Симистор тиристор: Тиристор и симистор.Способы и схемы управления

Содержание

Тиристор и симистор.Способы и схемы управления

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.

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:

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

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.

Интересно:

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…

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

По материалам electrik.info

Тиристоры и симисторы — RadioRadar


Тиристор


   Тиристор — это переключающий полупроводниковый прибор, пропускающий ток в одном направлении. Этот радиоэлемент часто сравнивают с управляемым диодом и называют полупроводниковым управляемым вентилем (Silicon Controlled Rectifier, SCR).

Тиристор имеет три вывода, один из которых — управляющий электрод, можно сказать, «спусковой крючок» — используется для резкого перевода тиристора во включенное состояние.

   Тиристор совмещает в себе функции выпрямителя, выключателя и усилителя. Часто он используется как регулятор, главным образом, когда схема питается переменным напряжением. Нижеследующие пункты раскрывают четыре основных свойства тиристора:

  • тиристор, как и диод, проводит в одном направлении, проявляя себя как выпрямитель;
  • тиристор переводится из выключенного состояния во включенное при подаче сигнала на управляющий электрод и, следовательно, как выключатель имеет два устойчивых состояния. Тем не менее для возврата тиристора в выключенное (разомкнутое) состояние необходимо выполнить специальные условия;
  • управляющий ток, необходимый для перевода тиристора из закрытого состояния в открытое, значительно меньше (несколько миллиампер) при рабочем токе в несколько ампер и даже в несколько десятков ампер. Следовательно, тиристор обладает свойствами усилителя тока;
  • oсредний ток через нагрузку, включенную последовательно с тиристором, можно точно регулировать в зависимости от длительности сигнала на управляющем электроде. Тиристор при этом является регулятором мощности.

Структура тиристора


   Тиристором называется управляемый трехэлектродный полупроводниковый прибор, состоящий из чередующихся четырех кремниевых слоев типа р и n. Полупроводниковый прибор с четырехслойной структурой представлен на рис. 1.

   Крайнюю область р-структуры, к которой подключается положительный полюс источника питания, принято называть анодом, а крайнюю область n, к которой подключается отрицательный полюс этого источника, — катодом.

Рис.1. Структура и обозначение тиристора

Свойства тиристора в закрытом состоянии


   В соответствии со структурой тиристора можно выделить три электронно-дырочных перехода и заменить тиристор эквивалентной схемой, как показано на рис. 2.

   Эта эквивалентная схема позволяет понять поведение тиристора с отключенным управляющим электродом.

   Если анод положителен по отношению к катоду, то диод D2 закрыт, что приводит к закрытию тиристора, смещенного в этом случае в прямом направлении. При другой полярности диоды D1 и D2 смещены в обратном направлении, и тиристор также закрыт.

Рис.2. Представление тиристора тремя диодами

Принцип отпирания с помощью управляющего электрода


   Эквивалентное представление структуры р-n-p-n в виде двух транзисторов показано на рис. 3.

   Представление тиристора в виде двух транзисторов разного типа проводимости приводит к эквивалентной схеме, представленной на рис. 1.4. Она наглядно объясняет явление отпирания тиристора.

   Зададим ток IGT через управляющий электрод тиристора, смещенного в прямом направлении (напряжение VAK положительное), как показано на рис. 4.

   Так как ток IGT становится базовым током транзистора n-p-n, то ток коллектора этого транзистора равен B

1xIGT, где B1 — коэффициент усиления по току транзистора Т1.

   Этот ток одновременно является базовым током транзистора р-n-р, что приводит к его отпиранию. Ток коллектора транзистора Т2 составляет величину B1xB2xIGT и суммируется с током IGT, что поддерживает транзистор Т1 в открытом состоянии. Поэтому, если управляющий ток IGT достаточно велик, оба транзистора переходят в режим насыщения.

   Цепь внутренней обратной связи сохраняет проводимость тиристора даже в случае исчезновения первоначального тока управляющего электрода IGT, при этом ток анода (1А ) остается достаточно высоким.

   Типовая схема запуска тиристора приведена на рис. 5

.

Рис.3. Разбиение тиристора на два транзистора

Рис.4. Представление тиристора в виде двухтранзисторной схемы

Рис.5. Типичная схема запуска тиристора

Отключение тиристора


   Тиристор перейдет в закрытое состояние, если к управляющему электроду открытого тиристора не приложен никакой сигнал, а его рабочий ток спадет до некоторого значения, называемого током удержания (гипостатическим током).

   Отключение тиристора произойдет, в частности, если была разомкнута цепь нагрузки (рис. 6а) или напряжение, приложенное к внешней цепи, поменяло полярность (это случается в конце каждого полупериода переменного напряжения питания).

Рис.6. Способы отключения тиристора

   Когда тиристор работает при постоянном токе, отключение может быть произведено с помощью механического выключателя.

   Включенный последовательно с нагрузкой этот ключ используется для отключения рабочей цепи.

   Включенный параллельно основным электродам тиристора (рис. 6б) ключ шунтирует анодный ток, и тиристор при этом переходит в закрытое состояние. Некоторые тиристоры повторно включаются после размыкания ключа. Это объясняется тем, что при размыкании ключа заряжается паразитная емкость р-n перехода тиристора, вызывая помехи.

   Поэтому предпочитают размещать ключ между управляющим электродом и катодом тиристора (рис. 1.6в), что гарантирует правильное отключение посредством отсечения удерживающего тока. Одновременно смещается в обратном направлении переход р-n, соответствующий диоду D2 из схемы замещения тиристора тремя диодами (рис. 2).

   На рис. 6а-д представлены различные варианты схем отключения тиристора, среди них и ранее упоминавшиеся. Другие, как правило, применяются, когда требуется отключать тиристор с помощью дополнительной цепи. В этих случаях механический выключатель можно заменить вспомогательным тиристором или ключевым транзистором, как показано на рис. 7.

Рис.7. Классические схемы отключения тиристора с помощью дополнительной цепи

Симистор


   Симиcmop — полупроводниковый прибор, который широко используется в системах, питающихся переменным напряжением. Упрощенно он может рассматриваться как управляемый выключатель. В закрытом состоянии он ведет себя как разомкнутый выключатель. Напротив, подача управляющего тока на управляющий электрод симис-тора ведет к переходу его в проводящее состояние. В это время симистор подобен замкнутому выключателю.

   При отсутствии управляющего тока симистор во время любого полупериода переменного напряжения питания неизбежно переходит из состояния проводимости в закрытое состояние.

   Кроме работы в релейном режиме в термостате или светочувствительном выключателе, разработаны и широко используются системы регулирования, функционирующие по принципу фазового управления напряжением нагрузки, или, другими словами, плавные регуляторы.

Структура симистора


   Симистор можно представить двумя тиристорами, включенными встречно-параллельно. Он пропускает ток в обоих направлениях. Структура этого полупроводникового прибора показана на рис. 8. Симистор имеет три электрода: один управляющий и два основных для пропускания рабочего тока.

Рис.8. Структура симистора

Функционирование симистора


   Симистор открывается, если через управляющий электрод проходит отпирающий ток или если напряжение между его электродами А1 и А2 превышает некоторую максимальную величину (на самом деле это часто приводит к несанкционированным срабатываниям симистора, происходящим при максимуме амплитуды напряжения питания).

   Симистор переходит в закрытое состояние после изменения полярности между его выводами А1 и А2 или если значение рабочего тока меньше тока удержания Iу.

Отпирание симистора


   В режиме переменного питания смена состояний симистора вызывается изменением полярности напряжения на рабочих электродах А1 и А2. Поэтому в зависимости от полярности управляющего тока можно определить четыре варианта управления симистором, как показано на рис. 9.

   Каждый квадрант соответствует одному способу открывания симистора. Все способы кратко описаны в табл. 1.

Рис.9. Четыре возможных варианта управления симистором

Таблица 1. Упрощенное представление способов открывания симистора

КвадрантVA2-A1VG-A1IGTОбозначение
I>0>0Слабый + +
II>0Средний+ —
IIIСредний— —
IV>0Высокий— +

   Например, если между рабочими электродами симистора прикладывают напряжение VA1-A2>0 и напряжение на управляющем электроде отрицательно по отношению к аноду А1, то смещение симистора соответствует квадранту II и упрощенному обозначению + -.

   Для каждого квадранта определены отпирающий ток I от (IGT), удерживающий ток Iуд(Iн) и ток включения Iвыкл(IL).

   Отпирающий ток должен сохраняться до тех пор, пока рабочий ток не превысит в два-три раза величину удерживающего тока Iн. Этот минимальный отпирающий ток и является током включения симистора IL.

   Затем, если убрать ток через управляющий электрод, симистор останется в проводящем состоянии до тех пор, пока анодный ток будет превышать ток удержания Iн.

Ограничения при использовании


   Симистор накладывает ряд ограничений при использовании, в частности при индуктивной нагрузке. Ограничения касаются скорости изменения напряжения (dV/dt) между анодами симистора и скорости изменения рабочего тока di/dt.

   Действительно, во время перехода симистора из закрытого состояния в проводящее внешней цепью может быть вызван значительный ток. В то же время мгновенного падения напряжения на выводах симистора не происходит. Следовательно, одновременно будут присутствовать напряжение и ток, развивающие мгновенную мощность, которая может достигнуть значительных величин. Энергия, рассеянная в малом пространстве, вызовет резкое повышение температуры р-п переходов. Если критическая температура будет превышена, то произойдет разрушение симистора, вызванное чрезмерной скоростью нарастания тока di/dt.

   Ограничения также распространяются на изменение напряжения двух категорий: на dV/dt применительно к закрытому симистору и на dV/dt при открытом симисторе (последнее также называется скоростью переключения).

   Чрезмерная скорость нарастания напряжения, приложенного между выводами А1 и А2 зарытого симистора, может вызвать его открытие при отсутствии сигнала на управляющем электроде. Это явление вызывается внутренней емкостью симистора. Ток заряда этой емкости может быть достаточным для отпирания симистора.

   Однако не это является основной причиной несвоевременного открытия. Максимальная величина dV/dt при переключении симистора, как правило, очень мала, и слишком быстрое изменение напряжения на выводах симистора в момент его запирания может тотчас же повлечь за собой новое включение. Таким образом, симистор заново отпирается, в то время как должен закрыться.

Рис.10. Симистор с защитной RC-цепочкой

   При индуктивной нагрузке симистора или при защите от внешних перенапряжений для ограничения влияния dV/dt и тока перегрузки желательно использовать защитную RC-цепочку (рис. 10).

   Расчет значений R и С зависит от нескольких параметров, среди которых — величина тока в нагрузке, значения индуктивности и номинального сопротивления нагрузки, рабочего напряжения, характеристик симистора.

   Совокупность этих параметров с трудом поддается точному описанию, поэтому часто принимают во внимание эмпирические значения. Включение сопротивления 100-150 Ом и конденсатора 100 нФ дает удовлетворительные результаты. Однако отметим, что значение сопротивления должно быть гораздо меньше (или одного порядка), чем величина полной нагрузки, являясь достаточно высоким для того, чтобы ограничить ток разряда конденсатора с целью соблюдения максимального значения di/dt в момент отпирания.

   RC-цепочка дополнительно улучшает включение в проводящее состояние симистора, управляющего индуктивной нагрузкой. Действительно, ток разряда конденсатора устраняет влияние задержки индуктивного тока, поддерживая рабочий ток выше минимального значения удерживающего тока Iуд(Iн).

Рис.11. Защита симистора с помощью варистора

   Дополнительная защита, заслуживающая внимания, может быть обеспечена с помощью варистора, подключенного к выводам индуктивной нагрузки. Другой варистор, включенный параллельно питающему напряжению, задержит помехи, распространяющиеся по сети питания. Защита симистора также обеспечивается при подключении варистора параллельно его выводам А1 и А2 (рис. 11).

Источник

  1. Кадино Э. Цветомузыкальные установки.-М.: ДМК Пресс, 2000.

Чем отличается тиристор от симистора

В 1963 году у многочисленного семейства тринисторов появился еще один «родственник» – симистор. Чем же он отличается от своих «собратьев» – тринисторов (тиристоров)? Вспомните о свойствах этих приборов. Их работу часто сравнивают с действием обычной двери: прибор заперт – ток в цепи отсутствует (дверь закрыта – прохода нет), прибор открыт – в цепи возникает электрический ток (дверь отворилась – входите). Но у них есть общий недостаток. Тиристоры пропускают ток только в прямом направлении — так обычная дверь легко открывается «от себя», но сколько ни тяни ее на себя — в противоположную сторону, все усилия окажутся бесполезными.

Увеличив число полупроводниковых слоев тиристора с четырех до пяти и снабдив его управляющим электродом, ученые обнаружили, что прибор с такой структурой (названный впоследствии симистором) способен пропускать электрический ток как в прямом, так и в обратном направлениях.

Посмотрите на рисунок 1, изображающий строение полупроводниковых слоев симистора. Внешне они напоминают транзисторную структуру р- n -р типа, но отличаются тем, что имеют три дополнительные области с n -проводимостью. И вот что интересно: оказывается, две из них, расположенные у катода и анода, выполняют функции только одного полупроводникового слоя — четвертого. Пятый образует область с n -проводимостью, лежащая около управляющего электрода.

