Включение симистора: Схема управления симистором. Включение тиристора схема включения тиристора

Содержание

Включение симистора в цепь переменного тока

Тиристоры нашли широкое применение в полупроводниковых устройствах и преобразователях. Различные источники питания, частотные преобразователи, регуляторы, возбудительные устройства для синхронных двигателей и много других устройств строились на тиристорах, а в последнее время их вытесняют преобразователи на транзисторах. Основной задачей для тиристора является включение нагрузки в момент подачи управляющего сигнала. В этой статье мы рассмотрим, как управлять тиристорами и симисторами.

Определение

Тиристор (тринистор) – это полупроводниковый полууправляемый ключ. Полууправляемый – значит, что вы можете только включать тиристор, отключается он только при прерывании тока в цепи или если приложить к нему обратное напряжение.

Он, подобно диоду, проводит ток только в одном направлении. То есть для включения в цепь переменного тока для управления двумя полуволнами нужно два тиристора, для каждой по одному, хотя не всегда. Тиристор состоит из 4 областей полупроводника (p-n-p-n).

Другой подобный прибор называется симистор – двунаправленный тиристор. Его основным отличием является то, что ток он может проводить в обе стороны. Фактически он представляет собой два тиристора соединённых параллельно навстречу друг другу.

Основные характеристики

Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:

Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).

Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс).

Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).

Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.

Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.

Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.

Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).

Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).

Ток управления (IGT).

Максимальный ток управления электрода IGM.

Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)

Принцип работы

Когда на тиристор подают напряжение он не проводит ток. Есть два способа включит его – подать напряжение между анодом и катодом достаточное для открытия, тогда его работа ничем не будет отличаться от динистора.

Другой способ – это подать кратковременный импульс на управляющий электрод. Ток открытия тиристора лежит в пределах 70-160 мА, хотя на практике эта величина, как и напряжение которое нужно приложить к тиристору зависит от конкретной модели и экземпляра полупроводникового прибора и даже от условий, в которых он работает, таких, например, как температура окружающей среды.

Кроме управляющего тока, есть такой параметр как ток удержания – это минимальный ток анода для удержания тиристора в открытом состоянии.

После открытия тиристора управляющий сигнал можно отключать, тиристор будет открыт до тех пор, пока через него протекает прямой ток и подано напряжение. То есть в цепи переменного тиристор будет открыт в течении той полуволны напряжение которой смещает тиристор в прямом направлении. Когда напряжение устремится к нулю, снизится и ток. Когда ток в цепи упадет ниже величины тока удержания тиристора – он закроется (выключится).

Полярность управляющего напряжения должна совпадать с полярностью напряжения между анодом и катодом, что вы наблюдаете на осциллограммах выше.

Управление симистором аналогично хоть и имеет некоторые особенности. Для управления симистором в цепи переменного тока нужно два импульса управляющего напряжения – на каждую полуволну синусоиды соответственно.

После подачи управляющего импульса в первой полуволне (условно положительной) синусоидального напряжения ток через симистор будет протекать до начала второй полуволны, после чего он закроется, как и обычный тиристор. После этого нужно подать еще один управляющий импульс для открытия симистора на отрицательной полуволне. Это наглядно проиллюстрировано на следующих осциллограммах.

Полярность управляющего напряжения должна соответствовать полярности приложенного напряжения между анодом и катодом. Из-за этого возникают проблемы при управлении симисторами с помощью цифровых логических схем или от выходов микроконтроллера. Но это легко решается путем установки симисторного драйвера, о чем мы поговорим позже.

Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.

Здесь тиристор открывается после того как на конденсаторе будет достаточная величина для его открытия. Момент открытия регулируется с помощью потенциометра или переменного резистора. Чем больше его сопротивление – тем медленнее заряжается конденсатор. Резистор R2 ограничивает ток через управляющий электрод.

Эта схема регулирует оба полупериода, то есть вы получаете полную регулировку мощности почти от 0% и почти до 100%. Это удалось достичь, установив регулятор в диодном мосте, таким образом регулируется одна из полуволн.

Упрощенная схема изображена ниже, здесь регулируется лишь половина периода, вторая полуволна проходит без изменения через диод VD1. Принцип работы аналогичен.

Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.

По принципу действия почти аналогична предыдущим, но построена на симисторе с её помощью регулируются уже обе полуволны. Отличия заключаются в том, что здесь импульс управления подаётся с помощью двунаправленного динистора DB3, после того как конденсатор зарядится до нужного напряжения, обычно это 28-36 Вольт. Скорость зарядки также регулируется переменным резистором или потенциометром. Такая схема реализована в большинстве бытовых диммеров.

Такие схемы регулировки напряжения называется СИФУ – система импульсного фазового управления.

На рисунке выше изображен вариант управления симистором с помощью микроконтроллера, на примере популярной платформы Arduino. Симисторный драйвер состоит из оптосимистора и светодиода. Так как в выходной цепи драйвера установлен оптосимистор на управляющий электрод всегда подаётся напряжение нужной полярности, но здесь есть некоторые нюансы.

Дело в том, что для регулировки напряжения с помощью симистора или тиристора нужно подавать управляющий сигнал в определенный момент времени, так чтобы срез фазы происходил до нужной величины. Если наугад стрелять управляющими импульсами – схема работать конечно будет, но регулировок добиться не выйдет, поэтому нужно определять момент перехода полуволны через ноль.

Так как для нас не имеет значения полярность полуволны в настоящий момент времени – достаточно просто отслеживать момент перехода через ноль. Такой узел в схеме называют детектор нуля или нуль-детектор, а в англоязычных источниках «zero crossing detector circuit» или ZCD. Вариант такой схемы с детектором перехода через ноль на транзисторной оптопаре выглядит следующим образом:

Оптодрайверов для управления симисторами есть множество, типовые – это линейка MOC304x, MOC305x, MOC306X, произведенные компанией Motorola и другими. Более того – эти драйверы обеспечивают гальваническую развязку, что убережет ваш микроконтроллер в случае пробоя полупроводникового ключа, что вполне возможно и вероятно. Также это повысит безопасность работы с цепями управления, полностью разделив цепь на «силовую» и «оперативную».

Заключение

Мы рассказали базовые сведения о тиристорах и симисторах, а также управлении ими в цепях с «переменкой». Стоит отметить, что мы не затрагивали тему запираемых тиристоров, если вас интересует этот вопрос – пишите комментарии и мы рассмотрим их подробнее. Также не были рассмотрены нюансы использования и управления тиристорами в силовых индуктивных цепях. Для управления «постоянкой» лучше использовать транзисторы, поскольку в этом случае вы решаете, когда ключ откроется, а когда он закроется, повинуясь управляющему сигналу…

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] .

Все полупроводниковые приборы основаны на переходах, и если трехпереходный прибор — это тиристор, то два трехпереходных прибора, включенных встречно-параллельно внутри одного общего корпуса, – это уже симистор, то есть симметричный тиристор. В англоязычной литературе он именуется «TRIAC» – триод для переменного тока.

Так или иначе, у симистора есть три вывода, два из которых силовые, а третий — управляющий или затвор (англ. GATE). При этом у симистора нет конкретных анода и катода, ибо каждый из силовых электродов в разные моменты времени может выступать как в роли анода, так и в роли катода.

В силу этих особенностей симисторы весьма широко применяются в цепях переменного тока. Кроме того, симисторы недорого стоят, имеют продолжительный строк службы, и не вызывают искрения, по сравнению с механическими коммутационными реле, чем и обеспечивают себе неугасающую востребованность.

Давайте же рассмотрим основные характеристики, то есть основные технические параметры симисторов, и разъясним, что каждый из них обозначает. Рассматривать будем на примере довольно распространенного симистора BT139-800, часто применяемого в разного рода регуляторах. Итак, основные характеристики симистора:

Максимальное повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии;

Максимальный, средний за период, ток в открытом состоянии;

Максимальный кратковременный импульсный ток в открытом состоянии;

Максимальное падение напряжения на симисторе в открытом состоянии;

Минимальный постоянный ток управления, необходимый для включения симистора;

Отпирающее напряжение управления, соответствующее минимальному постоянному отпирающему току;

Критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии;

Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии;

Рабочий диапазон температур;

Для нашего примера оно составляет 800 вольт. Это то напряжение, которое будучи приложено к силовым электродам симистора теоретически еще не вызовет его выхода из строя. Практически же это максимально допустимое рабочее напряжение для коммутируемой данным симистором цепи, в условиях рабочей температуры, попадающей в допустимый температурный диапазон.

Даже кратковременное превышение этого значения не гарантирует дальнейшей работоспособности полупроводникового прибора. Следующий параметр пояснит данное положение.

Максимальное повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии

Данный параметр всегда указывается в документации, и обозначает он как раз критическое значение напряжения, являющееся предельным для данного симистора.

Это то напряжение, которое в пике нельзя превышать. Даже если симистор закрыт и не открывается, будучи установлен в цепи с постоянно действующим переменным напряжением, симистор не будет пробит, если амплитуда прикладываемого напряжения не превышает для нашего примера 800 вольт.

Если же к запертому симистору окажется приложено напряжение хоть чуть-чуть выше, хоть на долю периода переменного напряжения, его дальнейшая работоспособность производителем не гарантируется. Данное положение опять же относится к условиям допустимого температурного диапазона.

Максимальный, средний за период, ток в открытом состоянии

Так называемый максимальный среднеквадратичный (RMS – root mean square) ток, для тока синусоидальной формы это его среднее значение, в условиях приемлемой рабочей температуры симистора. Для нашего примера это максимум 16 ампер при температуре симистора до 100 °C. Пиковый ток может быть и выше, об этом сообщает следующий параметр.

Максимальный кратковременный импульсный ток в открытом состоянии

Это пиковый ток, который указывается в документации на симистор обязательно с приведением максимально допустимой продолжительности действия тока данной величины в миллисекундах. Для нашего примера это 155 ампер в течение максимум 20 мс, что означает практически, что время действия такого большого тока должно быть еще меньше.

Обратите внимание, что среднеквадратичный ток по прежнему не должен быть превышен ни при каких условиях. Это связано с максимальной рассеиваемой корпусом симистора мощностью и с максимально допустимой температурой кристалла менее 125 °C.

Максимальное падение напряжения на симисторе в открытом состоянии

Данный параметр указывает на максимальное напряжение (для нашего примера оно составляет 1,6 вольт), которое установится между силовыми электродами симистора в открытом состоянии, при указанном в документации токе в его рабочей цепи (для нашего примера — при токе в 20 ампер). Обычно чем выше ток — тем больше падение напряжения на симисторе.

Данная характеристика необходима при тепловых расчетах, ибо она косвенно сообщает разработчику о максимальной потенциальной величине рассеиваемой корпусом симистора мощности, что важно при подборе радиатора. Также с ее помощью предоставляется возможность оценить эквивалентное сопротивление симистора в заданных температурных условиях.

Минимальный постоянный ток управления, необходимый для включения симистора

Минимальный ток управляющего электрода симистора, измеряется в миллиамперах, зависит от полярности включения симистора в текущий момент времени, а так же от полярности управляющего напряжения.

Для нашего примера данный ток лежит в диапазоне от 5 до 22 мА в зависимости от полярности напряжения в управляемой симистором цепи. При разработке схемы управления симистором лучше приблизить величину управляющего тока к максимальному значению, для нашего примера это 35 или 70 мА (в зависимости от полярности).

Отпирающее напряжение управления, соответствующее минимальному постоянному отпирающему току

Чтобы установить минимальный ток в цепи управляющего электрода симистора, необходимо к этому электроду приложить определенное напряжение. Оно зависит от напряжения, приложенного в данный момент в силовой цепи симистора, а еще от температуры симистора.

Так, для нашего примера, при напряжении 12 вольт в силовой цепи, для гарантированной установки тока управления в 100 мА, необходимо приложить минимум 1,5 вольт. А при температуре кристалла в 100 °C, при напряжении в рабочей цепи 400 вольт, требуемое для цепи управления напряжение составит 0,4 вольта.

Критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии

Данный параметр измеряется в вольтах за микросекунду. Для нашего примера критическая скорость нарастания напряжения на силовых электродах составляет 250 вольт за микросекунду. Если эту скорость превысить, то симистор может ошибочно открыться невпопад даже без подачи на его управляющий электрод какого-либо управляющего напряжения.

Чтобы этого не случилось, необходимо обеспечить такие рабочие условия, чтобы напряжение на аноде (катоде) изменялось медленнее, а также исключить любые помехи, динамика которых превышает данный параметр (всякие импульсные помехи и т.д).

Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии

Измеряется в амперах за микросекунду. Если превысить эту скорость, то симистор будет пробит. Для нашего примера максимальная скорость нарастания тока в открытом состоянии составляет 50 ампер за микросекунду.

Для нашего примера это время составляет 2 микросекунды. Это то время, которое проходит от момента достижения током затвора 10% его пикового значения до момента, когда напряжение между анодом и катодом симистора упало до 10% его первоначального значения.

Рабочий диапазон температур

Обычно этот диапазон таков — от -40°C до +125°C. Для данного диапазона температур в документации приводятся динамические характеристики симистора.

В нашем примере корпус to220ab, он удобен тем, что допускает крепление симистора к небольшому радиатору. Для тепловых расчетов в документации на симистор приводится таблица зависимости рассеиваемой мощности от среднего тока симистора.

