Схемы регуляторов мощности (диммеров) на симисторах
Принцип работы симисторных регуляторов мощности (напряжения) в цепях
переменного тока.
Там же мы отметили, что симистор пришёл на смену рабочей лошадке-тиристору и практически полностью вытеснил его из электроцепей переменного тока.
Вспомним пройденный материал.
Отличительной чертой симистора является то, что при подаче на его управляющий электрод тока (напряжения), прибор переходит в проводящее
состояние, замыкая нагрузку, причём проводит ток, независимо от полярности, приложенного к нагрузке напряжения.
Полярность открывающего напряжения должна быть либо отрицательной для обеих полярностей напряжения на условном аноде, либо совпадать с
полярностью «анодного» напряжения (т.е. быть плюсовой в момент прохождения положительной полуволны и минусовой — в момент прохождения
отрицательной).
Итак. Важным плюсом симисторных схем в электроцепях переменного тока является отсутствие выпрямительных устройств, и двухполюсность напряжения в нагрузке, что даёт возможность подключать их, помимо всего прочего, как трансформаторам, так и электродвигателям переменного тока.
Познакомимся с расхожими схемами симисторных регуляторов.
Для начала давайте рассмотрим простейшую, но вполне себе работоспособную схему симисторного регулятора мощности с фазово-импульсным
управлением, позволяющего работать с нагрузками вплоть до 1200 Вт.
Рис.1
При замене симистора на другой, с большей величиной допустимого тока, мощность нагрузки можно увеличивать практически неограниченно.
А теперь — как это всё работает?
В начале действия положительного полупериода симистор закрыт. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается
через последовательно соединённые резисторы R1 и R2.
Причём увеличение напряжения на конденсаторе С1 отстаёт (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного
сопротивления резисторов и номинала ёмкости С1. Чем выше значения резисторов и конденсатора — тем больше сдвиг по фазе.
Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на нём не достигнет порога пробоя динистора (около 35 В).
Как только динистор откроется (следовательно, откроется и симистор), через нагрузку потечёт ток, определяемый суммарным
сопротивлением открытого симистора и нагрузки.
Переменным резистором R2 устанавливают момент открывания динистора и симистора, производя тем самым регулировку мощности, подводимой к нагрузке.
При действии отрицательной полуволны принцип работы устройства аналогичен.
Диаграммы напряжения на нагрузке при различных значениях переменного резистора приведены на Рис.1 справа.
Для предотвращения ложных срабатываний триаков, вызванных переходными процессами в индуктивных нагрузках (например, в электродвигателях и
обмотках трансформаторов),
симисторы должны иметь дополнительные компоненты защиты. Это, как правило, демпферная RC-цепочка (снабберная цепь) между силовыми
электродами триака,
которая используется для ограничения скорости изменения напряжения (на схеме Рис.1 показана синим цветом).
В некоторых случаях, когда нагрузка имеет ярко выраженный ёмкостной характер, между силовыми электродами необходима индуктивность
для ограничения скорости изменения тока при коммутации.
Существуют и различные модификации приведённой выше простейшей схемы диммера.
Рис.2
Дополнительная цепочка R3 C2 (Рис.2 слева) призвана увеличить максимально достижимый фазовый сдвиг между сетевым напряжением и напряжением, поступающим на левый вывод динистора, что в свою очередь позволяет производить более глубокую регулировку мощности, подводимой к нагрузке.
На схеме, приведённой на Рис.2 справа, цепь, образованная диодами D1, D2 и резистором R1, обеспечивает плавность регулировки
при минимальной выходной мощности. Без неё характеристика управления регулятором имеет гистерезис, что проявляется в скачкообразном
повышении регулируемой мощности от нуля до 3…5% от максимальной.
Изредка можно встретить устройства, в которых регулировка мощности производится посредством отдельной схемы, которая
формирует импульсы с регулируемой длительностью для управления симистором.
Такие диммеры обладают значительно лучшими характеристиками, чем представленные выше, однако обратной стороной медали является
повышенная сложность устройств и необходимость наличия отдельного источника питания схемы. Исключения составляют устройства,
выполненные на специализированных ИМС. Примером такой микросхемы является фазовый регулятор КР1182ПМ1.
Рис.3
Применение КР1182ПМ1 в регуляторах мощности (Рис.3) позволяет добиваться как хорошей повторяемости, так и широкого диапазона перестройки и высокой температурной стабильности.
А если уж мы решили заморачиваться созданием отдельной схемы формирования управляющих импульсов, то имеет смысл отказаться от
фазово-импульсного метода управления, и обратиться в сторону регуляторов мощности, работающих по принципу пропускания через
нагрузку определённого целого числа периодов сетевого напряжения в единицу времени.
При таком способе регулирования появляется возможность включения симистора вблизи точки пересечения сетевым переменным напряжением
нулевого потенциала, вследствие чего радикально снижается уровень помех, вносимых в электросеть.
Рис.4
Данная схема (Рис.4) перекочевала со страницы https://www.radiokot.ru/circuit/power/converter/50/ и представляет собой модификацию регулятора мощности, описанного в журнале Радио, 2009, № 9, с. 40–41 «В.Молчанов Симисторный регулятор мощности». Вот, что пишет автор.
«Устройство предназначено для беспомехового регулирования мощности электронагревательных приборов, работающих от сети переменного
тока 220 В.
Кроме снижения уровня коммутационных помех, в регуляторе реализован принцип пропускания в нагрузку целого числа периодов сетевого
напряжения. При таком способе регулирования с высокой точностью обеспечивается отсутствие постоянной составляющей напряжения на нагрузке,
вследствие чего дополнительно снижается уровень искажений, вносимых в электросеть. Это особенно важно в случае мощной нагрузки.
Максимальная мощность нагрузки, подключаемой к регулятору, составляет 1 кВт. Потребляемый регулятором ток от сети не превышает 4 мА
(действующее значение), типовое потребление – 3,5 мА.
На микросхеме DD1 и элементах R1, C1, VD1, VD2 выполнен синхронизированный с сетью генератор прямоугольных импульсов. Период импульсов, вырабатываемых генератором, составляет около 1,3 с. Резистор R1 регулирует скважность импульсов. Элементы DD1.1, DD1.2 и DD1.3, DD1.4 включены как два RS‑триггера, на входы которых (выводы 1 и 9 микросхемы) через делитель R7R6 поступает часть сетевого напряжения. Транзисторы VT1 и VT2 выполняют функцию мощного инвертора логических сигналов для управления симистором. Питание устройства осуществляется через параметрический стабилизатор, в котором задействованы балластный резистор R7, стабилитрон VD3 и сглаживающий конденсатор C3. Когда напряжение на верхнем по схеме сетевом выводе относительно нижнего отрицательное, стабилитрон VD3 пропускает ток в прямом направлении, когда положительное – ограничивает напряжение на выводах 1 и 9 микросхемы DD1 на уровне 10 В. Ток, проходящий через эти выводы и внутренние защитные диоды микросхемы, заряжает конденсатор C3 до напряжения около 9,2 В, которое служит для питания низковольтной части устройства. Использование защитных диодов микросхемы не приводит к её защёлкиванию, поскольку амплитудное значение тока через резистор R7 ограничено и составляет около 5 мА.
Во время проверки регулятора мощности удобно в качестве нагрузки подключить лампу накаливания (желательно на 100 Вт или более). Устройство обычно не нуждается в налаживании, но если оказалось, что симистор VS1 открывается ненадёжно (лампа в нагрузке не включается или мерцает), можно попробовать уменьшить сопротивление резистора R4 или подобрать экземпляр симистора с меньшим током открывания. Резистор R4 позволяет выставить мгновенное напряжение сети, при котором происходит открывание симистора. Это напряжение может быть рассчитано по формуле Uпор ≈ Uпит∙R7/(2∙R4), где Uпит ≈ 9,2 В – напряжение на конденсаторе C3, сопротивления резисторов R6 и R7 должны быть равны. Уменьшение сопротивления резистора R4 обеспечивает более надёжное открывание симистора, но увеличивает уровень создаваемых помех, поэтому делать его сопротивление менее 30 кОм нежелательно».
И конечно, было бы совсем неправильно не упомянуть о таком важном представителе симисторного семейства, как — оптосимистор.
Оптосимистор включается посредством освещения полупроводникового слоя и представляет собой комбинацию оптоизлучателя и
симистора в одном корпусе. Преимущество — простая однополярная схема управления и гальваническая изоляция цепей управления от
фаз сетевого напряжения.
Оптосимисторы могут коммутировать нагрузку как сами (Рис.5),
Рис.5
так и управлять более мощными симисторами (Рис.6).
Рис.6
За счёт полной гальванической развязки управляющих цепей оптосимистора, основное его предназначение — это управление
мощностью нагрузки при помощи логических устройств или микроконтроллеров с собственными цепями питания.
Рис.7
В качестве примера на Рис.7 приведена схема регулятора мощности паяльника.
Вот, как работу этой схемы описывает уважаемый Falconist на странице сайта http://forum.cxem.net .
«Оптосимистор серии МОС204х/306х/308х содержит внутри себя схему пересечения питающим напряжением нуля, т.е. открывается только
в точке нулевого значения синусоидального сетевого напряжения, независимо от момента поступления управляющего напряжения на его светодиод.
Тем самым обеспечивается ключевой режим подключения нагрузки, с практически полным отсутствием ВЧ помех, проникающих в сеть 220 В.
Поэтому его замена на оптосимисторы МОС302х/305х, не имеющих такой схемы, крайне нежелательна, т.к. порочит сам принцип беспомехового
регулирования.
Конденсатор С1 является балластным реактивным сопротивлением. Ток, который он пропускает совместно с подключенным параллельно ему
резистором R1,приближенно составляет 16 мА. Данный ток используется для питания таймера DA1 и инфракрасного светодиода оптрона
DA2».
Работа таймера, формирующего управляющий сигнал для оптотиристора, аналогична работе DD1 на Рис.4 и сводится к формированию импульсов с изменяемой скважностью.
|
|
симисторный и тиристорный, системы индикации и схемы
Практически в любом радиоэлектронном устройстве в большинстве случаев присутствует регулировка по мощности. За примерами далеко ходить не надо: это электроплиты, кипятильники, паяльные станции, различные регуляторы вращения двигателей в устройствах.
Способов, по которым можно собрать регулятор напряжения своими руками 220 В, в Сети полно. В большинстве случаев это схемы на симисторах или тиристорах. Тиристор, в отличие от симистора, более распространённый радиоэлемент, и схемы на его основе встречаются гораздо чаще. Разберём разные варианты исполнения, основанные на обоих полупроводниковых элементах.
Регулятор мощности на симисторе
Симистор, по большому счету, — это частный случай тиристора, пропускающий ток в обе стороны, при условии, что он выше тока удержания. Один из его недостатков — это плохая работа на высоких частотах. Поэтому его часто используют в низкочастотных сетях. Для построения регулятора мощности на основе обычной сети 220 В, 50 Гц он вполне подходит.
Регулятор напряжения на симисторе используется в обычных бытовых приборах, где нужна регулировка. Схема регулятора мощности на симисторе выглядит следующим образом.
- Пр. 1 — предохранитель (выбирается в зависимости от требуемой мощности).
- R3 — токоограничительный резистор — служит для того чтобы при нулевом сопротивлении потенциометра остальные элементы не выгорели.
- R2 — потенциометр, подстроечный резистор, которым и осуществляется регулировка.
- C1 — основной конденсатор, заряд которого до определённого уровня отпирает динистор, вместе с R2 и R3 образует RC-цепь
- VD3 — динистор, открытие которого управляет симистором.
- VD4 — симистор — главный элемент, производящий коммутацию и, соответственно, регулировку.
Основная работа возложена на динистор и симистор. Сетевое напряжение подаётся на RC-цепочку, в которой установлен потенциометр, им в итоге и регулируется мощность. Производя регулировку сопротивления, мы меняем время зарядки конденсатора и тем самым порог включения динистора, который, в свою очередь, включает симистор. Демпферная RC-цепь, подключённая параллельно симистору, служит для сглаживания помех на выходе, а также при реактивной нагрузке (двигатель или индуктивность) предохраняет симистор от скачков высокого обратного напряжения.
Симистор включается, когда ток, проходящий через динистор, превышает ток удержания (справочный параметр). Отключается, соответственно, когда ток становится меньше тока удержания. Проводимость в обе стороны позволяет настроить более плавную регулировку, чем это возможно, например, на одном тиристоре, при этом используется минимум элементов.
Осциллограмма регулировки мощности представлена ниже. Из неё видно, что после включения симистора оставшаяся полуволна поступает на нагрузку и при достижении 0, когда ток удержания уменьшается до такой степени, что симистор отключается. Во втором «отрицательном» полупериоде происходит тот же процесс, т. к. симистор обладает проводимостью в обе стороны.