Ясно, что работа такого прибора основана на более сложных физических процессах, чем у других типов тиристоров. Чтобы лучше разобраться в принципе действия симистора, воспользуемся его тиристорным аналогом. Почему именно тиристорным? Дело в том, что разделение четвертого полупроводникового слоя симистора не случайно. Благодаря такой структуре при прямом направлении тока, протекающего через прибор, анод и катод выполняют свои основные функции, а при обратном они как бы меняются местами — анод становится катодом, а катод, наоборот, анодом, то есть симистор можно рассматривать как два встречно-параллельно включенных тиристора (рис. 2).

Тринисторный аналог симистора

Представим, что на управляющий электрод подан отпирающий сигнал. Когда на аноде прибора напряжение положительной полярности, а на катоде — отрицательной, электрический ток потечет через левый по схеме тринистор. Если полярность напряжения на силовых электродах поменять на противоположную, включится правый по схеме тринистор. Пятый полупроводниковый слой, подобно регулировщику, руководящему движением автомобилей на перекрестке, направляет отпирающий сигнал, зависимости от фазы тока на один из тринисторов. При отсутствии отпирающего сигнала симистор закрыт.

В целом его действие можно сравнить, например, с вращающейся дверью на станции метро — в какую сторону ни толкни ее, она обязательно откроется. Действительно, подадим отпирающее напряжение на управляющий электрод симистора — «подтолкнем» его, и электроны, словно спешащие на посадку или выход пассажиры, потекут через прибор в направлении, диктуемом полярностью включения анода и катода.

Этот вывод подтверждается и вольтамперной характеристикой прибора (рис. 3). Она состоит из двух одинаковых кривых, повернутых относительно друг друга на 180°. Их форма соответствует вольтамперной характеристике динистора, а области непроводящего состояния, как и у тринистора, легко преодолеваются, если на управляющий электрод подать отпирающее напряжение (изменяющиеся участки кривых показаны штриховыми линиями).

Благодаря симметричности вольтамперной характеристики новый полупроводниковый прибор был назван симметричным тиристором (сокращенно — симистор). Иногда его называют триаком (термин, пришедший из английского языка).

Симистор унаследовал от своего предшественника — тиристора все его лучшие свойства. Но самое главное достоинство новинки в том, что в ее корпусе расположили сразу два полупроводниковых прибора. Судите сами. Для управления цепью постоянного тока необходим один тиристор, для цепи переменного тока приборов должно быть два (включены встречно-параллельно). А если учесть, что для каждого из них нужен отдельный источник отпирающего напряжения, который к тому же должен включать прибор точно в момент изменения фазы тока, становится ясно, каким сложным будет такой управляющий узел. Для симистора же род тока не имеет значения. Достаточно лишь одного такого прибора с источником отпирающего напряжения, и универсальное управляющее устройство готово. Его можно использовать в силовой цепи постоянного или переменного тока.

Близкое родство тиристора и симистора привело к тому, что у этих приборов оказалось много общего. Так электрические свойства симистора характеризуются теми же параметрами, что и у тиристора. Маркируются они тоже одинаково — буквами КУ, трехзначным числом и буквенным индексом в конце обозначения. Иногда симисторы обозначают несколько иначе — буквами ТС, что означает «тиристор симметричный».

Условное графическое обозначение симисторов на принципиальных схемах показано на рисунке 4.

Для практического знакомства с симисторами выберем приборы серии КУ208 — триодные симметричные тиристоры п-р-п-р типа. На разновидности приборов указывают буквенные индексы в их обозначении — А, Б, В или Г. Постоянное напряжение, которое выдерживает в закрытом состоянии симистор с индексом А, составляет 100 В, Б — 200 В, В — 300 В и Г — 400 В. Остальные параметры у этих приборов идентичные: максимальный постоянный ток в открытом состоянии — 5 А, импульсный —10 А, ток утечки в закрытом состоянии — 5 мА, напряжение между катодом и анодом в проводящем состоянии — -2 В, величина отпирающего напряжения на управляющем электроде равна 5 В при токе 160 мА, рассеиваемая корпусом прибора мощность— 10 Вт, предельная рабочая частота — 400 Гц.

А теперь обратимся к электроосветительным приборам. Нет ничего проще управлять работой любого из них. Нажал, к примеру, клавишу выключателя — ив комнате загорелась люстра, нажал еще раз — погасла. Иногда, правда, это достоинство неожиданно превращается в недостаток, особенно если вы хотите сделать свою комнату уютной, создать ощущение комфорта, а для этого так важно удачно подобрать освещение. Вот если бы свечение ламп менялось плавно.

Оказывается, в этом нет ничего невозможного. Нужно только вместо обычного выключателя подсоединить электронное устройство, управляющее яркостью светильника. Функции регулятора, «командующего» лампами, в таком приборе выполняет полупроводниковый симистор.

Построить простое регулирующее устройство, которое поможет управлять яркостью свечения настольной лампы или люстры, изменять температуру электроплитки или жала паяльника, вы сможете, воспользовавшись схемой, представленной на рисунке 5.

Рис. 5. Принципиальная схема регулятора

Трансформатор Т1 преобразует сетевое напряжение 220 В в 12 — 25 В. Оно выпрямляется диодным блоком VD1—VD4 и подается на управляющий электрод симистора VS1. Резистор R1 ограничивает ток управляющего электрода, а переменным резистором R2 регулируют величину управляющего напряжения.

Рис. 6. Временные диаграммы напряжения: а – в сети; б – на управляющем электроде симистора, в – на нагрузке.

Чтобы легче было разобраться в работе прибора, построим три временные диаграммы напряжений: сетевого, на управляющем электроде симистора и на нагрузке (рис. 6). После включения устройства в сеть на его вход поступает переменное напряжение 220 В (рис. 6а). Одновременно на управляющий электрод симистора VS1 подается отрицательное напряжение синусоидальной формы (рис. 66). В момент, когда его величина превысит напряжение включения, прибор откроется и сетевой ток потечет через нагрузку. После того как величина управляющего напряжения станет ниже пороговой, симистор остается открытым за счет того, что ток нагрузки превышает ток удержания прибора. В тот момент, когда напряжение на входе регулятора меняет свою полярность, симистор закрывается. Далее процесс повторяется. Таким образом, напряжение на нагрузке будет иметь пилообразную форму (рис. 6в)

Чем больше амплитуда управляющего напряжения, тем раньше включится симистор, а следовательно, больше будет и длительность импульса тока в нагрузке. И наоборот, чем меньше амплитуда управляющего сигнала, тем меньше будет длительность этого импульса. При крайнем левом по схеме положении движка переменного резистора R2 нагрузка станет поглощать полные «порции» мощности. Если регулятор R2 повернуть в противоположную сторону, амплитуда управляющего сигнала окажется ниже порогового значения, симистор останется в закрытом состоянии и ток через нагрузку не потечет.

Нетрудно догадаться, что наш прибор регулирует мощность, потребляемую нагрузкой, изменяя тем самым яркость свечения лампы или температуру нагревательного элемента.

В устройстве можно применить следующие элементы. Симистор КУ208 с буквой В или Г. Диодный блок КЦ405 или КЦ407 с любым буквенным индексом, подойдут также четыре полупроводниковых диода серий Д226, Д237. Постоянный резистор — МЛТ-0,25, переменный — СПО-2 или любой другой мощностью не менее 1 Вт. ХР1 — стандартная сетевая вилка, XS1 — розетка. Трансформатор Т1 рассчитан на напряжение вторичной обмотки 12—25 В.

Если подходящего трансформатора нет, изготовьте его самостоятельно. Сердечник из пластин Ш16, толщина набора 20 мм, обмотка I содержит 3300 витков провода ПЭЛ-1 0,1, а обмотка II — 300 витков ПЭЛ-1 0,3.

Тумблер — любой сетевой, предохранитель должен быть рассчитан на максимальный ток нагрузки.

Регулятор собирается в пластмассовом корпусе. На верхней панели крепятся тумблер, переменный резистор, держатель предохранителя и розетка. Трансформатор, диодный блок и симистор устанавливаются на дне корпуса. Симистор необходимо снабдить теплорассеивающим радиатором толщиной 1 — 2 мм и площадью не менее 14 см2. В одной из боковых стенок корпуса просверлите отверстие для сетевого шнура.

Устройство не нуждается в налаживании и при правильном монтаже и исправных деталях начинает работать сразу после включения в сеть.

ПОЛЬЗУЯСЬ РЕГУЛЯТОРОМ, НЕ ЗАБЫВАЙТЕ О МЕРАХ БЕЗОПАСНОСТИ. ВСКРЫВАТЬ КОРПУС МОЖНО, ТОЛЬКО ОТКЛЮЧИВ ПРИБОР ОТ СЕТИ!

Существенный недостаток тиристоров заключается в том, что это однополупериодные элементы, соответственно, в цепях переменного тока они работают с половинной мощностью. Избавиться от этого недостатка можно используя схему встречно-параллельного включения двух однотипных устройств или установив симистор. Давайте разберемся, что представляет собой этот полупроводниковый элемент, принцип его функционирования, особенности, а также сферу применения и способы проверки.

Что такое симистор?

Это один из видов тиристоров, отличающийся от базового типа большим числом p-n переходов, и как следствие этого, принципом работы (он будет описан ниже). Характерно, что в элементной базе некоторых стран данный тип считается самостоятельным полупроводниковым устройством. Эта незначительная путаница возникла вследствие регистрации двух патентов, на одно и то же изобретение.

Описание принципа работы и устройства

Основное отличие этих элементов от тиристоров заключается в двунаправленной проводимости электротока. По сути это два тринистора с общим управлением, включенных встречно-параллельно (см. А на рис. 1) .

Рис. 1. Схема на двух тиристорах, как эквивалент симистора, и его условно графическое обозначение

Это и дало название полупроводниковому прибору, как производную от словосочетания «симметричные тиристоры» и отразилось на его УГО. Обратим внимание на обозначения выводов, поскольку ток может проводиться в оба направления, обозначение силовых выводов как Анод и Катод не имеет смысла, потому их принято обозначать, как «Т1» и «Т2» (возможны варианты ТЕ1 и ТЕ2 или А1 и А2). Управляющий электрод, как правило, обозначается «G» (от английского gate).

Теперь рассмотрим структуру полупроводника (см. рис. 2.) Как видно из схемы, в устройстве имеется пять переходов, что позволяет организовать две структуры: р1-n2-p2-n3 и р2-n2-p1-n1, которые, по сути, являются двумя встречными тринисторами, подключенными параллельно.

Рис. 2. Структурная схема симистора

Когда на силовом выводе Т1 образуется отрицательная полярность, начинается проявление тринисторного эффекта в р2-n2-p1-n1, а при ее смене – р1-n2-p2-n3.

Заканчивая раздел о принципе работы приведем ВАХ и основные характеристики прибора.

ВАХ симистора

Обозначение:

  • А – закрытое состояние.
  • В – открытое состояние.
  • UDRM (UПР) – максимально допустимый уровень напряжения при прямом включении.
  • URRM (UОБ) – максимальный уровень обратного напряжения.
  • IDRM (IПР) – допустимый уровень тока прямого включения
  • IRRM (IОБ) – допустимый уровень тока обратного включения.
  • IН (IУД) – значения тока удержания.

Особенности

Чтобы иметь полное представление о симметричных тринисторах, необходимо рассказать про их сильные и слабые стороны. К первым можно отнести следующие факторы:

  • относительно невысокая стоимость приборов;
  • длительный срок эксплуатации;
  • отсутствие механики (то есть подвижных контактов, которые являются источниками помех).

В число недостатков приборов входят следующие особенности:

  • Необходимость отвода тепла, примерно из расчета 1-1,5 Вт на 1 А, например, при токе 15 А величина мощности рассеивания будет около 10-22 Вт, что потребует соответствующего радиатора. Для удобства крепления к нему у мощных устройств один из выводов имеет резьбу под гайку.

Симистор с креплением под радиатор

  • Устройства подвержены влиянию переходных процессов, шумов и помех;
  • Не поддерживаются высокие частоты переключения.

По последним двум пунктам необходимо дать небольшое пояснение. В случае высокой скорости коммутации велика вероятность самопроизвольной активации устройства. Помеха в виде броска напряжения также может привести к этому результату. В качестве защиты от помех рекомендуется шунтировать прибор RC цепью.

RC-цепочка для защиты симистора от помех

Помимо этого рекомендуется минимизировать длину проводов ведущих к управляемому выводу, или в качестве альтернативы использовать экранированные проводники. Также практикуется установка шунтирующего резистора между выводом T1 (TE1 или A1) и управляющим электродом.

Применение

Этот тип полупроводниковых элементов первоначально предназначался для применения в производственной сфере, например, для управления электродвигателями станков или других устройств, где требуется плавная регулировка тока. Впоследствии, когда техническая база позволила существенно уменьшить размеры полупроводников, сфера применения симметричных тринисторов существенно расширилась. Сегодня эти устройства используются не только в промышленном оборудовании, а и во многих бытовых приборах, например:

  • зарядные устройства для автомобильных АКБ;
  • бытовое компрессорное оборудования;
  • различные виды электронагревательных устройств, начиная от электродуховок и заканчивая микроволновками;
  • ручные электрические инструменты (шуроповерт, перфоратор и т.д.).