Управление мощной нагрузкой переменного тока

Тиристор

Иногда нужно слабым сигналом с микроконтроллера включить мощную нагрузку, например лампу в комнате. Особенно эта проблема актуальна перед разработчиками умного дома. Первое что приходит на ум — реле. Но не спешите, есть способ лучше 🙂

В самом деле, реле это же сплошной гемор. Во первых они дорогие, во вторых, чтобы запитать обмотку реле нужен усиливающий транзистор, так как слабая ножка микроконтроллера не способна на такой подвиг. Ну, а в третьих, любое реле это весьма громоздкая конструкция, особенно если это силовое реле, расчитанное на большой ток.

Если речь идет о переменном токе, то лучше использовать симисторы или тиристоры. Что это такое? А сейчас расскажу.

Симистор BT139

Схема включения из даташита на MOC3041

Если на пальцах, то тиристор похож на диод, даже обозначение сходное. Пропускает ток в одну сторону и не пускает в другую. Но есть у него одна особенность, отличающая его от диода кардинально — управляющий вход.
Если на управляющий вход не подать ток открытия, то тиристор не пропустит ток даже в прямом направлении. Но стоит подать хоть краткий импульс, как он тотчас открывается и остается открытым до тех пор, пока есть прямое напряжение. Если

напряжение снять или поменять полярность, то тиристор закроется. Полярность управляющего напряжения предпочтительно должна совпадать с полярностью напряжения на аноде.

Если соединить встречно параллельно два тиристора, то получится симистор — отличная штука для коммутации нагрузки на переменном токе.

На положительной полуволне синусоиды пропускает один, на отрицательной другой. Причем пропускают только при наличии управляющего сигнала. Если сигнал управления снять, то на следующем же периоде оба тиристора заткнутся и цепь оборвется. Крастота да и только. Вот ее и надо использовать для управления бытовой нагрузкой.

Но тут есть одна тонкость — коммутируем мы силовую высоковольтную цепь, 220 вольт. А контроллер у нас низковольтный, работает на пять вольт. Поэтому во избежание эксцессов нужно произвести потенциальную развязку. То есть сделать так, чтобы между высоковольтной и низковольтной частью не было прямого электрического соединения. Например, сделать оптическое разделение. Для этого существует специальная сборка — симисторный оптодрайвер MOC3041. Замечательная вещь!
Смотри на схему подключения — всего несколько дополнительных деталек и у тебя силовая и управляющая часть разделены между собой.

Главное, чтобы напряжение на которое расчитан конденсатор было раза в полтора два выше напряжения в розетке. Можно не боятся помех по питанию при включении и выключении симистора. В самом оптодрайвере сигнал подается светодиодом, а значит можно смело зажигать его от ножки микроконтроллера без всяких дополнительных ухищрений.

Вообще, можно и без развязки и тоже будет работать, но за хороший тон считается всегда делать потенциальную развязку между силовой и управляющей частью. Это и надежность и безопасность всей системы. Промышленные решения так просто набиты оптопарами или всякими изолирующими усилителями.

Ну, а в качестве симистора рекомендую BT139 — с хорошим радиатором данная фиговина легко протащит через себя ток в 16А

Тиристор и симистор.Способы и схемы управления

Тиристор — это переключающий полупроводниковый прибор, пропускающий ток в одном направлении. Симиcтop — полупроводниковый прибор, который широко используется в системах, питающихся переменным напряжением. Упрощенно он может рассматриваться как управляемый выключатель.

Определение

Тиристор (тринистор) — это полупроводниковый полууправляемый ключ. Полууправляемый — значит, что вы можете только включать тиристор, отключается он только при прерывании тока в цепи или если приложить к нему обратное напряжение.

Другой подобный прибор называется симистор — двунаправленный тиристор. Его основным отличием является то, что ток он может проводить в обе стороны. Фактически он представляет собой два тиристора соединённых параллельно навстречу друг другу.

Основные характеристики

Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:

1. Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).

2. Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс).

3. Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).

4. Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.

5. Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.

6. Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.

7. Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).

8. Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).

9. Ток управления (IGT).

10. Максимальный ток управления электрода IGM.

11. Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)

Принцип работы

Кроме управляющего тока, есть такой параметр как ток удержания — это минимальный ток анода для удержания тиристора в открытом состоянии.

Управление симистором аналогично хоть и имеет некоторые особенности. Для управления симистором в цепи переменного тока нужно два импульса управляющего напряжения — на каждую полуволну синусоиды соответственно.

После этого нужно подать еще один управляющий импульс для открытия симистора на отрицательной полуволне. Это наглядно проиллюстрировано на следующих осциллограммах.

Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.

Здесь тиристор открывается после того как на конденсаторе будет достаточная величина для его открытия. Момент открытия регулируется с помощью потенциометра или переменного резистора. Чем больше его сопротивление — тем медленнее заряжается конденсатор. Резистор R2 ограничивает ток через управляющий электрод.

Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.

Интересно:

Такие схемы регулировки напряжения называется СИФУ — система импульсного фазового управления.

Дело в том, что для регулировки напряжения с помощью симистора или тиристора нужно подавать управляющий сигнал в определенный момент времени, так чтобы срез фазы происходил до нужной величины. Если наугад стрелять управляющими импульсами — схема работать конечно будет, но регулировок добиться не выйдет, поэтому нужно определять момент перехода полуволны через ноль.

Так как для нас не имеет значения полярность полуволны в настоящий момент времени — достаточно просто отслеживать момент перехода через ноль. Такой узел в схеме называют детектор нуля или нуль-детектор, а в англоязычных источниках «zero crossing detector circuit» или ZCD. Вариант такой схемы с детектором перехода через ноль на транзисторной оптопаре выглядит следующим образом:

Заключение

Ранее ЭлектроВести писали, почему в современных инверторах используют транзисторы, а не тиристоры.

По материалам electrik.info

Симистор и его применения — основы радиотехники

Тиристор идеально подходит для регулирования мощности переменного напряжения во всем, кроме одного: он является однополупериодным устройством, а это означает, что даже при полной проводимости используется только половина мощности. Можно включить параллельно два тиристора навстречу друг другу, как это показано на рис.1, чтобы обеспечить двух-полупериодный режим работы, однако для этого требуется подавать импульсы запуска на управляющие электроды от двух изолированных, но синхронных источников, как это видно из рисунка.

Рис.1 Двухполупериодный регулятор можно построить на двух тиристорах. Для изоляции источников импульсов от напряжения сети используются оптопары.

Самым полезным устройством для практического регулирования мощности переменного напряжения является двунаправленный тиристор или симистор. Как можно видеть на рис2. симистор можно рассматривать как два инверсно-параллельных тиристора с управлением от единственного источника сигнала. Симисторы являются настолько гибкими устройствами, что их можно переключать в проводящее состояние как положительным, так и отрицательным импульсом запуска независимо от мгновенной полярности источника переменного напряжения. Названия катод и анод теряют смысл для симистора; ближайший к управляющему электроду вывод назвали, не мудрствуя лукаво, основным выводом 1 (МТ1), а другой — основным выводом 2 (МТ2). Запускающий импульс всегда подается относительно вывода МТ1 так же, как в случае тиристора он подается относительно катода.

Рис2. Симистор: (а) структура, (b) условное обозначение.

Обычно для переключения симистора, рассчитанного на ток до 25 А, достаточен пусковой ток 20 мА, и одним из простейших примеров его применения является «твердотельное реле», в котором небольшой пусковой ток используется для управления большим током нагрузки (рис. 3). В качестве ключа SW1 могут быть геркон, чувствительное термореле или любая контактная пара, рассчитанная на 50 мА; ток в цепи нагрузки ограничивается только параметрами симистора. Полезно отметить, что резистор R1 в цепи запуска находится под напряжением сети только в моменты включения симистора; как только симистор включается, разность потенциалов на резисторе R1 падает до величины около одного вольта, так что достаточен полуваттный резистор.

Рис.3 Простое «твердотельное реле» на симисторе.

Весьма распространенными применениями симистора являются регулятор яркости для лампы или управление скоростью вращения мотора. На рис.4 показана такая схема. Временное положение запускающих импульсов устанавливается RC-фазовращателем; потенциометром R2 регулируют яркость лампы, тогда как резистор R1 просто ограничивает ток, когда потенциометр установлен в положение с минимальным сопротивлением. Сами импульсы запуска формируются динистором, то есть двунаправленным триггерным диодом. Динистор можно представить себе как маломощный тиристор без управляющего электрода с низким напряжением лавинного пробоя (около 30 В). Когда разность потенциалов на конденсаторе С1 достигает уровня пробоя в динисторе, мгновенный импульс разряда конденсатора включает симистор.

Рис.4 Простейшая схема регулировки яркости лампы на симисторе с фазовым управлением.

Легко сделать автоматический фотоэлектрический выключатель лампы, присоединив параллельно конденсатору С1 фотоэлемент ORP12 (светозависимый резистор). Сопротивление фотоэлемента в темноте велико, порядка 1 МОм, но при дневном свете оно падает до нескольких килоом так, что симистор не может поджечься и лампа выключена. Если в автоматическом выключателе ручная регулировка не требуется, то резистор R2 можно заменить на короткое замыкание.

На рис.5 показано, как симистор управляет мощностью в нагрузке, отрезая начальную часть каждого полупериода. Длительность пропущенной части зависит от запаздывания пускового импульса по фазе, которое определяется сопротивлением R1+R2 и емкостью С1. В простейшей схеме управления на рис.4 фазовый сдвиг не может быть больше 90°, так как используется только одна RС-цепочка. Поэтому такая схема является плохим регулятором при малой мощности, поскольку в нем могут происходить неожиданные скачки от выключенного состояния к полной мощности.

Более совершенная схема приведена на рис.6; включение дополнительной RC-цепочки (R3С3) дает больший фазовый сдвиг для лучшего управления при малой мощности. Дальнейшие усовершенствования состоят во введении следующих элементов: (а) демпфера с постоянной времени R4С4 для предотвращения ошибочных переключений от противо-э.д.с. индуктивной нагрузки и (b) радиочастотного фильтра L1C1 для подавления помех. Последний элемент всегда следует вводить в симисторную или тиристорную схему, работающую по принципу «отсекания части колебания», поскольку быстрые включения и выключения могут создавать серьезные радиопомехи в питающей сети.

Рис.5 Форма напряжения на нагрузке в симисторном регуляторе при постепенном увеличении фазового сдвига.

Имеется большое число различных симисторов и тиристоров которые нашли широкое применение в бытовой технике. Как и в случае выпрямительных диодов, для того, чтобы выбрать прибор с нужными номинальными напряжением и током, можно обратиться к каталогам и справочным данным.

Рис.6 Симисторный регулятор мощности с широким диапазоном регулировки и встроенным подавлением помех.

Большинство производителей выпускают подходящие динисторы, но имеются также приборы, называемые quadrac, в которых объединены симистор и динистор.

На рис.7 показаны корпуса и цоколевка распространенных симисторов. Если симистор должен использоваться на полную допустимую мощность, то его необходимо закрепить на теплоотводе.

Подавление радиочастотных помех, создаваемых симисторными или тиристорными регуляторами с фазовым управлением, становится более трудным и дорогим при больших значениях тока нагрузки. В электрических нагревателях и в других нагрузках с большой инерционностью можно уменьшить помехи, пропуская каждый раз целое число полупериодов. Это позволяет избежать скачкообразных изменений тока, которые и вызывают радиочастотные помехи. Такой способ называется прерывистым запуском или управлением с целым числом периодов. Этот способ, как правило, не подходит для управления яркостью лампы из-за мерцания. Для осуществления управления с целым числом периодов подходят такие микросхемы, как SL441, включающиеся при нулевом напряжении. Они определяют пересечение напряжением сети нулевого уровня и обеспечивают запуск симистора от датчика, сопротивление которого меняется, например, от термистора.

Рис.7 Корпуса распространенных симисторов: (а) корпус Т066, (b) болтовой крепеж, (с) пластмассовый корпус Т0220.

Симистор (триак) — описание, принцип работы, свойства и характеристики

Справочные данные популярных отечественные симисторов и зарубежных
триаков. Простейшие схемы симисторных регуляторов мощности.

Ну что ж! На предыдущей странице мы достаточно плотно обсудили свойства и характеристики полупроводникового прибора под названием тиристор, неуважительно обозвали его «довольно архаичным», пришло время выдвигать внятную альтернативу.

Симистор пришёл на смену рабочей лошадке-тиристору и практически полностью заменил его в электроцепях переменного тока.
История создания симистора также не нова и приходится на 1960-е годы, причём изобретён и запатентован он был в СССР группой товарищей из Мордовского радиотехнического института.

Итак:
Симистор, он же триак, он же симметричный триодный тиристор — это полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристора, но, в отличие от него, способный пропускать ток в двух направлениях и используемый для коммутации нагрузки в цепях переменного тока.

Рис.1

На Рис.1 слева направо приведены: топологическая структура симистора, далее расхожая, но весьма условная, эквивалентная схема, выполненная на двух тиристорах и, наконец, изображение симистора на принципиальных схемах.
МТ1 и МТ2 — это силовые выводы, которые могут обозначаться, как Т1&Т2; ТЕ1&ТЕ2; А1&А2; катод&анод. Управляющий электрод, как правило, обозначается латинской G либо русской У.

Глядя на эквивалентную схему, может возникнуть иллюзия, что симистор относительно горизонтальной оси является элементом абсолютно симметричным, что даёт возможность как угодно крутить его вокруг управляющего электрода. Это не верно!!!
Точно так же, как у тиристора, напряжение на управляющий электрод симистора должно подаваться относительно условного катода (МТ1, Т1, ТЕ1, А1).
Иногда производитель может обозначать цифрой 1 «анодный» вывод, цифрой 2 — «катодный», поэтому всегда важно придерживаться обозначений, приведённых в паспортных характеристиках на прибор.

