วิธีการและวงจรสำหรับควบคุมไทริสเตอร์หรือไทรแอก

ไทริสเตอร์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์และตัวแปลง แหล่งพลังงานต่างๆเครื่องแปลงความถี่หน่วยงานกำกับดูแลอุปกรณ์กระตุ้นสำหรับมอเตอร์ซิงโครนัสและอุปกรณ์อื่น ๆ อีกมากมายถูกสร้างขึ้นบนไทริสเตอร์และเมื่อเร็ว ๆ นี้พวกเขาจะถูกแทนที่ด้วยเครื่องแปลงทรานซิสเตอร์ ภารกิจหลักสำหรับไทริสเตอร์คือการเปิดโหลดในเวลาที่มีการใช้สัญญาณควบคุม ในบทความนี้เราจะดูที่วิธีการควบคุมไทริสเตอร์และ triacs

คำนิยาม

ไทริสเตอร์ (trinistor) เป็นกุญแจกึ่งเซมิคอนดักเตอร์ควบคุม Semi-Controlled - หมายความว่าคุณสามารถเปิดไทริสเตอร์ได้เท่านั้นมันจะปิดเฉพาะเมื่อกระแสในวงจรถูกขัดจังหวะหรือหากมีการใช้แรงดันย้อนกลับ

เขาเหมือนไดโอดประพฤติกระแสไฟฟ้าในทิศทางเดียวเท่านั้น นั่นคือเพื่อรวมไว้ในวงจร AC เพื่อควบคุมคลื่นสองครึ่งจึงจำเป็นต้องมีไทริสเตอร์สองตัวสำหรับแต่ละตัวแม้ว่าจะไม่เสมอไป ไทริสเตอร์ประกอบด้วย 4 ส่วนของเซมิคอนดักเตอร์ (p-n-p-n)

อุปกรณ์อื่นที่คล้ายกันเรียกว่า Triac - ทรานซิสเตอร์แบบสองทิศทาง ความแตกต่างที่สำคัญคือมันสามารถนำกระแสในทั้งสองทิศทาง ในความเป็นจริงมันหมายถึงสอง thyristors เชื่อมต่อในแบบคู่ขนานกัน

คุณสมบัติเด่น

ไทริสเตอร์มีคุณสมบัติหลายอย่างเช่นเดียวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ

• แรงดันตกที่กระแสแอโนดสูงสุด (VT หรือUОС)

• แรงดันไฟฟ้าปิดไปข้างหน้า (VD (RM) หรือ Ucc)

• แรงดันย้อนกลับ (VR (PM) หรือ Urev)

• ไปข้างหน้าปัจจุบัน (IT หรือ Ipr) เป็นกระแสสูงสุดในสถานะเปิด

• กระแสสูงสุดที่อนุญาตไปข้างหน้า (ITSM) เป็นกระแสสูงสุดที่เปิดสูงสุด

• กระแสย้อนกลับ (IR) - กระแสที่แรงดันย้อนกลับที่แน่นอน

• กระแสตรงในสถานะปิดที่แรงดันไปข้างหน้า (ID หรือ ISc)

• แรงดันไกควบคุมคงที่ (VGT หรือ UU)

• ควบคุมปัจจุบัน (IGT)

• อิเล็กโทรดควบคุมกระแสไฟฟ้าสูงสุด IGM

• การกระจายกำลังไฟสูงสุดที่อนุญาตได้ที่ขั้วควบคุม (PG หรือPу)

หลักการทำงาน

เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับไทริสเตอร์มันจะไม่นำกระแสไฟฟ้า มีสองวิธีในการเปิด - ใช้แรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วบวกและแคโทดมากพอที่จะเปิดจากนั้นการทำงานของมันจะไม่แตกต่างจาก dinistor

อีกวิธีคือใช้พัลส์ระยะสั้นกับอิเล็กโทรดควบคุม ไทริสเตอร์กระแสไฟฟ้าเปิดอยู่ในช่วง 70-160 mA แม้ว่าในทางปฏิบัติค่านี้เช่นเดียวกับแรงดันไฟฟ้าที่ต้องใช้กับไทริสเตอร์นั้นขึ้นอยู่กับรุ่นและตัวอย่างของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์และแม้กระทั่งในสภาพที่ทำงานเช่น สิ่งแวดล้อม

นอกเหนือจากการควบคุมกระแสมีพารามิเตอร์เช่นการถือปัจจุบัน - นี่คือขั้นต่ำขั้วบวกปัจจุบันเพื่อให้ thyristor ในสถานะเปิด