И это далеко не полный перечень.

Одно время были популярны простые электронные устройства, позволяющие плавно регулировать уровень освещения. К сожалению, диммеры на симметричных тринисторах не могут управлять энергосберегающими и светодиодными лампами, поэтому эти приборы сейчас не актуальны.

Как проверить работоспособность симистора?

В сети можно найти несколько способ, где описан процесс проверки при помощи мультиметра, те, кто описывал их, судя по всему, сами не пробовали ни один из вариантов. Чтобы не вводить в заблуждение, следует сразу заметить, что выполнить тестирование мультиметром не удастся, поскольку не хватит тока для открытия симметричного тринистора. Поэтому, у нас остается два варианта:

  1. Использовать стрелочный омметр или тестер (их силы тока будет достаточно для срабатывания).
  2. Собрать специальную схему.

Алгоритм проверки омметром:

  1. Подключаем щупы прибора к выводам T1 и T2 (A1 и A2).
  2. Устанавливаем кратность на омметре х1.
  3. Проводим измерение, положительным результатом будет бесконечное сопротивление, в противном случае деталь «пробита» и от нее можно избавиться.
  4. Продолжаем тестирование, для этого кратковременно соединяем выводы T2 и G (управляющий). Сопротивление должно упасть примерно до 20-80 Ом.
  5. Меняем полярность и повторяем тест с пункта 3 по 4.

Если в ходе проверки результат будет таким же, как описано в алгоритме, то с большой вероятностью можно констатировать, что устройство работоспособное.

Заметим, что проверяемую деталь не обязательно демонтировать, достаточно только отключить управляющий вывод (естественно, обесточив предварительно оборудование, где установлена деталь, вызывающая сомнение).

Необходимо заметить, что данным способом не всегда удается достоверно проверку, за исключением тестирования на «пробой», поэтому перейдем ко второму варианту и предложим две схемы для тестирования симметричных тринисторов.

Схему с лампочкой и батарейкой мы приводить не будем в виду того, что таких схем достаточно в сети, если вам интересен этот вариант, можете посмотреть его в публикации о тестировании тринисторов. Приведем пример более действенного устройства.

Схема простого тестера для симисторов

Обозначения:

  • Резистор R1 – 51 Ом.
  • Конденсаторы C1 и С2 – 1000 мкФ х 16 В.
  • Диоды – 1N4007 или аналог, допускается установка диодного моста, например КЦ405.
  • Лампочка HL – 12 В, 0,5А.

Можно использовать любой трансформатор с двумя независимыми вторичными обмотками на 12 Вольт.

Алгоритм проверки:

  1. Устанавливаем переключатели в исходное положение (соответствующее схеме).
  2. Производим нажатие на SB1, тестируемое устройство открывается, о чем сигнализирует лампочка.
  3. Жмем SB2, лампа гаснет (устройство закрылось).
  4. Меняем режим переключателя SA1 и повторяем нажатие на SB1, лампа снова должна зажечься.
  5. Производим переключение SA2, нажимаем SB1, затем снова меня ем положение SA2 и повторно жмем SB1. Индикатор включится, когда на затвор попадет минус.

Теперь рассмотрим еще одну схему, только универсальную, но также не особо сложную.

Схема для проверки тиристоров и симисторов

Обозначения:

  • Резисторы: R1, R2 и R4 – 470 Ом; R3 и R5 – 1 кОм.
  • Емкости: С1 и С2 – 100 мкФ х 10 В.
  • Диоды: VD1, VD2, VD5 и VD6 – 2N4148; VD2 и VD3 – АЛ307.

В качестве источника питания используется батарейка на 9V, по типу Кроны.

Тестирование тринисторов производится следующим образом:

  1. Переключатель S3, переводится в положении, как продемонстрировано на схеме (см. рис. 6).
  2. Кратковременно производим нажатие на кнопку S2, тестируемый элемент откроется, о чем просигнализирует светодиод VD
  3. Меняем полярность, устанавливая переключатель S3 в среднее положение (отключается питание и гаснет светодиод), потом в нижнее.
  4. Кратковременно жмем S2, светодиоды не должны загораться.

Если результат будет соответствовать вышеописанному, значит с тестируемым элементом все в порядке.

Теперь рассмотрим, как проверить с помощью собранной схемы симметричные тринисторы:

  • Выполняем пункты 1-4.
  • Нажимаем кнопку S1- загорается светодиод VD

То есть, при нажатии кнопок S1 или S2 будут загораться светодиоды VD1 или VD4, в зависимости от установленной полярности (положения переключателя S3).

Схема управления мощностью паяльника

В завершении приведем простую схему, позволяющую управлять мощностью паяльника.

Простой регулятор мощности для паяльника

Обозначения:

  • Резисторы: R1 – 100 Ом, R2 – 3,3 кОм, R3 – 20 кОм, R4 – 1 Мом.
  • Емкости: С1 – 0,1 мкФ х 400В, С2 и С3 – 0,05 мкФ.
  • Симметричный тринистор BTA41-600.

Приведенная схема настолько простая, что не требует настройки.

Теперь рассмотрим более изящный вариант управления мощностью паяльника.

Схема управления мощностью на базе фазового регулятора

Обозначения:

  • Резисторы: R1 – 680 Ом, R2 – 1,4 кОм, R3 – 1,2 кОм, R4 и R5 – 20 кОм (сдвоенное переменное сопротивление).
  • Емкости: С1 и С2 – 1 мкФ х 16 В.
  • Симметричный тринистор: VS1 – ВТ136.
  • Микросхема фазового регулятора DA1 – KP1182 ПМ1.

Настройка схемы сводится к подбору следующих сопротивлений:

  • R2 – с его помощью устанавливаем необходимую для работы минимальную температуру паяльника.
  • R3 – номинал резистора позволяет задать температуру паяльника, когда он находится на подставке (срабатывает переключатель SA1),

Транзисторы – распространенные полупроводниковые радиоэлементы. На их основе делают большинство электронных схем, а также микросхем. Главное их свойство – способность усиливать электрические сигналы. Изменяя слабый сигнал на управляющем электроде транзистора, можно управлять усиленным выходным сигналом. Есть еще довольно распространенный вид полупроводниковых радиоэлементов — тиристоры. Они тоже имеют управляющий электрод, но управление выходным сигналом в принципе отличается от транзисторов. В этой небольшой статье путем сравнения рассмотрены эти различия.

За основу возьмем простую схему с лампочкой. Коммутируя малый ток в цепи управляющего электрода будем управлять в разы большим током лампочки.

Вот как выглядит эта схема на транзисторе и на тиристоре:

Рассмотрим, как можно управлять свечением лампочки в схеме на транзисторе. При наличии питания и замыкании выключателя S1 на управляющий электрод транзистора (базу) будет подано отпирающее напряжение и при условии достаточной величины тока (определяется величиной сопротивления в базе) транзистор откроется, лампочка загорится.

Изменяя величину тока в базе с помощью переменного сопротивления, мы можем открывать транзистор больше или меньше, меняя таким образом яркость свечения лампочки. Последовательно с переменным сопротивлением стоит постоянное для того, чтобы при нулевом сопротивлении переменного сопротивления ток базы не превысил допустимое значение и транзистор не вышел из строя. Выключить лампочку мы можем, разомкнув выключатель S1.

Теперь рассмотрим, как можно управлять свечением лампочки в схеме, выполненной на тиристоре.

При наличии питания и замыкании выключателя S2 на управляющий электрод тиристора будет подано отпирающее напряжение и при условии достаточной величины тока (определяется величиной сопротивления в цепи управляющего электрода) тиристор откроется, лампочка загорится. А вот теперь главное отличие. Мы не можем изменять яркость лампочки изменяя сопротивление в цепи управляющего электрода. Более того, мы можем вообще разомкнуть выключатель S2 и лампочка будет светиться, но только в том случае, если ток лампочки протекающий через открытый тиристор будет больше определенного значения, называемого током удержания. Он у каждого типа тиристора свой. Чем мощнее тиристор, тем большее значение тока удержания. Погасить лампочку мы можем, только уменьшив ток через анод-катод тиристора до значения меньше тока удержания или разомкнув выключатель S3 (что равносильно току удержания равном 0).

Это главная особенность применения тиристоров и главное их отличие от транзисторов.

Другими словами, тиристор может быть или полностью открыт, или полностью закрыт. Это и достоинство, и недостаток. Достоинство в том, что падение напряжения небольшое и потери ниже, чем, например, у наполовину открытого транзистора. Недостаток в том, что схема управления усложняется.

Тиристоры проще использовать в цепях переменного тока. Мы должны открывать тиристор каждую полуволну при ее нарастании. Когда полуволна спадает, тиристор сам закроется. Задерживая время открывания при приходе полуволны, мы меняем время открытого состояния тиристора и, следовательно, значение тока в нагрузке.

Как пример, рассмотрим питание схемы на тиристоре от источника переменного напряжения.

Теперь, при замыкании выключателя лампочка будет гореть, а при размыкании, гаснуть. Как видно из осциллограммы, каждую полуволну, в ее конце ток приближается к 0. Если выключатель S2 разомкнут, то с приходом новой полуволны тиристор не откроется.

Тиристоры целесообразно использовать в цепях переменного или импульсного напряжения (тока). При этом на управляющий электрод достаточно подать короткий отпирающий импульс. Закроется тиристор сам, после окончания импульса в нагрузке. При приходе следующего импульса в нагрузке на управляющий электрод снова нужно подавать отпирающий импульс и так далее.

Материал статьи продублирован на видео:

Симистор. Принцип работы, параметры и обозначение на схеме.

Симметричный тиристор

Если проанализировать путь развития полупроводниковой электроники, то почти сразу становится понятно, что все полупроводниковые приборы созданы на переходах или слоях (n-p, p-n).

Простейший полупроводниковый диод имеет один переход (p-n) и два слоя.

У биполярного транзистора два перехода и три слоя (n-p-n, p-n-p). А что будет, если добавить ещё один слой?

Тогда мы получим четырёхслойный полупроводниковый прибор, который называется тиристор. Два тиристора включенные встречно-параллельно и есть симистор, то есть симметричный тиристор.

В англоязычной технической литературе можно встретить название ТРИАК (TRIAC – triode for alternating current).

Вот таким образом симистор изображается на принципиальных схемах.

У симистора три электрода (вывода). Один из них управляющий. Обозначается он буквой G (от англ. слова gate – «затвор»). Два остальных – это силовые электроды (T1 и T2). На схемах они могут обозначаться и буквой A (A1 и A2).

А это эквивалентная схема симистора выполненного на двух тиристорах.

Следует отметить, что симистор управляется несколько по-другому, нежели эквивалентная тиристорная схема.

Симистор достаточно редкое явление в семье полупроводниковых приборов. По той простой причине, что изобретён и запатентован он был в СССР, а не в США или Европе. К сожалению, чаще бывает наоборот.

Как работает симистор?

Если у тиристора есть конкретные анод и катод, то электроды симистора так охарактеризовать нельзя, поскольку каждый электрод является и анодом, и катодом одновременно. Поэтому в отличие от тиристора, который проводит ток только в одном направлении, симистор способен проводить ток в двух направлениях. Именно поэтому симистор прекрасно работает в сетях переменного тока.

Очень простой схемой, характеризующей принцип работы и область применения симистора, может служить электронный регулятор мощности. В качестве нагрузки можно использовать что угодно: лампу накаливания, паяльник или электровентилятор.


Симисторный регулятор мощности

После подключения устройства к сети на один из электродов симистора подаётся переменное напряжение. На электрод, который является управляющим, с диодного моста подаётся отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор откроется, и ток пойдёт в нагрузку. В тот момент, когда напряжение на входе симистора поменяет полярность, он закроется. Потом процесс повторяется.

Чем больше уровень управляющего напряжения, тем быстрее включится симистор и длительность импульса на нагрузке будет больше. При уменьшении управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке будет меньше. После симистора напряжение имеет пилообразную форму с регулируемой длительностью импульса. В данном случае, изменяя управляющее напряжение, мы можем регулировать яркость электрической лампочки или температуру жала паяльника.

Симистор управляется как отрицательным, так и положительным током. В зависимости от полярности управляющего напряжения рассматривают четыре, так называемых, сектора или режима работы. Но этот материал достаточно сложен для одной статьи.

Если рассматривать симистор, как электронный выключатель или реле, то его достоинства неоспоримы:

  • Невысокая стоимость.

  • По сравнению с электромеханическими приборами (электромагнитными и герконовыми реле) большой срок службы.

  • Отсутствие контактов и, как следствие, нет искрения и дребезга.

К недостаткам можно отнести:

  • Симистор весьма чувствителен к перегреву и монтируется на радиаторе.

  • Не работает на высоких частотах, так как просто не успевает перейти из открытого состояния в закрытое.

  • Реагирует на внешние электромагнитные помехи, что вызывает ложное срабатывание.

Для защиты от ложных срабатываний между силовыми выводами симистора подключается RC-цепочка. Величина резистора R1 от 50 до 470 ом, величина конденсатора C1 от 0,01 до 0,1 мкф. В некоторых случаях эти величины подбираются экспериментально.

