувствительна.

Работа в квадранте IV

  • MT2 отрицательно по отношению к MT1, а вентиль положительный.
  • Переход N 2 P 2 смещен в прямом направлении током затвора, который, в свою очередь, вводит больше электронов в P 2 .
  • В результате соединение N1P1 разрывается, и ток течет через P2 N1 P1N4.

Характеристики TRIAC

Следующая характеристическая кривая показывает несколько терминов, которые определяют рабочие характеристики TRIAC.

В ВО — напряжение отключения. Напряжение отключения — это максимальное напряжение, которое симистор может выдержать до того, как он перейдет в неконтролируемую проводимость.Это означает, что для того, чтобы устройство оставалось в режиме проводимости, больше не требуется напряжения триггера затвора.

Пиковое повторяющееся напряжение (V DRM ) — это максимальное пиковое напряжение волны переменного тока, которое может выдерживать устройство.

Минимальный ток, необходимый для фиксации TRIAC, известен как ток фиксации (I L ).

Если ток упадет ниже определенного порогового значения, ток перестанет проводиться. Это минимальное значение удерживаемого тока известно как удерживающий ток (I H ).

Преимущества и недостатки TRIAC

Преимущества
  • Он прост в использовании и намного дешевле, чем использование двух тиристоров SCR по отдельности для приложений с низким энергопотреблением.
  • Он может быть переведен в состояние проводимости с помощью импульсов напряжения на затворе и тока как положительной, так и отрицательной полярности.
  • Для этого требуется только один радиатор большого размера, в отличие от одного тиристора SCR, для которого требуются два радиатора, но меньшего размера.
  • Для защиты TRIAC требуется только один предохранитель.

Поскольку это двустороннее устройство, возможно безопасное напряжение пробоя в любом направлении, в отличие от SCR, который требует параллельного подключения диода для гарантии защиты.

Disa

Преимущества
  • Они не так надежны, как SCR.
  • Изменение номинального напряжения намного ниже по сравнению с SCR.
  • Цепь срабатывания должна постоянно контролироваться, так как она может переключиться в проводимость в любом направлении.

Заявка

TRIAC

широко используются для диммеров домашнего освещения, управления небольшими двигателями, управления скоростью вращения электрических вентиляторов и управления небольшими бытовыми приборами с питанием от переменного тока.

Применение коммутации переменного тока

TRIACS основное назначение — использовать для переключения напряжения переменного тока. На рисунке ниже показан пример приложения, которое использует схему TRIAC для переключения переменного тока.

Когда переключатель SW1 разомкнут, ток на затвор не подается, что приведет к отсутствию тока, протекающего через лампу.Когда переключатель замкнут, он будет включен. Это позволит току протекать через резистор R, и на клемму затвора будет подаваться импульс, который инициирует проводимость через схему TRIAC, как только будет достигнуто напряжение отключения. Следовательно, переменному напряжению Vs будет позволено течь через цепь, которая зажгла бы лампу.

TRIAC Phase Control

TRIACS используются для управления средней мощностью, подаваемой на нагрузку.TRIAC запускается таким образом, что мощность переменного тока, подаваемая на нагрузку, регулируется в течение части каждого полупериода.

Во время первой половины положительного полупериода он отключается на определенный интервал, а затем включается в течение оставшейся части полупериода. Часть положительного цикла, которую он выключает, известна как угол задержки, а часть, которую он включает, известна как угол проводимости. Действие аналогично для другой половины сигнала переменного тока.

Этот тип приложения управления фазой использует два диода для подачи запускающих импульсов на затвор TRIAC. Диод (D 1 ) проводит в течение положительной части полупериода, а второй диод (D 2 ) проводит в течение отрицательного полупериода. Значение сопротивления нагрузки R 1 устанавливает пороговое значение, при котором TRIAC запускает состояние проводимости.

Схема диммера с использованием TRIAC

На рисунке показана простая схема диммера на основе TRIAC.Яркость лампы можно регулировать с помощью потенциометра.

Типы TRIAC

Штифт или стандартный Тип:

Этот тип TRIAC выглядит как небольшая ИС, которая имеет три контакта: MT1, MT2 и затвор с радиатором наверху. Они обычно используются в бытовой технике.