Полярность открывающего напряжения должна быть либо отрицательной для обеих полярностей напряжения на условном аноде, либо совпадать с полярностью «анодного» напряжения (т.е. быть плюсовой в момент прохождения положительной полуволны и минусовой — в момент прохождения отрицательной).

Приведём вольт-амперную характеристику тиристора и схему, реализующую самый простой способ управления симисторами — подачу на управляющий электрод прибора постоянного тока с величиной, необходимой для его включения (Рис.2).

Рис.2

Огромным плюсом симистора перед тиристором является возможность в штатном режиме работать с разнополярными полупериодами сетевого напряжения. Вольт-амперная характеристика является симметричной, надобности в выпрямительном мосте — никакой, схема получается проще, но главное — исключается элемент (выпрямитель), на котором вхолостую рассеивается около 50% мощности.

Давайте рассмотрим работу симистора при подаче на его управляющий вход постоянного тока отрицательной полярности (Рис.2 справа), ведь мы помним, что именно такая полярность открывающего напряжения является универсальной и для положительных, и для отрицательных полупериодов напряжения сети. На самом деле, всё происходит абсолютно аналогично описанной на предыдущей странице работе тиристора.
Повторим пройденный материал.

1. Для начала рассмотрим случай, когда управляющий электрод симистора отключен (S1 на схеме разомкнут, Iу на ВАХ равен 0). Тока через нагрузку нет (участки III на ВАХ), симистор закрыт, и для того, чтобы его открыть, необходимо поднять напряжение на «аноде» симистора настолько, чтобы возник лавинный пробой p-n-переходов полупроводника.
Оговоримся — зафиксировать нам этот процесс не удастся, потому что величина этого напряжения составляет несколько сотен вольт и, как правило, превышает амплитудное значение напряжения сети.
Тем не менее — при достижении этого уровня напряжения (точки II на ВАХ) симистор отпирается, падение напряжения между силовыми выводами падает до единиц вольт, нагрузка подключается к сети — наступает рабочий режим открытого симистора (участки I на ВАХ).
Чтобы закрыть симистор, нужно снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже тока удержания.

2. Для того чтобы снизить величину напряжения включения симистора, следует замкнуть S1 и, тем самым, подать на управляющий электрод ток, задаваемый значением переменного резистора R1. Чем больше ток Iу, тем при меньшем анодном напряжении происходит переключение симистора в проводящее состояние.
А при какой-то величине тока управляющего электрода, называемой током спрямления (на ВАХ не показано), горба на характеристике вообще не будет, и напряжение открывания симистора составит незначительную величину, исчисляемую единицами вольт.
Абсолютно так же, как и в прошлом пункте, чтобы закрыть симистор, необходимо снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже значения тока удержания.

То бишь — всё полностью аналогично тиристору. Для открывания симистора следует подать на управляющий электрод прибора постоянный ток с величиной, необходимой для его включения, для закрывания — снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже значения тока удержания.
Т.е. в нашем случае, представленном на Рис.2 — симистор будет открываться при замыкании S1 в каждый момент превышения «анодным» напряжением некоторого значения, зависящего от номинала R1, а закрываться с каждым полупериодом сетевого напряжения в момент приближения его уровня к нулевому значению.

Описанный выше способ управления симистором посредством подачи на управляющий электрод постоянного напряжения обладает существенным недостатком — требуется довольно большой ток (а соответственно и мощность) управляющего сигнала (по паспорту — до 250мА для КУ208). Поэтому в большинстве случаев для управления симисторами используется импульсный метод, либо метод, при котором открытый симистор шунтирует цепь управления, не допуская бесполезного рассеивания мощности на её элементах.

В качестве примера рассмотрим простейшую, но вполне себе работоспособную схему симисторного регулятора мощности, позволяющего работать с нагрузками вплоть до 2000 Вт.

Рис.3

Как можно увидеть, на схеме помимо симистора VS2 присутствует малопонятный элемент VS1 — динистор. Для интересующихся отмечу — на странице ссылка на страницу мы подробно обсудили принцип работы, свойства и характеристики приборов данного типа.

А теперь — как это всё работает?
В начале действия положительного полупериода симистор закрыт. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается через последовательно соединённые резисторы R1 и R2. Причём увеличение напряжения на конденсаторе С1 отстаёт (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного сопротивления резисторов и номинала ёмкости С1. Чем выше значения резисторов и конденсатора — тем больше сдвиг по фазе.
Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на нём не достигнет порога пробоя динистора (около 35 В). Как только динистор откроется (следовательно, откроется и симистор), через нагрузку потечёт ток, определяемый суммарным сопротивлением открытого симистора и нагрузки.
При этом симистор остаётся открытым до конца полупериода, т.е. момента, когда полуволна сетевого напряжения приблизится к нулевому уровню.
Переменным резистором R2 устанавливают момент открывания динистора и симистора, производя тем самым регулировку мощности, подводимой к нагрузке.

При действии отрицательной полуволны принцип работы устройства аналогичен.

Диаграммы напряжения на нагрузке при различных значениях переменного резистора приведены на Рис.3 справа.

Для предотвращения ложных срабатываний триаков, вызванных переходными процессами в индуктивных нагрузках (например, в электродвигателях), симисторы должны иметь дополнительные компоненты защиты. Это, как правило, демпферная RC-цепочка (снабберная цепь) между силовыми электродами триака, которая используется для ограничения скорости изменения напряжения (на схеме Рис.3 показана синим цветом).
В некоторых случаях, когда нагрузка имеет ярко выраженный ёмкостной характер, между силовыми электродами необходима индуктивность для ограничения скорости изменения тока при коммутации.

А под занавес приведём основные характеристики отечественных симисторов и зарубежных триаков.

Тип	U макс, В	I max, А	Iу отп, мА
КУ208Г	400	5
BT 131-600	600	1
BT 134-500	500	4
BT 134-600	600	4
BT 134-600D	600	4
BT 136-500Е	500	4
BT 136-600Е	600	4
BT 137-600Е	600	8
BT 138-600	600	12
BT 138-800	800	12
BT 139-500	500	16
BT 139-600	600	16
BT 139-800	800	16
BTA 140-600	600	25
BTF 140-800	800	25
BT 151-650R	650	12
BT 151-800R	800	12
BT 169D	400	12
BTA/BTB 04-600S	600	4
BTA/BTB 06-600C	600	6
BTA/BTB 08-600B	600	8
BTA/BTB 08-600C	600	8
BTA/BTB 10-600B	600	10
BTA/BTB 12-600B	600	12
BTA/BTB 12-600C	600	12
BTA/BTB 12-800B	800	12
BTA/BTB 12-800C	800	12
BTA/BTB 16-600B	600	16
BTA/BTB 16-600C	600	16
BTA/BTB 16-600S	600	16
BTA/BTB 16-800B	800	16
BTA/BTB 16-800S	800	16
BTA/BTB 24-600B	600	25
BTA/BTB 24-600C	600	25
BTA/BTB 24-800B	800	25
BTA/BTB 25-600В	600	25
BTA/BTB 26-600A	600	25
BTA/BTB 26-600B	600	25
BTA/BTB 26-700B	700	25
BTA/BTB 26-800B	800	25
BTA/BTB 40-600B	600	40
BTA/BTB 40-800B	800	40
BTA/BTB 41-600B	600	41
BTA/BTB 41-800B	800	41
MAC8M	600	8
MAC8N	800	8
MAC9M	600	9
MAC9N	800	9
MAC12M	600	12
MAC12N	800	12
MAC15M	600	15
MAC12N	800	15

Симисторы с обозначение BTA отличаются от других наличием изолированного корпуса.
Падение напряжения на открытом симисторе составляет примерно 1-2 В и мало зависит от протекающего тока.

Как работает симистор | Volt-info

Симисторы – полупроводниковые ключи, представляющие симметричные или двунаправленные тиристоры. Часто триодные симисторы называют триаками (triac).

Благодаря симметричной вольтамперной характеристике (рисунок 1 и 2), симисторы применяются в качестве триггерных переключателей, ключей в регуляторах мощности и выключателях в схемах переменного тока.


Рисунок 1. ВАХ неуправляемого симистора.	Рисунок 2. ВАХ управляемого симистора.

Неуправляемый симистор имеет два вывода, его ВАХ показана на рисунке 1. Они часто используются в качестве триггерных ключей. Иногда их называют динисторами, из-за чего их можно спутать с неуправляемыми тиристорами, которые тоже называют динисторами, но применяют в цепях постоянного тока.

Рисунок 3. Снабберная цепь.

Управляемый симистор имеет три вывода, два из которых силовые (MT1 и MT2), а третий – вывод управляющего сигнала (G). Его ВАХ показана на рисунке 2. Управление производится подачей напряжения на управляющий электрод (затвор, gate) относительно основного электрода (Main Terminal 1 или MT1). Напряжение на управляющем электроде создаёт управляющий ток Iу, величина которого задаёт предельное напряжение переключения симистора. В отсутствии управляющего сигнала напряжение переключения симистора соответствует максимальному значению Uпер, его нужно учитывать при выборе типа прибора для конкретной схемы.

После переключения симистор будет включен, пока его ток не снизится до значения, меньшего тока удержания Iуд.

Рисунок 4. Управление оптосимистором.

Рисунок 5. Управление оптосимистором с контролем перехода напряжения через ноль.

Симистор имеет такую характеристику, как максимально допустимая скорость нарастания напряжения dv/dt. Превышение этой величины может привести к самопроизвольному включению симистора в случае сетевых или коммутационных помех.

Для борьбы с этим недостатком часто достаточно параллельно симистору (к силовым выводам) подключить снабберную цепочку из последовательно соединённых резистора и конденсатора (рисунок 3). Параметры элементов снабберной цепи подбираются исходя из рекомендаций производителя симистора.

Симисторами удобно управлять с помощью оптосимисторов, которые обеспечивают гальваническую развязку силовой части схемы от схемы управления (рисунок 4), а также в некоторых вариантах исполнения, способных обеспечить включение симистора в момент перехода синусоиды напряжения через ноль, когда ток коммутации будет минимальным (рисунок 5).

Симистор может управляться подачей положительного и отрицательного напряжения относительно основного электрода, что задаёт четыре режима включения симистора, показанных на ВАХ упрощёнными схемами управления с указанием полярности, распределённых по четырём квадрантам.

В большинстве применений для управления преимущественно активной нагрузкой в сети переменного тока, полярности неосновного электрода MT2 и затвора G относительно основного MT1 совпадают. В этих случаях симистор работает только в I и III квадранте, от чего их иногда классифицируют как двухквадрантные. II и IV квадранты для управления этими триаками считаются запрещёнными. При работе на индуктивную нагрузку может возникать значительный сдвиг фазы тока и напряжения, что может повлечь управление симистором в запрещённом квадранте. Для управления симистором в таких случаях применяют специальные оптосимисторы со схемой отслеживания перехода напряжения на силовых выводах через ноль (zero crossing circuit), либо используют специальные трёхквадрантные симисторы, позволяющие работать в дополнительном квадранте.

Тиристоры и Триаки (симисторы) — Десять Золотых Правил — Компоненты и технологии

Промышленный ряд тиристоров и триаков (симисторов) Philips предоставляет широкие возможности для создания устройств управления мощностью. Соблюдение же десяти несложных правил по использованию тиристоров и триаков поможет избежать трудностей и ошибок при проектировании.

Тиристоры

Тиристор — управляемый диод, в котором управление током от анода к катоду происходит за счет малого тока управляющего электрода (затвора).

Открытое состояние тиристора

Тиристор переходит в открытое состояние при подаче на затвор положительного смещения относительно катода. При достижении порогового значения напряжения затвора V_GT (ток через затвор имеет значение I_GT), тиристор переходит в открытое состояние. Для стабильного перехода в открытое состояние при коротком управляющем импульсе (менее 1 мкс) пиковое значение порогового напряжения необходимо увеличить.

После достижения тока нагрузки значения I_L тиристор будет оставаться в открытом состоянии при отсутствии тока затвора.

Необходимо отметить, что значения параметров V_GT, I_GT и I_L указаны в спецификации для температуры перехода 25 °C. Эти значения возрастают при понижении температуры. Поэтому внешние цепи тиристора должны рассчитываться для поддержания необходимых амплитуд V_GT, I_GT и I_L при минимальной ожидаемой рабочей температуре.

Чувствительный затвор тиристоров, таких, как BT150, при увеличении температуры перехода выше T_{j max} может вызывать ложное срабатывание за счет тока утечки от анода к катоду.

Во избежание ложных срабатываний можно посоветовать следующие рекомендации:

Рабочая температура перехода должна быть меньше значения T_{j max}.
Использовать тиристоры с меньшей чувствительностью, такие, как BT151, либо уменьшить чувствительность имеющегося тиристора включением резистора номиналом 1 кОм или менее между затвором и катодом.
При невозможности использования менее чувствительного тиристора необходимо приложить небольшое обратное смещение к затвору в фазе закрытого состояния тиристора для увеличения I_L. В фазе отрицательного тока затвора необходимо уделить внимание уменьшению мощности рассеивания затвора.