Напряжение на тиристоре
Для начала разберёмся, чем отличается тиристор от симистора. Тиристор содержит в себе 3 p-n перехода, а симистор — 5 p-n переходов. Не углубляясь в детали, если говорить простым языком, симистор обладает проводимостью в обоих направлениях, а тиристор — только в одном. Графические обозначения элементов показаны на рисунке. Из графики это хорошо видно.
Принцип работы абсолютно такой же. На чём и построена регулировка по мощности в любой схеме. Рассмотрим несколько схем регулятора на тиристорах. Первая простейшая схема, которая в основе повторяет схему на симисторе, описанную выше. Вторая и третья — с применением логики, схемы, которые более качественно гасят помехи, создаваемые в сети переключением тиристоров.
Простая схема
Простая схема фазового регулирования на тиристоре представлена ниже.
Единственное её отличие от схемы на симисторе — это то, что регулировка происходит только положительной полуволны сетевого напряжения. Времязадающая RC-цепь путём регулирования величины сопротивления потенциометра регулирует величину отпирания, тем самым задавая выходную мощность, поступающую на нагрузку. На осциллограмме это выглядит следующим образом.
Из осциллограммы видно, что регулировка мощности идёт путём ограничения напряжения поступающего на нагрузку. Образно говоря, регулировка заключается в ограничении поступления сетевого напряжения на выход. Регулируя время заряда конденсатора путём изменения переменного сопротивления (потенциометра). Чем выше сопротивление, тем дольше происходит заряд конденсатора и тем меньше мощности будет передано на нагрузку. Физика процесса подробно описана в предыдущей схеме. В этом случае она ничем особым не отличается.
С генератором на основе логики
Второй вариант более сложный. В связи с тем, что процессы коммутации на тиристорах вызывают большие помехи в сети, это плохо влияет на элементы, установленные на нагрузке. Особенно если на нагрузке находится сложный прибор с тонкими настройками и большим количеством микросхем.
Такая реализация тиристорного регулятора мощности своими руками подойдёт для активных нагрузок, например, паяльник или любые устройства нагрева. На входе стоит выпрямительный мост, поэтому обе волны сетевого напряжения будут положительными. Обратите внимание, что при такой схеме для питания микросхем понадобиться дополнительный источник постоянного напряжения +9 В. Осциллограмма из-за наличия выпрямительного моста будет выглядеть следующим образом.
Обе полуволны теперь будут положительными из-за влияния выпрямительного моста. Если для реактивных нагрузок (двигатели и другие индуктивные нагрузки) наличие разно полярных сигналов предпочтительно, то для активных — положительное значение мощности крайне важно. Отключение тиристора происходит также при приближении полуволны к нулю ток удержания подаёт до определённого значения и тиристор запирается.
На основе транзистора КТ117
Наличие дополнительного источника постоянного напряжение может вызвать затруднения, если его нет, и вовсе придётся городить дополнительную схему. Если дополнительного источника у вас нет, то можно воспользоваться следующей схемой, в ней генератор сигналов на управляющий вывод тиристора собран на обычном транзисторе. Есть схемы на основе генераторов, построенных на комплементарных парах, но они более сложные, и здесь мы их рассматривать не будем.
В данной схеме генератор построен на двухбазовом транзисторе КТ117, который при таком применении будет генерировать управляющие импульсы с периодичностью, задаваемой подстроечным резистором R6. На схеме ещё реализована система индикации на базе светодиода HL1.
- VD1-VD4 — диодный мост, выпрямляющий обе полуволны и позволяющий выполнять более плавную регулировку мощности.
- EL1 — лампа накаливания — представлена вроде нагрузки, но может быть любой другой прибор.
- FU1 — предохранитель, в этом случае стоит на 10 А.
- R3, R4 — токоограничительные резисторы — нужны, чтобы не сжечь схему управления.
- VD5, VD6 — стабилитроны — выполняют роль стабилизации напряжения определённого уровня на эмиттере транзистора.
- VT1 — транзистор КТ117 — установлен должен быть именно с таким расположение базы №1 и базы №2, иначе схема будет не работоспособна.
- R6 — подстроечный резистор, определяющий момент, когда поступает импульс на управляющий вывод тиристора.
- VS1 — тиристор — элемент, обеспечивающий коммутацию.
- С2 — времязадающий конденсатор, определяющий период появления управляющего сигнала.
Остальные элементы играют незначительную роль и в основном служат для токоограничения и сглаживания импульсов. HL1 обеспечивает индикацию и сигнализирует только о том, что прибор подключён к сети и находится под напряжением.
Мощный симисторный регулятор мощности | AUDIO-CXEM.RU
Здравствуй мой дорогой читатель. Сегодня я хочу рассказать про нюансы мощных симисторных регуляторов мощности, которые заполонили наш рынок. Теперь так называемые диммеры продают даже в отделах продажи дистилляторов, для регулировки температуры нагрева материала в перегонных аппаратах.
Схема мощного симисторного регулятора мощности
Внесу немного ясности о схеме. Схема симисторного регулятора мощности является типичной и в нее может быть включен любой, подходящий вам по параметрам симистор серии BTA, например BTA06-600, BTA16-600 и так далее. Номиналы элементов при этом пересчитывать не нужно. Работу схемы я описывал в статье «Диммер своими руками», и сейчас немного поговорим о другом.
В качестве полупроводника я применил BTA41-600 и мог бы заявить вам, что регулятор мощности рассчитан на 8.5кВт, как это делают большинство продавцов. Да, симистор BTA41-600 рассчитан на максимальный средний ток 40А. Но, во-первых, должен быть запас по току, а во-вторых не только от параметров симистора зависит мощность собранного устройства. От чего же еще может зависеть мощность диммера?
В первую очередь от запаса тока симистора. Для меня это примерно 30% запас. Разница по цене будет несущественной.
Вот пример симисторного регулятора из Китая. Продавец утверждает, что его мощность достигает 4кВт.
Сфотографировано так близко, чтобы выполнить обман зрения и внушить большие размеры теплоотвода. Если вы представляете, что такое 4000Вт, то подумайте, какое сечение провода нам необходимо для пропускания через себя тока 18А. Нет, конечно, если такой диммер включить на 30 секунд, то он может и выдержит, но обычно нагрузкой служат мощные лампы или ТЭН, которые работают часами. Теперь посмотрите ширину дорожек печатной платы этого самого китайского диммера.
Да не выдержат они 4кВт долговременно, будут до ужаса греться даже на 3кВт, а потом перегорят. Поэтому вторым критерием является сечение проводов и дорожек печатной платы. Чем шире и толще, тем лучше. И чем короче они, тем также лучше. В обязательном порядке необходимо их лудить оловом или паять вдоль дорог медную жилу.
Для сведения, медный провод сечением 2.5мм2 рассчитан на максимальный долговременный ток 27А. Из своего опыта скажу, что при использовании такого провода на нагрузке 3000Вт (ток 14А) в течение 1 часа, он хорошо нагревается. Но это нормально. А уже при 27А изоляция такого провода будет плавиться.
Еще, при такой мощности (3000Вт и более) я отказываюсь от всяких разъемов, зажимных клемм и стараюсь все провода паять сразу к печатной плате. Так как все эти клеммы и разъемы являются уязвимым местом, чуть контакт ослаб и происходит нагрев, а дальше обгорание проводов.
Третий критерий мощного регулятора это теплоотвод. Однажды я выполнял измерение температуры теплоотвода площадью 200см2 при эксплуатации диммера на нагрузку 1кВт в течение 5 часов. Температура достигла 900С. Для отвода тепла при эксплуатации на мощности 3кВт понадобится радиатор с внушительной площадью поверхности, если мы говорим про долговременную работу. Иначе получим настоящую печь.
Рекомендую в качестве теплоотвода использовать радиатор с вентилятором от ПК, даже небольшой такой теплоотвод с принудительным охлаждением дает отличный результат на мощности 4кВт.
Китайский радиатор, на мощности 4000Вт позволит лишь регулятору не выйти из строя за ближайшие минуты.
Также и наши продавцы, закупая диммеры в Китае, заявляют мощность, которую они долговременно регулировать не могут.
Множество видео роликов про регуляторы мощности имеется на одном из известных видео порталов. Практически все блоггеры демонстрируют их тест на лампах накаливания. Лампа накаливания 60-80Вт может работать через наше устройство без радиатора, это и я проверял. А вот на мощности 1000Вт и выше рисуется совсем другая картина.
Существуют вентиляторы на разное питающее напряжение, в продаже есть вентиляторы и с напряжением питания 220В переменного тока. У меня же напряжение питания 12В постоянного тока. И в качестве источника я применил небольшой импульсный блок питания 12В 1А.
О стеклянном предохранителе. Не советую. На заднюю панель регулятора мощности вывел держатель предохранителя с колпачком. Предохранитель установил на 15А, нагрузка составляла 3000Вт.
Это было что-то. Грелся весь узел, не притронуться рукой. Поэтому, вместо стеклянных предохранителей устанавливайте автоматический выключатель. Например, если нагрузка 3кВт, то выключатель на 16А.
В своем регуляторе мощности я использовал тумблер на 25 Ампер, у которого были две группы контактов. Чтобы повысить надежность я соединил их параллельно медным проводом, сечением 2.5мм2.
Корпус диммера я использовал из пластмассы. Для удобства я установил на корпус розетку с керамической вставкой на 16 Ампер.
Также я добавил еще один переменный резистор на 50кОм для более точной (плавной) подстройки.
Вентилятор, розетку и импульсный блок питания я прикрепил к корпусу винтами М3 и гайками, не забыв и про шайбы. В теплоотводе я выполнил отверстия и нарезал резьбу для крепления к нему симистора BTA41-600, а также отверстия с резьбой для крепления самого теплоотвода к корпусу. Как нарезать резьбу в радиаторе я описывал в статье «Нарезаем резьбу в радиаторе усилителя НЧ».
Вилка регулятора рассчитана на ток 16 Ампер. Ее провода припаяны напрямую к печатной плате, миную разъемы и клеммы.
Выводы симистора, при его монтаже, рекомендуется делать как можно короче.
Вывод.
Чтобы собрать мощный симисторный регулятор мощности, помимо выбора параметров симистора необходимо учесть такие конструктивные особенности, как ширина и толщина дорожек печатной платы, сечение соединительных проводов, замена разъемов и клемм пайкой, площадь поверхности теплоотвода, номинальная мощность вилок и розеток. Ведь для регулятора мощности 6кВт (27А) нужны совсем другие розетки, вилки, провода и так далее…
Печатная плата регулятора мощности СКАЧАТЬ
4 схемы на Регулятор напряжения своими руками 0-220в
8 основных схем регуляторов своими руками. Топ-6 марок регуляторов из Китая. 2 схемы. 4 Самых задаваемых вопроса про регуляторы напряжения.+ ТЕСТ для самоконтроля
Регулятор напряжения – это специализированный электротехнический прибор, предназначенный для плавного изменения или настройки напряжения, питающего электрическое устройство.
Регулятор напряжения
Важно помнить! Приборы этого типа предназначены для изменения и настройки питающего напряжения, а не тока. Ток регулируется полезной нагрузкой!
ТЕСТ:
4 вопроса по теме регуляторов напряжения
- Для чего нужен регулятор:
а) Изменение напряжения на выходе из прибора.
б) Разрывание цепи электрического тока
- От чего зависит мощность регулятора:
а) От входного источника тока и от исполнительного органа
б) От размеров потребителя
- Основные детали прибора, собираемые своими руками:
а) Стабилитрон и диод
б) Симистор и тиристор
- Для чего нужны регуляторы 0-5 вольт:
а) Питать стабилизированным напряжением микросхемы
б) Ограничивать токопотребление электрических ламп
Ответы.
а,а,б,а.
2 Самые распространенные схемы РН 0-220 вольт своими руками
Схема №1.
Самый простой и удобный в эксплуатации регулятор напряжения — это регулятор на тиристорах, включенных встречно. Это создаст выходной сигнал синусоидального вида требуемой величины.
СНиП 3.05.06-85Входное напряжение величиной до 220в, через предохранитель поступает на нагрузку, а по второму проводнику, через кнопку включения синусоидальная полуволна попадает на катод и анод тиристоров VS1 и VS2. А через переменный резистор R2 производится регулировка выходного сигнала. Два диода VD1 и VD2, оставляют после себя только положительную полуволну, поступающую на управляющий электрод одного из тиристоров, что приводит к его открытию.
Важно! Чем выше токовый сигнал на ключе тиристора, тем сильнее он откроется, то есть тем больший ток сможет пропустить через себя.
Для контроля входного питания предусмотрена индикаторная лампочка, а для настройки выходного – вольтметр.
Схема №2.
Отличительная особенность этой схемы — замена двух тиристоров одним симистором. Это упрощает схему, делает ее компактней и проще в изготовлении.