Капсула или диск Тип:

Этот тип TRIAC имеет форму диска или капсулы. У него есть провода, идущие к клеммам.Они обладают высокой пропускной способностью по току и изготовлены из керамического уплотнения. Они широко используются в таких приложениях, как переключение переменного тока и быстрое управление двигателем.

Тип шпильки:

Устройства типа «шпилька» используются в приложениях с высокой мощностью. Они имеют резьбовое дно, которое действует как главный вывод, и два вывода наверху. Один вывод — это другой главный вывод, а второй вывод наверху — вывод затвора. Он используется в приложениях управления фазой, таких как преобразователи, регулируемые источники питания, цепи управления скоростью, ветром или температурой, управление источником питания, управление двигателем и цепи освещения.

Сводка

  • TRIAC — это трехконтактное, пятиуровневое, двунаправленное силовое электронное коммутационное устройство.
  • Он действует как два антипараллельных тиристора, соединенных для двунаправленной работы.
  • Имеет три терминала: МТ1, МТ2 и затвор. MT1 и MT2 взаимозаменяемы.
  • Чувствительность симисторов выше в первом и втором квадранте.
  • TRIAC обычно используются в схемах управления переменного тока малой мощности.
  • Они обычно используются в диммерах, однофазном регулировании скорости и регулировании температуры.
  • Образец таблицы данных TRIAC: https://www.mouser.in/datasheet/2/848/bt139-600e-1520116.pdf

Управление промышленным двигателем: симистор



ЦЕЛИ

  • Нарисуйте схематический символ симистора.
  • Обсудите сходства и различия между тиристорами и симисторами.
  • Обсудите работу симистора в цепи переменного тока.
  • Обсудите фазовый сдвиг симистора.
  • Подключить симистор в цепь.
  • Проверить симистор омметром.

Симистор — это переход PNPN, подключенный параллельно переходу NPNP. ИНЖИР. 1 показано полупроводниковое устройство симистора. Симистор работает аналогично двум подключенным тиристорам (фиг. 2). Схема символ симистора показан на фиг. 3.

Когда тиристор подключен к цепи переменного тока, выходное напряжение прямое. Текущий. Когда симистор включен в цепь переменного тока, выходное напряжение переменный ток.Поскольку симистор работает как два SCR, которые соединенный и обращенный в противоположные стороны, он будет проводить как положительные и отрицательные полупериоды переменного тока.

Когда симистор включен в цепь переменного тока, как показано на фиг. 4, ворота должны быть подключены с той же полярностью, что и МТ2. Когда напряжение переменного тока приложенный к MT2 положительный, SCR, который смещен вперед, будет воздуховод. Когда напряжение, приложенное к MT2, отрицательное, другой SCR идет вперед. смещен и будет проводить эту половину сигнала.Поскольку одна из SCR смещен в прямом направлении на каждый полупериод, симистор будет проводить переменный ток пока вывод затвора подключен к MT2.

Симистор, как и SCR, требует определенного количества тока затвора для включи это. Как только симистор сработает затвором, он продолжит проводить до тех пор, пока ток, протекающий через MT2-MT1, не упадет ниже удержания текущий уровень.


РИС. 1 Полупроводниковая схема симистора.


РИС. 2 Симистор работает аналогично двум тиристорам с общим ворота.


РИС. 3 Условное обозначение симистора.


РИС. 4 Симистор проводит обе половины сигнала переменного тока.

Симистор, используемый в качестве переключателя переменного тока

Симистор является членом семейства тиристоров, что означает, что он имеет только два состояния работы, включено и выключено. Когда симистор выключен, он снижает полное приложенное напряжение цепи при токе 0 ампер поток.

Когда симистор включен, он имеет падение напряжения около 1 вольт, и ток в цепи должен быть ограничен нагрузкой, подключенной к цепи.

Симистор стал очень популярным в промышленных цепях в качестве переключателя переменного тока. Поскольку это тиристор, он может управлять большим количеством напряжение и ток.

Нет контактов изнашиваемых, он герметичен от грязи и влаги, и он может работать тысячи раз в секунду.Симистор используется как устройство вывода многих твердотельных реле, о которых будет рассказано позже. Два типа симисторов показаны на рисунках 5 и 6.