Основные параметры симистора.

Основные параметры удобно рассмотреть на примере популярного отечественного симистора КУ208Г. Будучи разработан и выпущен достаточно давно, он продолжает оставаться востребованным у любителей сделать что-то своими руками. Вот его основные параметры.

  • Максимальное обратное напряжение – 400V. Это означает, что он прекрасно может управлять нагрузкой в сети 220V и ещё с запасом.

  • В импульсном режиме напряжение точно такое же.

  • Максимальный ток в открытом состоянии – 5А.

  • Максимальный ток в импульсном режиме – 10А.

  • Наименьший постоянный ток, необходимый для открытия симистора – 300 мА.

  • Наименьший импульсный ток – 160 мА.

  • Открывающее напряжение при токе 300 мА – 2,5 V.

  • Открывающее напряжение при токе 160 мА – 5 V.

  • Время включения – 10 мкс.

  • Время выключения – 150 мкс.

Как видим, для открывания симистора необходимым условием является совокупность тока и напряжения. Больше ток, меньше напряжение и наоборот. Следует обратить внимание на большую разницу между временем включения и выключения (10 мкс. против 150 мкс.).

Оптосимистор.

Современная и перспективная разновидность симистора – это оптосимистор. Название говорит само за себя. Вместо управляющего электрода в корпусе симистора находится светодиод, и управление осуществляется изменением напряжения на светодиоде. На изображении показан внешний вид оптосимистора MOC3023 и его внутреннее устройство.


Оптосимистор MOC3023


Устройство оптосимистора

Как видим, внутри корпуса смонтирован светодиод и симистор, который управляется за счёт излучения светодиода. Выводы, отмеченные как N/C и NC, не используются, и не подключаются к элементам схемы. NC – это сокращение от Not Connect, которое переводится с английского как «не подключается».

Самое ценное в оптосимисторе это то, что между цепью управления и силовой цепью осуществлена полная гальваническая развязка. Это повышает уровень электробезопасности и надёжности всей схемы.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

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 VGT (ток через затвор имеет значение IGT), 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 IL тиристор будет оставаться в открытом состоянии при отсутствии тока затвора.

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

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

Во избежание ложных срабатываний можно посоветовать следующие рекомендации:

  1. Рабочая температура перехода должна быть меньше значения Tj max.
  2. Использовать тиристоры с меньшей чувствительностью, такие, как BT151, либо уменьшить чувствительность имеющегося тиристора включением резистора номиналом 1 кОм или менее между затвором и катодом.
  3. При невозможности использования менее чувствительного тиристора необходимо приложить небольшое обратное смещение к затвору в фазе закрытого состояния тиристора для увеличения IL. 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 IH достаточное время.

Обратите внимание, что значение IH указывается для температуры перехода 25 °C и, подобно IL, оно уменьшается при повышении температуры. Поэтому для успешной коммутации цепь должна позволять уменьшаться току нагрузки ниже IH 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 VGT, IGT и IL 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+.)

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

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 VGT, 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 (IGT min = 10 мA) специально разработан для обеспечения высокой шумовой устойчивости.

2. Превышение максимального значения скорости нарастания напряжения коммутации dVCOM/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 dVCOM/dt, триак может остаться в состоянии проводимости. Это происходит из-за того, что носителям заряда не хватает времени, чтобы освободить переход.

На параметр dVCOM/dt влияют два условия:

  • Скорость уменьшения тока нагрузки при переключении dICOM/dt. Высокое значение dICOM/dt снижает значение dVCOM/dt.
  • Температура перехода Tj. Чем выше Tj, тем ниже значение dVCOM/dt.

Если возможно превышение значения dVCOM/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 dIT/dt в моменты коммутации.

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

Высокое значение dICOM/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 dICOM/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 dICOM/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 dVD/dt

Высокая скорость изменения напряжения на силовых электродах непроводящего триака (или тиристора с чувствительным затвором) без превышения его VDRM (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 dVD/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 VDRM

Если напряжение на T2 превышает VDRM (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 VDRM или dVD/dt не всегда приводит к потере работоспособности триака, а вот создаваемая dIT/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 dIT/dt ниже чем, если бы триак был включен сигналом затвора. Если значение dIT/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 dIT/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 dIT/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 dIT/dt связано со скоростью нарастания тока затвора (dIG/dt) и максимальным значением IG. Высокие значения dIG/dt и пикового IG (без превышения номинальной мощности затвора) дают более высокое значение dIT/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 dIT/dt достигнет максимального значения при начале перехода в состояние проводимости в пике напряжения сети. Если есть вероятность превышения номинального значения dIT/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 dIT/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 IH 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:

  1. Увеличение допустимого значения dVCOM/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.
  2. Увеличение допустимого значения dICOM/dt. Это значительно улучшает работу на более высоких частотах и для несинусоидальных напряжений без необходимости в ограничении dICOM/dt при помощи индуктивности последовательно с нагрузкой.
  3. Увеличение допустимого значения dVD/dt. Триаки очень чувствительны при высоких рабочих температурах. Высокое значение dVD/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

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

Тепловое сопротивление

Тепловое сопротивление Rth — это сопротивление между корпусом прибора и радиатором. Этот параметр аналогичен электрическому сопротивлению R = V/I, поэтому тепловое сопротивление Rth = 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» Rth = Rth 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 Rth j–mb, так как Rth 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».

Rth j–mb или Rth j–h фиксированы и даны в документации к каждому прибору. Rth mb–h также даются в инструкциях по установке для некоторых вариантов изолированного и неизолированного монтажа с использованием или без использования термопасты. Rth 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:

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

Используя уравнение теплового сопротивления, данное выше, получаем:

Максимально допустимая температура перехода будет достигнута, когда Tj достигает Tj 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» Zth j–mb. Поэтому Zth j–mb уменьшается при уменьшении продолжительности импульса тока благодаря меньшему нагреву кристалла. При увеличении продолжительности до 1 с Zth j–mb увеличивается до значения, соответствующего установившемуся режиму Rth j–mb. Характеристика Zth 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:

  1. 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.
  2. Корпус допускает в обычных условиях разность потенциалов 2500 В между прибором и теплоотводом.

Отличия тиристорных стабилизаторов от симисторных


В этой статье мы расскажем вам об основном отличии тиристорных стабилизаторов от симисторных, о деталях и нюансах этих двух типов электронных стабилизаторов напряжения.

Тиристорный и симисторный стабилизатор

 

Все стабилизаторы переменного напряжения моделей Ампер и Герц производства ЧП «НПФ «Элекс» по принципу действия относятся к типу ступенчатых автотрансформаторных стабилизаторов с коммутацией отводов трансформатора с помощью электронных ключей (реализованных на основе высоконадежных мощных полупроводниковых приборов – тиристоров или симисторов), управляемых высокоскоростным микроконтроллером. Во всех однофазных стабилизаторах Ампер и Герц в диапазоне до 40А включительно применены симисторы BTA41-600B производства STMicroelectronics (максимальное напряжение пробоя 600В, постоянный ток нагрузки 40А, ударный не повторяющийся ток в открытом состоянии равен 400А). 

Во всех однофазных стабилизаторах Ампер и Герц в диапазоне от 50А, а также во всех трехфазных стабилизаторах, силовые электронные ключи реализованы на тиристорах производства Ixys Semiconductor GmbH.

Фактически, симистор – это «симметричный тиристор», он проводит ток в двух направлениях, и состоит из двух тиристоров в одном корпусе. 

симистор BTA41-600B
производства STMicroelectronics

Соответственно, для реализации электронного переключающего ключа достаточно всего одного симистора. Поскольку тиристор проводит ток только в одном направлении, то для работы в цепях переменного тока применяется встречно-параллельное соединение двух тиристоров.

Следовательно, один ключ, подключающий часть обмотки трансформатора, будет состоять уже не из одного, а двух тиристоров. Предотвратить возможный выход из строя стабилизатора из-за перегрева полупроводниковых приборов в процессе интенсивной работы и обеспечить качественный отвод тепла с применением системы принудительного охлаждения проще в случае ключа на двух корпусных тиристорах, чем на одном симисторе. Применение тиристоров обеспечивает еще более высокую кратковременную перегрузочную способность по току, что повышает надежность при коммутации таких нагрузок, как асинхронные электродвигатели, которым свойственны большие пусковые токи.

Электронные ключи однофазного стабилизатора Элекс Герц V3.0

Конструктивно все однофазные симисторные стабилизаторы «Элекс» (до 40А включительно) собраны на одной печатной плате, а все однофазные тиристорные (от 50А) – на 3-ёх печатных платах (плата входных ключей, плата выходных ключей и плата управления). Т.е., при более высокой себестоимости полупроводниковых приборов и их большем количестве и, соответственно, большей прайсовой цене тиристорные стабилизаторы обладают более высокой кратковременной перегрузочной способностью по току по сравнению с симисторными стабилизаторами при прочих равных условиях. Каких-либо принципиальных эксплуатационных отличий между симисторными и тиристорными стабилизаторами торговой марки Элекс Engineering нет.

Однофазный стабилизатор напряжения Элекс Ампер 16-1/25А в разобранном виде

Пульсар Лимитед – Энергия для Лучшей Жизни!

 

 


принцип работы, проверка и включение, схемы

Существенный недостаток тиристоров заключается в том, что это однополупериодные элементы, соответственно, в цепях переменного тока они работают с половинной мощностью. Избавиться от этого недостатка можно используя схему встречно-параллельного включения двух однотипных устройств или установив симистор. Давайте разберемся, что представляет собой этот полупроводниковый элемент, принцип его функционирования, особенности, а также сферу применения и способы проверки.

Что такое симистор?

Это один из видов тиристоров, отличающийся от базового типа большим числом p-n переходов, и как следствие этого, принципом работы (он будет описан ниже). Характерно, что в элементной базе некоторых стран данный тип считается самостоятельным полупроводниковым устройством. Эта незначительная путаница возникла вследствие регистрации двух патентов, на одно и то же изобретение.

Описание принципа работы и устройства

Основное отличие этих элементов от тиристоров заключается в двунаправленной проводимости электротока. По сути это два тринистора с общим управлением, включенных встречно-параллельно (см. А на рис. 1) .

Рис. 1. Схема на двух тиристорах, как эквивалент симистора, и его условно графическое обозначение

Это и дало название полупроводниковому прибору, как производную от словосочетания «симметричные тиристоры» и отразилось на его УГО. Обратим внимание на обозначения выводов, поскольку ток может проводиться в оба направления, обозначение силовых выводов как Анод и Катод не имеет смысла, потому их принято обозначать, как «Т1» и «Т2» (возможны варианты ТЕ1 и ТЕ2 или А1 и А2). Управляющий электрод, как правило, обозначается «G» (от английского gate).

Теперь рассмотрим структуру полупроводника (см. рис. 2.) Как видно из схемы, в устройстве имеется пять переходов, что позволяет организовать две структуры: р1-n2-p2-n3 и р2-n2-p1-n1, которые, по сути, являются двумя встречными тринисторами, подключенными параллельно.

Рис. 2. Структурная схема симистора

Когда на силовом выводе Т1 образуется отрицательная полярность, начинается проявление тринисторного эффекта в р2-n2-p1-n1, а при ее смене — р1-n2-p2-n3.

Заканчивая раздел о принципе работы приведем ВАХ и основные характеристики прибора.

ВАХ симистора

Обозначение:

  • А – закрытое состояние.
  • В – открытое состояние.
  • UDRM (UПР) – максимально допустимый уровень напряжения при прямом включении.
  • URRM (UОБ) – максимальный уровень обратного напряжения.
  • IDRM (IПР) – допустимый уровень тока прямого включения
  • IRRM (IОБ) — допустимый уровень тока обратного включения.
  • IН (IУД) – значения тока удержания.

Особенности

Чтобы иметь полное представление о симметричных тринисторах, необходимо рассказать про их сильные и слабые стороны. К первым можно отнести следующие факторы:

  • относительно невысокая стоимость приборов;
  • длительный срок эксплуатации;
  • отсутствие механики (то есть подвижных контактов, которые являются источниками помех).

В число недостатков приборов входят следующие особенности:

  • Необходимость отвода тепла, примерно из расчета 1-1,5 Вт на 1 А, например, при токе 15 А величина мощности рассеивания будет около 10-22 Вт, что потребует соответствующего радиатора. Для удобства крепления к нему у мощных устройств один из выводов имеет резьбу под гайку.
Симистор с креплением под радиатор
  • Устройства подвержены влиянию переходных процессов, шумов и помех;
  • Не поддерживаются высокие частоты переключения.

По последним двум пунктам необходимо дать небольшое пояснение. В случае высокой скорости коммутации велика вероятность самопроизвольной активации устройства. Помеха в виде броска напряжения также может привести к этому результату. В качестве защиты от помех рекомендуется шунтировать прибор RC цепью.

RC-цепочка для защиты симистора от помех

Помимо этого рекомендуется минимизировать длину проводов ведущих к управляемому выводу, или в качестве альтернативы использовать экранированные проводники. Также практикуется установка шунтирующего резистора между выводом T1 (TE1 или A1) и управляющим электродом.

