Metody i układy sterowania tyrystorem lub triakiem

Tyrystory są szeroko stosowane w urządzeniach półprzewodnikowych i przetwornikach. Różne źródła zasilania, przetwornice częstotliwości, regulatory, urządzenia wzbudzające do silników synchronicznych i wiele innych urządzeń zbudowano na tyrystorach, a ostatnio zostały one zastąpione przez tranzystory. Głównym zadaniem tyrystora jest włączenie obciążenia w momencie przyłożenia sygnału sterującego. W tym artykule przyjrzymy się, jak kontrolować tyrystory i triaki.

Definicja

Tyrystor (trinistor) to półprzewodnikowy klucz częściowo sterowany. Częściowo kontrolowany - oznacza, że ​​tyrystor można włączyć tylko, wyłącza się on tylko wtedy, gdy prąd w obwodzie zostanie przerwany lub jeśli zostanie do niego przyłożone napięcie wsteczne.

On, podobnie jak dioda, przewodzi prąd tylko w jednym kierunku. Oznacza to, że do włączenia do obwodu prądu przemiennego w celu sterowania dwiema falami potrzebne są dwa tyrystory, dla każdego z nich, choć nie zawsze. Tyrystor składa się z 4 obszarów półprzewodnika (p-n-p-n).

Nazywa się inne podobne urządzenie triak - tyrystor dwukierunkowy. Główną różnicą jest to, że może przewodzić prąd w obu kierunkach. W rzeczywistości reprezentuje dwa tyrystory połączone równolegle względem siebie.

Kluczowe cechy

Jak każdy inny element elektroniczny, tyrystory mają wiele cech:

• Spadek napięcia przy maksymalnym prądzie anody (VT lub UОС).

• Napięcie do przodu zamknięte (VD (RM) lub Ucc).

• Napięcie wsteczne (VR (PM) lub Urev).

• Prąd przewodzenia (IT lub Ipr) to maksymalny prąd w stanie otwartym.

• Maksymalny dopuszczalny prąd przewodzenia (ITSM) to maksymalny otwarty prąd szczytowy.

• Prąd wsteczny (IR) - prąd przy pewnym napięciu wstecznym.

• Prąd stały w stanie zamkniętym przy pewnym napięciu przewodzenia (ID lub ISc).

• Stałe napięcie sterujące wyzwalacza (VGT lub UU).

• Prąd kontrolny (IGT).

• Elektroda sterująca maksymalnego prądu IGM.

• Maksymalne dopuszczalne rozproszenie mocy na elektrodzie kontrolnej (PG lub Pу)

Zasada działania

Gdy napięcie zostanie przyłożone do tyrystora, nie przewodzi prądu. Istnieją dwa sposoby włączenia go - przyłóż napięcie między anodą i katodą na tyle, aby się otworzyć, wtedy jego działanie nie będzie się różnić od dinistora.

Innym sposobem jest zastosowanie krótkotrwałego impulsu do elektrody kontrolnej. Prąd otwarcia tyrystora mieści się w zakresie 70-160 mA, chociaż w praktyce wartość ta, a także napięcie, które należy przyłożyć do tyrystora, zależy od konkretnego modelu i instancji urządzenia półprzewodnikowego, a nawet od warunków, w których on działa, takich jak na przykład temperatura otoczenia Środa.

Oprócz prądu sterującego istnieje taki parametr, jak prąd trzymający - jest to minimalny prąd anodowy, aby utrzymać tyrystor w stanie otwartym.

Po otwarciu tyrystora sygnał sterujący można wyłączyć, tyrystor będzie otwarty, dopóki przepłynie przez niego prąd stały i przyłożone zostanie napięcie. Oznacza to, że w obwodzie zmiennym tyrystor będzie otwarty podczas tej półfali, której napięcie powoduje odchylenie tyrystora w kierunku do przodu. Gdy napięcie wzrośnie do zera, prąd spadnie. Gdy prąd w obwodzie spadnie poniżej prądu trzymającego tyrystora, zostanie zamknięty (wyłączony).

Biegunowość napięcia sterującego musi pokrywać się z biegunowością napięcia między anodą i katodą, jak widać na powyższych oscylogramach.

Sterowanie triakiem jest podobne, chociaż ma pewne cechy. Do sterowania triakiem w obwodzie prądu przemiennego potrzebne są dwa impulsy napięcia sterującego - odpowiednio dla każdej połowy fali sinusoidalnej.

Po przyłożeniu impulsu sterującego do pierwszej półfali (warunkowo dodatnio) napięcia sinusoidalnego prąd płynący przez triak będzie płynął do początku drugiej półfali, po czym zamknie się, jak tradycyjny tyrystor. Następnie musisz zastosować kolejny impuls kontrolny, aby otworzyć triak na ujemnej półfali. Jest to wyraźnie zilustrowane następującymi przebiegami.

