Metódy a obvody na riadenie tyristora alebo triaku

Tyristory sa široko používajú v polovodičových zariadeniach a prevodníkoch. Rôzne zdroje energie, frekvenčné meniče, regulátory, budiace zariadenia pre synchrónne motory a mnoho ďalších zariadení boli postavené na tyristoroch a nedávno sa nahrádzajú tranzistorovými meničmi. Hlavnou úlohou tyristora je zapnúť záťaž v čase, keď je privedený riadiaci signál. V tomto článku sa zameriame na to, ako ovládať tyristory a triaky.

definícia

Tyristor (trinistor) je polovodičový čiastočne riadený kľúč. Čiastočne riadené - znamená, že tyristor môžete zapnúť, vypne sa iba vtedy, keď je prerušený prúd v obvode alebo ak je naň privedené spätné napätie.

Rovnako ako dióda vedie prúd iba jedným smerom. To znamená, že na zahrnutie do striedavého obvodu na riadenie dvoch polovičných vĺn sú potrebné dva tyristory pre každú z nich, hoci nie vždy. Tyristor pozostáva zo 4 oblastí polovodiča (p-n-p-n).

Nazýva sa ďalšie podobné zariadenie triak - obojsmerný tyristor. Jeho hlavný rozdiel spočíva v tom, že dokáže viesť prúd oboma smermi. V skutočnosti predstavuje dva tyristory vzájomne spojené paralelne.

Kľúčové vlastnosti

Rovnako ako akékoľvek iné elektronické komponenty, tyristory majú množstvo charakteristík:

• Pokles napätia pri maximálnom anódovom prúde (VT alebo UОС).

• Napätie vpred uzavreté (VD (RM) alebo Ucc).

• Reverzné napätie (VR (PM) alebo Urev).

• Predný prúd (IT alebo Ipr) je maximálny prúd v otvorenom stave.

• Maximálny povolený predný prúd (ITSM) je maximálny otvorený špičkový prúd.

• Reverzný prúd (IR) - prúd pri určitom spätnom napätí.

• Jednosmerný prúd v uzavretom stave pri určitom vstupnom napätí (ID alebo ISc).

• Riadiace napätie s konštantným spúšťaním (VGT alebo UU).

• Kontrolný prúd (IGT).

• Regulačná elektróda maximálneho prúdu IGM.

• Maximálny povolený rozptyl energie na regulačnej elektróde (PG alebo Pу)

Pracovný princíp

Ak je na tyristor pripojené napätie, nevedie prúd. Existujú dva spôsoby, ako ho zapnúť - napätie medzi anódou a katódou je dostatočné na to, aby sa otvorilo, potom sa jeho činnosť nebude líšiť od dinistora.

Ďalším spôsobom je aplikovanie krátkodobého impulzu na kontrolnú elektródu. Otvárací prúd tyristora je v rozsahu 70 až 160 mA, hoci v praxi táto hodnota, ako aj napätie, ktoré je potrebné privádzať na tyristor, závisí od konkrétneho modelu a inštancie polovodičového zariadenia a dokonca od podmienok, v ktorých pracuje, ako je napríklad teplota okolia. prostredie.

Okrem regulačného prúdu existuje aj taký parameter, ako je udržiavací prúd - je to minimálny anódový prúd, ktorý udržuje tyristor v otvorenom stave.

Po otvorení tyristora je možné riadiaci signál vypnúť, tyristor bude otvorený, pokiaľ ním pretečie jednosmerný prúd a je použité napätie. To znamená, že v premennom obvode bude tyristor otvorený počas tejto polovice vlny, ktorej napätie ovplyvňuje tyristor v smere dopredu. Keď napätie klesne na nulu, prúd sa zníži. Keď prúd v obvode klesne pod prídržný prúd tyristora, uzavrie sa (vypne sa).

Polarita riadiaceho napätia sa musí zhodovať s polaritou napätia medzi anódou a katódou, ako môžete vidieť na vyššie uvedených oscilogramoch.

Ovládanie triaku je podobné, aj keď má určité vlastnosti. Na riadenie triaka v striedavom obvode sú potrebné dva impulzy riadiaceho napätia - pre každú polovicu sínusovej vlny.

Po aplikovaní kontrolného impulzu v prvej polovici vlny (podmienečne pozitívneho) sínusového napätia prúd prúdom triakom bude prúdiť až do začiatku druhej polovice vlny, po ktorej sa uzavrie ako konvenčný tyristor. Potom musíte použiť ďalší riadiaci impulz na otvorenie triaku v negatívnej polvlne. To je jasne znázornené v nasledujúcich vlnových priebehoch.

Polarita riadiaceho napätia musí zodpovedať polarite privedeného napätia medzi anódou a katódou. Z tohto dôvodu vznikajú problémy pri riadení triakov pomocou digitálnych logických obvodov alebo z výstupov mikrokontroléra. To sa však dá ľahko vyriešiť inštaláciou ovládača triak, o ktorom budeme hovoriť neskôr.

Bežné tyristorové alebo triakové regulačné obvody

Najbežnejším obvodom je triak alebo tyristorový regulátor.

Tu sa tyristor otvára potom, čo je na kondenzátore dostatočné množstvo na jeho otvorenie. Otvárací moment sa nastavuje pomocou potenciometra alebo premenného odporu. Čím väčší je jeho odpor, tým pomalšie sa nabíjajú kondenzátory. Rezistor R2 obmedzuje prúd cez kontrolnú elektródu.

Táto schéma reguluje obe polčasy, to znamená, že máte úplnú kontrolu výkonu od takmer 0% do takmer 100%. Toto sa dosiahlo nastavením regulátora v diódovom mostíkuTakto je regulovaná jedna z polvlnov.

Zjednodušený obvod je uvedený nižšie, tu je regulovaná iba polovica periódy, druhá polovica vlny prechádza bez zmeny cez diódu VD1. Princíp činnosti je podobný.

Ovládač Triac bez diódového mostíka vám umožňuje ovládať dve polvlny.

Podľa princípu činnosti je takmer podobný predchádzajúcim, ale obe polvlny sú už regulované pomocou triaku. Rozdiely spočívajú v tom, že riadiaci impulz je tu napájaný pomocou obojsmerného dinistora DB3, potom čo je kondenzátor nabitý na požadované napätie, zvyčajne 28 až 36 voltov. Rýchlosť nabíjania je tiež regulovaná pomocou variabilného odporu alebo potenciometra. Táto schéma je implementovaná vo väčšine stmievače pre domácnosť.

Aj zázrak:

Takéto obvody riadenia napätia sa nazývajú SIFU - pulzný fázový riadiaci systém.

Obrázok hore ukazuje možnosť ovládania triaku pomocou mikrokontroléra, s použitím príkladu populárna platforma Arduino, Triakový ovládač sa skladá z optosimistora a LED. Pretože vo výstupnom obvode budiča je nainštalovaný optosimistor, na riadiacu elektródu je vždy privedené napätie požadovanej polarity, sú tu však určité nuansy.

Faktom je, že na nastavenie napätia pomocou triaka alebo tyristora je potrebné aplikovať riadiaci signál v určitom časovom okamihu, aby došlo k prerušeniu fázy na požadovanú hodnotu. Ak náhodne snímate riadiace impulzy, obvod bude určite fungovať, ale úpravy nebudú fungovať, takže musíte zistiť, kedy polvlna prechádza nulou.

Pretože pre nás v súčasnosti nezáleží na polarite polvlny, stačí sledovať okamih prechodu nulou. Taký uzol v obvode sa nazýva detektor nuly alebo detektor nuly a v anglických zdrojoch sa nazýva „detektor obvodu nulového kríženia“ alebo ZCD. Variant takéhoto obvodu s detektorom kríženia nuly na optočlenoch s tranzistormi je nasledujúci:

Existuje mnoho optických ovládačov na ovládanie triakov, typické sú rady MOC304x, MOC305x, MOC306X, vyrábané spoločnosťou Motorola a ďalšími. Tieto ovládače navyše poskytujú galvanickú izoláciu, ktorá ochráni váš mikrokontrolér v prípade poruchy polovodičového kľúča, čo je celkom možné a pravdepodobné. Taktiež zvýši bezpečnosť práce s riadiacimi obvodmi úplným rozdelením okruhu na „výkon“ a „prevádzkový“.

záver

Základné informácie o tyristoroch a triakoch, ako aj o ich riadení v okruhoch so „zmenou“ sme povedali.Stojí za zmienku, že sme sa nezaoberali témou uzamykateľných tyristorov, ak vás tento problém zaujíma - napíšte komentáre a my ich podrobnejšie zvážime. Nezohľadnili sa ani nuansy používania a riadenia tyristorov v indukčných obvodoch energie. Na reguláciu „konštanty“ je lepšie použiť tranzistory, pretože v tomto prípade sa rozhodnete, kedy sa kľúč otvorí a kedy sa zatvorí, podľa kontrolného signálu ...

Comments

[#1 ivan]

Užitočný článok, vďaka!

[#2 Ruslan]

Správne napísané, zrozumiteľne. Respect!