Коммутация тиристора

Для перехода тиристора в закрытое состояние ток нагрузки должен снизиться ниже значения тока удержания IH на время, позволяющее всем свободным носителям заряда освободить переход. В цепях постоянного тока это достигается тем, что цепь нагрузки уменьшает ток до нуля, чтобы дать возможность тиристору выключиться. В цепях переменного тока цепь нагрузки уменьшает ток в конце каждой полуволны. В этой точке тиристор переходит в закрытое состояние.

Тиристор может перейти в состояние проводимости, если ток нагрузки не будет удерживаться ниже I_H достаточное время.

Обратите внимание, что значение I_H указывается для температуры перехода 25 °C и, подобно I_L, оно уменьшается при повышении температуры. Поэтому для успешной коммутации цепь должна позволять уменьшаться току нагрузки ниже I_H достаточное время при максимальной ожидаемой рабочей температуре перехода.

Триаки (симисторы)

Триак представляет собой «двунаправленный тиристор». Особенностью триака является способность проводить ток как от анода к катоду, так и в обратном направлении.

Состояние проводимости

В отличие от тиристоров триак может управляться как положительным, так и отрицательным током между затвором и T1. (Правила для V_GT, I_GT и I_L те же, что для тиристоров, см. «Правило 1».) Это свойство позволяет триаку работать во всех четырех секторах, как показано на рис. 4.

Когда затвор управляется постоянным током или однополярными импульсами с нулевым значением тока нагрузки, в квадрантах (3+,3–) предпочтителен отрицательный ток затвора по нижеследующим причинам. (Внутреннее строение переходов триака характерно тем, что затвор наиболее отдален от области основной проводимости в квадранте 3+.)

При более высоком значении I_GT требуется более высокий пиковый I_G.
При более длинной задержке между I_G и током нагрузки требуется большая продолжительность I_G.
Низкое значение dI_T/dt может вызывать перегорание затвора при управлении нагрузками, создающими высокий dI/dt (включение холодной лампы накаливания, емкостные нагрузки).
Чем выше I_L (это относится и к квадранту 1–), тем большая продолжительность I_G будет необходима для малых нагрузок, что позволит току нагрузки с начала полупериода достичь значения выше I_L.

В стандартных цепях управления фазой переменного тока, таких, как регуляторы яркости и регуляторы скорости вращения, полярность затвора и T2 всегда одинаковы. Это означает, что управление производится всегда в 1+ и 3– квадрантах, в которых коммутирующие параметры триака одинаковы, а затвор наиболее чувствителен.

Примечание: 1+, 1–, 3– и 3+ это система обозначений четырех квадрантов, использующаяся для краткости: вместо того, чтобы записать «MT2+, G+», пишется 1+ и т. д. Эти данные получены из графика вольт-амперной характеристики триака. Положительному напряжению T2 соответствует положительное значение тока через T2, и наоборот (см. рис. 5). Следовательно, управление осуществляется только в квадрантах 1 и 3. А указатели (+) и (–) относятся к направлению тока затвора.

Ложные срабатывание триака

В ряде случаев возможны нежелательные случаи включения триаков. Некоторые из них не приведут к серьезным последствиям, в то время как другие потенциально разрушительны.

1. Уменьшение шумовых сигналов затвора

В электрически шумных окружающих средах ложное срабатывание может происходить, если шумовое напряжение на затворе превышает V_GT, поэтому тока затвора достаточно для включения триака. Первый способ защиты — минимизировать возникающий шум. Лучше всего это может быть достигнуто уменьшением длины проводников, ведущих к затвору, и соединением цепи управления затвором непосредственно с выводом T1 (или катодом для тиристора). В случае, если это невозможно, следует использовать витую пару или экранированный кабель.

Дополнительную шумовую устойчивость можно обеспечить, уменьшив чувствительность затвора с помощью включения резистора до 1 кОм между затвором и T1. Если в качестве высокочастотного шунта используется конденсатор, желательно включить последовательно резистор между ним и затвором, чтобы уменьшить пик тока конденсатора через затвор и минимизировать возможность повреждения затвора от перегрузки.

В качестве решения этих проблем можно использовать триаки ряда «H» из номенклатуры Philips (например BT139-600H). Этот нечувствительный ряд (I_{GT min} = 10 мA) специально разработан для обеспечения высокой шумовой устойчивости.

2. Превышение максимального значения скорости нарастания напряжения коммутации dV_COM/dt

Этот эффект может возникнуть при питании реактивных нагрузок, где есть существенный сдвиг фазы между напряжением и током нагрузки. При выключении триака в то время, когда фаза тока нагрузки проходит через ноль, напряжение не будет нулевым из-за сдвига по фазе (см. рис. 6).

Если при этом скорость изменения напряжения превысит допустимое значение dV_COM/dt, триак может остаться в состоянии проводимости. Это происходит из-за того, что носителям заряда не хватает времени, чтобы освободить переход.

На параметр dV_COM/dt влияют два условия:

Скорость уменьшения тока нагрузки при переключении dI_COM/dt. Высокое значение dI_COM/dt снижает значение dV_COM/dt.
Температура перехода T_j. Чем выше T_j, тем ниже значение dV_COM/dt.

Если возможно превышение значения dV_COM/dt триака, то ложного срабатывания можно избежать использованием RC-демпфера между T1-T2. Это ограничит скорость изменения напряжения. Обычно выбирается углеродный резистор 100 Ом и конденсатор 100 нФ.

В качестве альтернативы можно предложить использование триаков Hi-Com (более подробно об этих триаках можно прочесть на сайте www.dectel.ru в разделе «Публикации» или в «КиТ» № 7’2002).

Обратите внимание, что резистор не может быть удален из демпфера, так как он используется в качестве ограничителя тока во избежание возникновения высокого значения dI_T/dt в моменты коммутации.

3. Превышение максимального значения скорости нарастания тока коммутации dI_COM/dt

Высокое значение dI_COM/dt может быть вызвано повышенным током нагрузки, повышенной рабочей частотой (синусоидального тока) или несинусоидальным током нагрузки.

Известный пример — выпрямитель питания для индуктивных нагрузок, где применение стандартных триаков невозможно из-за того, что напряжение питания оказывается ниже напряжения обратной электромагнитной индукции нагрузки и ток триака резко стремится к нулю. Этот эффект проиллюстрирован на рис. 7.

При нулевом токе триака ток нагрузки будет спадать через мостовой выпрямитель. При индуктивных нагрузках возможно такое высокое значение dI_COM/dt, при котором триак не может поддерживать даже небольшого значения dV/dt 50-герцовой синусоиды при прохождении нуля. В этом случае не будет эффекта от добавления демпфера.

Решение проблемы в том, что значение dI_COM/dt может быть ограничено добавлением дросселя последовательно с нагрузкой. Альтернативное решение — использование Hi-Com-триаков.

4. Превышение максимального значения скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии dV_D/dt

Высокая скорость изменения напряжения на силовых электродах непроводящего триака (или тиристора с чувствительным затвором) без превышения его V_DRM (см. рис. 8), вызывает внутренние емкостные токи. При этом внутреннего тока затвора может быть достаточно, чтобы перевести триак (тиристор) в состояние проводимости. Чувствительность к этому параметру увеличивается с ростом температуры.

Там, где возникает эта проблема, значение dV_D/dt должно быть ограничено RC-демпфером между T1 и T2 для триака (или анодом и катодом для тиристора). Использование триаков Hi-Com в таких случаях может снять эти проблемы.

5. Превышение повторяющегося пикового напряжения в закрытом состоянии V_DRM

Если напряжение на T2 превышает V_DRM (это может происходить во время переходных процессов), то ток утечки T2-T1 достигнет значения, при котором триак может спонтанно перейти в состояние проводимости (рис. 9).

При нагрузке, допускающей выбросы тока, ток чрезвычайно высокой плотности может проходить через узкую открытую область перехода. Это может привести к выгоранию перехода и разрушению кристалла. Это может происходить в схемах управления лампами накаливания, емкостных нагрузках и схемах защиты мощных электронных ключей.

Превышение V_DRM или dV_D/dt не всегда приводит к потере работоспособности триака, а вот создаваемая dI_T/dt скорость нарастания тока It может привести к выходу из строя прибора. Из-за того что требуется некоторое время для распространения проводимости по всему переходу, допустимое значение dI_T/dt ниже чем, если бы триак был включен сигналом затвора. Если значение dI_T/dt не будет превышать минимального значения, которое дается в его характеристиках, то, скорее всего, триак не выйдет из строя. Эта проблема может быть решена подключением ненасыщающейся индуктивности (без сердечника) последовательно с нагрузкой. Если это решение неприемлемо, то альтернативное решение может быть в том, чтобы обеспечить дополнительную фильтрацию и ограничение выбросов. Это повлечет использование параллельно питанию метал-оксидного варистора (МОВ) для ограничения напряжения и последовательное подключение LС-цепочки перед варистором.

Некоторые изготовители выражают сомнения в надежности схем с использованием MOB, так как они при высоких температурах окружающей среды входят в тепловой пробой и выходят из строя. Это является следствием того, что рабочее напряжение МОВ обладает обратным температурным коэффициентом. Однако при применении МОВ на 275 В (среднеквадратичное значение) для цепей 230 В риск перегорания МОВ минимален. Такие проблемы вероятны, если варистор на 250 В используется при высокой температуре окружающей среды в цепях со среднеквадратичным значением 230 В.

Состояние проводимости, dI

_T/dt

Когда триак (тиристор) находится в состоянии проводимости под действием сигнала затвора, проводимость начинается в участке кристалла, смежном с затвором, и затем быстро распространяется на активную область. Эта задержка накладывает ограничение на значение допустимой скорости нарастания тока нагрузки. Высокое значение dI_T/dt может быть причиной выгорания прибора, в результате чего произойдет короткое замыкание между T1 и T2.

При работе в квадранте 3+ еще больше снижается разрешенное значение dI_T/dt из-за структуры перехода. Это может привести к мгновенному лавинному процессу в затворе и перегоранию во время быстрого нарастания тока. Разрушение триака может произойти не сразу, а при постепенном выгорании перехода Затвор-T1, что приведет к короткому замыканию после нескольких включений. Чувствительные триаки наиболее подвержены этому. Эти проблемы не относятся к Hi-Com триакам, так как они не работают в квадранте 3+.

Значение dI_T/dt связано со скоростью нарастания тока затвора (dI_G/dt) и максимальным значением I_G. Высокие значения dI_G/dt и пикового I_G (без превышения номинальной мощности затвора) дают более высокое значение dI_T/dt.

Самый простой пример нагрузки, создающей высокий начальный бросок тока, — лампа накаливания, которая имеет низкое сопротивление в холодном состоянии. Для резистивных нагрузок этого типа значение dI_T/dt достигнет максимального значения при начале перехода в состояние проводимости в пике напряжения сети. Если есть вероятность превышения номинального значения dI_T/dt триака, необходимо ограничить это включением катушки индуктивности или терморезистором с обратным температурным коэффициентом последовательно с нагрузкой.

Дроссель не должен насыщаться в течение максимума пика тока. Для ограничения значения dI_T/dt необходимо использовать катушку индуктивности без сердечника.

Есть более правильное решение, с помощью которого можно избежать необходимости включения последовательно с нагрузкой токоограничивающих приборов. Оно состоит в том, чтобы использовать режим включения при нулевой разности потенциалов. Это дало бы плавный рост тока с начала полуволны.

Примечание: Важно помнить, что режим включения при нулевой разности потенциалов применим только к резистивным нагрузкам. Использование того же метода для реактивных нагрузок, где есть сдвиг фазы между напряжением и током, может вызвать однополярную проводимость, ведущую к возможному режиму насыщения индуктивных нагрузок, разрушительно высокому току и перегреву. В этом случае требуется более совершенный способ переключения при нулевом токе или схема управления фазой включения.

Отключение

Триаки, использующиеся в цепях переменного тока, коммутируются в конце каждого полупериода тока нагрузки, если не приложен сигнал затвора, чтобы поддержать проводимость с начала следующего полупериода. Правила для I_H те же, что и для тиристора (см. «Правило 2»).

Некоторые особенности триаков Hi-Com

Триаки Hi-Com имеют отличную от обычных триаков внутреннюю структуру. Одно из отличий состоит в том, что две половины тиристора лучше изолированы друг от друга, что уменьшает их взаимное влияние. Это дает следующие преимущества:

Увеличение допустимого значения dV_COM/dt. Это позволяет управлять реактивными нагрузками (в большинстве случаев) без использования демпфирующего устройства, без сбоев в коммутации. Это сокращает количество элементов, размер печатной платы, стоимость и устраняет потери на рассеивание энергии демпфирующим устройством.
Увеличение допустимого значения dI_COM/dt. Это значительно улучшает работу на более высоких частотах и для несинусоидальных напряжений без необходимости в ограничении dI_COM/dt при помощи индуктивности последовательно с нагрузкой.
Увеличение допустимого значения dV_D/dt. Триаки очень чувствительны при высоких рабочих температурах. Высокое значение dV_D/dt уменьшает тенденцию к самопроизвольному включению из состояния отсутствия проводимости за счет dV/dt при высоких температурах. Это позволяет применять их при высоких температурах для управления резистивными нагрузками в кухонных или нагревательных приборах, где обычные триаки не могут использоваться.

Из-за особой внутренней структуры работа триаков Hi-Com в квадранте 3+ невозможна. В большинстве случаев это не является проблемой, так как это наименее желательный и наименее используемый квадрант. Поэтому замена обычного триака на Hi-Com возможна почти всегда.

Более подробную информацию по триакам Hi-Com можно найти в специальной документации Philips: «Factsheet 013 — Understanding Hi-Com Triacs» и «Factsheet 014 — Using Hi-Com Triacs».