Применение

Этот тип полупроводниковых элементов первоначально предназначался для применения в производственной сфере, например, для управления электродвигателями станков или других устройств, где требуется плавная регулировка тока. Впоследствии, когда техническая база позволила существенно уменьшить размеры полупроводников, сфера применения симметричных тринисторов существенно расширилась. Сегодня эти устройства используются не только в промышленном оборудовании, а и во многих бытовых приборах, например:

  • зарядные устройства для автомобильных АКБ;
  • бытовое компрессорное оборудования;
  • различные виды электронагревательных устройств, начиная от электродуховок и заканчивая микроволновками;
  • ручные электрические инструменты (шуроповерт, перфоратор и т.д.).

И это далеко не полный перечень.

Одно время были популярны простые электронные устройства, позволяющие плавно регулировать уровень освещения. К сожалению, диммеры на симметричных тринисторах не могут управлять энергосберегающими и светодиодными лампами, поэтому эти приборы сейчас не актуальны.

Как проверить работоспособность симистора?

В сети можно найти несколько способ, где описан процесс проверки при помощи мультиметра, те, кто описывал их, судя по всему, сами не пробовали ни один из вариантов. Чтобы не вводить в заблуждение, следует сразу заметить, что выполнить тестирование мультиметром не удастся, поскольку не хватит тока для открытия симметричного тринистора. Поэтому, у нас остается два варианта:

  1. Использовать стрелочный омметр или тестер (их силы тока будет достаточно для срабатывания).
  2. Собрать специальную схему.

Алгоритм проверки омметром:

  1. Подключаем щупы прибора к выводам T1 и T2 (A1 и A2).
  2. Устанавливаем кратность на омметре х1.
  3. Проводим измерение, положительным результатом будет бесконечное сопротивление, в противном случае деталь «пробита» и от нее можно избавиться.
  4. Продолжаем тестирование, для этого кратковременно соединяем выводы T2 и G (управляющий). Сопротивление должно упасть примерно до 20-80 Ом.
  5. Меняем полярность и повторяем тест с пункта 3 по 4.

Если в ходе проверки результат будет таким же, как описано в алгоритме, то с большой вероятностью можно констатировать, что устройство работоспособное.

Заметим, что проверяемую деталь не обязательно демонтировать, достаточно только отключить управляющий вывод (естественно, обесточив предварительно оборудование, где установлена деталь, вызывающая сомнение).

Необходимо заметить, что данным способом не всегда удается достоверно проверку, за исключением тестирования на «пробой», поэтому перейдем ко второму варианту и предложим две схемы для тестирования симметричных тринисторов.

Схему с лампочкой и батарейкой мы приводить не будем в виду того, что таких схем достаточно в сети, если вам интересен этот вариант, можете посмотреть его в публикации о тестировании тринисторов. Приведем пример более действенного устройства.

Схема простого тестера для симисторов

Обозначения:

  • Резистор R1 – 51 Ом.
  • Конденсаторы C1 и С2 – 1000 мкФ х 16 В.
  • Диоды – 1N4007 или аналог, допускается установка диодного моста, например КЦ405.
  • Лампочка HL – 12 В, 0,5А.

Можно использовать любой трансформатор с двумя независимыми вторичными обмотками на 12 Вольт.

Алгоритм проверки:

  1. Устанавливаем переключатели в исходное положение (соответствующее схеме).
  2. Производим нажатие на SB1, тестируемое устройство открывается, о чем сигнализирует лампочка.
  3. Жмем SB2, лампа гаснет (устройство закрылось).
  4. Меняем режим переключателя SA1 и повторяем нажатие на SB1, лампа снова должна зажечься.
  5. Производим переключение SA2, нажимаем SB1, затем снова меня ем положение SA2 и повторно жмем SB1. Индикатор включится, когда на затвор попадет минус.

Теперь рассмотрим еще одну схему, только универсальную, но также не особо сложную.

Схема для проверки тиристоров и симисторов

Обозначения:

  • Резисторы: R1, R2 и R4 – 470 Ом; R3 и R5 – 1 кОм.
  • Емкости: С1 и С2 – 100 мкФ х 10 В.
  • Диоды: VD1, VD2, VD5 и VD6 – 2N4148; VD2 и VD3 – АЛ307.

В качестве источника питания используется батарейка на 9V, по типу Кроны.

Тестирование тринисторов производится следующим образом:

  1. Переключатель S3, переводится в положении, как продемонстрировано на схеме (см. рис. 6).
  2. Кратковременно производим нажатие на кнопку S2, тестируемый элемент откроется, о чем просигнализирует светодиод VD
  3. Меняем полярность, устанавливая переключатель S3 в среднее положение (отключается питание и гаснет светодиод), потом в нижнее.
  4. Кратковременно жмем S2, светодиоды не должны загораться.

Если результат будет соответствовать вышеописанному, значит с тестируемым элементом все в порядке.

Теперь рассмотрим, как проверить с помощью собранной схемы симметричные тринисторы:

  • Выполняем пункты 1-4.
  • Нажимаем кнопку S1- загорается светодиод VD

То есть, при нажатии кнопок S1 или S2 будут загораться светодиоды VD1 или VD4, в зависимости от установленной полярности (положения переключателя S3).

Схема управления мощностью паяльника

В завершении приведем простую схему, позволяющую управлять мощностью паяльника.

Простой регулятор мощности для паяльника

Обозначения:

  • Резисторы: R1 – 100 Ом, R2 – 3,3 кОм, R3 – 20 кОм, R4 – 1 Мом.
  • Емкости: С1 – 0,1 мкФ х 400В, С2 и С3 — 0,05 мкФ.
  • Симметричный тринистор BTA41-600.

Приведенная схема настолько простая, что не требует настройки.

Теперь рассмотрим более изящный вариант управления мощностью паяльника.

Схема управления мощностью на базе фазового регулятора

Обозначения:

  • Резисторы: R1 – 680 Ом, R2 – 1,4 кОм, R3 — 1,2 кОм, R4 и R5 – 20 кОм (сдвоенное переменное сопротивление).
  • Емкости: С1 и С2 – 1 мкФ х 16 В.
  • Симметричный тринистор: VS1 – ВТ136.
  • Микросхема фазового регулятора DA1 – KP1182 ПМ1.

Настройка схемы сводится к подбору следующих сопротивлений:

  • R2 – с его помощью устанавливаем необходимую для работы минимальную температуру паяльника.
  • R3 – номинал резистора позволяет задать температуру паяльника, когда он находится на подставке (срабатывает переключатель SA1),

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 симистора 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 является развитием 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 тиристорных цепей используется только половина формы волны, а это означает, что в базовых цепях, использующих тиристоры, не будут использоваться обе половины цикла. Для использования обеих половин требуются два устройства. Однако симистору 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, которое используется на принципиальных схемах, и это указывает на его двунаправленные свойства.Символ симистора можно рассматривать как пару символов тиристоров в противоположных смыслах, объединенных вместе.

Обозначение схемы симистора

Симистор, как и тиристор, имеет три вывода. 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 терминал 1 и главный терминал 2 (MT1 и MT2).При использовании симисторов МТ1 и МТ2 имеют очень похожие свойства.

Как работает симистор?

Прежде чем смотреть, 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 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 гораздо 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:

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

Обнаружено, что чувствительность триггера по току триака является максимальной, когда токи MT2 и затвора имеют одинаковую полярность, т.е.е. оба положительные или оба отрицательные. Если токи затвора и MT2 имеют противоположную полярность, тогда 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 множество 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 обратить внимание на ряд моментов. Хотя эти полупроводниковые устройства работают очень хорошо, чтобы получить от них максимальную производительность, необходимо понять 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 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 для включения симистора для управления гораздо более высокими уровнями мощности, которые могут быть возможны с помощью 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

Можно использовать гораздо больше схем симистора. 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, поскольку их работа очень похожа, они также являются базовыми типами 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 Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы ВЧ разъемы Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

TRIAC | Руководство для начинающих

В этом руководстве мы узнаем о некоторых основах TRIAC. В процессе мы разберемся со структурой, символом, работой, характеристиками, применением TRIAC.

Введение

Как известно, SCR как однонаправленное устройство имеет обратную блокирующую характеристику, которая предотвращает протекание тока в обратном смещенном состоянии. Но для многих приложений требуется двунаправленное управление током, особенно в цепях переменного тока.Чтобы достичь этого с помощью SCR, два SCR должны быть соединены антипараллельно для управления как положительными, так и отрицательными полупериодами входа.

Однако эту структуру можно заменить специальным полупроводниковым устройством, известным как TRIAC, для выполнения двунаправленного управления. TRIAC — это устройство двунаправленной коммутации, которое может эффективно и точно управлять мощностью переменного тока. Они часто используются в контроллерах скорости двигателя, цепях переменного тока, системах контроля давления, регуляторах освещенности и другом оборудовании управления переменным током.

В начало

Основы TRIAC

Симистор — важный член семейства тиристорных устройств. Это двунаправленное устройство, которое может пропускать ток как в прямом, так и в обратном смещении, и, следовательно, это устройство управления переменным током. Симистор эквивалентен двум спина к спине SCR, подключенным к одной клемме затвора, как показано на рисунке.

TRIAC — это аббревиатура переключателя TRIode AC. TRI означает, что устройство, состоящее из трех клемм, и AC означает, что оно контролирует мощность переменного тока или может проводить в обоих направлениях переменный ток.

Симистор имеет три клеммы, а именно: главный терминал 1 (MT1), главный терминал 2 (MT2) и ворота (G), как показано на рисунке. Если MT1 смещен вперед по отношению к MT2, то ток течет от MT1 к MT2. Точно так же, если MT2 смещен в прямом направлении относительно MT1, тогда ток течет от MT2 к MT1.

Вышеупомянутые два условия достигаются всякий раз, когда вентиль запускается с помощью соответствующего импульса затвора. Подобно SCR, симистор также включается путем подачи соответствующих импульсов тока на вывод затвора.Как только он включен, он теряет контроль над своей проводимостью. Таким образом, траекторию можно выключить, уменьшив ток до нуля через главные клеммы.

В начало

Конструкция TRIAC

Симистор представляет собой пятислойный трехконтактный полупроводниковый прибор. Клеммы обозначены как MT1, MT2 как анодные и катодные выводы в случае SCR. А вентиль изображен как G, похожий на тиристор. Вывод затвора соединен с областями N4 и P2 металлическим контактом и находится рядом с выводом MT1.

Терминал MT1 подключен к областям N2 и P2, а MT2 подключен к областям N3 и P1. Следовательно, клеммы MT1 и MT2 подключены как к P, так и к N областям устройства, и, таким образом, полярность приложенного напряжения между этими двумя клеммами определяет ток, протекающий через слои устройства.

При открытом шлюзе MT2 становится положительным по отношению к MT1 для трассы с прямым смещением. Следовательно, цепь работает в режиме прямой блокировки до тех пор, пока напряжение на симисторе не станет меньше, чем напряжение прямого переключения.Аналогично для симистора с обратным смещением, MT2 становится отрицательным по отношению к MT1 с открытым затвором.

До тех пор, пока напряжение на симисторе не станет меньше обратного напряжения отключения, устройство работает в режиме обратной блокировки. Тракт можно сделать проводящим за счет положительного или отрицательного напряжения на зажиме затвора.

В начало

Работа и работа TRIAC

К клеммам симистора можно подключать различные комбинации отрицательного и положительного напряжения, поскольку это устройство двунаправленного действия.Четыре возможных комбинации электродных потенциалов, которые заставляют симистор работать в четырех различных рабочих квадрантах или режимах, обозначены как.

  1. MT2 положительный по отношению к MT1 с положительной полярностью затвора по отношению к MT1.
  2. МТ2 положительный по отношению к МТ1 с отрицательной полярностью затвора по отношению к МТ1.
  3. МТ2 отрицателен по отношению к МТ1 с отрицательной полярностью затвора по отношению к МТ1.
  4. MT2 отрицательный по отношению к MT1 с положительной полярностью затвора по отношению к MT1.

Как правило, ток фиксации выше во втором квадранте или режиме, в то время как ток запуска затвора выше в четвертом режиме по сравнению с другими режимами для любого симистора.

В большинстве приложений используется цепь отрицательного тока запуска, что означает, что 2 и 3 квадранты используются для надежного запуска при двунаправленном управлении, а также когда чувствительность затвора критична. Чувствительность затвора самая высокая, когда обычно используются режимы 1 и 4.

Режим 1: MT2 положительный, ток затвора положительный

Когда вывод затвора становится положительным по отношению к MT1, ток затвора протекает через переход P2 и N2.Когда этот ток течет, слой P2 заполняется электронами, и далее эти электроны диффундируют к краю перехода J2 (или перехода P2-N1).

Эти электроны, собранные слоем N1, создают пространственный заряд на слое N1. Следовательно, больше дырок из области P1 диффундирует в область N1, чтобы нейтрализовать отрицательные объемные заряды. Эти дырки попадают в переход J2 и создают положительный объемный заряд в области P2, что заставляет больше электронов инжектироваться в P2 из N2.

Это приводит к положительной регенерации, и, наконец, основной ток течет от MT2 к MT1 через области P1- N1 — P2 — N2.