СНиП 3.05.06-85В схеме, также присутствует предохранитель и кнопка включения, и регулировочный резистор R3, а управляет он базой симистора, это один из немногих полупроводниковых приборов с возможностью работать с переменным током. Ток, проходя через резистор R3, приобретает определенное значение, оно и будет управлять степенью открытия симистора. После этого оно выпрямляется на диодном мосту VD1 и через ограничивающий резистор попадает на ключевой электрод симистора VS2. Остальные элементы схемы, такие как конденсаторы С1,С2,С3 и С4 служат для гашения пульсаций входного сигнала и его фильтрации от посторонних шумов и частот нерегламентированной частоты.
Как избежать 3 частых ошибок при работе с симистором.
- Буква, после кодового обозначения симистора говорит о его предельном рабочем напряжении: А – 100В, Б – 200В, В – 300В, Г – 400В. Поэтому не стоит брать прибор с буквой А и Б для регулировки 0-220 вольт — такой симистор выйдет из строя.
- Симистор как и любой другой полупроводниковый прибор сильно нагревается при работе, следует рассмотреть вариант установки радиатора или активной системы охлаждения.
- При использовании симистора в цепях нагрузок с большим потреблением тока, необходимо четко подбирать прибор под заявленную цель. Например, люстра, в которой установлено 5 лампочек по 100 ватт каждая будет потреблять суммарно ток величиной 2 ампера. Выбирая по каталогу необходимо смотреть на максимальный рабочий ток прибора. Так симистор МАС97А6 рассчитан всего на 0,4 ампера и не выдержит такой нагрузки, а МАС228А8 способен пропустить до 8 А и подойдет для этой нагрузки.
3 Основных момента при изготовлении мощного РН и тока своими руками
Прибор управляет нагрузкой до 3000 ватт. Построен он на использовании мощного симистора, а затвором или ключом его управляет динистор.
Динистор – это тоже, что и симистор, только без управляющего вывода. Если симистор открывается и начинает пропускать через себя ток, когда на его базе возникает управляющее напряжение и остается открытым пока оно не пропадет, то динистор откроется, если между его анодом и катодом появится разность потенциалов выше барьера открытия. Он будет оставаться незапертым, пока между электродами не упадет ток ниже уровня запирания.
СНиП 3.05.06-85Как только на управляющий электрод попадет положительный потенциал, он откроется и пропустит переменный ток, и чем сильнее будет этот сигнал, тем выше будет напряжение между его выводами, а значит и на нагрузке. Что бы регулировать степень открытия используется цепь развязки, состоящая из динистора VS1 и резисторов R3 и R4. Эта цепь устанавливает предельный ток на ключе симистора, а конденсаторы сглаживают пульсации на входном сигнале.
2 основных принципа при изготовлении РН 0-5 вольт
- Для преобразования входного высокого потенциала в низкий постоянный используют специальные микросхемы серии LM.
- Питание микросхем производится только постоянным током.
Рассмотрим эти принципы подробнее и разберем типовую схему регулятора.
Микросхемы серии LM предназначены для понижения высокого постоянного напряжения до низких значений. Для этого в корпусе прибора имеется 3 вывода:
- Первый вывод – входной сигнал.
- Второй вывод – выходной сигнал.
- Третий вывод – управляющий электрод.
Принцип работы прибора очень прост – входное высокое напряжение положительной величины, поступает на входной выход и затем преобразуется внутри микросхемы. Степень трансформации будет зависеть от силы и величины сигнала на управляющей «ножке». В соответствии с задающим импульсом на выходе будет создаваться положительное напряжение от 0 вольт до предельного для данной серии.
СНиП 3.05.06-85Входное напряжение, величиной не выше 28 вольт и обязательно выпрямленное подается на схему. Взять его можно с вторичной обмотки силового трансформатора или с регулятора, работающего с высоким напряжением. После этого положительный потенциал поступает на вывод микросхемы 3. Конденсатор С1 сглаживает пульсацию входного сигнала. Переменный резистор R1 величиной 5000 ом задает выходной сигнал. Чем выше ток, который он пропускает через себя, тем выше больше открывается микросхема. Выходное напряжение 0-5 вольт снимается с выхода 2 и через сглаживающий конденсатор С2 попадает на нагрузку. Чем выше емкость конденсатор, тем ровнее оно на выходе.
Регулятор напряжения 0 — 220в
Топ 4 стабилизирующие микросхемы 0-5 вольт:
- КР1157 – отечественная микросхема, с пределом по входному сигналу до 25 вольт и током нагрузки не выше 0.1 ампер.
- 142ЕН5А – микросхема с максимальным выходным током 3 ампера, на вход подается не выше 15 вольт.
- TS7805CZ – прибор с допустимыми токами до 1.5 ампер и повышенным входным напряжением до 40 вольт.
- L4960 – импульсная микросхема с максимальным током нагрузки до 2.5 А. Входной вольтаж не должен превышать 40 вольт.
РН на 2 транзисторах
Данный вид применяется в схемах особо мощных регуляторов. В этом случае ток на нагрузку также передается через симистор, но управление ключевым выводом происходит через каскад транзисторов. Это реализуется так: переменным резистором регулируется ток, который поступает на базу первого маломощного транзистора, а тот через коллектор-эмиторный переход управляет базой второго мощного транзистора и уже он открывает и закрывает симистор. Это реализует принцип очень плавного управления огромными токами на нагрузке.
СНиП 3.05.06-85Ответы на 4 самых частых вопроса по регуляторам:
- Какое допустимое отклонение выходного напряжения? Для заводских приборов крупных фирм, отклонение не будет превышать +-5%
- От чего зависит мощность регулятора? Выходная мощность напрямую зависит от источника питания и от симистора, который коммутирует цепь.
- Для чего нужны регуляторы 0-5 вольт? Эти приборы чаще всего используют для питания микросхем и различных монтажных плат.
- Зачем нужен бытовой регулятор 0-220 вольт? Они применяются для плавного включения и выключения бытовых электроприборов.
4 Схемы РН своими руками и схема подключения
Коротко рассмотрим каждую из схем, особенности, преимущества.
Схема 1.
Очень простая схема для подключения и плавной регулировки паяльника. Используется, чтобы предотвратить разгорание и перегрев жала паяльника. В схеме используется мощный симистор, которым управляет цепочка тиристор-переменный резистор.
СНиП 3.05.06-85Схема 2.
Схема основанная на использовании микросхемы фазового регулирования типа 1182ПМ1. Она управляет степенью открытия симистора, который управляет нагрузкой. Применяются для плавного регулирования степени светимости лампочек накаливания.
СНиП 3.05.06-85Схема 3.
Простейшая схема регулирования накалом жала паяльника. Выполнена по очень компактной схеме с использованием легкодоступных компонентов. Управляет нагрузкой один тиристор, степень включения которого регулирует переменный резистор. Также присутствует диод, для защиты от обратного напряжения.
СНиП 3.05.06-85Схема 4.
Схема, предназначенная для управления уровнем освещения в комнате. Может регулировать степень накала лампочки. Выполнена на основе одного тиристора, который управляется диммером. Поворотом ручки резистора, изменяется воздействие на ключевой вывод тиристора, что изменяет его пропускную способность по электрическому току.
СНиП 3.05.06-85В наше время товары из Китая стали довольно популярной темой, от общей тенденции не отстают и китайские регуляторы напряжения. Рассмотрим самые популярные китайские модели и сравним их основные характеристики.
| Название | Мощность | Напряжение стабилизации | Цена | Вес | Стоимость одного ватта |
| Module ME | 4000 Вт | 0-220 В | 6.68$ | 167 г | 0.167$ |
| SCR Регулятор | 10 000 Вт | 0-220 В | 12.42$ | 254 г | 0.124$ |
| SCR Регулятор II | 5 000 Вт | 0-220 В | 9.76$ | 187 г | 0.195$ |
| WayGat 4 | 4 000 Вт | 0-220 В | 4.68$ | 122 г | 0.097$ |
| Cnikesin | 6 000 Вт | 0-220 В | 11.07$ | 155 г | 0.185$ |
| Great Wall | 2 000 Вт | 0-220 В | 1.59$ | 87 г | 0.080$ |
Существует возможность выбрать любой регулятор именно под свои требования и необходимости. В среднем один ватт полезной мощности стоит менее 20 центов, и это очень выгодная цена. Но все же, стоит обращать внимание на качество деталей и сборки, для товаров из Китая она по-прежнему остается очень низким.
Подборка тематических выдержек из статей
Симисторный регулятор мощности до трёх киловатт своими руками
Такой простой, но в то же время очень эффективный регулятор, сможет собрать практически каждый, кто может держать в руках паяльник и хоть слегка читает схемы. Ну а этот сайт поможет вам осуществить своё желание. Представленный регулятор регулирует мощность очень плавно без бросков и провалов.Схема простого симисторного регулятора
Такой регулятор можно применить в регулировании освещения лампами накаливания, но и светодиодными тоже, если купить диммируемые. Температуру паяльника регулировать — легко. Можно бесступенчато регулировать обогрев, менять скорость вращения электродвигателей с фазным ротором и ещё много где найдётся место такой полезной вещице. Если у вас есть старая электродрель, у которой не регулируются обороты, то применив этот регулятор, вы усовершенствуете такую полезную вещь.
В статье, с помощью фотографий, описания и прилагаемого видео, очень подробно описан весь процесс изготовления, от сбора деталей до испытания готового изделия.
Сразу говорю, что если вы не дружите с соседями, то цепочку C3 — R4 можете не собирать. (Шутка) Она служит для защиты от радиопомех.
Все детали можно купить в Китае на Алиэкспресс. Цены от двух до десяти раз меньше, чем в наших магазинах.
Для изготовления этого устройства понадобится:
- R1 – резистор примерно 20 Ком, мощностью 0,25вт;
- R2 – потенциометр примерно 500 Ком, можно от 300 Ком до 1 Мом, но лучше 470 Ком;
- R3 — резистор примерно 3 Ком, 0, 25 Вт;
- R4- резистор 200-300 Ом, 0, 5 Вт;
- C1 и C2 – конденсаторы 0, 05 МкФ, 400 В;
- C3 – 0, 1 МкФ, 400 В;
- DB3 – динистор, есть в каждой энергосберегающей лампе;
- BT139-600, регулирует ток 18 А или BT138-800, регулирует ток 12 А – симисторы, но можно взять и любые другие, в зависимости от того, какую нагрузку нужно регулировать. Динистор ещё называют диак, симистор – триак.
- Радиатор охлаждения выбирается от величины планируемой мощности регулирования, но чем больше, тем лучше. Без радиатора можно регулировать не более 300 ватт.
- Клеммные колодки можно поставить любые;
- Макетную плату применять по вашему желанию, лишь бы всё вошло.
- Ну и без прибора, как без рук. А вот припой применять лучше наш. Он хоть и дороже, но намного лучше. Хорошего припоя Китайского не видел.
Приступаем к сборке регулятора
Сначала нужно продумать расстановку деталей так, чтобы ставить как можно меньше перемычек и меньше паять, затем очень внимательно проверяем соответствие со схемой, а потом все соединения запаиваем.
Убедившись, что ошибок нет и поместив изделие в пластиковый корпус, можно опробовать, подключив к сети.
Будьте очень внимательны при испытании. Все детали схемы находятся под прямым напряжением сети 220 вольт и прикосновение к ним, является очень опасным.
Если сборка вами проведена правильно, то всё должно заработать сразу. Устройство в регулировке и наладке не нуждается.
Испытание регулятора мощности
Электронные регуляторы мощности нагрузки
электроника для дома
Применение современной схемотехники с использованием простых оригинальных решений на традиционной элементной базе и на новых малогабаритных микросхемах позволяет изготовить компактные и удобные в эксплуатации регуляторы большой мощности. В данной статье описано несколько простых конструкций регуляторов мощности нагрузки до 5 кВт, которые легко изготовить из доступных деталей.
Электронные регуляторы мощности нагрузки в настоящее время широко используются в промышленности и быту для плавного регулирования скорости вращения электродвигателей, температуры нагревательных приборов, интенсивности освещения помещений электрическими лампами, установки необходимого сварочного тока, регулировки зарядного тока аккумуляторных батарей и т.п. Раньше для этого использовались громоздкие трансформаторы и автотрансформаторы со ступенчатым или плавным переключением витков их обмоток, работающих на нагрузку. Электронные регуляторы более компактны, удобны в эксплуатации и имеют малый вес при значительно большей мощности. В основном, исполнительными элементами электронных регуляторов мощности переменного тока являются: тиристор, симистор и оптотиристор, управление последним осуществляется через встроенную в него оптопару, устраняющую гальваническую связь между схемой управления и питающей электросетью.