Способы монтажа триаков

При малых нагрузках или коротких импульсных токах нагрузки (меньше 1 с), можно использовать триак без теплоотводящего радиатора. Во всех остальных случаях его применение необходимо.

Существует три основных метода фиксации триака к теплоотводу — крепление зажимом, крепление винтом и клепка. Наиболее распространены первые два способа. Клепка в большинстве случаев не рекомендуется, так как может вызвать повреждение или деформацию кристалла, что приведет к выходу прибора из строя.

Фиксация к теплоотводу зажимом

Это — предпочтительный метод с минимальным тепловым сопротивлением, так как зажим достаточно плотно прижимает корпус прибора к радиатору. Это одинаково подходит как для неизолированных (SOT82 и SOT78), так и для изолированных корпусов (SOT186 F-корпусов и более ранних SOT186A X-корпусов). SOT78 известен еще как TO220AB.

Фиксация к теплоотводу при помощи винта

Набор для монтажа корпуса SOT78 включает прямоугольную шайбу, которая должна быть установлена между головкой винта и контактом без усилий на пластиковый корпус прибора.
Во время установки наконечник отвертки не должен воздействовать на пластиковый корпус триака (тиристора).
Поверхность теплоотвода в месте контакта с электродом должна быть обработана с чистотой до 0,02 мм.
Крутящий момент (с установкой шайбы) должен быть между 0,55–0,8 Н·м.
По возможности следует избегать использования винтов-саморезов, так как это снижает термоконтакт между теплоотводом и прибором.
Прибор должен быть механически зафиксирован перед пайкой выводов. Это минимизирует чрезмерную нагрузку на выводы.

Тепловое сопротивление

Тепловое сопротивление R_th — это сопротивление между корпусом прибора и радиатором. Этот параметр аналогичен электрическому сопротивлению R = V/I, поэтому тепловое сопротивление R_th = T/P, где T — температура в кельвинах, и P — рассеяние энергии в ваттах.

Для прибора, установленного вертикально без радиатора, тепловое сопротивление задается тепловым сопротивлением «переход — окружающая среда» R_th = R_{th j–a}.

Для корпуса SOT82 значение равно 100 К/Вт;
Для корпуса SOT78 значение равно 60 К/Вт;
Для корпусов F и X значение равно 55 К/Вт.

Для не изолированных приборов, установленных на теплоотвод, тепловое сопротивление является суммой сопротивлений «переход — корпус», «корпус — теплоотвод» и «теплоотвод — окружающая среда».

Для изолированных корпусов нет ссылки на термосопротивление R_{th j–mb}, так как R_{th mb–h} принят постоянным и дан с учетом использования термопасты. Поэтому тепловое сопротивление для изолированного корпуса является суммой тепловых сопротивлений «переходтеплоотвод» и «теплоотвод — окружающая среда».

R_{th j–mb} или R_{th j–h} фиксированы и даны в документации к каждому прибору. R_{th mb–h} также даются в инструкциях по установке для некоторых вариантов изолированного и неизолированного монтажа с использованием или без использования термопасты. R_{th h–a} регулируется размером теплоотвода и степенью воздушного потока через него. Для улучшения теплоотдачи всегда рекомендуется использование термопасты.

Расчет теплового сопротивления

Для вычисления теплового сопротивления теплоотвода для данного триака (тиристора) и данного тока нагрузки необходимо сначала вычислить рассеяние энергии в триаке (тиристоре), используя следующее уравнение:

V_o и R_s получены из «on-state» характеристики триака (тиристора). Если значения не указанны, то они могут быть получены из графика путем вычерчивания касательной к V_{T max}. Точка на оси V_T, где ее пересекает касательная, дает V_o, в то время как тангенс угла наклона касательной дает R_s.

Используя уравнение теплового сопротивления, данное выше, получаем:

Максимально допустимая температура перехода будет достигнута, когда T_j достигает T_{j max} при самой высокой температуре окружающей среды. Это дает нам T.

Полное тепловое сопротивление

Все расчеты по вычислению теплового сопротивления имеет смысл проводить для уже установившегося режима продолжительностью больше 1 с. Для импульсных токов или длительных переходных процессов меньше 1 с эффект отвода тепла уменьшается. Температура просто рассеивается в объеме прибора с очень небольшим достижением теплоотвода. В таких условиях нагрев перехода зависит от полного теплового сопротивления «переход — корпус прибора» Z_{th j–mb}. Поэтому Z_{th j–mb} уменьшается при уменьшении продолжительности импульса тока благодаря меньшему нагреву кристалла. При увеличении продолжительности до 1 с Z_{th j–mb} увеличивается до значения, соответствующего установившемуся режиму R_{th j–mb}. Характеристика Z_{th j–mb} приводится в документации для двунаправленного и однонаправленного электрического тока импульсами продолжительностью до 10 с.

Номенклатура и корпуса

Промышленный ряд тиристоров Philips начинается с 0,8 A в SOT54 (TO92) и заканчивается 25 A в SOT78 (TO220AB).

Промышленный ряд триаков (симисторов) Philips начинается с 0,8 A в SOT223 и заканчивается 25 A в SOT78.

Самый маленький корпус триака (тиристора) для поверхностного монтажа — SOT223 (рис. 11). Мощность рассеивания зависит от степени рассеивания тепла печатной платой, на которую устанавливается прибор.

Тот же кристалл устанавливается в неизолированный корпус SOT82 (рис. 13). Улучшенная теплоотдача этого корпуса позволяет использовать его при более высоких номинальных токах и большей мощности.

На рис. 12 показан наименьший корпус для обычного монтажа — SOT54. В этот корпус ставится кристалл, которым оснащаются SOT223.

SOT78 — самый распространенный неизолированный корпус, большинство устройств для бытовой техники производится с использованием этого корпуса (рис. 14).

На рис. 15 показан SOT186 (F-корпус). Этот корпус допускает в обычных условиях разность потенциалов 1500 В между прибором и теплоотводом.

Один из последних корпусов — SOT186A (X-корпус), показанный на рис. 16. Он обладает несколькими преимуществами перед предыдущими типами:

Корпус имеет те же размеры, что и корпус SOT78 в зазорах выводов и монтажной поверхности, поэтому он может непосредственно заменять SOT78 без изменений в монтаже.
Корпус допускает в обычных условиях разность потенциалов 2500 В между прибором и теплоотводом.

Что такое TRIAC: схема переключения и приложения

Силовые электронные переключатели, такие как BJT, SCR, IGBT, MOSFET и TRIAC, являются очень важными компонентами, когда дело доходит до схем переключения, таких как преобразователи постоянного тока в постоянный ток , Контроллеры скорости двигателя , Драйверы двигателей и , контроллеры частоты и т. Д. Каждое устройство имеет свои уникальные свойства, и поэтому они имеют свои собственные специфические применения. В этом руководстве мы узнаем о TRIAC , которое является двунаправленным устройством, что означает, что оно может работать в обоих направлениях.Благодаря этому свойству TRIAC используется исключительно там, где используется синусоидальный переменный ток.

Введение в TRIAC

Термин TRIAC обозначает TRI или A альтернативный C текущий. Это трехконтактное переключающее устройство, аналогичное тиристору (тиристору), но оно может работать в обоих направлениях, так как оно создается путем объединения двух тиристоров в антипараллельном состоянии. Символ и вывод TRIAC показаны ниже.

Поскольку TRIAC является двунаправленным устройством, ток может течь либо от MT1 к MT2, либо от MT2 к MT1, когда терминал затвора срабатывает. Для TRIAC это напряжение запуска, которое должно быть приложено к клемме затвора, может быть положительным или отрицательным по отношению к клемме MT2. Таким образом, это переводит TRIAC в четыре рабочих режима , как указано ниже

Положительное напряжение на MT2 и положительный импульс на затвор (Квадрант 1)
Положительное напряжение на MT2 и отрицательный импульс на затворе (квадрант 2)
Отрицательное напряжение на MT2 и положительный импульс на затворе (квадрант 3)
Отрицательное напряжение на MT2 и отрицательный импульс на затворе (квадрант 4)

Характеристики V-I TRIAC

На рисунке ниже показано состояние TRIAC в каждом квадранте.

Характеристики включения и выключения TRIAC можно понять, посмотрев на график характеристик VI для TRIAC, который также показан на рисунке выше. Поскольку TRIAC — это просто комбинация двух SCR в антипараллельном направлении, график характеристик V-I похож на график SCR. Как вы можете видеть, TRIAC в основном работает в 1-м квадранте и 3 ^{-м квадранте}.

Характеристики включения

Чтобы включить TRIAC, положительное или отрицательное напряжение затвора / импульс должно быть подано на вывод затвора TRIAC.При срабатывании одного из двух SCR внутри, TRIAC начинает проводить в зависимости от полярности выводов MT1 и MT2. Если MT2 положительный, а MT1 отрицательный, первый SCR проводит, а если вывод MT2 отрицательный, а MT1 положительный, то второй SCR проводит. Таким образом, любой из SCR всегда остается включенным, что делает TRIAC идеальным для приложений переменного тока.

Минимальное напряжение, которое должно быть приложено к выводу затвора для включения симистора, называется пороговым напряжением затвора (V _GT) , а результирующий ток через вывод затвора называется пороговым током затвора (I _GT). После того, как это напряжение подается на вывод затвора, TRIAC смещается в прямом направлении и начинает проводить, время, необходимое для перехода TRIAC из выключенного состояния в состояние включения, называется временем включения (t _на).

Так же, как и SCR, TRIAC после включения останется включенным, если он не будет переключен. Но для этого условия ток нагрузки через TRIAC должен быть больше или равен току фиксации (I _L) TRIAC. Таким образом, можно заключить, что TRIAC останется включенным даже после удаления стробирующего импульса, пока ток нагрузки больше, чем значение тока фиксации.

Подобно току фиксации, существует еще одно важное значение тока, называемое током удержания. Минимальное значение тока для поддержания TRIAC в режиме прямой проводимости называется удерживающим током (I _H). TRIAC перейдет в режим непрерывной проводимости только после прохождения через ток удержания и ток фиксации, как показано на графике выше. Также значение тока фиксации любого TRIAC всегда будет больше, чем значение тока удержания.

Характеристики отключения

Процесс выключения TRIAC или любого другого устройства питания называется коммутацией , а связанная с ним схема для выполнения задачи называется коммутационной схемой. Наиболее распространенный метод, используемый для отключения TRIAC, — это уменьшение тока нагрузки через TRIAC до тех пор, пока он не станет ниже значения тока удержания (I _H). Такой вид коммутации называется принудительной коммутацией в цепях постоянного тока.Мы узнаем больше о том, как TRIAC включается и выключается через его прикладные схемы.

Приложения TRIAC

TRIAC очень часто используется в местах, где необходимо контролировать мощность переменного тока, например, он используется в регуляторах скорости потолочных вентиляторов, схемах диммера ламп переменного тока и т. Д. Давайте рассмотрим простую схему переключения TRIAC, чтобы понять, как она работает на практике. .

Здесь мы использовали TRIAC для включения и выключения нагрузки переменного тока с помощью кнопки .Затем источник питания подключается к маленькой лампочке через симистор, как показано выше. Когда переключатель замкнут, фазное напряжение подается на вывод затвора симистора через резистор R1. Если это напряжение затвора выше порогового напряжения затвора, то через вывод затвора протекает ток, который будет больше, чем пороговый ток затвора.

В этом состоянии TRIAC входит в прямое смещение, и ток нагрузки будет проходить через лампу. Если нагрузка потребляет достаточно тока, TRIAC переходит в состояние фиксации.Но поскольку это источник питания переменного тока, напряжение будет достигать нуля в течение каждого полупериода, и, следовательно, ток также мгновенно достигнет нуля. Следовательно, фиксация в этой схеме невозможна, и TRIAC выключится, как только переключатель будет открыт, и здесь не требуется никакой коммутирующей схемы. Этот тип коммутации TRIAC называется естественной коммутацией . Теперь давайте соберем эту схему на макетной плате с использованием BT136 TRIAC и проверим, как она работает.

При работе с источниками питания переменного тока необходимо соблюдать особую осторожность. В целях безопасности снижается рабочее напряжение. Стандартное напряжение переменного тока 230 В 50 Гц (в Индии) понижается до 12 В 50 Гц с помощью трансформатора.Маленькая лампочка подключена как нагрузка. После завершения экспериментальная установка выглядит так, как показано ниже.

Когда кнопка нажата, штырь затвора получает напряжение затвора и, таким образом, TRIAC включается. Лампа будет светиться, пока кнопка удерживается нажатой. Как только кнопка будет отпущена, TRIAC будет в фиксированном состоянии, но поскольку входное напряжение переменного тока, ток, хотя TRIAC будет ниже удерживающего тока, и, таким образом, TRIAC выключится, полную работу также можно найти в . видео приведено в конце этого руководства.

Управление TRIAC с помощью микроконтроллеров

Когда TRIAC используются в качестве регуляторов освещенности или для управления фазой, импульс затвора, который подается на вывод затвора, должен управляться с помощью микроконтроллера. В этом случае штифт затвора также будет изолирован с помощью оптрона. Принципиальная схема для этого же показана ниже.