Режим 2: MT2 положительный, ток затвора отрицательный

Когда MT2 положительный, а вывод затвора отрицательный по отношению к MT1, ток затвора протекает через переход P2-N4. Этот ток затвора смещает в прямом направлении переход P2-N4 для вспомогательной структуры P1N1P2N4. Это приводит к тому, что симистор сначала проводит через слои P1N1P2N4.

Это еще больше увеличивает потенциал между P2N2 в сторону потенциала MT2. Это заставляет ток устанавливать слева направо в слое P2, что смещает переход P2N2 вперед. И поэтому основная структура P1N1P2N2 начинает проводить.

Первоначально проводимая вспомогательная структура P1N1P2N4 рассматривается как SCR пилот-сигнала, в то время как более поздняя проводимая структура P1N1P2N2 рассматривается как основная SCR. Следовательно, анодный ток контрольного тиристора служит током затвора для основного тиристора. В этом режиме чувствительность к току затвора меньше, и, следовательно, для включения симистора требуется больший ток затвора.

Режим 3: MT2 отрицательный, ток затвора положительный

В этом режиме MT2 становится отрицательным по отношению к MT1, и устройство включается путем подачи положительного напряжения между затвором и выводом MT1. Включение инициируется N2, который действует как дистанционное управление затвором, и структура приводит к включению симистора P2N1P1N3.

Внешний ток затвора смещает в прямом направлении переход P2-N2. Слой N2 вводит электроны в слой P2, которые затем собираются переходом P2N1.В результате увеличивается ток, протекающий через переход P2N1.

Отверстия, введенные из слоя P2, диффундируют через область N1. Это создает положительный пространственный заряд в P-области. Следовательно, больше электронов из N3 диффундируют в P1, чтобы нейтрализовать положительные объемные заряды.

Следовательно, эти электроны попадают в переход J2 и создают отрицательный объемный заряд в области N1, что приводит к инжекции большего количества дырок из P2 в область N1. Этот процесс регенерации продолжается до тех пор, пока структура P2N1P1N3 не включит симистор и не проведет внешний ток.

Поскольку симистор включается удаленным затвором N2, устройство менее чувствительно к положительному току затвора в этом режиме.

Режим 4: MT2 отрицательный, ток затвора отрицательный

В этом режиме N4 действует как удаленный затвор и вводит электроны в область P2. Внешний ток затвора смещает переход P2N4 в прямом направлении. Электроны из области N4 собираются переходом P2N1, увеличивая ток через переход P1N1.

Следовательно, структура P2N1P1N3 включается посредством рекуперативного действия.Симистор более чувствителен в этом режиме по сравнению с положительным током затвора в режиме 3.

Из приведенного выше обсуждения можно сделать вывод, что режимы 2 и 3 являются менее чувствительной конфигурацией, для которой требуется больший ток затвора для запуска симистора, тогда как более распространенными режимами срабатывания симистора являются 1 и 4, которые имеют большую чувствительность. На практике выбирается более чувствительный режим работы, при котором полярность затвора должна совпадать с полярностью вывода MT2.

Вернуться к началу

Характеристики V-I TRIAC

Траектория функционирует как два тиристора, соединенных встречно параллельно, и, следовательно, VI-характеристики симистора в 1-м и 3-м квадрантах будут аналогичны VI-характеристикам тиристоров. Когда терминал MT2 является положительным по отношению к терминалу MT1, считается, что маршрут находится в режиме прямой блокировки.

Через устройство протекает небольшой ток утечки при условии, что напряжение на устройстве ниже, чем напряжение отключения.При достижении напряжения отключения устройства симистор включается, как показано на рисунке ниже.

Однако можно также включить симистор ниже VBO, применив импульс затвора, так что ток через устройство должен быть больше, чем ток фиксации симистора.

Точно так же, когда терминал MT2 становится отрицательным по отношению к MT1, трасса находится в режиме обратной блокировки. Через устройство протекает небольшой ток утечки, пока он не сработает по напряжению отключения или по методу запуска затвора.Следовательно, положительный или отрицательный импульс на затвор запускает симистор в обоих направлениях.

Напряжение питания, при котором симистор начинает проводить, зависит от тока затвора. Если ток затвора больше, меньшее будет напряжение питания, при котором симистор включается. Вышеупомянутый запуск режима -1 используется в первом квадранте, тогда как запуск режима 3 используется в 3-м квадранте.

Из-за внутренней структуры симистора фактические значения тока фиксации, тока срабатывания затвора и тока удержания могут немного отличаться в разных режимах работы.Поэтому номиналы у трейков значительно ниже, чем у тиристоров.

В начало

Преимущества

Симистор может срабатывать при подаче напряжения как положительной, так и отрицательной полярности на затвор.

  • Он может работать и переключать оба полупериода сигнала переменного тока.
  • По сравнению с конфигурацией встречно-параллельного тиристора, которая требует двух радиаторов немного меньшего размера, симистор требует одного радиатора немного большего размера. Следовательно, симистор экономит место и экономит затраты в приложениях питания переменного тока.
  • В приложениях постоянного тока тиристоры должны быть подключены к параллельному диоду для защиты от обратного напряжения. Но симистор может работать и без диода, безопасный пробой возможен в любую сторону.

В начало

Недостатки

  • Они доступны в более низких номиналах по сравнению с тиристорами.
  • При выборе схемы запуска затвора требуется тщательное рассмотрение, поскольку симистор может запускаться как в прямом, так и в обратном смещении.
  • Они имеют низкий рейтинг du / dt по сравнению с тиристорами.
  • У них очень маленькие частоты переключения.
  • Симисторы менее надежны, чем тиристоры.

Вернуться к началу

Приложения

Из-за двунаправленного управления переменным током симисторы используются в качестве контроллеров мощности переменного тока, контроллеров вентиляторов, контроллеров нагревателя, пусковых устройств для тиристоров, трехпозиционного статического переключателя, регуляторов освещенности и т. Д. Ниже рассматриваются приложения переключения и управления фазой.

Симистор в качестве переключателя высокой мощности

Поскольку симистор использует низкое напряжение затвора и токи для управления высоким напряжением и токами нагрузки, он часто используется в качестве переключающего устройства во многих коммутационных операциях. На рисунке ниже показано использование симистора в качестве переключателя ВКЛ / ВЫКЛ переменного тока для управления лампой высокой мощности.

Когда переключатель S находится в положении 1, симистор находится в режиме прямой блокировки и, следовательно, лампа остается в выключенном состоянии. Если переключатель переведен в положение 2, через клемму затвора протекает небольшой ток затвора, и, следовательно, симистор включается.Это дополнительно заставляет лампу включаться для получения полной мощности.

Управление фазой с помощью симистора

Подобно тиристорам, метод управления фазой с изменением средней мощности нагрузки также возможен с симисторами. Регулируя угол срабатывания в каждом полупериоде входного переменного тока, можно управлять мощностью, подаваемой на нагрузку. Задержка, на которую задерживается запуск, называется углом задержки, а угол, на который проводит симистор, называется углом проводимости.

На рисунке ниже показано использование симистора для метода управления фазой с целью выработки переменной мощности для нагрузки.Диоды D1 и D2 пропускают ток к клемме затвора в положительном и отрицательном полупериодах соответственно.

Как только на схему подается входной переменный ток, симистор находится в состоянии блокировки (прямое или обратное) при условии, что приложенное напряжение меньше VBO или ток затвора меньше минимального тока затвора. Во время положительного полупериода входа диод D1 смещен в прямом направлении, и, следовательно, на затвор подается положительный ток затвора.

Следовательно, срабатывает затвор, и симистор переходит в состояние проводимости.Во время отрицательного полупериода входа диод D2 смещен в прямом направлении, следовательно, через него протекает ток затвора, в результате чего симистор включается.

Аналогичным образом, мощность переменного тока, подаваемая на нагрузку, регулируется в любом направлении с помощью надлежащего стробирующего сигнала. Угол проводимости симистора регулируется путем изменения сопротивления R2 в указанной выше цепи.

В начало

Симистор против SCR

  • Симистор — это двунаправленное устройство, тогда как SCR — однонаправленное устройство.
  • Клеммы симистора — это MT2, MT1 и затвор, в то время как SCR имеет клеммы анода, катода и затвора.
  • Как для положительного, так и для отрицательного тока затвора, тракт проводит, но только с направлением тока затвора включает тиристор.
  • С симистором возможны четыре различных режима работы, тогда как с тиристором возможен один режим работы.
  • Симисторы доступны в меньших номиналах по сравнению с тиристорами.
  • Характеристики симистора лежат в первом и третьем квадранте, а характеристики SCR лежат в первом квадранте.
  • Надежность меньше по сравнению с SCR.

В начало

Разница между тестовыми тиристорами и симисторами

Тиристор представляет собой двух- или трехконтактное устройство, состоящее из четырех чередующихся P- и N-слоев. Он также известен как выпрямитель с кремниевым управлением и часто используется в переключателях диммера, регуляторах скорости для электродвигателей и переключателях для систем передачи электроэнергии постоянного тока высокого напряжения.

Тиристор не работает как усилитель — его выход либо включен, либо выключен.По сути, это выпрямительный диод с внешним управлением. В отличие от двухслойного PN-диода или трехслойного биполярного транзистора NPN или PNP, тиристор имеет четыре слоя (PNPN). Самый распространенный тиристор имеет три вывода: анод, катод и затвор. В трехполюсной версии тиристора четыре слоя состоят из чередующихся материалов N- и P-типа. Анод соединен с P-слоем одним концом, а катод соединен с N-слоем другим концом. Эта конфигурация делает возможным любое из трех возможных состояний:

Когда на анод подается отрицательное напряжение, а на катод — положительное напряжение, тиристор работает просто как диод с обратным смещением и не проводит ток.Это называется режимом обратной блокировки.
Когда на анод подается положительное напряжение, а на катод — отрицательное напряжение, но на затворе нет смещения, устройство не проводит ток. Это называется режимом прямой блокировки.
Когда положительное напряжение приложено к аноду и отрицательное напряжение приложено к катоду и устройство перешло в режим проводимости, оно будет продолжать проводить до тех пор, пока прямой ток не упадет ниже удерживающего тока. (Таким образом, тиристор считается запорным устройством.)
Если положительное (по отношению к катоду) напряжение, приложенное к аноду, превышает уровень пробоя, как у стабилитрона, возникает лавина и начинается проводимость. Это действие происходит на более низком уровне, когда на затвор подается положительное напряжение. Скорость включения тиристора зависит от величины напряжения, приложенного к затвору. Соответственно, для срабатывания тиристора требуется минимальное напряжение затвора.

После того, как вывод затвора включил тиристор, тиристор продолжает проводить, пока пропускает достаточный ток.Ток фиксации — это наименьшая величина анодного тока, необходимая для удержания тиристора во включенном состоянии в момент включения устройства стробирующим сигналом. Ток фиксации обычно в два-три раза превышает ток удержания. Ток удержания — это наименьший ток, при котором анодный ток должен упасть, чтобы перейти в выключенное состояние. Таким образом, если ток удержания составляет 5 мА, тиристор должен пройти менее 5 мА, чтобы прервать проводимость.

Есть несколько других связанных устройств, работа которых близка к тиристорам.Тиристоры можно включить, только подав сигнал на вывод затвора, но нельзя выключить с помощью провода затвора. Напротив, GTO (тиристор выключения затвора) может быть включен стробирующим сигналом и выключен стробирующим сигналом отрицательной полярности. Включение осуществляется положительным импульсом тока между клеммами затвора и катода. Тиристор со статической индукцией (SITH) похож на GTO, но обычно включен (проводит). Для поддержания выключенного состояния вентиль должен иметь отрицательное смещение.

MOS-управляемые тиристоры (MCT)

работают как тиристоры GTO и имеют два полевых МОП-транзистора с противоположными типами проводимости в эквивалентных схемах.Один занимается включением, другой — выключением. Положительное напряжение на затворе относительно катода включает тиристор. Отрицательное напряжение на затворе относительно анода отключает тиристор. Трудно найти MCT. Они были коммерциализированы лишь на короткое время.

Переключатель с кремниевым управлением (SCS) или выпрямитель с кремниевым управлением, вариант тиристора. По сути, это тиристор с анодным и катодным затвором. Эта дополнительная клемма обеспечивает больший контроль над устройством, в основном для отключения тиристора, когда основной ток через него превышает значение тока удержания.

Триодные тиристоры (симисторы) работают как тиристоры, но являются двунаправленными, пропуская ток в любом направлении. Симисторы могут срабатывать как положительным, так и отрицательным током, подаваемым на электрод затвора. Симисторы можно представить как два тиристора с соединенными вентилями. Как и тиристоры, симисторы продолжают проводить ток, когда ток затвора прерывается. Это состояние сохраняется до тех пор, пока основной ток не станет меньше тока удержания.

Цифровой вольтметр может быть полезен для проверки того, работает ли тиристор.Когда DVM находится в режиме высокого сопротивления, подключите отрицательный вывод к аноду тиристора, а положительный вывод к катоду. Значение сопротивления должно быть высоким. Низкое значение означает, что тиристор закорочен. Переключение выводов и повторное считывание сопротивления должны дать еще одно высокое значение. Низкое значение снова означает закороченный тиристор.