Симистор, используемый для управления напряжением переменного тока

Симистор может использоваться для управления Напряжение переменного тока (фиг. 7). Если переменный резистор подключен последовательно с затвором, точка, в которой ток затвора достаточно высок, чтобы огонь симистора можно регулировать. Сопротивление можно отрегулировать, чтобы разрешить симистор срабатывает, когда сигнал переменного тока достигает своего пикового значения.Это будет вызвать падение половины переменного напряжения на симисторе, а половину — до быть сброшенным через груз.

Если сопротивление затвора уменьшается, величина тока затвора, необходимая для запуск симистора будет получен до того, как форма волны переменного тока достигнет своего пика ценить. Это означает, что на симистор будет падать меньшее напряжение и на нагрузку будет падать большее напряжение. Эта схема позволяет симистор для управления только половиной подаваемого на него сигнала переменного тока.Если лампа используется в качестве нагрузки, может регулироваться от половинной яркости до полной яркость. Если предпринята попытка отрегулировать лампу для работы на меньших чем на половину яркости, он выключится.


РИС. 5 Симистор, используемый для приложений с низким энергопотреблением.


РИС. 6 Симистор в корпусе с креплением на шпильке.

Фазовый сдвиг симистора

Для получения полного контроля напряжения симистор, как и тиристор, должен быть фазным. сдвинулся.Для фазового сдвига симистора можно использовать несколько методов, но только один будут рассмотрены в этом разделе. На фиг. 8, диак используется для фазового сдвига симистор. Резисторы R1 и R2 включены последовательно с конденсатором C1. Резистор R1 — это переменный резистор, используемый для управления временем заряда конденсатора. C1. Резистор R2 используется для ограничения тока, если резистор R1 настроен на 0 Ом. Предположим, что диак, включенный последовательно с затвором симистора включится, когда конденсатор C1 будет заряжен до 15 вольт.Когда диак включается, конденсатор С1 разряжается через затвор симистора. Этот позволяет симистору сработать или включиться. Поскольку диак является двунаправленным устройство, он разрешит положительный или отрицательный импульс для срабатывания затвора. симистора.

При срабатывании симистора наблюдается падение напряжения на MT2 примерно на 1 вольт. и МТ1. Симистор остается включенным, пока напряжение переменного тока не упадет до достаточно низкого уровня. значение, чтобы позволить симистору отключиться. Поскольку схема фазового сдвига подключен параллельно симистору, после включения симистора конденсатор C1 не может начать зарядку снова, пока симистор не отключится в конце Цикл переменного тока.

Обратите внимание, что импульс, подаваемый на затвор, контролируется зарядкой конденсатора С1, а не амплитуду напряжения. Если правильные значения выбрано, симистор может быть запущен в любой точке цикла переменного тока, применяемого к Это.

Симистор теперь может управлять напряжением переменного тока от 0 до полного напряжения схема. Типичным примером схемы симистора такого типа является световая диммер используется во многих домах.


РИС. 7 Симистор контролирует половину приложенного переменного напряжения.

Тестирование симистора

Симистор можно проверить с помощью омметра (см. Процедуру 5 в Приложении). Для проверки симистора подключите выводы омметра к MT2 и MT1. Омметр должен указывать на отсутствие преемственности. Если вывод затвора касается MT2, симистор должен включиться, а омметр должен показывать непрерывность через симистор. Когда вывод затвора отсоединен от MT2, симистор может продолжить работу. провести или он может выключиться, в зависимости от того, подает ли омметр тока, достаточного для поддержания устройства выше его текущего уровня.Этот тестирует половину симистора.


РИС. 8 Схема сдвига фаз для симистора. Когда диак включается, ворота ток подается на симистор за счет разряда конденсатора С1.

Чтобы проверить другую половину симистора, поменяйте местами подключение омметра. ведет. Омметр должен показывать отсутствие обрыва. Если ворота коснутся опять на МТ2, омметр должен показывать обрыв цепи через устройство. Вторая половина симистора протестирована.

ВИКТОРИНА

1. Нарисуйте схематический символ симистора.

2. Когда симистор подключен к цепи переменного тока, на выходе будет переменный или постоянный ток?