หลังจากเปิดไทริสเตอร์แล้วสัญญาณควบคุมสามารถปิดได้ไทริสเตอร์จะเปิดตราบใดที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านมันโดยตรงและใช้แรงดันไฟฟ้า นั่นคือในวงจรตัวแปรไทริสเตอร์จะถูกเปิดในช่วงครึ่งคลื่นนั้นแรงดันไฟฟ้าที่ไทริสเตอร์จะมีอคติในทิศทางไปข้างหน้า เมื่อแรงดันไฟฟ้าพุ่งเข้าสู่ศูนย์กระแสไฟฟ้าจะลดลง เมื่อกระแสไฟฟ้าในวงจรลดลงต่ำกว่ากระแสของไทริสเตอร์ก็จะปิด (ปิด)

ขั้วของแรงดันไฟฟ้าควบคุมจะต้องตรงกับขั้วของแรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วบวกและขั้วลบดังที่คุณเห็นในสโคปด้านบน

การควบคุมของ triac นั้นคล้ายคลึงกันแม้ว่าจะมีคุณสมบัติบางอย่าง ในการควบคุม triac ในวงจร AC จะต้องใช้แรงดันไฟฟ้าควบคุมสองพัลส์สำหรับแต่ละคลื่นครึ่งหนึ่งของคลื่นไซน์ตามลำดับ

หลังจากใช้พัลส์ควบคุมในครึ่งคลื่นแรก (บวกตามเงื่อนไข) ของแรงดันไฟฟ้าไซน์อิดัลกระแสที่ไหลผ่าน triac จะไหลไปจนถึงจุดเริ่มต้นของครึ่งคลื่นที่สองหลังจากนั้นมันจะปิดเหมือนไทริสเตอร์ธรรมดา หลังจากนี้คุณจะต้องใช้การควบคุมแรงกระตุ้นเพื่อเปิด triac บนคลื่นลบ นี่คือตัวอย่างที่ชัดเจนในรูปคลื่นต่อไปนี้

ขั้วของแรงดันควบคุมต้องสอดคล้องกับขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ ด้วยเหตุนี้ปัญหาเกิดขึ้นเมื่อควบคุม triacs โดยใช้วงจรตรรกะดิจิตอลหรือจากเอาต์พุตของไมโครคอนโทรลเลอร์ แต่วิธีนี้แก้ไขได้ง่าย ๆ ด้วยการติดตั้งไดรเวอร์ triac ซึ่งเราจะพูดถึงในภายหลัง

ทรานซิสเตอร์ทั่วไปหรือวงจรควบคุม triac

วงจรที่พบมากที่สุดคือ triac หรือไทริสเตอร์เรเตอร์

ที่นี่ไทริสเตอร์จะเปิดขึ้นหลังจากที่มีจำนวนตัวเก็บประจุเพียงพอที่จะเปิด ช่วงเวลาที่เปิดจะถูกปรับโดยใช้โพเทนชิออมิเตอร์หรือตัวต้านทานปรับค่าได้ ยิ่งความต้านทานของมันมากขึ้น ตัวต้านทาน R2 จำกัด กระแสไฟฟ้าผ่านอิเล็กโทรดควบคุม

แบบแผนนี้ควบคุมทั้งสองช่วงเวลานั่นคือคุณได้รับการควบคุมพลังงานอย่างเต็มที่จากเกือบ 0% ถึงเกือบ 100% นี่คือความสำเร็จโดยการตั้งค่าควบคุม ในสะพานไดโอดดังนั้นหนึ่งในครึ่งคลื่นจึงถูกควบคุม

วงจรที่เรียบง่ายแสดงไว้ด้านล่างมีเพียงครึ่งหนึ่งของช่วงเวลาที่ถูกควบคุมที่นี่คลื่นครึ่งที่สองผ่านไปโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงผ่านไดโอด VD1 หลักการทำงานคล้ายกัน

ตัวควบคุม Triac ที่ไม่มีสะพานไดโอดช่วยให้คุณควบคุมคลื่นสองลูกได้ครึ่งคลื่น

ตามหลักการของการดำเนินการมันเกือบจะคล้ายกับที่ก่อนหน้านี้ แต่ทั้งสองครึ่งคลื่นได้รับการควบคุมด้วยความช่วยเหลือของ triac ความแตกต่างคือที่นี่พัลส์ควบคุมถูกจัดทำขึ้นโดยใช้ไดนามิค DB3 สองทิศทางหลังจากที่ตัวเก็บประจุถูกประจุด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการซึ่งปกติจะเป็น 28-36 โวลต์ ความเร็วในการชาร์จจะถูกควบคุมโดยตัวต้านทานหรือโพเทนชิออมิเตอร์ รูปแบบนี้ถูกนำไปใช้ในส่วนใหญ่ เครื่องหรี่ที่ใช้ในครัวเรือน.