Biegunowość napięcia sterującego musi odpowiadać biegunowości przyłożonego napięcia między anodą i katodą. Z tego powodu pojawiają się problemy przy sterowaniu triakami za pomocą cyfrowych układów logicznych lub z wyjść mikrokontrolera. Ale łatwo to rozwiązać, instalując sterownik triaka, o którym powiemy później.

Typowe obwody sterujące tyrystora lub triaka

Najczęstszym obwodem jest regulator triakowy lub tyrystorowy.

Tutaj tyrystor otwiera się, gdy kondensator ma wystarczającą ilość, aby go otworzyć. Moment otwarcia jest regulowany za pomocą potencjometru lub rezystora zmiennego. Im większy jest jego opór, tym wolniej ładuje się kondensator. Rezystor R2 ogranicza prąd przepływający przez elektrodę sterującą.

Ten schemat reguluje oba półokresy, co oznacza, że ​​masz pełną kontrolę mocy od prawie 0% do prawie 100%. Osiągnięto to przez ustawienie regulatora w mostku diodowymZatem jedna z półfal jest regulowana.

Uproszczony obwód pokazano poniżej, regulowana jest tylko połowa okresu, druga półfala przechodzi bez zmian przez diodę VD1. Zasada działania jest podobna.

Kontroler triaka bez mostka diodowego pozwala kontrolować dwie półfale.

Zgodnie z zasadą działania jest prawie podobny do poprzednich, ale obie półfale są już regulowane za pomocą triaka. Różnice polegają na tym, że impuls sterujący jest tutaj dostarczany za pomocą dwukierunkowego dinistora DB3, po naładowaniu kondensatora do pożądanego napięcia, zwykle 28-36 woltów. Prędkość ładowania jest również regulowana przez rezystor zmienny lub potencjometr. Ten schemat jest wdrażany w większości ściemniacze domowe.

Ciekawe:

Takie obwody sterowania napięciem nazywane są SIFU - układ kontroli fazy pulsowej.

Powyższy rysunek pokazuje opcję sterowania triakiem za pomocą mikrokontrolera na przykładzie popularna platforma Arduino. Sterownik triaka składa się z optosymistora i diody LED. Ponieważ w obwodzie wyjściowym sterownika jest zainstalowany optosymistor, napięcie o wymaganej biegunowości jest zawsze przykładane do elektrody kontrolnej, ale tutaj są pewne niuanse.

Faktem jest, że aby wyregulować napięcie za pomocą triaka lub tyrystora, konieczne jest podanie sygnału sterującego w pewnym momencie, aby odcięcie fazy nastąpiło do pożądanej wartości. Jeśli losowo strzelisz impulsami kontrolnymi, obwód z pewnością będzie działał, ale regulacje nie będą działać, więc musisz określić, kiedy półfala przechodzi przez zero.

Ponieważ dla nas polaryzacja półfali nie ma obecnie znaczenia, wystarczy po prostu prześledzić moment przejścia przez zero. Taki węzeł w obwodzie nazywa się detektorem zerowym lub detektorem zerowym, a w źródłach angielskich nazywany jest „detektorem zero-obwodowym” lub ZCD. Wariant takiego obwodu z detektorem przejścia przez zero w transoptorze tranzystorowym jest następujący:

Istnieje wiele sterowników optycznych do sterowania triakami, typowe to MOC304x, MOC305x, MOC306X, produkowane przez Motorolę i inne. Ponadto sterowniki te zapewniają izolację galwaniczną, która ochroni twój mikrokontroler w przypadku awarii klucza półprzewodnikowego, co jest całkiem możliwe i prawdopodobne. Zwiększy również bezpieczeństwo pracy z obwodami sterującymi poprzez całkowite podzielenie obwodu na „moc” i „sprawność”.

Wniosek

Powiedzieliśmy podstawowe informacje o tyrystorach i triakach, a także o ich zarządzaniu w obwodach z „zmianą”.Warto zauważyć, że nie zajęliśmy się tematem tyrystorów zamykanych na klucz, jeśli jesteś zainteresowany tym zagadnieniem - napisz komentarze, a rozważymy je bardziej szczegółowo. Nie uwzględniono również niuansów używania i sterowania tyrystorów w obwodach indukcyjnych mocy. Lepiej jest używać tranzystorów do kontrolowania „stałej”, ponieważ w tym przypadku decydujesz, kiedy klucz się otworzy, a kiedy zamknie, przestrzegając sygnału sterującego ...