3. Симистор является членом какого семейства устройств?

4. Кратко объясните, почему симистор должен быть сдвинут по фазе.

5. Какой электронный компонент часто используется для фазового сдвига симистора?

6. Когда симистор проверяется омметром, какой другой вывод должен ли быть подключен затвор, если омметр должен указывать на непрерывность?

Переключение нагрузки переменного тока с использованием симистора

TRIAC (триод для переменного тока) — идеальный переключатель силовой электроники для использования в приложениях переключения , поскольку он может управлять потоком тока как в положительном, так и в отрицательном полупериоде переменного тока. форма волны .Он также имеет преимущество в более низкой стоимости по сравнению с тиристорной схемой с задними контактами. Для управления током до 4 А, напряжением до 600 В и низким пусковым током я рекомендовал симистор, кроме того, тиристоры с задними контактами могут работать нормально.

Управление высоковольтными устройствами с помощью оптически изолированного устройства силовой электроники дает преимущества управления напряжением. Эта простая схема TRAIC BT136 и оптопара MOC3021 могут управлять высоковольтными устройствами с микроконтроллера. Например, Arduino для управления лампочкой 230/220 В или любым устройством, работающим от высокого напряжения.Эта схема также может работать для приложений регулирования яркости и скорости с использованием сигнала ШИМ от Arduino.

Поскольку TRIAC имеет двунаправленный клапан, эта схема используется для приложений переменного и постоянного тока.

Работа TRIAC CIRCUIT

Во время включения:
Когда 5 В / 3,3 В подается от микроконтроллера на оптопару, устройства MOC3021 содержат инфракрасные излучающие диоды на основе арсенида галлия на выводах 1 и 2. Этот диод излучает инфракрасное излучение. свет и запускать оптически связанный светом активированный кремниевый двусторонний переключатель на контактах 6 и 4, который позволяет току течь между ними.Этот источник питания обеспечивает ток GATE для затвора TRIAC (вывод 3 TRIAC), а TRIAC проводит основной ток между выводами MT1 и MT2.

В состоянии ВЫКЛЮЧЕНО:
Когда 0 В подается между контактами 1 и 2 оптопары, контакты 6 и 4 действуют как разомкнутые, переключаемые и не допускают протекания тока между ними, поскольку нет тока GATE на TRIAC, он перестает проводить.

Работа TRIAC CIRCUIT

Во время включения:
Когда 5 В / 3,3 В подается от микроконтроллера на оптопару, устройства MOC3021 содержат инфракрасные излучающие диоды на основе арсенида галлия на контактах 1 и 2.Этот диод излучает инфракрасный свет и запускает кремниевый двусторонний переключатель, активируемый оптически связанным светом, на контактах 6 и 4, который позволяет току течь между ними. Этот источник питания обеспечивает ток GATE для затвора TRIAC (вывод 3 TRIAC), а TRIAC проводит основной ток между выводами MT1 и MT2.

В состоянии ВЫКЛЮЧЕНО:
Когда 0 В подается между контактами 1 и 2 оптопары, контакты 6 и 4 действуют как разомкнутые, переключаемые и не допускают протекания тока между ними, поскольку нет тока GATE на TRIAC, он перестает проводить.

Недостатки TRIAC

В нормальном режиме отказа электромеханическое реле действует как разомкнутый переключатель, в то время как все SSR (переключатели силовой электроники) действуют как короткое замыкание. Что может привести к непрерывному питанию нагрузки в случае отказа.

Почему симисторы в цепи создают мерцание или шум в нагрузке и как их минимизировать?

Шум генерируется во всех полупроводниковых устройствах, включая симисторы. Симисторы используются в таких приложениях переключения мощности, как цепи управления инвертором или двигателем.Симисторы и тиристоры (кремниевые выпрямители или тиристоры) используются в приложениях переключения мощности, поскольку они могут выдерживать высокие напряжения и токи.

Типичная схема применения симистора показана на рис. 1. В основном симистор имеет два тиристора: один проводит в течение положительного полупериода входного напряжения, а другой — во время отрицательного полупериода. Когда терминал затвора срабатывает, ток может течь либо от МТ1 к МТ2, либо от МТ2 к МТ1.