Для управления TRIAC с помощью сигнала 5V / 3.3V мы будем использовать оптрон , такой как MOC3021 , внутри которого есть TRIAC.Этот TRIAC может быть активирован 5 В / 3,3 В через светоизлучающий диод. Обычно сигнал ШИМ подается на вывод 1 ^st MOC3021, а частота и рабочий цикл сигнала ШИМ будут изменяться для получения желаемого выходного сигнала. Этот тип цепи обычно используется для регулировки яркости лампы или управления скоростью двигателя.

Эффект скорости — демпфирующие цепи

Все TRIAC страдают от проблемы, называемой эффектом скорости. То есть, когда терминал MT1 подвергается резкому увеличению напряжения из-за шума переключения, переходных процессов или скачков, TRIAC прерывает его в качестве сигнала переключения и автоматически включается.Это связано с наличием внутренней емкости между клеммами MT1 и MT2.

Самый простой способ решить эту проблему — использовать демпферную цепь. В приведенной выше схеме резистор R2 (50R) и конденсатор C1 (10 нФ) вместе образуют RC-цепь, которая действует как демпфирующая цепь. Любые пиковые напряжения, подаваемые на MT1, будут наблюдаться этой RC-цепью.

Эффект люфта

Другой распространенной проблемой, с которой столкнутся дизайнеры при использовании TRIAC, является эффект люфта.Эта проблема возникает, когда потенциометр используется для управления напряжением на затворе TRIAC. Когда POT установлен на минимальное значение, на вывод затвора не будет подаваться напряжение, и, таким образом, нагрузка будет отключена. Но когда POT установлен на максимальное значение, TRIAC не включится из-за эффекта емкости между выводами MT1 и MT2, этот конденсатор должен найти путь для разряда, иначе он не позволит TRIAC включиться. Этот эффект называется эффектом люфта. Эту проблему можно решить, просто включив резистор последовательно со схемой переключения, чтобы обеспечить путь для разряда конденсатора.

Радиочастотные помехи (RFI) и TRIAC Цепи переключения

TRIAC более подвержены радиочастотным помехам (EFI), потому что при включении нагрузки ток внезапно повышается с 0 А до максимального значения, создавая, таким образом, всплеск электрических импульсов, который вызывает радиочастотный интерфейс. Чем больше ток нагрузки, тем хуже будут помехи. Использование цепей подавления, таких как LC-подавитель, решит эту проблему.

TRIAC — Ограничения

Когда требуется переключать формы волны переменного тока в обоих направлениях, очевидно, что TRIAC будет первым выбором, поскольку это единственный двунаправленный силовой электронный переключатель.Он действует так же, как два SCR, подключенных друг к другу, и также имеют одинаковые свойства. Хотя при разработке схем с использованием TRIAC необходимо учитывать следующие ограничения.

TRIAC имеет внутри две структуры SCR, одна проводит в течение положительной половины, а другая — во время отрицательной. Но они не срабатывают симметрично, вызывая разницу в положительном и отрицательном полупериоде выхода
Кроме того, поскольку переключение не является симметричным, оно приводит к высокоуровневым гармоникам, которые вызывают шум в цепи.
Эта проблема гармоник также приведет к электромагнитным помехам (EMI).
При использовании индуктивных нагрузок существует огромный риск протекания пускового тока по направлению к источнику, поэтому необходимо убедиться, что TRIAC полностью отключен, а индуктивная нагрузка безопасно разряжается по альтернативному пути.

Что такое симистор — переключатель симистора »Электроника

Симисторы

— это полупроводниковые устройства, которые широко используются для коммутации переменного тока средней мощности — их преимущество в том, что они могут переключать обе половины переменного цикла.

Triac, Diac, SCR Учебное пособие Включает:
Основы тиристоров Конструкция тиристорного устройства Работа тиристора Затвор отключающий тиристор, ГТО Характеристики тиристора Что такое симистор Технические характеристики симистора Обзор Diac

Симисторы — это электронные компоненты, которые широко используются в системах управления питанием переменного тока. Они могут переключать высокие напряжения и высокие уровни тока и по обеим частям сигнала переменного тока.Это делает схемы симисторов идеальными для использования в различных приложениях, где требуется переключение мощности.

В частности, симисторные схемы используются в регуляторах освещенности для домашнего освещения, а также во многих других ситуациях управления мощностью, включая управление двигателем и электронные переключатели.

Благодаря своим характеристикам симисторы, как правило, используются для электронных коммутационных устройств малой и средней мощности, а тиристоры используются для коммутации мощности переменного тока в очень тепловых режимах.

Среднетоковый симистор

Основы симистора

Симистор представляет собой развитие тиристора. В то время как тиристор может управлять током только в течение одной половины цикла, симистор управляет им в течение двух половин сигнала переменного тока.

Таким образом, симистор можно рассматривать как пару параллельных, но противоположных тиристоров с двумя затворами, соединенными вместе, и анодом одного устройства, соединенным с катодом другого и т. Д.

Форма сигнала переключения симистора

Тот факт, что действие переключения симистора происходит на обеих половинах сигнала переменного тока, означает, что для приложений электронного переключения переменного тока может использоваться полный цикл.Для базовых схем с тиристорами используется только половина формы волны, а это означает, что в базовых схемах, в которых используются тиристоры, не будут использоваться обе половины цикла. Для использования обеих половин требуются два устройства. Однако для симистора требуется только одно устройство для управления обеими половинами формы волны переменного тока, и во многих отношениях это идеальное решение для электронного переключателя переменного тока.

Символ симистора

Как и другие электронные компоненты, симистор имеет собственное обозначение цепи для использования на принципиальных схемах, которое указывает на его двунаправленные свойства.Символ симистора можно рассматривать как пару символов тиристоров в противоположных смыслах, объединенных вместе.

Обозначение схемы симистора

Как и тиристор, симистор имеет три контакта. Однако их названия немного сложнее присвоить, потому что основные токопроводящие клеммы подключены к тому, что фактически является катодом одного тиристора и анодом другого в пределах всего устройства.

Есть вентиль, который действует как спусковой крючок для включения устройства. В дополнение к этому, другие клеммы оба называются анодами или главными клеммами. Обычно они обозначаются как анод 1 и анод 2 или главный вывод 1 и главный вывод 2 (MT1 и MT2).При использовании симисторов МТ1 и МТ2 имеют очень похожие свойства.

Как работает симистор?

Перед тем, как посмотреть, как работает симистор, полезно понять, как работает тиристор. Таким образом, можно понять основные концепции более простого полупроводникового прибора, а затем применить их к более сложному симистору.

Что касается работы симистора, то из условного обозначения схемы можно представить, что симистор состоит из двух тиристоров, включенных параллельно, но по-разному.Таким образом можно рассматривать работу симистора, хотя реальная работа на полупроводниковом уровне намного сложнее.

Эквивалентная схема симистора

Структура симистора показана ниже, и можно увидеть, что есть несколько областей материала N-типа и P-типа, которые образуют фактически пару встречных тиристоров.

Базовая структура симистора

Симистор может работать разными способами — больше, чем тиристор. Он может проводить ток независимо от полярности напряжения на клеммах MT1 и MT2.Он также может запускаться как положительными, так и отрицательными токами затвора, независимо от полярности тока MT2. Это означает, что существует четыре режима или квадранта запуска:

Режим I + Ток MT2 равен + ve, ток затвора + ve
I- Mode Ток MT2 + ve, ток затвора -ve
III + Режим: Ток MT2 -ve, ток затвора + ve
III- Режим: Ток MT2 -ve, ток затвора -ve

Обнаружено, что чувствительность триггерного триггера по току максимальна, когда токи MT2 и затвора имеют одинаковую полярность, т. е.е. оба положительные или оба отрицательные. Если токи затвора и МТ2 имеют противоположную полярность, то чувствительность обычно составляет примерно половину значения, когда они одинаковы.

Типичную ВАХ симистора можно увидеть на диаграмме ниже с обозначенными четырьмя различными квадрантами.

IV характеристика симистора

Применение симистора

Симисторы используются во многих приложениях. Эти электронные компоненты часто используются при коммутации переменного тока малой и средней мощности.Там, где требуется переключение больших уровней мощности, обычно используются два тиристора / тиристора, поскольку ими легче управлять.

Тем не менее, симисторы широко используются во многих приложениях:

Управление освещением — особенно бытовые диммеры.
Управление вентиляторами и небольшими двигателями.
Электронные переключатели для общего переключения и управления переменным током

Естественно, существует много других применений симисторов, но это одни из самых распространенных.

В одном конкретном приложении симисторы могут быть включены в модули, называемые твердотельными реле. Здесь оптическая версия этого полупроводникового устройства активируется светодиодным источником света, включающим твердотельное реле в соответствии с входным сигналом.

Обычно в твердотельных реле светодиодный источник света или инфракрасного излучения и оптический симистор содержатся в одном корпусе, при этом обеспечивается достаточная изоляция, чтобы выдерживать высокие напряжения, которые могут достигать сотен вольт или, возможно, даже больше.

Твердотельные реле бывают разных форм, но те, которые используются для переключения переменного тока, могут использовать симистор.

Использование симисторов

При использовании симисторов следует учитывать ряд моментов. Хотя эти полупроводниковые устройства работают очень хорошо, чтобы добиться от них максимальной производительности, необходимо понимать несколько советов по использованию симисторов.

Было обнаружено, что из-за их внутренней конструкции и небольших различий между двумя половинами эти электронные компоненты не срабатывают симметрично.Это приводит к генерации гармоник: чем менее симметрично срабатывает симистор, тем выше уровень создаваемых гармоник. Обычно нежелательно иметь высокие уровни гармоник в энергосистеме, и в результате симисторы не подходят для систем большой мощности. Вместо этого для этих систем можно использовать два тиристора, так как их срабатывание легче контролировать.

Чтобы помочь в преодолении проблемы несимметричного срабатывания симистора и возникающих в результате гармоник, другое полупроводниковое устройство, известное как диак (диодный переключатель переменного тока), часто подключается последовательно с затвором симистора.Включение этого полупроводникового устройства помогает сделать переключение более равномерным для обеих половин цикла и тем самым создать более эффективный электронный переключатель.

Это происходит из-за того, что характеристика переключения диакритического усилителя намного лучше, чем у симистора. Поскольку диак предотвращает протекание любого тока затвора до тех пор, пока напряжение срабатывания триггера не достигнет определенного значения в любом направлении, это делает точку срабатывания симистора более равномерной в обоих направлениях.

Внутренняя схема симисторного регулятора освещенности

Примеры схем симистора

Есть много способов использования симисторов.Два приведенных ниже примера дают представление о том, что можно сделать с этими полупроводниковыми устройствами.

Простая схема электронного переключателя симистора: Симистор может функционировать как электронный переключатель — он может активировать пусковой импульс переключателя малой мощности, чтобы включить симистор для управления гораздо более высокими уровнями мощности, которые могли бы быть возможны с простой переключатель. Схема простого симисторного переключателя
Схема регулируемой мощности симистора или диммера: Одна из самых популярных схем симистора изменяет фазу на входе симистора для управления мощностью, которая может рассеиваться в нагрузке.
Базовая схема симистора, использующая фазу входного сигнала для управления рассеиваемой мощностью в нагрузке

Есть еще много схем симистора, которые можно использовать. Устройство очень универсально и может использоваться в различных схемах, обычно для обеспечения различных форм переключения переменного тока.

Примечание по схемам и конструкции симистора:

Цепи симистора

могут переключать обе половины на переменную форму волны с помощью одного устройства, что делает их очень привлекательными для использования во многих коммутационных схемах переменного тока малой и средней мощности.

Подробнее о Симисторные схемы и конструкция

Характеристики симистора

Симисторы

имеют много характеристик, которые очень похожи на характеристики тиристоров, хотя, очевидно, они предназначены для работы симистора на обеих половинах цикла и должны интерпретироваться как таковые.

Однако их работа очень похожа, как и основные типы спецификаций. Такие параметры, как ток срабатывания затвора, повторяющееся пиковое напряжение в закрытом состоянии и т.п., необходимы при проектировании схемы симистора, обеспечивая достаточный запас для надежной работы схемы.

Симисторы

— идеальные устройства для использования во многих приложениях переменного тока малой мощности. Симисторные схемы для использования в качестве диммеров и небольших электронных переключателей широко распространены, и их легко и легко реализовать. При использовании симисторов диаки часто включаются в схему, как упоминалось выше, чтобы помочь снизить уровень генерируемых гармоник.

Другие электронные компоненты: Резисторы
Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор FET Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Симисторы — Рабочие и прикладные схемы

Симистор можно сравнить с реле с фиксацией. Он мгновенно включится и закроется, как только он сработает, и будет оставаться закрытым, пока напряжение питания остается выше нуля вольт или полярность питания не изменяется.

Если питание переменного тока (переменного тока), симистор будет размыкаться в течение периодов, когда цикл переменного тока пересекает нулевую линию, но закроется и включится, как только он снова сработает.