Регулирование мощности этими элементами основано на изменении фазы включения симистора в каждой полуволне синусоидального напряжения схемой управления. В результате этого на нагрузке форма напряжения представляет собой «обрезки» полуволн синусоиды с крутыми фронтами (рис.1). При этом форма напряжения на самом регуляторе мощности имеет вид, показанный на рис.2. Такая форма сигнала имеет широкий спектр гармоник, которые, распространяясь по электропроводке, могут создавать помехи электронным устройствам: телевизорам, компьютерам, звуковоспроизводящей аппаратуре и т.п. В связи с этим на сетевых входах таких регуляторов мощности устанавливаются RC- или RLC-фильтры.
Рис.1
На практике все выпускаемые сейчас электронные бытовые устройства и компьютеры имеют свои встроенные сетевые фильтры, благодаря которым помехи регуляторов мощности могут не влиять на работу указанных электронных устройств. Автором проверялись различные регуляторы мощности без собственных сетевых фильтров в комнатах, где установлены телевизор, ком-
Рис.2
пьютер, приемник FM и DVD-проигрыватель с УМЗЧ Воздействия помех на эту аппаратуру не наблюдалось, но это не значит, что фильтры вообще не нужны. Эти регуляторы мощности могут создавать помехи электронной аппаратуре соседей по подъезду. Практические исследования распространения помех по электропроводке в соседних комнатах с помощью осциллографа показали, что при регулировании мощности нагрузки до 2 кВт достаточно RC-фильтра, что подтверждается схемами промышленных изделий. Для регуляторов большей мощности необходимо после RC-фильтра подключить LC-фильтр,
Рис.3
Рис.4
Принципиальная схема сетевого фильтра промышленного регулятора мощности до 4 кВт типа РТ-4 УХЛ4.2 220В-1 Р30 показана на рис.3, монтаж регулятора — на рис.4. Каждая катушка содержит 90 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1,5 мм, намотанного в два слоя на каркасе, внутри которого размещен ферритовый сердечник с проницаемостью Ф600 диаметром 8 мм. Индуктивность катушки равна 0,25 мГн. Регуляторы мощности без фильтров могут использоваться в гаражах, индивидуальных подсобных помещениях, дачах и т.п., то есть вдали от соседей. Если регулятор мощности является отдельным изделием и предназначен для подключения нагрузок разной мощности, пользователям важно знать, что при одном и том же положении ручки регулятора на разных нагрузках будет разное напряжение. По этой причине перед подключением нагрузки регулятор мощности необходимо устанавливать в нулевое положение. При необходимости контролировать напряжение на нагрузке можно отдельным или встроенным вольтметром.
В Интернете и электротехнических журналах приведено множество различных схем электронных регуляторов мощности нагрузки с практически одинаковыми функциями, но есть и другие схемные решения, например регуляторы, не создающие помех. Эти регуляторы выдают пачки синусоидальных токов, длительностью которых регулируется мощность в нагрузке. Схемы таких регуляторов относительно сложны и могут применяться в каких-то особых случаях. Применение подобных регуляторов в промышленности не встречалось. Подавляющее большинство регуляторов мощности построены по принципу фазового регулирования тока в нагрузке. Основное различие — схемы управления тиристорами и симисторами. Силовая часть представляет собой практически три варианта: тиристор в диагонали диодного моста, два встречно-параллельных тиристора и симистор. Схемы управления представляют собой различные варианты на транзисторах, микросхемах, динисторах, газоразрядных приборах, однопереходных транзисторах и т.п., часть которых приведена в [ 1—6]. Такие схемы содержат много деталей, относительно сложны в изготовлении и наладке.
Регуляторы на тиристорах
Самым простым и широко используемым регулятором мощности был регулятор на тиристоре, включенном в диагональ диодного моста и с простой схемой управления (рис.5). Принцип работы этого регулятора очень простой пока конденсатор С2 заряжается через R2 и R4, тиристор заперт, при достижении на С2 напряжения отпирания тиристор открывается и пропускает ток в нагрузку, а С2 быстро разряжается через низкое
Рис.5 регулятор мощности на тиристоре
сопротивление открытого тиристора. При переходе синусоидального напряжения сети через ноль тиристор запирается и ждет нового повышения напряжения на С2 Чем больше времени заряжается С2, тем меньше времени тиристор находится в открытом состоянии и меньше ток в нагрузке. Чем меньше величина R4, тем быстрее заряжается С2 и больше ток пропускается в нагрузку. Достоинством этой схемы является то, что независимо от параметров исправного тиристора положительные и отрицательные импульсы тока в нагрузке всегда симметричны, а также наличие только одного тиристора, которые при их появлении были дефицитом. Недостатком является наличие четырех мощных диодов, что вместе с тиристором и охладителями существенно увеличивает габариты регулятора. Более компактными и в два раза более мощными являются регуляторы мощности на включенных встречно-параллельно тиристорах. На двух тиристорах КУ202Н с простой схемой управления получается регулятор мощности нагрузки до 4 кВт, которая длительно используется автором в калорифере повышенной мощности [7].
Принципиальная схема такого регулятора с сетевым фильтром показана на рис.6. Недостатком таких схем является асимметрия положительных и отрицательных импульсов тока в нагрузке при разбросе параметров тиристоров.
Рис.6
Асимметрия проявляется в начальной стадии открывания тиристоров. Для нагревательных приборов и электроинструмента с коллекторными двигателями эта асимметрия практической роли не играет, а осветительные приборы при уменьшении их яркости начинают мигать, так как импульсы какой-то полярности при этом вообще исчезают. Для устранения этого недостатка необходимо подбирать тиристоры с идентичными параметрами по току открывания и току удержания тиристоров от технологического источника постоянного тока на соответствующей нагрузке или путем подбора второго тиристора по отсутствию мигания лампы при минимальном накале спирали.
Одной из разновидностей тиристоров являются оптотиристоры, для управления которыми при встречнопараллельном включении может быть применен принцип управления схемы рис.5 с разделением положительных и отрицательных управляющих импульсов с помощью диодов или динисторов.
Практическая принципиальная схема такого регулятора мощности нагрузки до 5 кВт показана на рис.7. Этот регулятор используется автором для регулировки сварочного тока и режимов работы других мощных электроустройств. Регулятор мощности снабжен стрелочным индикатором напряжения на нагрузке, что повышает удобство при его эксплуатации. На рис.8 виден стрелочный индикатор (поз.1), на котором приклеены детали его выпрямителя и фильтра. Регулятор не имеет сетевого фильтра, так как применяется либо на даче, либо в гараже. При необходимости в нем можно применить фильтр, схема которого показана на рис.3.
Рис.7, схема регулятора мощности на оптотиристорах
Рис.8
Регуляторы на симисторах
Особый интерес представляют современные схемы регуляторов мощности на симисторах. Традиционные схемы управления симисторами содержат относительно много деталей, что наглядно видно на монтажной плате промышленного регулятора, показанной на рис.4. Например, микросхема КР1167КП1Б выдает на управляющий электрод симистора управляющие импульсы, показанные на осциллограмме (рис.9). Принципиальная схема регулятора мощности с применением данной микросхемы, распространенная среди запорожских электриков, показана на рис. 10. Этот регулятор мощности без теплоотвода для VS1 может работать на нагрузку до 200 Вт
Рис.9
(рис. 11), а с радиатором площадью не менее 100 см2 — до 2 кВт. Оказалось, что эту схему без потери качества можно еще упростить. Упрощенная схема регулятора с этой микросхемой показана на рис. 12. При использовании исправных деталей эти схемы не требуют наладки.
Рис.10, схема регулятора мощности на симисторах
При изготовлении регуляторов для прикроватных светильников оказалось, что некоторые симисторы и микросхемы имеют дефекты, влияющие на симметричность импульсов и, соответственно, на равномерность регулировки свечения ламп, и даже приводящие к их
Рис.11
миганию. Перепайка деталей на печатной плате является неприятной процедурой и приводит к ее порче. В связи с этим была изготовлена проверочная плата по схеме рис. 10 (без R1 и С1) с панелькой для однорядной микросхемы, которая решила указанные проблемы. К контактам 1 -2 печатной платы подпаивают регу-
Рис. 12
лировочный резистор R5. В качестве нагрузки подключают лампу накаливания. Перед установкой деталей для проверки плату в обязательном порядке отключают от электросети.
На базе схемы рис.11 изготовлен портативный технологический регулятор для различных работ. Монтаж деталей показан на фото в начале статьи (нижняя крышка снята). Схема собрана в алюминиевом корпусе, который также служит охладителем симистора, изолированным от корпуса слюдяной прокладкой и изоляционной спецшайбой. После крепления симистора необходимо в обязательном порядке проверить сопротивление изоляции между его анодом и корпусом, которое должно быть не менее 1 МОм Данный регулятор при испытании в течение двух часов нормально работал без нагрева корпуса на нагрузку мощностью 500 Вт.
В заключение следует отметить, что регуляторы мощности нагрузки, собранные по схемам рис.6 и рис. 10, испытанные длительной эксплуатацией, наиболее оптимальны в части надежности, компактности, простоты деталей, монтажа и наладки. С небольшими разбросами параметров тиристоров и асимметричностью параметров симисторов эти регуляторы могут работать на все типы нагрузок соответствующей мощности, кроме осветительных приборов. Отклонение номиналов резисторов и конденсаторов от указанных в схемах на 10…20% на работу регуляторов не влияют. Приведенные схемы управления могут работать и с более мощными тиристорами и симисторами в регуляторах мощности нагрузок до 5 кВт. Регулятор мощности по схеме рис. 12 рекомендуют применять для осветительных приборов мощностью до 100 Вт без теплоотвода. Работа этого регулятора на другие типы нагрузок не испытывалась, но предположительно он не должен быть хуже регулятора, собранного по схеме рис. 10.
А.Н. Журенков
Литература
1. Золотарев С. Регулятор мощности // Радио. -1989. — №11.
2. Карапетьянц В. Усовершенствование регулятора мощности // Радио. — 1986. -№11.
3. Леонтьев А., Лукаш С. Регулятор напряжения с фазоимпульсным управлением // Радио -1992. — №9.
4. Бирюков С. Двухканальный симисторный регулятор // Радио. — 2000. — №2.
5. Зорин С. Регулятор мощности // Радио. -2000. — №8.
6. Журенков А. Фен с электронным регулятором мощности // Электрик. — 2009. — №1-2.
7. Журенков А. Калорифер повышенной мощности // Электрик. — 2009. — №9.
Изучены простые схемы управления фазой симистора
В схеме управления фазой симистора симистор включается только для определенных частей полупериодов переменного тока, заставляя нагрузку работать только в течение этого периода формы сигнала переменного тока. Это приводит к контролируемой подаче мощности на нагрузку.
Симисторы широко используются в качестве твердотельной замены реле для переключения мощных нагрузок переменного тока. Однако есть еще одна очень полезная функция симисторов, которая позволяет использовать их в качестве контроллеров мощности для управления данной нагрузкой на желаемых конкретных уровнях мощности.
Это в основном реализуется двумя способами: фазовое управление и переключение при нулевом напряжении.
Приложение управления фазой обычно подходит для таких нагрузок, как диммеры света, электродвигатели, методы регулирования напряжения и тока.
Переключение при нулевом напряжении больше подходит для резистивных нагрузок, таких как лампы накаливания, нагреватели, паяльники, гейзеры и т. Д. Хотя ими также можно управлять с помощью метода управления фазой.
Как работает управление фазой симистора
Симистор может быть активирован в любой части приложенного полупериода переменного тока, и он будет продолжать находиться в проводящем режиме только до тех пор, пока полупериод переменного тока не достигнет линии пересечения нуля.
Это означает, что когда симистор срабатывает в начале каждого полупериода переменного тока, симистор по существу включается так же, как переключатель ВКЛ / ВЫКЛ, включенный.
Однако предположим, что если этот сигнал запуска используется где-то на полпути формы сигнала цикла переменного тока, симистору будет разрешено проводить просто в течение оставшегося периода этого полупериода.
И поскольку симистор активируется только на половину периода, он пропорционально снижает мощность, подаваемую на нагрузку, примерно на 50% (рис.1).
Таким образом, количество мощности нагрузки можно контролировать на любом желаемом уровне, просто изменяя точку срабатывания симистора на форме сигнала фазы переменного тока. Так работает фазовый контроль с помощью симистора.
Применение светорегулятора
Стандартная схема светорегулятора представлена на Рис. 2 ниже. В течение каждого полупериода переменного тока конденсатор емкостью 0,1 мкФ заряжается (через сопротивление управляющего потенциометра) до тех пор, пока на его выводах не будет достигнут уровень напряжения 30-32.
Примерно на этом уровне триггерный диод (диак) принудительно срабатывает, заставляя напряжение проходить через триггер через затвор симистора.
Неоновая лампа также может использоваться вместо диака для того же отклика. Время, затрачиваемое конденсатором 0,1 мкФ на зарядку до порога срабатывания диака, зависит от настройки сопротивления регулирующего потенциометра.
