Методи и схеми за управление на тиристор или триак

Тиристорите се използват широко в полупроводникови устройства и конвертори. Различни източници на енергия, честотни преобразуватели, регулатори, възбуждащи устройства за синхронни двигатели и много други устройства са изградени върху тиристори, а наскоро те са заменени от транзисторни преобразуватели. Основната задача на тиристора е да включи натоварването в момента на подаване на контролния сигнал. В тази статия ще разгледаме как да контролираме тиристори и триаци.

дефиниция

Тиристорът (тринисторът) е полупроводников полуконтролиран ключ. Полуконтролиран - това означава, че можете да включите тиристора, той се изключва само когато токът във веригата е прекъснат или ако към него е приложено обратно напрежение.

Той, подобно на диод, провежда ток само в една посока. Тоест за включване в променливотоковата верига за управление на две полувълни са необходими два тиристора, за всяка от тях, въпреки че не винаги. Тиристорът се състои от 4 области на полупроводника (p-n-p-n).

Нарича се друго подобно устройство триак - двупосочен тиристор. Основната му разлика е, че може да провежда ток и в двете посоки. Всъщност той представлява два тиристора, свързани паралелно един към друг.

Основни характеристики

Както всеки друг електронен компонент, тиристорите имат редица характеристики:

• Спад на напрежение при максимален аноден ток (VT или UОС).

• Напречно затворено напрежение (VD (RM) или Ucc).

• Обратно напрежение (VR (PM) или Urev).

• Преден ток (IT или Ipr) е максималният ток в отворено състояние.

• Максимално допустим преден ток (ITSM) е максималният максимален отворен ток.

• Обратен ток (IR) - ток при определено обратно напрежение.

• Директен ток в затворено състояние при определено напрежение напред (ID или ISc).

• Постоянно управляващо напрежение на спусъка (VGT или UU).

• Контролен ток (IGT).

• Електрод за максимален ток за управление IGM.

• Максимално допустимо разсейване на мощността на управляващия електрод (PG или Pу)

Принцип на работа

Когато напрежението се прилага към тиристора, той не провежда ток. Има два начина да го включите - приложете напрежение между анода и катода достатъчно, за да се отвори, тогава работата му няма да се различава от динистора.

Друг начин е да приложите краткотраен импулс към контролния електрод. Токът на отваряне на тиристора е в диапазона 70-160 mA, въпреки че на практика тази стойност, както и напрежението, което трябва да се приложи към тиристора, зависи от конкретния модел и пример на полупроводниковото устройство и дори от условията, при които той работи, като например околната температура на околната среда.

В допълнение към управляващия ток има такъв параметър като задържащ ток - това е минималният аноден ток за поддържане на тиристора в отворено състояние.

След отваряне на тиристора, управляващият сигнал може да бъде изключен, тиристорът ще бъде отворен, докато през него не потече постоянен ток и се приложи напрежение. Тоест в променлива верига тиристорът ще бъде отворен по време на онази полувълна, чието напрежение отклонява тиристора в посока напред. Когато напрежението се втурне към нула, токът ще намалее. Когато токът във веригата падне под тока на задържане на тиристора, той ще се затвори (изключи).

Полярността на управляващото напрежение трябва да съвпада с полярността на напрежението между анода и катода, както можете да видите в осцилограмите по-горе.

Управлението на триака е подобно, въпреки че има някои функции. За да управлявате триак в променлива верига, са необходими два импулса за управляващо напрежение - съответно за всяка полувълна на синусоида.

След прилагане на контролен импулс в първата полувълна (условно положителен) на синусоидално напрежение, токът през триака ще тече до началото на втората полувълна, след което ще се затвори, като конвенционален тиристор. След това трябва да приложите друг контролен импулс, за да отворите триака върху отрицателната полувълна. Това е ясно илюстрирано в следващите вълнови форми.

Полярността на управляващото напрежение трябва да съответства на полярността на приложеното напрежение между анода и катода. Поради това възникват проблеми при контролирането на триаци с помощта на цифрови логически схеми или от изходите на микроконтролер. Но това лесно се решава чрез инсталиране на драйвер за триак, за който ще говорим по-късно.

Общи тиристорни или триакови контролни вериги

Най-често срещаната схема е триаков или тиристорен регулатор.

Тук тиристорът се отваря, след като върху кондензатора има достатъчно количество, за да го отворите. Моментът на отваряне се настройва с помощта на потенциометър или променлив резистор. Колкото по-голямо е съпротивлението му, толкова по-бавно се зарежда кондензаторът. Резистор R2 ограничава тока през контролния електрод.

Тази схема регулира и двата полупериода, тоест получавате пълен контрол на мощността от почти 0% до почти 100%. Това беше постигнато чрез настройка на регулатора в диодния мостТака една от полувълните се регулира.

По-долу е показана опростена схема, само половината от периода е регулирана тук, втората половин вълна преминава без промяна през диода VD1. Принципът на работа е подобен.

Triac контролер без диоден мост ви позволява да управлявате две полувълни.

Според принципа на работа той е почти подобен на предходните, но и двете полувълни вече се регулират с помощта на триака. Разликите са, че тук управляващият импулс се подава с помощта на двупосочен DB3 динистор, след като кондензаторът се зареди до желаното напрежение, обикновено 28-36 волта. Скоростта на зареждане също се регулира от променлив резистор или потенциометър. Тази схема се прилага в повечето домашни димери.

Чудя се:

Такива вериги за управление на напрежението се наричат ​​SIFU - система за управление на импулсни фази.

Фигурата по-горе показва възможността за управление на триак с помощта на микроконтролер, използвайки пример популярна платформа Arduino, Triac драйверът се състои от оптосимистор и светодиод. Тъй като в изходната верига на драйвера е инсталиран оптосимистор, към управляващия електрод винаги се прилага напрежение с необходимата полярност, но тук има някои нюанси.

Факт е, че за регулиране на напрежението с помощта на триак или тиристор е необходимо да се приложи контролен сигнал в определен момент, така че фазовото прекъсване да се получи до желаната стойност. Ако случайно заснемате контролни импулси, веригата със сигурност ще работи, но настройките няма да работят, така че трябва да определите кога полувълната преминава през нула.

Тъй като за нас полярността на полувълната в момента няма значение, достатъчно е просто да проследим момента на преход през нула. Такъв възел във веригата се нарича нулев детектор или нулев детектор, а в английски източници се нарича „нулева кръстосана детекторна кръстоска“ или ZCD. Вариант на такава верига с нулев детектор за пресичане на транзисторен оптрон е, както следва:

Има много оптични драйвери за управление на триаци, типичните са линия MOC304x, MOC305x, MOC306X, произведена от Motorola и други. Освен това тези драйвери осигуряват галванична изолация, която ще защити вашия микроконтролер в случай на повреда на полупроводниковия ключ, което е напълно възможно и вероятно. Освен това ще повиши безопасността при работа с управляващи вериги, като напълно раздели веригата на „мощност” и „експлоатация”.

заключение

Разказахме основна информация за тиристори и триаци, както и тяхното управление в схеми с "промяна".Заслужава да се отбележи, че не се спряхме на темата за заключващите се тиристори, ако се интересувате от този въпрос - напишете коментари и ние ще ги разгледаме по-подробно. Също така нюансите на използване и управление на тиристорите в силовите индуктивни вериги не бяха взети предвид. За да управлявате „константата“ е по-добре да използвате транзистори, защото в този случай решавате кога ключът ще се отвори и кога ще се затвори, подчинявайки се на контролния сигнал ...