Когда цифровой вольтметр все еще подключен к аноду и катоду тиристора, прикоснитесь одним концом короткой перемычки к аноду и одновременно коснитесь другим концом перемычки к затвору тиристора.Если тиристор исправен, показание будет низким. Значение останется низким даже при отсоединении перемычки. В правильно работающем тиристоре, если вы отсоедините любой из выводов омметра, сопротивление вернется к высокому значению, даже если вывод снова подсоединен, если вы снова не закоротите анод на затвор.

Следует отметить, что некоторые тиристоры работают только с током, подаваемым цифровым мультиметром, установленным на высокое сопротивление. Если тиристор может выдерживать больший ток, попробуйте установить R x 1000 или R x 100.

Затвор-катод идеального тиристора — это PN переход. Во многих тиристорах также существует параллельный путь короткого замыкания между затвором и анодом, предназначенный для пропускания большого начального тока, чтобы помочь тиристору сработать. Поскольку этот путь сделан из однородного кремния, легированного p-примесью, обычно измеряемое сопротивление между затвором и катодом составляет 10 ~ 50 Ом. Однако производители обычно не характеризуют это значение сопротивления. Он дается только для информирования пользователя о том, что низкое сопротивление затвор-катод не указывает на повреждение устройства.При измерении с помощью функции проверки диодов цифрового мультиметра соединение затвор-катод будет отображаться как небольшое (но ненулевое) падение напряжения (например, 0,01 ~ 0,05 В) в обоих направлениях.

Следует также отметить, что тиристоры могут давать хорошие показания DVM и все же быть дефектными. В конечном счете, единственный способ проверить SCR — подвергнуть его току нагрузки.

Цифровой мультиметр также можно использовать для проверки исправности симистора. Переведите цифровой мультиметр в режим высокого сопротивления, затем подключите положительный провод к клемме MT1 симистора, а отрицательный провод к клемме MT2.Цифровой мультиметр покажет высокое сопротивление. Теперь выберите режим с низким сопротивлением, подключите MT1 и затвор к положительному выводу, а MT2 — к отрицательному выводу. Цифровой мультиметр должен теперь показывать низкое сопротивление (это означает, что симистор включен).

Подводя итог, для SCR, затвор-катод должен тестироваться как диод (которым он является) на цифровом мультиметре. Переходы анод-катод и затвор-анод должны открываться. Для симисторов соединение затвора с MT2 должно тестироваться как диодный переход в обоих направлениях.Переходы MT1-to-MT2 и gate-to-MT1 должны считываться открытыми.

Учебное пособие по схемам для проектов

Basic Triac-SCR

от Льюиса Лофлина

На этой странице обсуждаются базовые симисторы и тиристоры. Симистор — это двунаправленный трехконтактный двойной тиристорный (SCR) переключатель. Это устройство может переключать ток в любом направлении, подавая небольшой ток любой полярности между затвором и вторым главным контактом.

Симистор изготовлен путем объединения двух тиристоров в обратном параллельном соединении.Он используется в приложениях переменного тока, таких как регулирование яркости света, управление скоростью двигателя и т. Д. Симисторы также могут использоваться в микроконтроллере управления мощностью со схемой фазовой синхронизации.

Если кто-то не знаком с диодами и выпрямлением переменного тока, см. Следующее:


Включение / выключение диода

На рисунке выше изображен кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) или тиристер. Это диод с «затвором». SCR не только проводит в одном направлении, как любой другой диод, но и затвор позволяет отключать и отключать саму проводимость.Когда переключатель ON нажат, SCR включается, и ток течет с отрицательного на положительный через SCR и нагрузку. После включения SCR будет оставаться включенным до тех пор, пока не будет нажат выключатель, нарушающий текущий путь.

Обратите внимание, что переключатель ON называется «нормально разомкнутым» (Н.О.) и при нажатии замыкает (замыкает) соединение. Выключатель OFF, называемый нормально замкнутым (N.C.), разрывает (размыкает) соединение при нажатии. Оба они кнопочные.

В цепи над нагрузкой есть лампа постоянного тока.Нажмите переключатель S1, и включатся и будут продолжать оставаться включенными, пока не будет нажат переключатель S2.

В этом примере мы разместили диод последовательно с переключателем включения / выключения затвора. Когда вы нажимаете переключатель ON, двигатель запускается, загорается свет и т. Д. Когда переключатель отпускается, питание прекращается без использования переключателя OFF. Это связано с тем, что входное напряжение переменного тока возвращается к нулю вольт на 180 и 360 градусов, отключая SCR. И как диод, SCR проводит только половину цикла.

В этом примере схемы мы разместили переменный резистор (потенциометр) последовательно с диодом затвора. (Это было также известно как ручка регулировки громкости старого стиля.) «Поворачивая ручку», мы можем изменить точку срабатывания при включении SCR только части полупериода или, если сопротивление достаточно, выключить SCR.


Это иллюстрирует процесс с двухполупериодным нефильтрованным постоянным током

В другом примечании мы можем управлять двухполупериодным пульсирующим нефильтрованным постоянным током с помощью тиристора.См. Также «Основы выпрямления и фильтрации переменного тока»

.

Подробнее см. Что такое светоактивированный кремниевый управляемый выпрямитель? (LASCR) и спецификация оптопары h21C6 SCR. (PDF файл)

Выше представлена ​​практическая схема тестирования SCR. Лампа загорится только при нажатии Sw3. Лампа будет иметь половинную яркость, потому что тиристор действует как полуволновой выпрямитель. R4 может находиться в диапазоне от 100 до 470 Ом. Лампа должна быть полностью выключена, если выключатель не нажат или устройство не неисправно.(Полностью или частично закорочены.)

Эта схема также удобна для сравнения различных тиристоров одного и того же номера детали. Например, однажды у меня была неисправная печатная плата с шестью тиристорами, но один тиристор из шести при работе включался при совершенно другом напряжении срабатывания, чем остальные пять. Лампа имела другой уровень яркости, чем остальные пять. Замена этого одного SCR устранила эту очень дорогую печатную плату.


Знакомство с симисторами

Симистор — это твердотельный переключатель переменного тока.Небольшой ток на клемме затвора может переключать очень большие токи переменного тока. Думайте о симисторе как о двух последовательно соединенных тиристорах, в которых катод одного тиристора соединен с анодом другого и наоборот. Ворота соединены между собой. Поскольку у нас есть две конфигурации типа SCR, можно переключать оба полупериода.

Примечание: я видел бумажные примеры использования двух тиристоров в качестве симистора, но это может не работать так же! Остерегайтесь этого.

В приведенном выше примере замыкание переключателя приведет к включению симистора.Идея состоит в том, чтобы использовать небольшой переключатель малой мощности для управления устройствами большой мощности, такими как двигатели или нагреватели. Опасность здесь заключается в том, что на самом переключателе присутствует высокое напряжение переменного тока. Это также может быть большой проблемой для твердотельных контроллеров, если они не используют небольшое реле, которое некоторые микроволновые печи делают именно так.

Выше представлена ​​практическая схема тестирования TRIAC. Нажмите любой переключатель, и лампа включится с половинной яркостью. Сожмите оба вместе на полную яркость. Это позволяет тестировать обе стороны SCR по отдельности.Яркость должна быть одинаковой для обеих сторон, иначе TRIAC неисправен. Когда ни один переключатель не нажат, лампа должна быть полностью выключена. R1 и R2 должны быть в диапазоне от 100 до 470 Ом.


Схема симистора с наилучшим откликом и диак.

Ключ к успешному срабатыванию симистора — убедиться, что затвор получает свое напряжение срабатывания со стороны главной клеммы 2 схемы (основной клеммы на противоположной стороне символа TRIAC от клеммы затвора). Идентификация клемм Mt1 и Mt2 должна выполняться по номеру детали TRIAC со ссылкой на технический паспорт или книгу.

DIAC, или «диод переменного тока», представляет собой триггерный диод, который проводит ток только после того, как его напряжение пробоя было мгновенно превышено. Когда это происходит, сопротивление DIAC резко уменьшается, что приводит к резкому уменьшению падения напряжения на самом DIAC, что приводит к резкому увеличению тока, протекающего через затвор симистора.

Это обеспечивает быструю и чистую резку TRIAC. DIAC остается в режиме проводимости до тех пор, пока напряжение не упадет до очень низкого значения, намного ниже напряжения срабатывания.Это называется удерживающим током. Ниже этого значения диак снова переключается в состояние высокого сопротивления (выключено). Это двунаправленное поведение, то есть обычно одинаковое как для положительного, так и для отрицательного полупериодов.

Большинство DIAC имеют напряжение пробоя около 30 В. Таким образом, их поведение в некоторой степени похоже на (но гораздо более точно контролируется и происходит при более низких напряжениях, чем) неоновая лампа.

ЦИАП

не имеют электрода затвора, в отличие от некоторых других тиристоров. Некоторые TRIAC содержат встроенный DIAC последовательно (я никогда не видел такого в полевых условиях) с терминалом «затвора» TRIAC для этой цели.ДИАП также называют симметричными триггерными диодами из-за симметрии их характеристической кривой. Поскольку DIAC являются двунаправленными устройствами, их выводы помечены не как анод и катод, а как A1 и A2 или Mt1 («Главный вывод») и Mt2. Большинство листов спецификаций не удосуживаются маркировать A1 / A2 или Mt1 / Mt2.

Также см. Как проверить DIAC


Диммер для коммерческих ламп в странах с напряжением 220 В. Br100 — диак.

Диак обеспечивает более чистое переключение симистора.Диоды — это специализированные диоды Шокли, соединенные спина к спине.


Демпферы

Демпферная цепь (обычно RC-типа) часто используется между МТ1 и МТ2. Демпфирующие цепи используются для предотвращения преждевременного срабатывания, вызванного, например, скачками напряжения в сети переменного тока или индуктивными нагрузками, такими как двигатели. Кроме того, резистор затвора или конденсатор (или оба параллельно) могут быть подключены между затвором и MT1 для дальнейшего предотвращения ложного срабатывания. Это может увеличить требуемый ток запуска и, возможно, задержку выключения при разрядке конденсатора.

В этой схеме выше «горячая» сторона линии переключается, а нагрузка подключается к холодной или заземленной стороне. Резистор на 100 Ом и конденсатор 0,1 мкФ предназначены для демпфирования симистора. Эти компоненты должны использоваться с индуктивными нагрузками, такими как двигатели, контакторы и т. Д.

Для получения дополнительной информации о вышеуказанном оптроне см. Оптоизолятор серии moc30xx (файл в формате pdf)

TRIAC — Symbol, конструкция, работа с цепями приложений

Слово TRIAC может быть расширено до TRI ode для A альтернативного C urrent.В то время как для переключения / управления мощностью постоянного тока используются другие силовые электронные переключатели, такие как MOSFET, IGBT и т. отрицательный цикл.

TRIAC — это трехконтактное полупроводниковое переключающее устройство, которое используется для управления током в цепи. Это один из самых важных членов семейства тиристоров; это двунаправленное устройство , которое может пропускать ток как в прямом, так и в обратном направлении, что означает, что они могут проводить как в условиях стробирующего сигнала , так и в положительном и отрицательном.

Символ TRIAC

A TRIAC могут быть сформированы путем соединения двух эквивалентных SCR, инверсно параллельно друг другу, и затворы двух SCR соединены вместе, чтобы сформировать единый затвор. Если вы еще не знакомы с DIAC, вы можете прочитать статью DIAC Introduction , чтобы узнать больше об этом. Символ TRIAC будет похож на изображение ниже, он имеет три терминала: главный терминал 1 (MT1), главный терминал 2 (MT2) и выход (G).

MT1 и MT 2 также называются анодом 1 и анодом 2. TRIAC может быть включен в цепь таким образом, что ток течет либо от MT1 к MT2, либо от MT2 к MT1, ток не будет, пока мы подать импульс тока затвора на G.

TRIAC Construction

Ниже показана структура TRIAC , это четырехслойное устройство, состоящее из шести областей легирования. Клемма затвора спроектирована таким образом, чтобы иметь омический контакт с областями N и P, что помогает устройству запускаться как с положительной, так и с отрицательной полярностью.

Хотя TRIAC является двунаправленным устройством, все предпочитают указывать напряжение и ток, используя MT1 в качестве эталона, чтобы избежать путаницы.

Принцип работы и принцип действия TRIAC

TRIAC может перейти в состояние проводимости, если приложенное напряжение равно напряжению пробоя, , но наиболее предпочтительный способ включения TRIAC — подача импульса затвора , положительного или отрицательного.Если ток затвора высокий, для включения симистора достаточно очень небольшого напряжения. Поскольку TRIAC является двунаправленным и может включаться с обеими полярностями стробирующего импульса, он может работать в четырех различных типах режимов работы , как указано ниже

1. МТ2 положительный по отношению к МТ1 с положительной полярностью затвора по отношению к МТ1.

2. МТ2 положительный по отношению к МТ1 с отрицательной полярностью затвора по отношению к МТ1.

3. МТ2 отрицателен по отношению к МТ1 с отрицательной полярностью затвора по отношению к МТ1.

4. МТ2 отрицателен по отношению к МТ1 с положительной полярностью затвора по отношению к МТ1.