น่าแปลกใจฉัน:

วงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้าดังกล่าวเรียกว่า SIFU - ระบบควบคุมเฟสพัลส์

รูปด้านบนแสดงตัวเลือกในการควบคุม triac โดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์โดยใช้ตัวอย่าง แพลตฟอร์ม Arduino ยอดนิยม. ไดรเวอร์ triac ประกอบด้วย optosimistor และ LED เนื่องจากมีการติดตั้ง optosymistor ในวงจรเอาท์พุทคนขับแรงดันไฟฟ้าของขั้วที่ต้องการจะถูกนำไปใช้กับขั้วไฟฟ้าควบคุมเสมอ แต่มีความแตกต่างเล็กน้อยที่นี่

ความจริงก็คือการปรับแรงดันไฟฟ้าด้วยความช่วยเหลือของ triac หรือไทริสเตอร์มันเป็นสิ่งจำเป็นที่จะต้องใช้สัญญาณควบคุมที่จุดหนึ่งในเวลาเพื่อให้เฟสตัดเกิดขึ้นกับค่าที่ต้องการ หากคุณสุ่มควบคุมพัลส์แบบสุ่มวงจรจะทำงานได้อย่างแน่นอน แต่การปรับจะไม่ทำงานดังนั้นคุณต้องพิจารณาว่าเมื่อคลื่นครึ่งผ่านผ่านศูนย์

เนื่องจากสำหรับเราแล้วคลื่นของครึ่งคลื่นไม่สำคัญในขณะนี้มันก็เพียงพอที่จะเพียงแค่ติดตามช่วงเวลาของการเปลี่ยนแปลงผ่านศูนย์ โหนดดังกล่าวในวงจรเรียกว่าตัวตรวจจับค่าศูนย์หรือตัวตรวจจับค่าศูนย์และในแหล่งข้อมูลภาษาอังกฤษเรียกว่า "วงจรตัวตรวจจับข้ามศูนย์" หรือ ZCD ตัวแปรของวงจรดังกล่าวที่มีตัวตรวจจับข้ามศูนย์ในออปโตคัปเปลอร์ทรานซิสเตอร์มีดังนี้

มีไดรเวอร์ออพติคอลมากมายสำหรับการควบคุม triacs โดยทั่วไปคือ MOC304x, MOC305x, MOC306X line ผลิตโดย Motorola และอื่น ๆ ยิ่งไปกว่านั้นไดรเวอร์เหล่านี้ยังให้การแยกแบบไฟฟ้าซึ่งจะป้องกันไมโครคอนโทรลเลอร์ของคุณในกรณีที่การแยกคีย์เซมิคอนดักเตอร์ซึ่งเป็นไปได้และมีโอกาส นอกจากนี้ยังเพิ่มความปลอดภัยในการทำงานกับวงจรควบคุมโดยการแบ่งวงจรออกเป็น "พลังงาน" และ "การทำงาน" อย่างสมบูรณ์

ข้อสรุป

เราบอกข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับไทริสเตอร์และทริเอครวมถึงการจัดการในวงจรด้วย "การเปลี่ยนแปลง"เป็นที่น่าสังเกตว่าเราไม่ได้กล่าวถึงเรื่องของไทริสเตอร์แบบล็อคได้หากคุณมีความสนใจในเรื่องนี้ - เขียนความคิดเห็นและเราจะพิจารณาพวกเขาในรายละเอียดเพิ่มเติม นอกจากนี้ยังไม่พิจารณาถึงความแตกต่างของการใช้และควบคุมไทริสเตอร์ในวงจรอุปนัยพลังงาน ในการควบคุม "คงที่" จะเป็นการดีกว่าถ้าใช้ทรานซิสเตอร์เพราะในกรณีนี้คุณจะตัดสินใจว่าจะเปิดกุญแจเมื่อใดและเมื่อใดจะปิดการเชื่อฟังสัญญาณควบคุม ...