Преимущества симистора в качестве статических переключателей

Симисторы можно эффективно заменить механическими переключателями или реле для управления нагрузками в цепях переменного тока.
Симисторы можно настроить для переключения относительно более тяжелых нагрузок с помощью минимального срабатывания по току.
Когда симисторы проводят (замыкаются), они не вызывают эффекта дребезга, как в механических переключателях.
Когда симисторы выключаются (при переходе через ноль переменного тока), он делает это без каких-либо переходных процессов из-за противо-ЭДС и т. Д.
Симисторы также устраняют проблемы с плавлением контактов или искрения, а также другие формы износа, которые обычно наблюдаются в электрических переключателях на механической основе.
Симисторы обладают гибким запуском, который позволяет им переключаться в любой заданной точке входного цикла переменного тока через положительный сигнал низкого напряжения на затворе и общей земле.
Это напряжение срабатывания может быть от любого источника постоянного тока, такого как батарея, или выпрямленный сигнал от самого источника переменного тока. В любом случае симистор будет проходить периоды выключения всякий раз, когда форма сигнала переменного тока полупериода перемещается через линию пересечения нуля (тока), как показано ниже:

Как включить симистор

Симистор состоит из трех выводов : Gate, A1, A2, как показано ниже:

Чтобы включить симистор, на его вывод затвора (G) должен быть подан ток триггера затвора.Это заставляет ток затвора течь через затвор и клемму A1. Ток затвора может быть положительным или отрицательным по отношению к выводу A1 симистора. Клемма A1 может быть подключена к отрицательной линии VSS или положительной линии VDD источника питания управления затвором.

Следующая диаграмма показывает упрощенную схему симистора, а также его внутреннюю кремниевую структуру.

Когда триггерный ток подается на затвор симистора, он включается с помощью встроенных диодов, включенных последовательно между клеммой G и клеммой A1.Эти 2 диода установлены на переходах P1-N1 и P1-N2 симистора.

Квадранты запуска симистора

Запуск симистора осуществляется через четыре квадранта в зависимости от полярности тока затвора, как показано ниже:

Эти квадранты запуска могут применяться практически в зависимости от семейства и класса симистора, так как приведено ниже:

Q2 и Q3 — рекомендуемые квадранты запуска для симисторов, поскольку они обеспечивают минимальное потребление и надежный запуск.

Квадрант запуска Q4 не рекомендуется, так как он требует более высокого тока затвора.

Важные параметры запуска для симисторов

Мы знаем, что симистор можно использовать для переключения мощной нагрузки переменного тока через его клеммы A1 / A2 через относительно небольшой источник запуска постоянного тока на клемме затвора.

При проектировании схемы управления симистором решающее значение приобретают параметры срабатывания затвора. Параметры запуска: ток срабатывания затвора симистора IGT, напряжение срабатывания затвора VGT и ток фиксации затвора IL.

Минимальный ток затвора, необходимый для включения симистора, называется током запуска затвора IGT. Это необходимо применить к затвору и клемме A1 симистора, который является общим для источника питания триггера затвора.
Ток затвора должен быть выше номинального значения для самой низкой указанной рабочей температуры. Это обеспечивает оптимальное срабатывание симистора при любых обстоятельствах. В идеале значение IGT должно в 2 раза превышать номинальное значение в таблице данных.
Триггерное напряжение, приложенное к затвору и клемме A1 симистора, называется VGT.Он применяется через резистор, о котором мы вскоре поговорим.
Ток затвора, который эффективно фиксирует симистор, является током фиксации и обозначается как LT. Фиксация может произойти, когда ток нагрузки достигнет значения LT, только после этого фиксация будет разрешена, даже если ток затвора снят.
Вышеуказанные параметры указаны для температуры окружающей среды 25 ° C и могут показывать отклонения при изменении этой температуры.

Неизолированный запуск симистора может выполняться в двух основных режимах, первый метод показан ниже:

Здесь положительное напряжение, равное VDD, прикладывается к затвору и выводу A1 симистора.В этой конфигурации мы видим, что A1 также подключен к Vss или отрицательной линии источника питания затвора. Это важно, иначе симистор никогда не ответит.

Второй метод заключается в подаче отрицательного напряжения на затвор симистора, как показано ниже:

Этот метод идентичен предыдущему, за исключением полярности. Поскольку затвор запускается отрицательным напряжением, клемма A1 теперь соединена совместно с линией VDD вместо Vss напряжения затвора-истока.Опять же, если этого не сделать, симистор не сработает.

Расчет резистора затвора

Резистор затвора устанавливает IGT или ток затвора симистора для необходимого срабатывания. Этот ток увеличивается, когда температура падает ниже заданной температуры перехода 25 ° C.

Например, если заданное значение IGT составляет 10 мА при 25 ° C, оно может увеличиться до 15 мА при 0 ° C.

Чтобы резистор мог обеспечивать достаточное IGT даже при 0 ° C, он должен быть рассчитан для максимально доступного VDD от источника.

Рекомендуемое значение составляет от 160 до 180 Ом на 1/4 Вт для VGT затвора 5 В. Более высокие значения также будут работать, если температура окружающей среды достаточно постоянна.

Запуск от внешнего источника постоянного тока или существующего переменного тока : Как показано на следующем рисунке, симистор можно переключать либо через внешний источник постоянного тока, например аккумулятор или солнечную панель, либо через адаптер переменного / постоянного тока. В качестве альтернативы он также может запускаться от самого существующего источника переменного тока.

Здесь переключатель S1 имеет незначительную нагрузку на него, поскольку он переключает симистор через резистор, вызывая минимальный ток, проходящий через S1, тем самым спасая его от любого рода износа.

Переключение симистора через геркон : Для переключения симистора движущимся объектом может быть включен запуск на основе магнитного поля. Герконовый переключатель и магнит могут использоваться для таких приложений, как показано ниже:

В этом приложении магнит прикреплен к движущемуся объекту. Когда движущаяся система проходит мимо герконового реле, она запускает симистор в проводимость через прикрепленный к нему магнит.

Герконовое реле может также использоваться, когда требуется электрическая изоляция между источником запуска и симистором, как показано ниже.

Здесь медная катушка подходящего размера намотана на герконовое реле, а выводы катушки подключены к потенциалу постоянного тока через переключатель. Каждый раз при нажатии переключателя происходит изолированное срабатывание симистора.

Благодаря тому, что герконовые реле рассчитаны на миллионы операций ВКЛ / ВЫКЛ, эта система переключения становится чрезвычайно эффективной и надежной в долгосрочной перспективе.

Другой пример изолированного срабатывания симистора можно увидеть ниже, здесь внешний источник переменного тока используется для переключения симистора через развязывающий трансформатор.

Еще одна форма изолированного срабатывания симисторов показана ниже с использованием фотоэлементов. В этом методе светодиод и фотоэлемент или фотодиод монтируются как единое целое внутри одного корпуса. Эти оптопары легко доступны на рынке.

Необычное переключение симистора по схеме выключено / половинная / полная мощность показано на схеме ниже. Для снижения мощности на 50% диод включен последовательно с затвором симистора. Этот метод заставляет симистор включаться только на чередующиеся полупериоды положительного переменного тока на входе.

Схема может эффективно применяться для управления нагрузками нагревателя или другими резистивными нагрузками, имеющими тепловую инерцию. Это может не сработать для управления освещением, так как половина положительной частоты циклов переменного тока приведет к раздражающему мерцанию света; аналогичным образом этот запуск не рекомендуется для индуктивных нагрузок, таких как двигатели или трансформаторы.

Цепь триака с фиксацией сброса

Следующая концепция показывает, как можно использовать триак для создания фиксатора сброса с помощью пары кнопок.

Нажатие кнопки установки фиксирует триак и нагрузку, а нажатие кнопки сброса сгибает защелку.

Цепи таймера задержки симистора

Симистор можно настроить как схему таймера задержки для включения или выключения нагрузки после установленной заранее заданной задержки.

В первом примере ниже показана схема таймера отключения с задержкой на основе симистора. Первоначально при подаче питания симистор включается.

Тем временем 100 мкФ начинает заряжаться, и при достижении порога срабатывает UJT 2N2646, включая SCR C106.

SCR замыкает затвор на массу, отключая симистор. Задержка определяется настройкой 1M и номиналом последовательного конденсатора.

Следующая схема представляет собой схему таймера задержки включения симистора. При подаче питания симистор реагирует не сразу. Диак остается выключенным, пока конденсатор 100 мкФ заряжается до порога срабатывания.

Как только это происходит, диак срабатывает и включает симистор. Время задержки зависит от значений 1M и 100uF.

Следующая схема — еще одна версия таймера на основе симистора.При включении UJT переключается через конденсатор емкостью 100 мкФ. UJT удерживает переключатель SCR в положении ВЫКЛ, лишая симистор тока затвора, и, таким образом, симистор также остается выключенным.

Через некоторое время, в зависимости от настройки предустановки 1M, конденсатор полностью заряжается, отключая UJT. Теперь SCR включается, включая триак и нагрузку.

Цепь мигания лампы симистора

Эта схема мигания симистора может использоваться для мигания стандартной лампы накаливания с частотой, которая может регулироваться от 2 до 10 Гц.Схема работает путем выпрямления сетевого напряжения диодом 1N4004 вместе с переменной RC-цепью. В момент, когда электролитический конденсатор заряжается до напряжения пробоя диака, он вынужден разряжаться через диак, который, в свою очередь, запускает симистор, что приводит к миганию подключенной лампы.

После задержки, установленной элементом управления 100 кОм, конденсатор снова перезаряжается, вызывая повторение цикла мигания. Регулятор 1 k устанавливает ток срабатывания симистора.

Заключение

Симистор — один из самых универсальных компонентов электронного семейства.Симисторы можно использовать для реализации множества полезных схем. В приведенном выше сообщении мы узнали о нескольких простых применениях схем симистора, однако существует бесчисленное множество способов, которыми симистор может быть сконфигурирован и применен для создания желаемой схемы.

На этом веб-сайте я уже разместил много схем на основе симисторов, к которым вы можете обратиться для дальнейшего изучения, вот ссылка на него:

О Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель , разработчик схем / плат, производитель.Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть запрос, связанный со схемой, вы можете взаимодействовать с ним через комментарии, я буду очень рад помочь!

TRIAC асимметрично включается сам по себе при нагревании

У меня есть простой регулятор фазового угла симистора, который очень похож на схему приложения с техническими данными MOC3021. В большинстве случаев все в порядке. Схема выглядит так:

Симистор — это BTA06-600B (т.е. стандартная чувствительность, а не демпферный).Схема оптического демпфера такая же, в демпфирующей цепи симистора есть конденсатор 0,015 мкФ и резистор 270R.

У меня проблема всегда возникает, когда симистор нагревается до 75 ° C — он включается сам по себе с искаженной асимметричной формой волны, как показано ниже, — включается на часть половины каждого цикла. Это генерирует форму волны, которая совершенно не нравится подключенному двигателю — и кажется, что она остается там навсегда, пока двигатель не сгорит.

Как только он немного остынет, он снова выключается.Нагрузка вроде не имеет значения — это бывает с вентилятором на 30 Вт или вентилятор на 4 А.

Нет привода затвора — я пробовал закоротить контакты 1/2 на Opto, но это не имеет значения. Кроме того, когда я нагреваю симистор, оптоэлектроника не нагревается — и я могу вызвать проблему с нагревом.

Я могу вызвать проблему, нагревая симистор с помощью термофена, хотя я не думаю, что это единственная причина — это случилось сегодня утром несколько раз без особого нагрева, но затем мы потратили часы, пытаясь воспроизвести выход без успех.

В поле эта «другая» причина — это то, что происходит с некоторыми устройствами — симистор не должен достигать температуры около 75 ° C при нормальной работе, поскольку он управляет вентилятором 50 Вт / 0,22 А и установлен на радиаторе.

Почему симистор включается сам по себе?

[обновление 1] Похоже, проблема ограничена некоторыми симисторами — я снял с полки еще несколько устройств, и они были в порядке с радиатором> 100 ° C (110 ° C согласно моему мультиметру и очень горячие согласно моему мокрому пальцу!).Тот, который работал, был другим кодом даты.

[обновление 2] Высокотемпературные испытания проводились с помощью термофена, а не из-за нагрузки / отсутствия радиатора. При нормальной работе он рассеивает около 0,022 Вт и установлен на радиаторе. Я наносил на него замораживание и термофен, пытаясь заставить его плохо себя вести.

[обновление 3] Я пробовал 1k, 470R, 270R между воротами и A1 — без разницы.

[обновление 4] Я не уверен, что это dv / dt — нагрузка «выключена» (т.е. опто не управляется), тогда, когда я нагреваю симистор, он включается сам по себе и остается включенным, пока снова не остынет

[обновление 5] Я знаю, что температура 110C / и т. Д. Высока — возможно, слишком высока.Я хочу сказать, что даже при такой температуре некоторые устройства работают нормально, а при гораздо более низкой температуре, чем другие — нет. Неисправный «выходит из строя» примерно при 70 ° C, а хороший — при 110 ° C

[обновление 6] Я пришел к выводу, что что-то не так с этим конкретным симистором — я попытался воспроизвести проблему с кучей других устройств, но не смог. Asmyldof — проблема не в пике, потому что симистор может отключиться, нагреться, и тогда возникнет проблема — то есть нагрев вызывает нечетную форму волны, а не какие-либо пики двигателя.

TRIAC Circuits: основы и приложения

Термин «TRIAC» означает триод для переменного тока. Как следует из названия, этот электронный компонент обычно используется в качестве элемента управления в цепях переменного тока (AC).

TRIAC — это полупроводниковые устройства с тремя выводами. Они работают с использованием одного вывода, то есть затвора, для запуска потока электрического тока через два других вывода, то есть основные выводы или аноды. Хотя эти устройства похожи на другие электронные переключатели, такие как кремниевые выпрямители (SCR), в отличие от некоторых из этих альтернатив, они могут одинаково хорошо проводить в обоих направлениях.

TRIAC

часто находят применение в качестве переключателей в широком спектре электрического оборудования, таком как лампы, вентиляторы и двигатели. Независимо от их применения, все СИСТЕМЫ TRIAC используют основные принципы работы, изложенные выше. Помимо этих общих характеристик, они обычно подразделяются на те, которые используются для простых схем переключателя TRIAC или схем переменной мощности (или диммера) TRIAC.

Функции переключателей TRIAC

TRIAC используются разными способами, в том числе как:

Простые электронные переключатели

В этом приложении TRIAC запускается напряжением переменного тока на его затворе.Резистор используется последовательно с затвором, чтобы ограничить ток, протекающий к клемме. TRIAC позволяет току течь в любом направлении, причем поток изменяется в зависимости от полярности напряжения затвора. Напряжение затвора может быть получено из напряжения переменного тока, приложенного к клеммам нагрузки симистора. Если приложение требует, чтобы ток протекал только в одном направлении, к затвору последовательно подключается диод для преобразования переменного напряжения в постоянное. В этой конфигурации ток, протекающий через TRIAC для данной нагрузки, является фиксированным.

Контроллеры уровня мощности или диммера

Триггер затвора для этого варианта использования более сложен, поскольку он включает изменение его фазы в зависимости от напряжения нагрузки. Напряжение триггера получается из напряжения нагрузки, но с приложенным к нему фазовым сдвигом. Схема фазовращателя состоит из переменного резистора и конденсатора. Напряжение конденсатора используется в качестве напряжения триггера, фаза которого изменяется путем изменения переменного резистора.Часто переключатель DIAC (диод для переменного тока) подключается между конденсатором и затвором TRIAC, чтобы добиться резкого включения TRIAC.

TRIAC находят применение в ряде электрических приложений, в том числе в качестве:

Диммеры для ламп
Регуляторы мощности для электронагревателей
Регуляторы скорости для двигателей

Проблемы со схемами TRIAC и решениями

При использовании схем TRIAC важно знать об общих встречающихся проблемах и способах их решения.Некоторые из проблем, которые возникают при использовании схем TRIAC, включают:

Эффект скорости

Этот эффект относится к непреднамеренному включению TRIAC из-за внезапного изменения напряжения на его основных клеммах. Проблема решается подключением демпферной цепи резистор-конденсатор (RC) между основными выводами.

Эффект люфта

Люфт возникает в цепях управления фазой, когда сопротивление установлено на максимум, чтобы снизить уровни мощности подключенного устройства до минимума.Эффект вызван отсутствием пути разряда для собственной емкости TRIAC на его клеммах нагрузки и препятствует включению подключенного устройства. Решение состоит в том, чтобы обеспечить путь разряда путем подключения последовательно с DIAC резистора большого номинала или конденсатора между затвором и основными выводами.

Несимметричный обжиг

В схемах управления фазой эта проблема возникает из-за того, что симисторы имеют разные напряжения включения для каждого направления. Такая конструкция приводит к плохому профилю электромагнитного излучения для TRIAC.Эта проблема решается путем использования DIAC последовательно с затвором TRIAC, что выравнивает характеристики стрельбы TRIAC.

Фильтрация гармоник

Поскольку TRIAC включается, когда напряжение на его выводах не равно нулю, он генерирует гармоники, которые делают его непригодным для использования в чувствительном электронном оборудовании, таком как схемы беспроводной связи. Использование фильтра гармоник подавляет электромагнитные помехи.

Свяжитесь с MagneLink, чтобы узнать о необходимости коммутатора TRIAC

в компании MagneLink, Inc.мы интегрируем TRIAC с нашими магнитными переключателями в наши корпуса MLT, MLP и MLU. Каждый из этих стилей подходит для разных приложений. Например, корпуса MLT подходят для использования в суровых условиях, корпуса MLP подходят для тяжелых условий эксплуатации, а корпуса MLU имеют резьбовой корпус, который больше подходит для скрытого монтажа.

Чтобы узнать больше о наших предложениях по переключателям типа TRIAC, посетите страницу с нашими продуктами. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить информацию или расценки на заказное решение переключателя.

% PDF-1.3 % 64 0 объект > endobj xref 64 68 0000000016 00000 н. 0000001725 00000 н. 0000001867 00000 н. 0000002006 00000 н. 0000002523 00000 н. 0000002754 00000 н. 0000002834 00000 н. 0000002958 00000 н. 0000003064 00000 н. 0000003170 00000 н. 0000003224 00000 н. 0000003331 00000 н. 0000003385 00000 н. 0000003536 00000 н. 0000003590 00000 н. 0000003687 00000 н. 0000003741 00000 н. 0000003829 00000 н. 0000003912 00000 н. 0000003966 00000 н. 0000004071 00000 н. 0000004125 00000 н. 0000004179 00000 п. 0000004283 00000 п. 0000004337 00000 н. 0000004471 00000 н. 0000004525 00000 н. 0000004578 00000 н. 0000004660 00000 н. 0000004762 00000 н. 0000004815 00000 н. 0000004868 00000 н. 0000004922 00000 н. 0000005004 00000 н. 0000005101 00000 п. 0000005154 00000 н. 0000005208 00000 н. 0000005409 00000 н. 0000005615 00000 н. 0000006302 00000 н. 0000006412 00000 н. 0000006628 00000 н. 0000006724 00000 н. 0000006940 00000 н. 0000007635 00000 п. 0000007657 00000 н. 0000008402 00000 п. 0000008424 00000 н. 0000008537 00000 н. 0000008843 00000 н. 0000008930 00000 н. 0000009632 00000 н. 0000009654 00000 н. 0000009767 00000 н. 0000010474 00000 п. 0000010496 00000 п. 0000011208 00000 п. 0000011230 00000 п. 0000011411 00000 п. 0000012124 00000 п. 0000012146 00000 п. 0000012819 00000 п. 0000012841 00000 п. 0000013413 00000 п. 0000013435 00000 п. 0000013514 00000 п. 0000002068 00000 н. 0000002501 00000 п. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 65 0 объект > endobj 66 0 объект B- | [Bd) / U (& E 䱃 -rZY} [] «9« / V) / П-12 >> endobj 67 0 объект > endobj 130 0 объект > транслировать ǬN} ~ {:}, R گ Ҋp` ۇ GɐRc) 95RfC ~ o.»QFic» «> Dq :: r Y ٮ og% _j¶xr {gH [@ GB $ 7? R * +. (Pq ژ * kC

Электродвижущие силы

Работа симистора

Январь 2003 г.

Симистор (более известный как двунаправленный триодный тиристор) представляет собой электронный переключатель и является своего рода электронным эквивалентом реле / контактора. Но вместо катушки, которая находится под напряжением, симистор имеет затвор, который запускается током, чтобы симистор проводил и включал нагрузку. В отличие от реле или контактора, симистор не имеет движущихся частей.Таким образом, здесь нет контактов, которые могут заедать и гореть, нет дребезга контактов, искрения и абсолютно никакого шума.

Подобно транзисторам симисторы представляют собой три оконечных устройства. Они даже упакованы аналогично (ТО-92, ТО-220 и т. Д.). Но, в отличие от транзистора, симистор — это не усилитель, а просто полупроводниковый переключатель. У него всего два состояния: проводящее и непроводящее.

Симистор может проводить в обоих направлениях. Следовательно, он может переключать переменный ток. Его двоюродный брат, кремниевый управляемый выпрямитель (SCR), похож на пол симистора, потому что он проводит только в одном направлении.На SCR две клеммы, к которым подключена нагрузка, называются катодом и анодом. Поскольку симистор работает в двух направлениях, вызывать контакты катода и анода было бы бессмысленно. Поэтому они известны как MT1 (главный терминал 1) и MT2 (главный терминал 2). Терминал, на который подается сигнал, заставляющий МТ1 — МТ2 проводить, известен как вентиль.

Помимо номинального тока, каждый симистор имеет определенное напряжение переключения. При открытом затворе это минимальное напряжение между MT1 и MT2, при котором симистор начинает проводить ток, действуя как замкнутый переключатель.Обычно мы не подвергаем симистор размыкающему напряжению. Скорее, чтобы включить симистор, мы пропускаем небольшой ток (<100 мА) через затвор на MT1 или от MT1 на затвор. Следовательно, при выборе симистора мы выбираем тот, у которого номинальное напряжение отключения выше пикового (не среднеквадратичного!) Напряжения нашей линии переменного тока. Пиковое напряжение сети 240 В переменного тока составляет 340 В, поэтому подойдет имеющийся в продаже симистор с напряжением переключения 400 В. Выбор устройства с еще более высоким номинальным напряжением переключения, скажем 600 В, будет прекрасным и обеспечит больший запас, хотя такое устройство будет стоить дороже.

Наиболее важным аспектом работы симистора является запуск затвора. Есть несколько способов запустить симистор. Но как только симистор проводит ток затвора, его можно удалить. Симистор будет продолжать работать до конца определенного полупериода. Если мы переключаем переменный ток, симистор естественным образом переходит в непроводящее состояние в течение половины цикла после снятия тока затвора. Если, однако, мы используем симистор для переключения постоянного тока, удаление триггера затвора приведет к выключению симистора , а не . Как и в режиме SCR, необходимы другие способы его отключения.Это означает, что когда мы снимаем триггер затвора с симистора, мы технически не выключаем симистор. Скорее, симистор фактически отключается, когда переменный ток пересекает нулевую точку. Когда ток, проходящий через симистор, падает ниже тока удержания, симистор переходит в непроводящее состояние. Чтобы симистор постоянно работал, мы должны запускать затвор каждые полцикла. Или мы можем подать на ворота непрерывный сигнал постоянного тока. В любом случае симистор будет продолжать работать постоянно.

При срабатывании симистора необходимо учитывать, в каких квадрантах симистор будет работать (см. Диаграмму ниже). Если симисторы для вас впервые, диаграмма может показаться сложной. К этим квадрантам нужно немного привыкнуть. Просто помните, что они связаны с тригонометрическими квадрантами математики, но не являются ими. Вместо этого квадранты относятся к четырем комбинациям поляритов, тока затвора и MT2 по отношению к MT1. Ось x обозначает полярность затвора, а ось y обозначает полярность MT2.Все полярности относятся к MT1. Поскольку полярности затвора и MT2 не зависят друг от друга и могут быть положительными или отрицательными по отношению к MT1, у нас есть четыре возможных комбинации. Обозначим квадрантом 1 ситуацию, когда и вентиль, и MT2 положительны. Когда вентиль отрицательный, а MT2 положительный, мы называем эту операцию квадранта 2. Когда и вентиль, и MT2 отрицательны по отношению к MT1, это называется операцией квадранта 3. И, наконец, когда затвор положительный, когда MT2 отрицательный, мы работаем с симистором в режиме квадранта 4.

Важно помнить, что симистор не обязательно должен работать во всех четырех квадрантах. Также симистор не проходит через все четыре квадранта за каждый цикл переменного тока. Фактически для данной схемы симистор обычно работает только в двух квадрантах. А работа в 2-х квадрантах — это абсолютный минимум, поскольку мы работаем с переменным током, и поэтому MT2 будет положительным в течение одного полупериода, а затем отрицательным по отношению к MT1 в следующем полупериоде. Например, когда симистор запускается непрерывным сигналом постоянного тока, симистор будет работать либо в квадрантах 1 и 4, либо в квадрантах 2 и 3.Это связано с тем, что ток затвора всегда будет либо положительным по отношению к MT1 (Q 1 и 4), либо всегда отрицательным (Q 2 и 3).

С симисторными оптопарами в качестве пускового устройства симистор запускается чередующимися положительными и отрицательными токами (см. Схему оптопары в разделе Твердотельные реле). Это называется синфазным запуском, поскольку полярность затвора относительно MT1 всегда соответствует полярности MT2 относительно MT1. Следовательно, симистор работает в квадрантах 1 и 3.

При непрерывном запуске по постоянному току напряжение затвора по отношению к MT1 всегда будет положительным или всегда отрицательным.Если положительный, симистор будет работать в квадрантах 1 и 4. Если напряжение затвора на MT1 всегда отрицательное, тогда симистор будет работать в квадрантах 2 и 3. Другими словами, когда затвор получает ток (ток запуска всегда течет от затвора к MT1), то симистор работает в квадрантах 1 и 4. Когда затвор понижает ток (ток течет через более положительный MT1 к затвору), тогда симистор работает в квадрантах 2 и 3.

Мы можем разработать схему для запуска симистора либо положительным, либо отрицательным постоянным током затвора.На схемах ниже показано, как транзисторы NPN и PNP могут запускать симистор. Когда переключатель замкнут, транзистор включается и пропускает ток, чтобы запустить симистор. Поскольку затвор в любой конфигурации всегда положительный по отношению к MT1, симистор в обеих схемах будет работать в квадрантах 1 и 4.

Поскольку симисторы требуют значительно большего тока затвора для работы в квадранте 4, лучше всего использовать симистор только в квадрантах 1, 2 и 3.Этого легко добиться, сделав положительную сторону источника постоянного тока общей ветвью для источников постоянного и переменного тока и привязав к нему MT1. В результате затвор симистора будет потреблять ток, чтобы запустить симистор, вместо того, чтобы получать его — в обратном порядке по сравнению с предыдущими схемами. Это означает, что симистор будет работать в квадрантах 2 и 3. Приведенные ниже схемы показывают, как этого можно достичь с помощью транзисторов.

Конечно, в реальной схеме указанные выше ручные переключатели были бы заменены электронными, например, логическими вентилями.

Ссылки:

Диаграмма квадрантов приведена в техническом паспорте симистора Teccor Electronics, Inc.
Motorola Thyristor Data , 2-е издание, 1988 г., Motorola Inc.

Журнал "Дизайнер"