МТ2 положительный по отношению к МТ1 с положительной полярностью затвора по отношению к МТ1

Когда клемма MT2 положительна по отношению к клемме MT1, ток будет течь по пути P1-N1-P2-N2. Во время этой операции соединение между слоями P1-N1 и P2-N2 имеет прямое смещение , тогда как соединение между N1-P2 имеет обратное смещение .Когда на затвор подается положительный сигнал, соединение между P2-N2 смещается в прямом направлении, и происходит пробой.

МТ2 положительный по отношению к МТ1 с отрицательной полярностью затвора по отношению к МТ1

Когда MT2 положительный, а импульс затвора отрицательный, ток будет проходить по тому же пути, что и первый режим, который является P1-N1-P2-N2, но здесь соединение между P2-N2 смещено в прямом направлении и носители тока вводятся в слой P2.

МТ2 отрицательный по отношению к МТ1 с отрицательной полярностью затвора по отношению к МТ1

Когда вывод MT2 является положительным и отрицательный импульс подается на вывод затвора, ток будет течь по пути P2-N1-P2-N2. Во время работы соединение между слоями P2-N1 и P1-N4 смещено в прямом направлении, тогда как соединение между слоями N1-P1 имеет обратное смещение, поэтому считается, что TRIAC работает в области с отрицательным смещением.

MT2 отрицательно по отношению к MT1 с положительной полярностью затвора по отношению к MT1

Когда вывод MT2 отрицательный, а затвор запускается положительным импульсом, соединение между P2-N2 смещено в прямом направлении и вводятся несущие тока, следовательно, TRIAC включается.

TRIAC обычно не работает в режиме 4, потому что у него есть недостаток, заключающийся в том, что его не следует использовать для цепей с высоким di / dt.Чувствительность запуска TRIAC в режимах 2 и 3 высока, и отрицательный импульс затвора используется в случае предельной возможности запуска. Запуск режима 1 даже более чувствителен, чем запуск режима 2 и 3, но для его запуска требуется положительный стробирующий импульс. В большинстве случаев предпочтительны режимы запуска 2 и 3.

VI характеристики TRIAC

Поскольку TRIAC является двунаправленным устройством, кривая характеристик VI для TRIAC будет в первом и третьем квадранте графика, что аналогично характеристикам VI для тиристора .Если вы новичок в области тиристоров, таких как SCR, вы можете прочитать статью Введение в SCR. Когда вывод MT2 установлен положительным по отношению к выводу MT1, TRIAC будет работать в режиме прямой блокировки.

На начальном этапе из-за сопротивления TRIAC через устройство будет протекать небольшой ток утечки, поскольку приложенное напряжение меньше напряжения пробоя. Когда напряжение увеличивается и достигает напряжения пробоя , TRIAC включается, и через устройство начинает течь сильный ток.

Помимо увеличения напряжения устройства, TRIAC может быть включен путем подачи импульса затвора, даже если приложенное напряжение меньше напряжения пробоя. Та же самая операция может быть выполнена в отрицательном направлении TRIAC, что может дать нам зеркальное отображение той же кривой в отрицательном квадранте. Напряжение питания, при котором TRIAC начинает проводить ток, будет зависеть от тока затвора, приложенного к TRIAC. Если ток затвора выше, то напряжение, необходимое для включения симистора, может быть меньше.Приведенная выше характеристическая кривая показывает работу TRIAC в режиме 1 в первом квадранте и режиме 3 в третьем квадранте.

Приложение TRIAC:

Как упоминалось ранее, триакомеры обычно используются для переключения напряжений переменного тока. Пример прикладной схемы TRIAC для переключения переменного тока показан ниже.

Вышеупомянутая схема показывает типичную установку системы переключения с использованием TRIAC.Первоначально, когда переключатель SW1 разомкнут, питание на схему затвора не поступает, и ток через лампу будет нулевым. Если переключатель включен, ток начинает течь через резистор R, и на вывод G затвора будет подаваться импульс. Данный импульс затвора поможет разорвать соединения TRIAC и поможет ему проводить, отсюда и напряжение переменного тока. Vs будет разрешено течь по цепи и загорится Лампа.

TRIAC могут использоваться в различных приложениях, таких как

  • Цепи управления, такие как регулирование скорости вращения электровентилятора и средства управления двигателем меньшего размера
  • Переключение ламп высокой мощности и диммеры
  • Бытовые приборы контроля мощности переменного тока

Различные типы пакетов TRIAC

Для удобства использования и различных приложений, TRIAC спроектированы в различных корпусах, таких как штыревой / стандартный тип, тип капсулы / диска и тип шпильки.

Pin / стандартный Тип: TRIAC стандартного типа будет выглядеть как небольшая ИС с тремя контактами, которые являются MT1, MT2 и затвором (G), и радиатором сверху. Эти типы TRIACS используются в бытовых электронных приборах. Некоторые из распространенных пакетов: TMA36S-L, TMA54S-L, TMA84S-L, TMA124S-L, TMA126S-L, TMA206S-L, TMA106S-L и т. Д.

Тип капсулы / диска: Триаки капсульного / дискового типа будут иметь форму диска с протяженными проводами к клеммам.Эти TRIAC обладают высокой токовой нагрузкой и изготовлены с керамическим уплотнением. Их можно использовать в таких приложениях, как быстрое управление двигателем и переключение переменного тока. Некоторые из распространенных пакетов TRIAC дискового типа, доступных на рынке, — это KS100A, KS200A, KS300A, KS500A, KS600A. КС800А, КС1000А.

Тип шпильки: Триаки шпильки в основном используются в приложениях с высокой мощностью, они имеют резьбовое дно, которое действует как один из основных выводов, и два вывода наверху, которые являются другим основным выводом и затвором.Эти TRIAC могут использоваться в приложениях управления фазой в преобразователях, цепях освещения, регулируемых источниках питания, а также в цепях управления температурой и скоростью и в источниках питания для управления двигателем. Некоторые из распространенных пакетов, доступных на рынке: TO-118, TO-93, TO-48, TO-94, TO-48, TO-65 и RSD7

.

Тиристоры, DIAC и символы TRIAC

Тиристоры, симисторы и диакритические символы

Тиристор SCR

SCR Стенды для кремниевого управляемого выпрямителя представляют собой 4-х слойное полупроводниковое устройство PNPN.Он имеет три терминала: анод, катод и затвор. Как и диод, это однонаправленное устройство, но с входом управления затвором для запуска SCR. Он начинает проводить, когда линейное напряжение увеличивается выше напряжения прямого пробоя или путем подачи тока на затвор.

Тиристор SCS

SCS означает переключатель с кремниевым управлением. Как и SCR, это устройство с 4 уровнями PNPN. Это также однонаправленное устройство, но, в отличие от SCR, у него есть дополнительный затвор, называемый анодным затвором.Анодный затвор используется для остановки проводимости при приложении к нему положительного напряжения, в то время как катодный затвор используется для начала проводимости.

Тиристор с обратной проводимостью, с катодным затвором

Это обозначение тиристора с обратной проводимостью. это простой SCR с диодом, подключенным встречно параллельно для проведения обратного смещения. RCT также проводят в обратном направлении и используются в компактной конструкции, где необходим диод свободного хода или при наличии индуктивных нагрузок.Катодный затвор используется для запуска тока в прямом направлении.

Тиристор с обратной проводимостью и анодным затвором

Этот символ представляет собой тиристор с обратной проводимостью (RCT) с анодным затвором. Анодный затвор используется для прекращения прохождения тока при достаточном токе. RCT используется для проводимости в обратном направлении, когда есть индуктивная нагрузка или есть необходимость в диодах с обратным ходом.

Тиристор отключения затвора GTO с катодным затвором

Тиристор отключения затвора — это тип тиристора, который может отключаться подачей отрицательного импульса напряжения через тот же затвор.В остальном условия включения такие же, как у обычного тиристора, но из-за его нефиксирующего характера вы должны поддерживать 1% его импульса включения, чтобы поддерживать его в состоянии проводимости. Катодный затвор GTO начинает проводимость с положительным импульсом и выключается с отрицательным импульсом.

Тиристор отключения затвора GTO с затвором анода

Это тиристор отключающего затвора, но с анодным затвором. Он также включается и выключается с помощью того же терминала ворот. Анодный затвор позволяет затвору останавливать проводимость, когда применяется положительный вход затвора, и начинает проводить проводимость, используя отрицательный вход затвора.

Фото-тиристор LASCR

Фото-тиристор или LASCR (кремниевый управляемый выпрямитель, активируемый светом) — это тип тиристора, который переходит в режим проводимости при воздействии света. Затвор, однако, работает как обычный SCR, но остается отключенным при использовании в фото-приложениях.

BCT — двунаправленный тиристор с фазовым управлением

BCT или двунаправленный тиристор с фазовым управлением состоит из двух тиристоров, соединенных в антипараллельной комбинации и интегрированных в один корпус.Он имеет две отдельные клеммы затвора, по одной на каждый тиристор. Нет анодных или катодных клемм, а есть только главные клеммы. Затвор управляет током, протекающим через отдельные тиристоры.

FET-CTH (Тиристор, управляемый полевыми транзисторами)

Тиристор, управляемый полевыми транзисторами, состоит из тиристора и полевого МОП-транзистора в одном корпусе. MOSFET используется для запуска SCR, но нет возможности выключения. МОП-транзистор обеспечивает гальваническую развязку между цепью запуска и линией переключения.

MTO (MOS Turn-off Thyristor)

MTO или MOSFET TurnOff-тиристор представляет собой модифицированную форму GTO и состоит из SCR и MOSFET. МОП-транзистор используется для остановки прохождения тока. MTO имеет два отдельных терминала затвора, т.е. затвор включения и затвор выключения. У GTO есть ограничение, он требует импульса высокого тока для своей функции выключения, в то время как MTO может отключаться, используя только уровень напряжения.

ETO (Тиристор выключения эмиттера)

Тиристор ETO или выключения эмиттера — это тиристор с быстрым переключением, сделанный из N & P-MOSFET и SCR.MOSFET подключается последовательно между затвором и катодом SCR. MOSFET дает возможность выключаться быстрее, удаляя остаточные несущие из SCR.

IGCT Интегрированный тиристор с затворной коммутацией

IGCT или интегрированный тиристор с затворной коммутацией — это особый тип тиристора, который используется для коммутации высоких напряжений в промышленности. Он состоит из тиристора с коммутацией затвора (GCT) и многослойной печатной платы для схемы управления затвором.IGCT имеет возможность очень быстрого выключения, потому что он использует очень быстро нарастающий импульс тока для истощения всего заряда из своего каода.

DIAC

Название DIAC состоит из диодного переключателя переменного тока. это двунаправленный полупроводниковый прибор по аналогии с двумя диодами, соединенными в антипараллельной комбинации. Он может проводить ток в обоих направлениях, когда напряжение увеличивается от определенного предела напряжения пробоя. Чаще всего они используются для запуска TRIAC путем последовательного подключения его к клемме затвора.

TRIAC

Название TRIAC состоит из триода для переменного тока. это модифицированная версия SCR, которая может проводить, а также управлять током в обоих направлениях. Вход затвора используется для запуска проводимости в каждом направлении. Он может переключать высокий переменный ток и напряжение. Они используются в диммерных приложениях, управлении скоростью двигателя и т. Д.

SIDAC

SIDAC (Кремниевый диод для переменного тока) — устройство, аналогичное DIAC, но оно имеет относительно высокое напряжение отключения и возможности управления током.Это двунаправленное полупроводниковое устройство, состоящее из 5 слоев, для работы с высокими напряжениями и токами. по сути, это TRIAC без терминала затвора.

Кремниевый двусторонний переключатель SBS

Кремниевый двусторонний переключатель SBS или кремниевый двусторонний переключатель — это устройство запуска, используемое в качестве элемента запуска для TRIAC. Он имеет те же электрические свойства, что и DIAC, но имеет более низкое напряжение переключения. Он может вести в обоих направлениях.

SUS Кремниевый односторонний переключатель

Кремниевый односторонний переключатель SUS или кремниевый односторонний переключатель — это полупроводниковое устройство, которое используется в качестве пускового элемента.Они используются для запуска SCR. Он состоит из тринистора со стабилитроном, который определяет напряжение срабатывания.

Quadrac

Quadrac состоит из DIAC и TRIAC, встроенных в один корпус. В этом пакете DIAC используется как элемент запуска для TRIAC. Quadrac используются в компактных электрических цепях, где можно сэкономить место и время за счет использования одного корпуса вместо использования отдельных частей.

Darlistor

Darlistor — это быстрый высокомощный тиристор с очень высокими коммутационными возможностями по сравнению с обычным тиристором.он может блокировать высокое напряжение и проводить сильный ток с очень высокой частотой в диапазоне от 50 Гц до 10 кГц.

Сопутствующие электрические и электронные символы:

Цепи TRIAC: основы и приложения

Автор: Морин ВанДайк |

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

TRIAC — это полупроводниковые устройства с тремя выводами. Они работают с использованием одного вывода, то есть затвора, для запуска прохождения 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 TRIAC-переключателей

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 TRIAC. 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 сложный, поскольку он включает изменение его фазы в зависимости от напряжения нагрузки. Напряжение триггера определяется напряжением 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, связанных с использованием 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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *