Metody a obvody pro řízení tyristorů nebo triaků

Tyristory se široce používají v polovodičových zařízeních a převodnících. Na tyristorech byly postaveny různé zdroje energie, frekvenční měniče, regulátory, budicí zařízení pro synchronní motory a mnoho dalších zařízení a v poslední době jsou nahrazovány tranzistorovými měniči. Hlavním úkolem tyristoru je zapnout zátěž v okamžiku, kdy je použit řídicí signál. V tomto článku se podíváme na to, jak ovládat tyristory a triaky.

Definice

Thyristor (trinistor) je polovodičový polořízený klíč. Polořízené - znamená, že můžete zapnout pouze tyristor, vypne se pouze při přerušení proudu v obvodu nebo při přivedení zpětného napětí.

Stejně jako dioda vede proud pouze jedním směrem. To znamená, že pro zahrnutí do střídavého obvodu pro řízení dvou vln je zapotřebí dvou tyristorů pro každou z nich, i když ne vždy. Tyristor sestává ze 4 oblastí polovodiče (p-n-p-n).

Nazývá se jiné podobné zařízení triak - obousměrný tyristor. Jeho hlavní rozdíl je v tom, že dokáže vést proud v obou směrech. Ve skutečnosti představuje dva tyristory, které jsou vzájemně propojeny paralelně.

Klíčové vlastnosti

Jako každá jiná elektronická součást, tyristory mají řadu vlastností:

• Pokles napětí při maximálním anodovém proudu (VT nebo UОС).

• Přední uzavřené napětí (VD (RM) nebo Ucc).

• Reverzní napětí (VR (PM) nebo Urev).

• Dopředný proud (IT nebo Ipr) je maximální proud v otevřeném stavu.

• Maximální přípustný dopředný proud (ITSM) je maximální otevřený špičkový proud.

• Reverzní proud (IR) - proud při určitém zpětném napětí.

• Stejnosměrný proud v uzavřeném stavu při určitém dopředném napětí (ID nebo ISc).

• Řídicí napětí s konstantním spouštěním (VGT nebo UU).

• Řídicí proud (IGT).

• Maximální proudová řídicí elektroda IGM.

• Maximální přípustný rozptyl výkonu na regulační elektrodě (PG nebo Pу)

Pracovní princip

Když je na tyristor přivedeno napětí, nevede proud. Existují dva způsoby, jak jej zapnout - přivést napětí mezi anodou a katodou natolik, aby se mohlo otevřít, pak se jeho činnost nebude lišit od dinistoru.

Jiným způsobem je aplikovat krátkodobý impuls na řídicí elektrodu. Spínací proud tyristoru je v rozsahu 70 až 160 mA, i když v praxi tato hodnota, stejně jako napětí, které je třeba na tyristor aplikovat, závisí na konkrétním modelu a instanci polovodičového zařízení a dokonce i na podmínkách, za nichž pracuje, jako je například okolní teplota Středa.

Kromě řídicího proudu je zde také parametr jako přídržný proud - je to minimální proud anody, který udržuje tyristor v otevřeném stavu.

Po otevření tyristoru lze řídicí signál vypnout, tyristor bude otevřený, dokud jím protéká stejnosměrný proud a je přivedeno napětí. To znamená, že v proměnném obvodu bude tyristor otevřen během této půlvlny, jejíž napětí předepíná tyristor dopředu. Když napětí klesne na nulu, proud se sníží. Když proud v obvodu klesne pod přídržný proud tyristoru, uzavře se (vypne se).

Polarita řídicího napětí se musí shodovat s polaritou napětí mezi anodou a katodou, jak můžete vidět na oscilogramech výše.

Ovládání triaku je podobné, i když má některé rysy. K řízení triaku v střídavém obvodu jsou zapotřebí dva pulzy řídicího napětí - pro každou polovinu vlny sinusové vlny.

Po aplikaci kontrolního pulzu v první polovině vlny (podmíněně pozitivní) sinusového napětí proud protéká triakem do začátku druhé poloviny vlny, po které se uzavře, jako konvenční tyristor. Poté musíte použít další kontrolní impuls k otevření triaku na záporné půlvlně. To je jasně ilustrováno v následujících tvarech vln.

Polarita řídicího napětí musí odpovídat polaritě aplikovaného napětí mezi anodou a katodou. Z tohoto důvodu vznikají problémy při řízení triaků pomocí digitálních logických obvodů nebo z výstupů mikrokontroléru. To se však dá snadno vyřešit instalací triakového ovladače, o kterém se budeme bavit později.

Běžné tyristorové nebo triakové řídicí obvody

Nejobvyklejším obvodem je triak nebo tyristorový regulátor.

Zde se tyristor otevírá poté, co je na kondenzátoru dostatečné množství k jeho otevření. Otevírací moment se nastavuje pomocí potenciometru nebo variabilního odporu. Čím větší je jeho odpor, tím pomaleji se nabíjí kondenzátor. Rezistor R2 omezuje proud přes řídicí elektrodu.

Toto schéma reguluje obě poloviny období, to znamená, že máte plnou kontrolu výkonu od téměř 0% do téměř 100%. Toho bylo dosaženo nastavením regulátoru v diodovém můstkuJedna z půlvln je tedy regulována.

Zjednodušený obvod je zobrazen níže, zde je regulována pouze polovina periody, druhá polovina vlny prochází beze změny diodou VD1. Princip fungování je podobný.

Triakový ovladač bez diodového můstku vám umožní ovládat dvě půlvlny.

Podle principu činnosti je téměř podobný předchozím, ale obě půlvlny jsou již regulovány pomocí triaku. Rozdíly spočívají v tom, že řídicí puls je zde napájen pomocí obousměrného dinistoru DB3, poté co je kondenzátor nabitý na požadované napětí, obvykle 28-36 voltů. Rychlost nabíjení je také regulována proměnným odporem nebo potenciometrem. Toto schéma je implementováno ve většině případů stmívače pro domácnost.

Zajímavé:

Takové obvody řízení napětí se nazývají SIFU - systém řízení pulzní fáze.

Výše uvedený obrázek ukazuje možnost ovládání triaku pomocí mikrokontroléru pomocí příkladu populární platforma Arduino. Triakový ovladač se skládá z optosimistoru a LED. Protože je ve výstupním obvodu ovladače nainstalován optosymistor, je na řídicí elektrodu vždy přivedeno napětí požadované polarity, ale zde jsou některé nuance.

Skutečnost je taková, že k úpravě napětí pomocí triaku nebo tyristoru je nutné použít řídicí signál v určitém časovém bodě, aby došlo k fázovému výpadku na požadovanou hodnotu. Pokud náhodně střílíte kontrolní impulsy, obvod jistě bude fungovat, ale úpravy nebudou fungovat, takže musíte určit, kdy půlvln prochází nulou.

Protože pro nás na polaritě půlvlny v tuto chvíli nezáleží, stačí sledovat okamžik přechodu nulou. Takový uzel v obvodu se nazývá detektor nuly nebo detektor nuly a v anglických zdrojích se nazývá „detektor obvodu nulového přechodu“ nebo ZCD. Varianta takového obvodu s detektorem průchodu nulou na optočlenu s tranzistorem je následující:

Existuje mnoho optických ovladačů pro ovládání triaků, typické jsou řady MOC304x, MOC305x, MOC306X vyráběné společností Motorola a další. Tyto ovladače navíc poskytují galvanickou izolaci, která ochrání váš mikrokontrolér v případě poruchy polovodičového klíče, což je docela možné a pravděpodobné. Zvýší také bezpečnost práce s řídicími obvody úplným rozdělením obvodu na „výkon“ a „provozní“.

Závěr

Řekli jsme základní informace o tyristorech a triacích, jakož i jejich řízení v obvodech se „změnou“.Za zmínku stojí, že jsme se nezabývali tématem uzamykatelných tyristorů, pokud vás tento problém zajímá - napište komentáře a my se o nich budeme podrobněji zabývat. Rovněž nebyly zohledněny nuance použití a řízení tyristorů v silových indukčních obvodech. Pro ovládání „konstanty“ je lepší použít tranzistory, protože v tomto případě se rozhodujete, kdy se klíč otevře, a kdy se zavře, poslouchá řídicí signál ...