Рисунок 1: Типовая прикладная схема переключения симистора

Напряжение запуска (VGT), приложенное к клемме затвора, может быть положительным или отрицательным по отношению к MT2.Но они не срабатывают симметрично, вызывая различия в положительных и отрицательных полупериодах выхода. Это приводит к высокоуровневым гармоникам, вызывающим шум, и вызывает электромагнитные помехи (EMI) в цепи.

Цепи переключения симистора

более подвержены шуму, потому что при включении нагрузки ток внезапно возрастает от нуля до максимального значения, создавая всплеск электрических импульсов, вызывающих радиочастотные помехи (RFI). Чем больше ток нагрузки, тем хуже будут помехи.

В электрически зашумленной среде может произойти ложное срабатывание затвора, если шумовое напряжение на затворе превышает VGT и протекает достаточно тока затвора, чтобы инициировать регенеративное действие в симисторе.

Гармоники

достаточно сильны, чтобы вызывать сбои и ошибки в чувствительных электронных устройствах, таких как компьютеры. Небольшой шум, создаваемый в линиях электропередач ПК, может создавать проблемы самым непредсказуемым образом.

Некоторые способы минимизировать шум в цепи симистора:

  1. Делайте соединения ворот как можно короче.Если они жестко смонтированы, вы можете использовать витую пару или даже экранированные кабели, чтобы свести к минимуму наводки.
  2. Добавьте подходящий резистор между затвором и MT1, чтобы снизить чувствительность затвора.
  3. Установите корпус симистора с выводами на печатную плату или шкаф, чтобы устранить любой шум, вызывающий вибрацию.
  4. Поместите диак на затвор симистора для более чистого переключения.
  5. Используйте демпферную цепь RC между MT1 и MT2, чтобы предотвратить преждевременное срабатывание, вызванное скачками напряжения в сети переменного тока или индуктивными нагрузками, такими как двигатели.6. Используйте вентильный фильтр, чтобы уменьшить шум, исходящий от сети переменного тока.

Замечания по проектированию источника питания

: имитация TRIAC

В этом уроке мы увидим симуляцию с использованием TRIAC. Основное используемое электронное программное обеспечение — LTspice. Это высокопроизводительное программное обеспечение SPICE для моделирования, захвата схем и просмотра сигналов с усовершенствованиями и моделями для упрощения моделирования аналоговых схем. Его можно бесплатно загрузить с Analog Devices.


Рекомендуется
Примечания по конструкции источника питания Это предыдущая статья. Наслаждаться!


TRIAC

TRIAC — электронные компоненты, используемые в качестве переключателей в цепях переменного тока с низкой частотой ( Рисунок 1 ). TRIAC — это трехконтактные устройства: затвор (G), анод 1 (A1) и анод 2 (A2). Они используются как двунаправленные переключатели переменного тока и напряжения.Его работа чрезвычайно интересна: прохождение тока между клеммами A1 и A2 или между A2 и A1 происходит только в том случае, если на затвор подается токовый сигнал. TRIAC остается в проводящем состоянии, даже если ток на затворе прерывается.

Рисунок 1: Электрический символ TRIAC

ТРИАК, выбранный для нашего моделирования

Модель TRIAC в этой симуляции — 2N5568 от Motorola (, рис. 2, ). Он разработан в первую очередь для промышленных и военных приложений для двухполупериодного управления нагрузками переменного тока в таких приложениях, как регуляторы освещенности, источники питания, управление нагревом, управление двигателями и системы переключения питания.Его характеристики и максимальные значения, указанные в официальном листе данных, следующие:

  • Напряжение (VDRM): 400 В
  • Напряжение затвора (VGM): 20 В
  • Среднеквадратичный ток в открытом состоянии (ITRMS): 10 А
  • Непериодический импульсный ток (ITSM): 100 А
  • Пиковая мощность затвора (PGM): 16 Вт
  • Диапазон рабочих температур перехода (TJ): от –65˚C до 100˚C
  • Термостойкость перехода к корпусу (RθJC): 1

Модель SPICE можно загрузить из Интернета.Следующая подсхема может быть непосредственно вставлена ​​в электрическую схему LTspice или включена из внешнего документа с помощью директивы «.INCLUDE»:

.SUBCKT 2N5568 1 2 3
* СОЕДИНЕНИЯ: MT2 G MT1
QN1 5 4 3 NOUT
QN2 11 6 7 NOUT
QP1 6 11 3 POUT
QP2 4 5 7 POUT
DF 4 5 DZ OFF
DR 6 11 DZ OFF
RF 6 4 40MEG
RT2 7 1 52,8M
RH 6 7 75
RGP 8 3 54,5
RG 8 2 26,4
RS 4 8 52,6
DN 9 2 DIN
RN 9 3 27.8
GNN 6 7 9 3 38,8M
GNP 4 5 9 3 51,2M
DP 2 10 DIP
RP 3 10 16,2
GP 7 6 10 3 26,1M
.Model Din D (IS = 53,5F)
.Model Dip D (IS = 53,5FN = 1,19)
. Модель Dz D (IS = 53,5FN = 1,5 IBV = 10u BV = 400)
. Модель Pout PNP (IS = 53,5F BF = 5 CJE = 235P TF = 25,5u)
.Модель Nout NPN (IS = 53,5F BF = 20 CJE = 235P CJC = 46,9P TF = 1,7u)
.ENDS

Рисунок 2: TRIAC 2N5568 от Motorola

Принципиальная электрическая схема первого примера

На рисунке 3 показан первый пример применения.Нагрузка R1 представлена ​​сопротивлением 22 Ом, запитанным в CC с напряжением 230 В. Затвор приводится в действие пульсирующим напряжением 20 В.

Рисунок 3: Первый пример в CC

Как только схема получает питание, TRIAC блокируется и не пропускает ток через нагрузку. При первом положительном импульсе 20 В на затворе TRIAC начинает проводить (как замкнутый переключатель), пропуская ток около 10 А через нагрузку R1. Резистор R2 ограничивает ток на затворе полупроводника.Давайте посмотрим на графики, полученные при первом моделировании постоянного тока в Рис. 4 . Зеленый график (внизу) описывает пульсирующий сигнал на затворе TRIAC с квадратом напряжения 20 В (размах). Красный график (вверху) описывает ток, проходящий через нагрузку, резистор R1 сопротивлением 22 Ом. Даже если напряжение на затворе становится равным нулю, TRIAC уже является проводящим, и ток проходит все время (более 10 А), пока цепь полностью не отключится. Это как если бы у компонента есть память, и он помнит, как был активирован в первый раз импульсом на затворе.Единственный способ остановить ток — отключить цепь от основного источника питания.

Рисунок 4: Графики первого моделирования

Это некоторые электрические измерения в цепи во время состояния проводимости TRIAC:

  • Напряжение на генераторе постоянного тока V4: 230 В
  • Напряжение на генераторе импульсов V3: от 0 В до 20 В, частот. 0,5 Гц
  • Ток на нагрузке R1: 10,39 A
  • Ток через затвор TRIAC: 82,8 мА
  • Мощность, рассеиваемая нагрузкой R1: 2375 Вт
  • Мощность, рассеиваемая TRIAC в состоянии проводимости: только 14.9 Вт
  • Напряжение между A1 и A2 TRIAC: 1,4 В

В этой конфигурации КПД схемы составляет 99,375% — очень хороший результат. Температура перехода компонента без радиатора составляет около 42 ° C.

Электрическая схема второго примера

На рисунке 5 показан второй пример применения. Нагрузка R1 представлена ​​сопротивлением 22 Ом, запитанным переменным током с напряжением 325 В переменного тока (эквивалент 230 ВСКЗ).Затвор приводится в действие пульсирующим напряжением 20 В с частотой 5 Гц. Также в этом случае, как только схема получает питание, TRIAC блокируется и не пропускает ток через нагрузку. При первом положительном импульсе 20 В на затворе симистор начинает проводить (как замкнутый переключатель), пропуская через нагрузку R1 переменный ток величиной около 6,5 ARMS (схема находится в синусоидальном режиме).

Рисунок 5: Второй пример в AC

График, полученный при втором моделировании переменного тока (, рис. 6, ), отличается.В нем зеленый график (внизу) снова описывает пульсирующий сигнал на затворе симистора с квадратичным напряжением 20 В (размах). Красный график (вверху) описывает переменный ток (AC), проходящий через нагрузку R1.