Теперь предположим, что если потенциометр настроен на нулевое сопротивление, конденсатор будет мгновенно заряжаться до уровня срабатывания диака, что, в свою очередь, приведет к тому, что конденсатор перейдет в проводимость в течение почти всего полупериода переменного тока.
С другой стороны, когда потенциометр настроен на максимальное значение сопротивления, конденсатор может заряжаться до уровня зажигания только до тех пор, пока полупериод почти не достигнет своей конечной точки. Это позволит симистору
проводить только очень короткое время, пока сигнал переменного тока проходит через конец полупериода.
Несмотря на то, что схема диммера, показанная выше, действительно проста и не требует больших затрат, она имеет одно существенное ограничение — она не позволяет плавно регулировать мощность нагрузки от нуля до максимума.
Когда мы вращаем потенциометр, мы можем обнаружить, что ток нагрузки довольно резко возрастает от нуля до некоторых более высоких уровней, и только тогда он может плавно работать на более высоких или низких уровнях.
В случае кратковременного отключения питания переменного тока и снижения яркости лампы ниже этого «скачка» (гистерезиса), лампа остается выключенной даже после окончательного восстановления питания.
Как уменьшить гистерезис
Этот эффект гистерезиса можно было бы существенно снизить, реализовав конструкцию, показанную в схеме на рис. 3 ниже.
Исправление: Замените 100 мкФ на 100 мкГ для катушки ВЧ-помех.Эта схема отлично работает в качестве диммера для домашнего освещения. Все части могут быть установлены в задней части настенного распределительного щита, и в случае, если нагрузка окажется ниже 200 Вт, симистор может работать независимо от радиатора.
Практически 100% отсутствие гистерезиса необходимо для диммеров, используемых в оркестровых выступлениях и театрах, чтобы обеспечить постоянное управление освещением ламп.Эта функция может быть реализована при работе со схемой, показанной на рис. 4 ниже.
Исправление: Замените 100 мкФ на 100 мкГн для катушки ВЧ-помех.Выбор мощности симистора
Лампы накаливания потребляют невероятно большой ток в течение периода, когда нить накала достигает своих рабочих температур. Этот импульсный ток при включении может превышать номинальный ток симистора примерно в 10–12 раз.
К счастью, бытовые лампочки могут достичь своей рабочей температуры всего за пару циклов переменного тока, и этот короткий период высокого тока легко поглощается симистором без каких-либо проблем.
Однако ситуация может быть иной для сценариев театрального освещения, в которых лампам большей мощности требуется гораздо больше времени для достижения своей рабочей температуры. Для такого типа приложений симистор должен иметь номинальную нагрузку как минимум в 5 раз превышающую типичную максимальную нагрузку.
Колебания напряжения в схемах управления фазой симистора
Каждая из схем управления фазой симистора, показанных до сих пор, зависит от напряжения, то есть их выходное напряжение изменяется в ответ на изменения входного напряжения питания.Эта зависимость от напряжения может быть устранена с помощью стабилитрона, который может стабилизировать и поддерживать постоянным напряжение на синхронизирующем конденсаторе (рис. 4).
Эта установка помогает поддерживать практически постоянный выход независимо от любых значительных колебаний входного напряжения сети переменного тока. Его регулярно используют в фотографических и других сферах, где очень важен стабильный и фиксированный уровень света.
Управление люминесцентными лампами
Ссылаясь на все схемы управления фазой, описанные до сих пор, с лампами накаливания можно было манипулировать без каких-либо дополнительных изменений существующей системы домашнего освещения.
Регулировка яркости люминесцентных ламп также возможна благодаря такому управлению фазой симистора. Когда внешняя температура галогенной лампы опускается ниже 2500 градусов C, цикл регенерации галогена перестает работать.
Это может привести к осаждению вольфрамовой нити накала на стенке лампы, что приведет к сокращению срока службы нити и ограничению прохождения света через стекло. Регулировка, которая часто используется вместе с некоторыми из рассмотренных выше схем, показана на рис.5
Эта установка включает лампы, когда наступает темнота, и выключает их снова на рассвете. Фотоэлемент должен видеть окружающий свет, но быть защищенным от регулируемой лампы.
Управление скоростью двигателя
Управление фазой симистора также позволяет регулировать скорость электродвигателей. Обычным типом двигателя с последовательной обмоткой можно управлять с помощью схем, очень похожих на те, что используются для регулировки яркости света.
Однако, чтобы гарантировать надежную коммутацию, конденсатор и последовательное сопротивление необходимо подключить параллельно через симистор (рис.6).
Благодаря этой настройке скорость двигателя может изменяться в зависимости от изменений нагрузки и напряжения питания,
Однако для приложений, которые не являются критическими (например, управление скоростью вентилятора), в которых нагрузка фиксирована на любой заданной скорости , схема не потребует никаких изменений.
Скорость двигателя, которая обычно при предварительном программировании остается постоянной даже при изменении условий нагрузки, оказывается полезной характеристикой для электроинструментов, лабораторных мешалок, гончарных кругов часовых мастеров и т. Д.Для достижения этой функции «измерения нагрузки» в полуволновую схему обычно включают тиристор (рис. 7).
Схема работает довольно хорошо в ограниченном диапазоне скоростей двигателя, хотя может быть уязвима для «икоты» на низких скоростях, а правило полуволновой работы запрещает стабилизированную работу намного выше диапазона скоростей 50%. Схема управления фазой с измерением нагрузки, в которой симистор обеспечивает управление от нуля до максимума, показана на рис. 8.
Управление скоростью асинхронного двигателя
Скорость асинхронного двигателя также можно контролировать с помощью симистора, хотя вы можете столкнуться с некоторыми трудностями, в частности если задействованы двигатели с двухфазным или конденсаторным пуском.Обычно асинхронные двигатели могут управляться от полной до половинной скорости, при условии, что они не загружены на 100%.
Температура двигателя может использоваться как довольно надежный эталон. Температура никогда не должна выходить за рамки спецификаций производителя при любой скорости.
И снова может быть применена улучшенная схема регулятора яркости света, показанная на рис. 6 выше, однако нагрузка должна быть подключена в другом месте, как показано пунктирными линиями.
Изменение напряжения трансформатора с помощью управления фазой
Схема установлена объясненное выше, может также использоваться для регулирования напряжения внутри обмотки первичной стороны трансформатора, тем самым получая вторичный выходной сигнал с переменной скоростью.
Эта конструкция применялась в различных контроллерах ламп микроскопов. Переменная установка нуля была обеспечена заменой резистора 47 кОм на потенциометр 100 кОм.
Управление нагревательными нагрузками
Различные схемы управления фазой симистора, обсуждавшиеся до сих пор, могут применяться для управления нагрузкой типа нагревателя, хотя контролируемая температура нагрузки может изменяться с изменениями входного переменного напряжения и окружающей температуры. Схема, компенсирующая такие изменяющиеся параметры, показана на рис.10.
Гипотетически эта схема могла бы поддерживать температуру, стабилизированную в пределах 1% от заданной точки, независимо от изменений напряжения сети переменного тока на +/- 10%. Точная общая производительность может определяться структурой и дизайном системы, в которой применяется контроллер.
Эта схема обеспечивает относительное управление, что означает, что общая мощность подается на нагревательную нагрузку, когда нагрузка начинает нагреваться, затем в какой-то промежуточный момент мощность снижается с помощью меры, которая пропорциональна разнице между фактическими значениями. температура груза и предполагаемая температура груза.
Пропорциональный диапазон изменяется с помощью регулятора «усиления». Схема проста, но эффективна, однако имеет один существенный недостаток, который ограничивает ее использование в основном более легкими нагрузками. Эта проблема касается излучения сильных радиопомех из-за прерывания фазы симистора.
Радиочастотные помехи в системах контроля фазы
Все устройства контроля фазы симистора вырабатывают огромное количество радиочастотных помех (радиочастотные помехи или радиопомехи).В основном это происходит на низких и средних частотах.
Радиочастотное излучение сильно улавливается всеми ближайшими средневолновыми радиоприемниками и даже звуковым оборудованием и усилителями, создавая раздражающий громкий звонкий звук.
Этот RFI может также повлиять на оборудование исследовательских лабораторий, особенно на pH-метры, что приведет к непредсказуемой работе компьютеров и других подобных чувствительных электронных устройств.
Возможным средством уменьшения радиопомех является добавление радиочастотного индуктора последовательно с линией питания (обозначенной в схемах как L1).Дроссель подходящего размера можно построить, намотав от 40 до 50 витков суперэмалированной медной проволоки на небольшой ферритовый стержень или любой ферритовый сердечник.
Это может привести к индуктивности прибл. 100 мкГн, в значительной степени подавляющие колебания радиопомех. Для повышенного подавления может быть важным максимально увеличить количество витков до максимально возможного значения или индуктивности до 5 Гн.
Недостаток ВЧ-дросселя
Недостаток схемы управления фазой симистора на основе ВЧ-катушки заключается в том, что мощность нагрузки следует учитывать в зависимости от толщины провода дросселя.Поскольку нагрузка должна быть в киловаттном диапазоне, тогда провод ВЧ дросселя должен быть достаточно толстым, что приведет к значительному увеличению размера катушки и ее громоздкости.
Радиочастотный шум пропорционален мощности нагрузки, поэтому более высокие нагрузки могут вызвать более высокое радиочастотное излучение, требующее более совершенной схемы подавления.
Эта проблема может быть не такой серьезной для индуктивных нагрузок, таких как электродвигатели, поскольку в таких случаях обмотка нагрузки сама ослабляет радиопомехи. Управление фазой симистора также связано с дополнительной проблемой — это коэффициент мощности нагрузки.
Коэффициент мощности нагрузки может иметь отрицательное влияние, и это проблема, к которой регуляторы источника питания относятся очень серьезно.
TRIAC Circuits: 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 (AC).
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.
TRIACчасто находят применение в качестве переключателей в широком спектре электрического оборудования, таком как лампы, вентиляторы и двигатели. Независимо от их применения, все СИСТЕМЫ TRIAC используют основные принципы работы, изложенные выше.Помимо этих общих характеристик, они обычно подразделяются на те, которые используются для простых схем переключателя TRIAC или схем переменной мощности (или диммера) TRIAC.
Функции переключателей TRIAC
TRIAC используются по-разному, в том числе как:
Простые электронные переключателиВ 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 диммераТриггер 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 максимальное значение, 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, который выравнивает характеристики стрельбы TRIAC.
Фильтрация гармоник
Поскольку TRIAC включается, когда напряжение на его выводах не равно нулю, он генерирует гармоники, которые делают его непригодным для использования в чувствительном электронном оборудовании, таком как схемы беспроводной связи. Использование фильтра гармоник подавляет электромагнитные помехи.
Свяжитесь с MagneLink, чтобы узнать о необходимости коммутатора TRIAC
в компании MagneLink, Inc.мы интегрируем TRIAC с нашими магнитными переключателями в наши корпуса MLT, MLP и MLU. Каждый из этих стилей подходит для разных приложений. Например, корпуса MLT подходят для использования в суровых условиях, корпуса MLP подходят для тяжелых условий эксплуатации, а корпуса MLU имеют резьбовой корпус, который больше подходит для скрытого монтажа.
Чтобы узнать больше о наших предложениях по переключателям типа TRIAC, посетите страницу с нашими продуктами. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить информацию или расценки на заказное решение переключателя.
Что такое TRIAC: схема переключения и приложения
Силовые электронные переключатели, такие как BJT, SCR, IGBT, MOSFET и TRIAC, являются очень важными компонентами, когда дело доходит до схем переключения, таких как преобразователи постоянного тока в постоянный , Контроллеры скорости двигателя , Драйверы двигателей и , контроллеры частоты и т. Д. Каждое устройство имеет свои уникальные свойства и, следовательно, имеет свои собственные специфические области применения.В этом уроке мы узнаем о TRIAC , который является двунаправленным устройством, что означает, что он может работать в обоих направлениях. Благодаря этому свойству TRIAC используется исключительно там, где задействован источник синусоидального переменного тока.
Введение в TRIACТермин TRIAC обозначает TRI ode для A lternating C urrent. Это трехконтактное переключающее устройство, подобное тиристору (SCR), но оно может работать в обоих направлениях, поскольку оно создается путем объединения двух тиристоров в антипараллельном состоянии.Символ и вывод TRIAC показаны ниже.
Поскольку TRIAC является двунаправленным устройством, ток может течь либо от MT1 к MT2, либо от MT2 к MT1, когда терминал затвора срабатывает. Для TRIAC это напряжение запуска, которое должно быть приложено к клемме затвора, может быть положительным или отрицательным по отношению к клемме MT2. Таким образом, это переводит TRIAC в четыре режима работы , как указано ниже
- Положительное напряжение на MT2 и положительный импульс на затвор (Квадрант 1)
- Положительное напряжение на MT2 и отрицательный импульс на затворе (квадрант 2)
- Отрицательное напряжение на MT2 и положительный импульс на затворе (квадрант 3)
- Отрицательное напряжение на MT2 и отрицательный импульс на затворе (квадрант 4)
На рисунке ниже показано состояние TRIAC в каждом квадранте.
Характеристики включения и выключения TRIAC можно понять, посмотрев на график характеристик VI для TRIAC, который также показан на рисунке выше. Поскольку TRIAC — это просто комбинация двух SCR в антипараллельном направлении, график характеристик V-I похож на график SCR. Как вы можете видеть, TRIAC в основном работает в 1 квадранте и 3 квадранте .
Характеристики включения
Чтобы включить TRIAC, положительное или отрицательное напряжение затвора / импульс должно быть подано на вывод затвора TRIAC.Когда срабатывает один из двух SCR внутри, TRIAC начинает проводить в зависимости от полярности выводов MT1 и MT2. Если MT2 положительный, а MT1 отрицательный, первый SCR проводит, а если вывод MT2 отрицательный, а MT1 положительный, то второй SCR проводит. Таким образом, любой из SCR всегда остается включенным, что делает TRIAC идеальным для приложений переменного тока.
Минимальное напряжение, которое должно быть приложено к выводу затвора для включения симистора, называется пороговым напряжением затвора (V GT ) , а результирующий ток через вывод затвора называется пороговым током затвора (I GT ). Как только это напряжение подается на вывод затвора, TRIAC смещается в прямом направлении и начинает проводить, время, необходимое для перехода TRIAC из выключенного состояния в состояние включения, называется временем включения (t на ).
Так же, как и SCR, TRIAC после включения останется включенным, если он не будет переключен. Но для этого условия ток нагрузки через TRIAC должен быть больше или равен току фиксации (I L ) TRIAC. Таким образом, можно заключить, что TRIAC будет оставаться включенным даже после удаления стробирующего импульса, пока ток нагрузки больше, чем значение тока фиксации.
Подобно току фиксации, существует еще одно важное значение тока, называемое током удержания. Минимальное значение тока для поддержания TRIAC в режиме прямой проводимости называется удерживающим током (I H ). TRIAC войдет в режим непрерывной проводимости только после прохождения через ток удержания и ток фиксации, как показано на графике выше. Также значение тока фиксации любого TRIAC всегда будет больше, чем значение тока удержания.
Отключающие характеристики
Процесс выключения TRIAC или любого другого устройства питания называется коммутацией , а схема, связанная с ним для выполнения задачи, называется коммутационной схемой. Наиболее распространенный метод, используемый для отключения TRIAC, — это уменьшение тока нагрузки через TRIAC до тех пор, пока он не станет ниже значения тока удержания (I H ). Этот тип коммутации называется принудительной коммутацией в цепях постоянного тока.Мы узнаем больше о том, как TRIAC включается и выключается через его прикладные схемы.
Приложения TRIACTRIAC очень часто используется в местах, где необходимо контролировать мощность переменного тока, например, он используется в регуляторах скорости потолочных вентиляторов, схемах диммера ламп переменного тока и т. Д. Давайте рассмотрим простую схему переключения TRIAC, чтобы понять, как она работает на практике. .
Здесь мы использовали TRIAC для включения и выключения нагрузки переменного тока с помощью кнопки .Затем сетевой источник питания подключается к маленькой лампочке через TRIAC, как показано выше. Когда переключатель замкнут, фазное напряжение подается на вывод затвора TRIAC через резистор R1. Если это напряжение затвора выше порогового напряжения затвора, то через вывод затвора протекает ток, который будет больше, чем пороговый ток затвора.
В этом состоянии TRIAC входит в прямое смещение, и ток нагрузки будет течь через лампу. Если нагрузка потребляет достаточно тока, TRIAC переходит в состояние фиксации.Но поскольку это источник питания переменного тока, напряжение будет достигать нуля в течение каждого полупериода, и, следовательно, ток также мгновенно достигнет нуля. Следовательно, фиксация в этой схеме невозможна, и TRIAC выключится, как только выключатель откроется, и здесь не требуется никакой схемы коммутации. Этот тип коммутации TRIAC называется естественной коммутацией . Теперь давайте построим эту схему на макетной плате с использованием BT136 TRIAC и проверим, как она работает.
При работе с источниками питания переменного тока необходимо соблюдать особую осторожность. В целях безопасности снижается рабочее напряжение. Стандартное напряжение переменного тока 230 В 50 Гц (в Индии) понижается до 12 В 50 Гц с помощью трансформатора.Маленькая лампочка подключена как нагрузка. После завершения экспериментальная установка выглядит так, как показано ниже.
Когда кнопка нажата, контакт затвора получает напряжение затвора и, таким образом, TRIAC включается. Лампа будет светиться, пока кнопка удерживается нажатой. После того, как кнопка будет отпущена, TRIAC будет в фиксированном состоянии, но поскольку входное напряжение переменного тока, ток, хотя TRIAC будет ниже удерживающего тока, и, таким образом, TRIAC выключится, полную работу также можно найти в видео приведено в конце этого руководства.
Управление TRIAC с помощью микроконтроллеровКогда TRIAC используются в качестве регуляторов освещенности или для управления фазой, импульс затвора, который подается на вывод затвора, должен управляться с помощью микроконтроллера. В этом случае штифт затвора также будет изолирован с помощью оптрона. Принципиальная схема для этого же показана ниже.
Для управления TRIAC с помощью сигнала 5V / 3.3V мы будем использовать оптрон , такой как MOC3021 , внутри которого есть TRIAC.Этот TRIAC может быть активирован 5 В / 3,3 В через светоизлучающий диод. Обычно сигнал ШИМ подается на вывод 1 st MOC3021, а частота и рабочий цикл сигнала ШИМ будут изменяться для получения желаемого выходного сигнала. Этот тип цепи обычно используется для регулировки яркости лампы или управления скоростью двигателя.
Скоростной эффект — демпфирующие цепиВсе TRIAC страдают от проблемы, называемой эффектом скорости. То есть, когда клемма MT1 подвергается резкому увеличению напряжения из-за шума переключения, переходных процессов или скачков, TRIAC прерывает его в качестве сигнала переключения и автоматически включается.Это связано с наличием внутренней емкости между клеммами MT1 и MT2.
Самый простой способ решить эту проблему — использовать демпферную цепь. В приведенной выше схеме резистор R2 (50R) и конденсатор C1 (10 нФ) вместе образуют RC-цепь, которая действует как демпфирующая цепь. Любые пиковые напряжения, подаваемые на MT1, будут наблюдаться этой RC-цепью.
Эффект люфтаДругой распространенной проблемой, с которой столкнутся дизайнеры при использовании TRIAC, является эффект люфта.Эта проблема возникает, когда потенциометр используется для управления напряжением затвора TRIAC. Когда POT установлен на минимальное значение, на вывод затвора не будет подаваться напряжение, и, таким образом, нагрузка будет отключена. Но когда POT установлен на максимальное значение, TRIAC не будет включаться из-за эффекта емкости между выводами MT1 и MT2, этот конденсатор должен найти путь для разряда, иначе он не позволит TRIAC включиться. Этот эффект называется эффектом люфта. Эту проблему можно решить, просто включив резистор последовательно со схемой переключения, чтобы обеспечить путь для разряда конденсатора.
Радиочастотные помехи (RFI) и TRIAC Цепи переключенияTRIAC более подвержены радиочастотным помехам (EFI), потому что при включении нагрузки ток внезапно повышается с 0 А до максимального значения, создавая, таким образом, всплеск электрических импульсов, который вызывает радиочастотный интерфейс. Чем больше ток нагрузки, тем хуже будут помехи. Использование схем подавления, таких как LC-подавитель, решит эту проблему.
TRIAC — ОграниченияКогда требуется переключать формы сигналов переменного тока в обоих направлениях, очевидно, что TRIAC будет первым выбором, поскольку это единственный двунаправленный силовой электронный переключатель.Он действует так же, как два SCR, подключенных вплотную друг к другу, и также имеют одни и те же свойства. Хотя при проектировании схем с использованием TRIAC необходимо учитывать следующие ограничения.
- TRIAC имеет внутри две структуры SCR, одна проводит во время положительной половины, а другая — во время отрицательной. Но они не срабатывают симметрично, вызывая разницу в положительном и отрицательном полупериоде выхода .
- Кроме того, поскольку переключение не является симметричным, оно приводит к высокоуровневым гармоникам, которые вызывают шум в цепи.
- Эта проблема гармоник также приведет к электромагнитным помехам (EMI)
- При использовании индуктивных нагрузок существует огромный риск протекания пускового тока к источнику, поэтому необходимо убедиться, что TRIAC полностью отключен, а индуктивная нагрузка безопасно разряжается по альтернативному пути
Принципы и схемы симистора
— Часть 1
Симистор — это управляемый полупроводниковый переключатель мощности переменного тока средней и большой мощности с фиксатором.В этой статье, состоящей из двух частей, объясняется его основная работа и показаны различные способы ее использования. Большинство практических схем показывают два набора значений компонентов для использования с обычными бытовыми / коммерческими источниками переменного напряжения 50 Гц или 60 Гц с номинальными значениями либо 240 В (как используется в большинстве стран Европы), либо (в скобках) 120 В (как используется в большинстве стран). США). В каждой конструкции пользователь должен использовать симистор с номинальными характеристиками, соответствующими его или ее конкретному применению.
Основы симистора
| РИСУНОК 1.Символы симистора. |
| РИСУНОК 2. Простой выключатель питания переменного тока с резистивной (ламповой) нагрузкой. |
Симистор — это трехконтактный (MT1, затвор и MT2) твердотельный тиристор, который использует альтернативные символы на рис. 1 и действует как пара SCR, подключенных обратно параллельно и управляемых через один затвор. Терминал. Он может проводить ток в любом направлении между своими выводами MT1 и MT2 и, таким образом, может использоваться для непосредственного управления мощностью переменного тока.Он может запускаться как положительными, так и отрицательными токами затвора, независимо от полярности тока MT2, и, таким образом, он имеет четыре возможных режима запуска или «квадрантов», обозначенных следующим образом:
I + Mode = ток MT2 + ve, ток затвора + ve
I- Mode = ток MT2 + ve, ток затвора -ve
III + Mode = ток MT2 -ve, ток затвора + ve
III + Mode = ток MT2 -ve, затвор текущий -ve
Чувствительность по току триггера является максимальной, когда токи MT2 и затвор имеют одинаковую полярность (либо положительную, либо отрицательную), и обычно примерно вдвое меньше, когда они имеют противоположную полярность.
На рис. 2 показан симистор, используемый в качестве простого переключателя питания переменного тока, управляющего резистивной ламповой нагрузкой; Предположим, что SW2 закрыт. Когда SW1 разомкнут, симистор действует как разомкнутый переключатель, и лампа пропускает нулевой ток. Когда SW1 замкнут, симистор включается через резистор R1 и автоматически фиксируется вскоре после начала каждого полупериода, таким образом переключая полную мощность на ламповую нагрузку. Симистор автоматически отключается в конце каждого полупериода переменного тока, когда мгновенное напряжение питания (и, следовательно, ток нагрузки) на короткое время падает до нуля.
В рис. 2 задачей R1 является ограничение пикового мгновенного тока затвора включения симистора до безопасного значения; его сопротивление (в сочетании с сопротивлением нагрузки) должно быть больше, чем пиковое напряжение питания (примерно 350 В в цепи 240 В переменного тока, 175 В в цепи 120 В), деленное на пиковое значение тока затвора симистора (которое обычно указывается в документации производителя симистора). расширенные листы данных).
Примечание в Рисунок 2 (и в большинстве других схем симистора, показанных в этой мини-серии), что — из соображений безопасности — нагрузка подключена последовательно с нейтралью (N) источника переменного тока и главным выключателем. SW2 может изолировать всю цепь от линии под напряжением (L).
Влияние скорости симистора
| РИСУНОК 3. Простой выключатель питания переменного тока с индуктивной нагрузкой и демпфирующей цепью C1-R2 для подавления скоростного эффекта. |
Большинство симисторов, таких как тиристоры, подвержены проблемам «скоростного эффекта». Между основными выводами и затвором симистора неизбежно существуют внутренние емкости, и если на любом из основных выводов появляется резко возрастающее напряжение, это может — если его скорость нарастания превышает номинальное значение dV / dt симистора — вызвать достаточный прорыв на вентиль для срабатывания симистора.Это нежелательное включение «эффекта скорости» может быть вызвано переходными процессами в линии питания; проблема, однако, особенно серьезна при управлении индуктивными нагрузками, такими как электродвигатели, в которых токи и напряжения нагрузки не совпадают по фазе, что приводит к внезапному появлению большого напряжения на основных клеммах каждый раз, когда симистор расцепляется, когда падает его основной ток. почти до нуля в каждом рабочем полупериоде.
Проблемы с эффектом скорости обычно можно преодолеть, подключив RC-цепочку «демпфер» между MT1 и MT2, чтобы ограничить скорость нарастания напряжения до безопасного значения, как показано (например) в схеме переключателя мощности симистора в Рисунок 3 , где R2-C1 образуют снабберную сеть.Некоторые современные симисторы имеют повышенные значения dV / dt (обычно 750 В / мСм) и практически невосприимчивы к проблемам, связанным с изменением скорости; эти симисторы известны как «демпферные» типы.
Подавление радиопомех
| РИСУНОК 4. Базовый диммер лампы переменного тока с подавлением радиопомех через C1-L1. |
Симистор может использоваться для обеспечения переменного управления мощностью переменного тока с использованием техники «переключения с фазовой задержкой», при которой симистор запускается частично в течение каждого полупериода.Каждый раз, когда симистор запускается, его ток нагрузки резко (за несколько микросекунд) переключается с нуля на значение, установленное его сопротивлением нагрузки и мгновенными значениями напряжения питания. В резистивно нагруженных схемах, таких как диммеры ламп, это действие переключения неизбежно генерирует импульс RFI, который является наименьшим, когда симистор срабатывает близко к точкам пересечения нуля 0 ° и 180 ° формы сигнала линии питания (в которых переключатель -включенные токи минимальны) и максимальны, когда устройство срабатывает под углом 90 ° после начала каждого полупериода (когда токи включения максимальны).
Импульсы радиопомех возникают с частотой, вдвое превышающей частоту питающей сети, и могут очень раздражать. В диммерах лампы радиопомехи обычно можно устранить, оснастив диммер простой сетью фильтров L-C, как показано на Рис. 4 . Фильтр устанавливается рядом с симистором и значительно снижает скорость нарастания токов в сети переменного тока.
| РИСУНОК 5. Символ диак. |
Диаки и квадраки
Диак — двунаправленное триггерное устройство с двумя выводами; он может использоваться с напряжениями любой полярности и обычно используется вместе с симистором; Рисунок 5 показывает условное обозначение схемы.Основное действие диака таково, что при подключении к источнику напряжения через токоограничивающий нагрузочный резистор он действует как высокий импеданс, пока приложенное напряжение не возрастет примерно до 35 В, после чего он срабатывает и действует как низкоомный 30 В. стабилитрон, и 30 В вырабатывается через диак, а оставшиеся 5 В появляются на нагрузочном резисторе. Диак остается в этом состоянии до тех пор, пока его прямой ток не упадет ниже минимального удерживаемого значения (это происходит, когда напряжение питания упадет ниже значения стабилитрона 30 В), после чего диак снова выключится.
| РИСУНОК 6. Базовая схема диммера лампы диакритического типа с переменной фазовой задержкой. | Рисунок 7. Символ квадрака. |
Диак наиболее часто используется в качестве пускового устройства в приложениях с регулируемой мощностью симистора с синхронизацией по фазе, как в базовой схеме диммера лампы Рис. 6 . Здесь, в каждом полупериоде линии электропередачи, сеть R1-RV1-C1 применяет версию полупериода с переменной фазовой задержкой к затвору симистора через диак, и когда напряжение C1 повышается до 35 В, диак срабатывает и подает пусковой импульс 5 В (от C1) на затвор симистора, тем самым включая симистор и одновременно подавая питание на ламповую нагрузку и отключая привод от RC-сети.Таким образом, средняя мощность нагрузки (интегрированная за полный период полупериода) полностью изменяется от почти нуля до максимума через RV1.
В первые дни разработки симистора некоторые специализированные устройства производились со встроенным диаком, последовательно соединенным с затвором симистора; такие устройства были известны как квадраки и использовали обозначение цепи , рис. 7, . Квадраки не имели коммерческого успеха и теперь устарели.
Варианты выключателя питания переменного тока
Самым простым типом переключателя питания симистора является переключатель , рис. 2 , в котором симистор включается через R1, когда SW1 замкнут; только 1 В или около того генерируется на симисторе, когда он включен, поэтому R1 и SW1 потребляют очень мало средней мощности; На рис. 3 показана та же схема, снабженная «демпфирующей» сетью.Есть много полезных вариаций этих основных схем. Рисунок 8 , например, показывает версию, которая может запускаться через источник постоянного тока переменного тока. C1 заряжает (через R1-D1) до + 10 В на каждом положительном полупериоде линии питания переменного тока, и этот заряд запускает симистор, когда SW1 замкнут. Обратите внимание, что R1 постоянно находится под почти полным напряжением сети переменного тока и, следовательно, требует довольно высокой номинальной мощности, и что все части этой цепи находятся под напряжением, что затрудняет взаимодействие с внешней схемой управления.
| РИСУНОК 8. Выключатель питания переменного тока с запуском по переменному току по постоянному току. | РИСУНОК 9. Выключатель переменного тока с изолированным входом (оптопара), срабатывает постоянный ток. |
На рисунке 9 показана приведенная выше схема, модифицированная для обеспечения «изолированного» взаимодействия с внешней схемой управления. SW1 просто заменяется транзистором Q2, который управляется со стороны фототранзистора оптопары.Светодиод соединителя питается от внешнего источника постоянного тока через R1, а симистор включается только тогда, когда SW1 замкнут; При желании SW1 можно заменить электронной схемой переключения.
| РИСУНОК 10. Выключатель переменного тока с изолированным входом, срабатывающий по переменному току. | РИСУНОК 11. Выключатель переменного тока с транзисторным запуском по постоянному току. |
Рисунок 10 показывает вариант, в котором симистор запускается переменным током в каждом полупериоде через импеданс переменного тока C1-R1 и через встречные стабилитроны ZD1-ZD2, а C1 рассеивает почти до нуля. мощность.Мостовой выпрямитель D1-D4 подключен к сети ZD1-ZD2-R2 и нагружен Q2. Когда Q2 выключен, мост фактически разомкнут, и симистор включается в каждом полупериоде, но когда Q2 включен, на ZD1-ZD2-R2 появляется короткое замыкание, и симистор выключен. Q2 управляется через оптопару от изолированной внешней цепи, и симистор включен, когда SW1 открыт, и выключен, когда SW1 закрыт.
| РИСУНОК 12. Выключатель переменного тока с изолированным входом и запуском по постоянному току. |
На рисунках 11 и 12 показаны варианты, в которых симистор запускается через трансформаторный источник постоянного тока и транзисторный переключатель. В , рис. 11 , Q2 и симистор оба включены, когда SW1 закрыт, и выключены, когда SW1 открыт. На практике SW1 может быть заменен электронной схемой, позволяющей активировать симистор с помощью тепла, света, звука, времени и т. Д. Обратите внимание, однако, что вся эта схема находится под напряжением.’ На рисунке 12 показана схема, модифицированная для работы оптопары, что позволяет активировать ее через полностью изолированную внешнюю схему.
Запуск UJT
Другой способ получить полностью изолированное переключение симистора — использовать схемы UJT на рисунках , рисунки 13, и , 14, , в которых UJT является старым типом 2N2646 или современным почти эквивалентом. В этих схемах триггерное действие обеспечивается генератором UJT Q2, который работает на частоте нескольких кГц и подает выходные импульсы на затвор симистора через импульсный трансформатор T1, который обеспечивает желаемую «изоляцию».«Из-за своей довольно высокой частоты колебаний UJT запускает симистор в пределах нескольких градусов от начала каждого полупериода линии переменного тока, когда генератор активен.
| РИСУНОК 13. Выключатель переменного тока с изолированным входом (с трансформаторной связью). | РИСУНОК 14. Выключатель питания переменного тока с изолированным входом. |
На рис. 13 , Q3 включен последовательно с главным синхронизирующим резистором UJT, поэтому UJT и симистор включаются только при замкнутом SW1.В Рис. 14 Q3 подключен параллельно с главным конденсатором синхронизации UJT, поэтому UJT и симистор включаются только при разомкнутом SW1.
| РИСУНОК 15. Типичная схема симистора с оптопарой и рабочие характеристики. |
| Рис. 16. Управление лампой малой мощности через симистор с оптронной связью. |
Симисторы с оптопарами
Затворные переходы «голого» симистора по своей природе светочувствительны, и, таким образом, симистор с оптопарой может быть изготовлен путем установки «голого» симистора и светодиода близко друг к другу в одном корпусе. Рисунок 15 показывает схему и перечисляет характеристики типичной шестиконтактной версии DIL такого устройства, в которой светодиод имеет максимальный номинальный ток 50 мА, симистор имеет максимальные номинальные значения 400 В и 100 мА (среднеквадратичное значение) (и скачок напряжения). номинальный ток 1,2 А для 10 мс), и весь пакет имеет номинальное напряжение изоляции 1,5 кВ и типичную чувствительность срабатывания триггера по входному току 5 мА.
Симисторы с оптопаройпросты в использовании и обеспечивают отличную гальваническую развязку между входом и выходом.Вход используется как обычный светодиод, а выход как маломощный симистор. На рисунке 16 показано устройство, используемое для активации лампы накаливания с питанием от сети переменного тока, которая должна иметь номинальное значение RMS ниже 100 мА и пиковое значение пускового тока ниже 1,2 А.
| РИСУНОК 17. Управление высокой мощностью через ведомый симистор. | РИСУНОК 18. Возбуждение индуктивной нагрузки. |
Рисунок 17 показывает симистор с оптопарой, используемый для активации ведомого симистора, тем самым управляя нагрузкой любой желаемой номинальной мощности.Эта схема подходит для использования только с неиндуктивными нагрузками, такими как лампы и нагревательные элементы. Его можно модифицировать для использования с индуктивными нагрузками, такими как электродвигатели, с помощью соединений в Рисунок 18 . Здесь сеть R2-C1-R3 обеспечивает некоторый фазовый сдвиг в сети симисторного затвора-привода, чтобы гарантировать правильное срабатывание симистора, а R4-C2 образуют демпферную сеть для подавления эффектов скорости.
Синхронное переключение мощности без напряжения
Синхронный переключатель мощности с нулевым напряжением (или интегральным циклом) — это переключатель, в котором симистор неизменно включается сразу после начала каждого полупериода мощности (т.е.е., около точки нулевого напряжения формы сигнала), а затем снова автоматически отключается в конце, создавая минимальные радиопомехи. В большинстве схем переключения мощности, показанных до сих пор в этой статье, симистор включается в произвольной точке своего начального полупериода включения, таким образом создавая потенциально высокий начальный всплеск радиопомех, но затем дает синхронное действие переключения при нулевом напряжении. на всех последующих полупериодах.
Истинно синхронная цепь нулевого напряжения использует систему переключения, показанную на рис. 19 , в которой симистор может быть включен только около начальной точки или точки «нулевого напряжения» каждого полупериода, и, таким образом, создает минимальные радиопомехи.Эта система широко используется для включения / выключения сильноточных нагрузок, таких как электрические нагреватели и т. Д.
| РИСУНОК 19. Система синхронного переключения питания переменного тока при нулевом напряжении. | РИСУНОК 20. Выключатель синхронного переменного тока. |
На рисунке 20 показан практический синхронный выключатель питания переменного тока с нулевым напряжением; 10 В постоянного тока генерируется переменным током через R7-D1-ZD1 и C2 и подключается к затвору симистора через Q2, который управляется через SW1 и детектор нулевого напряжения Q3-Q4-Q5 и может обеспечивать ток затвора только при включенном SW1. закрыт, а Q3 выключен.
| РИСУНОК. 21 Альтернативный вариант синхронного выключателя питания переменного тока. |
В детекторе нулевого напряжения Q4 или Q5 включаются всякий раз, когда напряжение сети переменного тока больше или меньше нескольких вольт (заданных RV1) выше или ниже нуля, тем самым активируя Q3 через R5 и блокируя Q2. Таким образом, ток затвора может подаваться на симистор только тогда, когда SW1 замкнут, а мгновенное линейное напряжение переменного тока находится в пределах нескольких вольт от нуля; Таким образом, эта схема генерирует минимальные радиопомехи при переключении.
На рисунке 21 показана схема, измененная таким образом, что симистор может включаться только при разомкнутом переключателе SW1. Обратите внимание, что в обоих случаях на симистор подается только узкий импульс тока затвора, и поэтому средний ток затвора составляет всего 1 мА или около того. SW1 при желании может быть заменен электронным переключателем или оптопарой, что позволяет активировать нагрузку по световым или температурным уровням, по времени и т. Д.
На практике, самый простой способ создания действительно эффективной синхронной схемы управления симистором «нулевого напряжения» — это использование специальной ИС, которая функционирует как маломощный синхронный симистор «нулевого напряжения» с оптопарой, который использоваться в качестве ведомого устройства для синхронного управления обычным высокомощным симистором.
В следующем и заключительном эпизоде будут представлены практические детали таких схем, а также другие схемы и информация, относящиеся к симисторам. NV
Triac AC Dimmer / Speed Regulator — Случайные мысли
Я сделал небольшую покупку в середине декабря, и когда я вернулся домой с рождественских праздников, меня ждет приятный пакет — пара модулей светорегулятора / регулятора скорости AC230V / 2000W! Электроника модуля представляет собой не что иное, как простую конструкцию на основе TRIAC, поэтому мне пора освежить свои прежние знания о диммерах и регуляторах скорости, работающих от сети.Снова в аналоговые джунгли!
Немного теории и практики
Почему симистор? Как вы, возможно, хорошо знаете, симистор можно использовать для создания очень эффективных диммеров ламп переменного тока и регуляторов скорости, используя метод «переключения с задержкой по фазе». В этом методе симистор запускается (в каждом полупериоде мощности) через некоторое время с регулируемой фазовой задержкой после начала каждого полупериода переменного тока. Таким образом, можно контролировать среднюю мощность, подаваемую на лампу / нагрузку.
Наиболее распространенным способом запуска триака с переменной фазовой задержкой является использование Diac с цепью фазовой задержки C-R, как показано на базовой схеме (AC230V), приведенной ниже.
В этой «учебной» схеме компоненты VR1-R1-C1 обеспечивают переменную фазовую задержку. Следующая схема на самом деле представляет собой простой вариант первой схемы, но с добавлением одного L-C-фильтра в линию питания только для подавления RFI.
Теперь у вас есть простая схема регулятора яркости лампы с подавителем радиопомех. На практике у этой схемы есть небольшой недостаток (часто остающийся незамеченным). Это означает, что если вы приглушили лампу, увеличив сопротивление VR1 до определенного значения, оно не появится снова, пока VR1 не будет снова настроен на значение чуть ниже этого значения, а затем лампа загорится с довольно высокой яркостью.Этот «гистерезис» можно в значительной степени уменьшить, добавив токоограничивающий резистор R2 последовательно с диакритическим контуром D1, как показано на следующей схеме. Видите ли, есть также новый конденсатор C3, который следит за напряжением фазовой задержки C2 и запускает диак D1.
Если вас не очень устраивает описанный выше трюк, вы можете подключить еще один резистор R3 по тому же пути, что и на следующей схеме.
Так как же работает эта концепция? Как было сказано ранее, ядро схемы представляет собой регулируемый генератор импульсов с задержкой, и принцип его работы заключается в том, что начало каждого цикла сети переменного тока отключается, а затем только через определенное время срабатывает симистор.Ниже вы можете увидеть на осциллограмме, как это выглядит (измерено с помощью дифференциального пробника). Полный цикл сети переменного тока составляет 20 мс (50 Гц). Половина цикла составляет 10 мс, а при настройке среднего диапазона каждая половина синусоидальной волны включается примерно через 5 мс (на полпути к синусоиде) при пиковом напряжении.
Будьте осторожны — никогда не проверяйте осциллограф непосредственно в цепи, подключенной к сети, поскольку соединение заземления пробника осциллографа может создать замкнутый контур с клеммой питания и взорвать все на пути, включая осциллограф и даже вас самих!
Есть несколько способов преодолеть дорогостоящую катастрофу.Самый рекомендуемый (но невероятно дорогой) метод — использовать дифференциальный пробник в качестве входного каскада обычного осциллографа. К счастью, на рынке появилось интересное предложение, и этот конкретный дифференциальный пробник (Micsig Differential Probe) можно было купить примерно за 170 долларов. Сравнив все высоковольтные дифференциальные пробники, представленные на рынке, вы обнаружите, что они очень рентабельны http://www.micsig.com/html/list_69.html
AC230V / 2000W Симисторный модуль — Разумный выбор или нет?
Для здравого суждения необходимо быстро пройти через поломку электроники.Итак, позвольте мне начать с моей восстановленной схемы (см. Ниже).
Как видите, рабочая лошадка здесь — кремниевый двунаправленный тиристор (T1) BTA16-600C от ON Semiconductor (http://onsemi.com) с номинальным током в открытом состоянии 16A RMS при 25 ° C. Этот изолированный симистор можно прикрепить непосредственно к корпусу устройства или радиатору. Помимо большого потенциометра «пользовательского управления» (P1), есть также небольшой многооборотный подстроечный резистор для точной настройки (P2). Схема демпфера (R1-C1) предназначена для предотвращения случайного включения симистора.Демпфер состоит из последовательно соединенных конденсатора, рассчитанного на номинальную мощность сети, и резистора из углеродного состава, рассчитанного на номинальную мощность сети. Типичные значения компонентов составляют 0,1 мкФ и ≥100 Ом. Резистор из углеродистой композиции необходим, чтобы выдерживать повторяющиеся импульсные токи без перегорания.
Насколько мне известно, демпфирующий симистор обычно не требует внешней демпферной цепи из-за его улучшенных коммутационных характеристик. Но есть определенные исключения, как указано здесь http://www.elec.canterbury.ac.nz / intranet / dsl / p90-links / doc-include / power_electronics / snubber_circuits_and_triacs.pdf
А работает? Конечно, поворот ручки определенно отрегулирует выход соответствующим образом, но не очень жестко. Для простого использования этот грубый подход хорош, поскольку вы можете легко управлять лампами накаливания AC230V, потолочными вентиляторами, ручными дрелями, лобзиками и т. Д. Кроме того, так же, как и лампочка, модуль таким образом может «затемнить» обычный паяльник. Сначала я протестировал свой модуль с галогенной лампой 230 В переменного тока / 50 Вт (см. Случайные снимки), затем со стержнем обогревателя на 230 В переменного тока / 1000 Вт и моей лобзиком на 230 В / 500 Вт.Да, все заработало, и я дожил, чтобы рассказать об этом 🙂
Что касается симистора BTA16-600C, он разработан для высокопроизводительных приложений управления двухполупериодным переменным током, где требуются высокая помехоустойчивость и высокое значение коммутируемого di / dt, а также обеспечивает равномерные токи запуска затвора в трех квадрантах. Ниже вы можете увидеть определения квадрантов для симистора.
В принципе, симистор 3Q может запускаться в трех режимах или «квадрантах», тогда как симистор 4Q может запускаться во всех четырех режимах.Моя следующая статья из этой серии объяснит преимущества симистора 3Q по сравнению с традиционным типом 4Q. Следите за обновлениями!
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 мы знаем, 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, а 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 затвор (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 стробирующий элемент запускается с помощью соответствующего стробирующего импульса. 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 — это 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.
Когда ворота открыты, 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. Траектория может быть сделана проводящей с помощью положительного или отрицательного напряжения на клемме затвора.
В начало
Работа и работа TRIAC
К клеммам симистора можно подключать различные комбинации отрицательного и положительного напряжения, потому что это двунаправленное устройство.Четыре возможных комбинации электродных потенциалов, которые заставляют симистор работать в четырех различных рабочих квадрантах или режимах, обозначены как.
- MT2 положительный по отношению к MT1 с положительной полярностью затвора по отношению к MT1.
- MT2 положительный по отношению к MT1 с отрицательной полярностью затвора по отношению к MT1.
- MT2 отрицательный по отношению к MT1 с отрицательной полярностью затвора по отношению к MT1.
- 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 срабатывания 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 наиболее высока при использовании режимов 1 и 4.
Режим 1: MT2 положительный, ток затвора положительный
Когда вывод затвора становится положительным по отношению к MT1, ток затвора протекает через соединение 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 клеммы 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, говорят, 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.
Аналогичным образом, 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 срабатывания 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.
- Имеют низкие значения du / dt по сравнению с тиристорами.
- Они имеют очень малую частоту 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.
Таким образом, 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 выводы анода, катода и затвора.
- Как для положительного, так и для отрицательного тока затвора, тракт проводит, но только с направлением тока затвора включает тиристор.
- Четыре различных режима работы возможны с симистором, тогда как с SCR возможен один режим работы. Симисторы
- доступны с меньшими номиналами 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
Предрегулятор блока питания, управляемый TRIAC, использует оптическую обратную связь
% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275eaf6d5f267ee20e4cb» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Электронный дизайн Com Article Power Предварительный регулятор источника питания с симисторным управлением использует оптическую обратную связь «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2012/02/electronicdesign_com_article_power_triac_controlled_power_supply_pre_regulator_uses.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%Добавление относительно эффективного предварительного регулятора на входе последовательного регулируемого источника питания постоянного тока минимизирует потери мощности, особенно при низких выходных напряжениях и высоких токах. Типичные приложения используют оптически изолированные драйверы TRIAC с использованием импульсного управления.
Эта идея реализует предварительный стабилизатор, использующий новую аналоговую петлю оптической обратной связи в сочетании со светодиодом и светозависимым резистором (LDR).При подключении к источнику переменного тока постоянного тока 24 В, 1 А, линейный стабилизатор рассеивает менее 7 Вт.
Входной каскад источника постоянного тока представляет собой стандартный регулятор света TRIAC, питаемый от сети 230 В, 50 Гц (рис. 1). LDR, который подключен к R8, имеет типичное сопротивление при отсутствии освещения 1 МОм и сопротивление при полном освещении в несколько кОм. Изменение эффективного сопротивления на R8 в сочетании с емкостью C1 создает привод с уменьшенной амплитудой и фазовым сдвигом.
Когда этот привод превышает порог 30 В для DIAC (D2), срабатывает вентиль TRIAC (Q2).Это эффективно контролирует угол проводимости источника питания с частотой 50 Гц, обычно от 20 ° (минимальный выход) до 170 ° (максимальный выход), что соответствует условиям отсутствия освещения и полного освещения.
Управляемый TRIAC вход переменного тока в каскад импульсного источника питания (SMPS) генерирует переменный вход постоянного тока в каскад линейного регулятора, в котором используется LM117 (U1). R9 регулирует выходное напряжение от 2,5 до 24 В, а Q3 в сочетании с R11 обеспечивает защиту от короткого замыкания, которая ограничена 1.25 A. R1 ограничивает пиковый ток, потребляемый из сети, а R10 шунтирует цепь TRIAC, обеспечивая ток для запуска и условий малой нагрузки. R8 настроен для обеспечения первоначального срабатывания TRIAC при не светящемся светодиоде.
Сердцем этой конструкции является схема оптической обратной связи, состоящая из PNP-транзистора Q1, который вместе с LDR управляет красным светодиодом, размещенным в темном корпусе. Делитель R5 / R4 сравнивает напряжение на линейном стабилизаторе с напряжением прямого смещения диода D1, изменяя напряжение эмиттер-коллектор Q1.Это изменение меняет ток светодиода.
Увеличение тока светодиода увеличивает яркость LDR, уменьшая его сопротивление. Это увеличивает угол проводимости симистора, увеличивая постоянное напряжение на входе U1. Для работы в замкнутом контуре с управлением с отрицательной обратной связью ток через светодиод должен уменьшаться при увеличении напряжения на U1.
На рисунке 2 показаны результаты моделирования PSpice напряжения эмиттер-коллектор Q1 (Q1 EC ), когда напряжение на U1 увеличивается, в то время как V Out фиксируется на уровне 5 В.При включении питания начальное постоянное напряжение создается на входе от U1 до R10 путем установки R8, чтобы обеспечить минимальный угол проводимости для TRIAC.
Q1 EC показывает желаемое начальное увеличение, соответствующее увеличению освещенности, которое приводит к тому, что напряжение предварительного регулятора мгновенно достигает максимума. Отрицательный наклон в области управления с обратной связью возникает, когда освещение уменьшается и предварительный регулятор устанавливается на вход U1, номинально на 4–5 В выше V Out .
Вместо стандартной комбинации трансформатор-выпрямитель-фильтр на 50 Гц, в предварительно регулируемом источнике питания в качестве промежуточного каскада используется полумостовой автоколебательный импульсный источник питания (рис. 3). SMPS уменьшает общий размер источника питания, обеспечивая при этом 1 А постоянного тока на выходе от 4 до 40 В, а вход переменного тока изменяется от 24 до 230 В.
D3-D6 и C6 двухполупериодное выпрямление и фильтрация переменного напряжения от TRIAC и обеспечение постоянного напряжения на транзисторах Q4 и Q5, соединенных с тотемным полюсом. В этой топологии происходит автоколебание в режиме жесткого переключения, генерируя прямоугольную волну с частотой, определяемой чередующимся положительным и отрицательным насыщением сердечника трансформатора.
С T1, изготовленным, как показано, преобразователь работает на частоте от 10 до 50 кГц, причем частота увеличивается с увеличением входного напряжения и нагрузки. Диоды Шоттки D9-D12 и конденсатор C7 выпрямляют и фильтруют выходной сигнал, обеспечивая вход постоянного тока для каскада линейного регулятора.