Рисунок 6: Графики второго моделирования

На этот раз, если напряжение на затворе становится равным нулю, TRIAC прекращает проводить ток, когда напряжение на нем проходит через нулевое значение (, рис. 7, ). Другими словами, если TRIAC используется в переменном токе, выключение происходит, когда ток проходит от нуля.

Рисунок 7: В переменном токе TRIAC отключается при соответствии перехода от нуля тока.

Это некоторые электрические измерения в цепи во время состояния проводимости TRIAC:

  • Напряжение на генераторе переменного тока V1: 230 VRMS (325 Vpp)
  • Напряжение на генераторе импульсов V3: от 0 В до 20 В, частот. 5 Гц
  • Ток на нагрузке R1: 6.5 ARMS, только когда TRIAC является проводящим
  • Ток через затвор TRIAC: 82.8 мА
  • Мощность, рассеиваемая нагрузкой R1: около 2100 Вт в среднем.
  • Рассеиваемая мощность TRIAC в состоянии проводимости: всего 14 Вт в среднем.
  • Напряжение между A1 и A2 TRIAC: 1,6 В

В этой конфигурации КПД схемы составляет 99,4% — еще один очень хороший результат.

Для получения дополнительной информации:

Силовая электроника играет все более важную роль на различных рынках, таких как автомобильный, промышленный и потребительский. Это также технология, позволяющая реализовать широкий спектр новых и улучшенных функций, которые повышают производительность, безопасность и функциональность автомобилей и интеллектуальных сетей.Сложные электрические и тепловые требования сильно влияют на конструкцию силовых электронных систем. Новости силовой электроники будут посвящены основным темам, таким как преобразователь мощности, управление движением, полупроводники и управление температурой. Электронная книга Power Electronics News — это интерактивный подход к информированию о последних технологиях, тенденциях и инновационных продуктах на определенных рынках.

Принципиальная схема управления TRIAC

| Цепь переключения нулевой точки TRIAC

Схема цепи управления TRIAC:

Схема цепи управления TRIAC, которая позволяет регулировать фазу примерно на 180 °, показана на рис.19-27 (а). Осциллограммы на рис. 19-27 (b) иллюстрируют работу схемы. Когда TRIAC (Q 1 ) выключен в начале положительного полупериода напряжения питания, конденсатор C 1 заряжается положительно через резисторы R 1 и R 2 , как показано. Когда V C1 достигает напряжения переключения DIAC плюс напряжение срабатывания затвора Q 1 , D 1 проводит ток затвора, вызывая включение Q 1 . C 1 разряжается до тех пор, пока разрядный ток не упадет ниже уровня удерживающего тока D 1 .Схема управления TRIAC отключается в конце положительного полупериода питания, а затем процесс повторяется в течение отрицательного полупериода питания. Скорость заряда C 1 устанавливается переменным резистором R 1 , так что угол проводимости Q 1 регулируется регулировкой R 1 .

Цепь переключения нулевой точки TRIAC:

Схема переключения нулевой точки TRIAC, показанная на рис. 19-28 (a), выдает форму сигнала нагрузки, аналогичную форме сигнала для цепи нулевой точки SCR.Рассеивание мощности нагрузки регулируется путем включения симистора на несколько циклов напряжения питания и выключения на несколько циклов, при этом включение происходит только в точке перехода сигнала питания через отрицательный-положительный ноль, а отключение выполняется. поместите в положительную или отрицательную нулевую точку. Q 1 — это слаботочный тиристор, который управляет точкой переключения Q 2 .

С переключателем S 1 замкнут, Q 1 включен, а прямое падение напряжения Q 1 ниже уровня, необходимого для срабатывания Q 2 , (V G2 + V D1 + V D2 ), [см. Рис.19-28 (b)]. Таким образом, ток затвора не течет к Q 2 , и проводимость не возникает. Q 1 отключается, когда открывается S 1 , так что I G течет в Q 2 ворота через C 1 , R 2 , D 1 и D 2 для запуска Q 2 в проводимость, [Рис. 19–28 (с)]. При проводящем Q 2 конденсатор C 2 заряжается через D 3 почти до положительного пика напряжения нагрузки [Рис. 19–28 (d)].TRIAC отключается в конце положительного полупериода. Затем заряд на C 2 (приложенный к затвору через D 2 ) снова запускает Q 2 сразу после точки пересечения нуля в отрицательный полупериод. (Следует отметить, что это срабатывание четвертого квадранта.)

Первоначальное включение Q 2 происходит только в начале положительного полупериода напряжения питания. Если S 1 открывается во время положительного полупериода питания, Q 1 продолжает работать до конца полупериода, таким образом удерживая Q 2 выключенным.Когда Q 2 выключен, C 2 остается незаряженным, поэтому он не может активировать Q 2 во время отрицательного полупериода питания. Q 2 запуск теперь происходит в начале следующего положительного цикла.

Если S 1 размыкается во время отрицательного полупериода питания, Q 2 не может быть запущен в проводимость, опять же из-за отсутствия заряда на C 2 . Видно, что проводимость Q 2 может начаться только в начале положительного полупериода питающего напряжения.Кроме того, после срабатывания Q 2 проводимость продолжается до конца цикла.

Для разработки схемы, показанной на рис. 19-28, сначала выбирается схема управления TRIAC, которая пропускает требуемый ток нагрузки и выдерживает пиковое напряжение питания. Резистор R 2 представляет собой компонент с низким сопротивлением, рассчитанный для ограничения пикового импульсного тока на затворе Q 2 в случае, если пиковое напряжение питания подается на схему без включения Q 1 . Конденсатор C 1 должен подавать ток срабатывания (I G ) на Q 2 в точке пересечения нуля сигнала питания, когда Q 1 выключен.Обычно I G2 выбирается примерно в три раза больше указанного I G (max) для Q 2 , а затем C 1 вычисляется из простого уравнения для заряда конденсатора; С = (I x t) / ΔV. В этом случае ΔV / t можно заменить скоростью изменения напряжения питания в точке пересечения нуля, которая равна (2π f V p ). Итак, уравнение C 1 :

Резистор R 1 теперь можно определить, используя выбранный ток затвора для Q 2 (I G2 ) в качестве пикового анодного тока для Q 1 ; R 1 = V p / I G2 .Резистор затвора Q 1 (R 3 ) рассчитывается на основе пускового тока Q 1 и напряжения де истока; R 1 = (E — V G1 ) / I G1 .

Ток затвора Q 2 снова используется в вычислении R 4 и C 2 . Чтобы вызвать Q 2 в начале отрицательного полупериода подачи, I G2 должен течь из C 2 в вентиль Q 2 , поэтому R 4 = V p / I G2 .Подходящая емкость для C 2 теперь рассчитывается снова с использованием простого уравнения емкости C 2 = (I G2 x t) / ΔV. В этом случае время t выбрано намного большим, чем время включения Q 2 , а ΔV составляет приблизительно 0,1 В P .

SCR Q 1 должен пропускать выбранный анодный ток (I G2 ) и выдерживать пиковое напряжение питания. Каждый из диодов должен выдерживать пиковое напряжение питания и пропускать пусковой ток Q 2 ,

Переключатель нулевого напряжения IC:

Функциональная блок-схема типичного драйвера TRIAC на интегральной схеме, известного как переключатель нулевого напряжения , показана на рис.19-29. Устройство содержит ограничитель напряжения и источник питания постоянного тока , так что оно работает напрямую от источника переменного тока к нагрузке, подлежащей управлению. Также имеется детектор пересечения нуля, который выдает выходной импульс каждый раз, когда форма волны питания пересекает нулевой уровень. Выходной сигнал детектора перехода через ноль подается на логический элемент И, а выход логического элемента И поступает на каскад возбуждения симистора, который вырабатывает импульс тока на вентиль симистора. Усилитель с включенным выключением используется для измерения уровня напряжения от подключенного извне преобразователя; например, датчик температуры может использоваться, если нагрузка представляет собой нагреватель.Когда температура падает до заданного уровня, двухпозиционный чувствительный усилитель обеспечивает вход для логического элемента AND. Импульс запуска затвора от управляющего каскада TRIAC возникает в точках перехода через нуль питания только тогда, когда температура ниже желаемого уровня.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.