Работа симистора: принцип действия, плюсы и минусы, применение прибора

Содержание

принцип действия, плюсы и минусы, применение прибора

Симистором называется прибор, разработанный ещё в СССР на электрозаводе города Саранска. Он имеет 5 р-n переходов.

История его создания приходится на 1960-е годы, на то время, когда Мордовский институт заполнил патент на это изобретение.

О том, как работает симистор, знают немногие. Его функционирование напоминает работу тиристора.

Принцип действия

Пожалуй, основное отличие симистора от тиристора заключается в том, что первый прибор может пропускать ток в двух направлениях, из-за чего он нашёл своё применение в электроцепях переменного тока.

В симисторе отсутствует катод и анод. Этот факт подтверждается при изучении вольт-амперной характеристики прибора.

Также можно заметить, что он имеет симметрию с осью тока. В его схеме присутствует два силовых электрода (МТ1 и МТ2) и управляющий электрод (G). Если на второй показатель подать напряжение со знаком минус, и его показатель окажется выше заданной величины срабатывания симистора, и одновременно на силовой электрод подать напряжение, достаточное для протекания в приборе тока, превышающего ток удержания симистора, то он будет пропускать электричество.

Закрыться же прибор сможет после того, как напряжение на силовом электроде упадёт до величины, при которой ток прибора снизится до тока удержания.

Основным достоинством схем регуляторов мощности на приборе является наличие хорошей двусторонней связи, следовательно, появляется уникальная возможность её изменения непосредственно в период работы устройства.

Такие схемы часто используются для регулирования света при использовании всем известных ламп накаливания. Для их реализации применяются

  • тиристор;
  • динистор;
  • симистор.

Для такого режима работы можно использовать 4 способа для подачи напряжения на МТ2 и G (управляющий электрод). Два первых варианта требуют подать напряжение со знаком плюс на силовой электрод (МT2) и отрицательное или положительное на управляющий электрод. Последующие два варианта требуют подать на силовой электрод (МT2) напряжение со знаком минус и положительное или отрицательное на управляющий электрод.

Важно, что 1−3 способы считаются рабочими, а четвёртый запрещённым, так как в этом режиме может произойти поломка.

Плюсы и минусы использования

У симистора в принципе работы можно выделить ряд достоинств. Главными его преимуществами являются:

  • низкая стоимость;
  • повышенный срок эксплуатации.

Из-за отсутствия каких-либо механических контактов прибор не искрит, что повышает безопасность его применения, кроме того, отсутствуют радиопомехи при его работе.

К минусам аппарата обычно относят его сильный перегрев при отсутствии радиаторов охлаждения. Поэтому прибор следует использовать лишь при незначительных нагрузках на него или же установить радиатор охлаждения.

Крепить аппарат к охладителю следует креплением с использование винта. Аппарат очень чуток к переходным процессам и не будет работать стабильно на больших частотах, а также имеет сильную чувствительность к различного рода шумам и помехам.

В качестве примера можно привести компьютерный блок бесперебойного питания. Суть его работы заключается в том, что ток сети преобразовывается из постоянного в переменный. При отключении этого блока симистор начинает брать накопившееся электричество из своего встроенного аккумулятора.

Огромное значение для персонального компьютера играет и блок электропитания в целом. При резком переключении напряжения может произойти самовольное включение симистора при отсутствии управляющего напряжения. Всё это может его повредить. Всему виной возникновение помехи или выбросы напряжения при работе с нагрузкой.

Чтобы не дать симистору сломаться, следует включить шунтирующую RC цепочку. Однако в определённых цепях могут возникнуть электрические помехи и шумы. Если они достигнут значения включения, то прибор включится не в то время. Чтобы этого не произошло, следует укоротить провода, которые ведут к затвору, или же использовать экранированный кабель.

Ещё одним способом для избавления от шумов является использование резистора, величина которого составляет 1кОМ.

Применение симистора

Из-за своих уникальных характеристик, простоты устройства и небольшой стоимости симистор успешно применяется как в быту, так и в промышленности, в следующих видах техники:

  • печи;
  • духовки;
  • регуляторы освещения;
  • дрели;
  • перфораторы.

Практически в каждом электроприборе, имеющемся в доме, найдётся симистор.

В промышленной сфере приборы применяются при регулировке света, кроме того, с их помощью регулируются электроприборы и электродвигатели.

Симистор легко сможет заменить электромеханические реле, так как он намного более долговечен и надёжен. Аппарат очень хорошо зарекомендовал себя на рынке и, несмотря на бурно развивающуюся электронику, до сих пор пользуется большим спросом, так как нашёл широкое применение не только в домашней технике, но и в промышленности.

Устройство, принцип работы симистора и сферы применения

Симистор — это полупроводниковый механизм. Он представляет собой трехполюсное приспособление на базе полупроводников. Такое устройство содержит 3 вывода: вывод Т1 и Т2 считаются силовыми электродами и делятся по полярности подсоединения на анод и катод; вывод G считается управляющим электродом либо затвором, даёт возможность реализовывать управление симистором.

Конструкция и принцип работы

Структура симметричного тиристора складывается из пластинки, состоящей из поочередных слоёв с электропроводами p- и n- вида и из контактов электродов главного и управляющего действия.

Всего в структуре полупроводника находится 5 слоёв p- и n-вида. Область между пластами именуется p-n-переходом, который владеет нелинейной ВАХ с незначительным противодействием в противоположном направлении, где минус — это n-прослойка, а плюс — p-прослойка и высочайшее значение сопротивления в обратном направлении. Пробой p-n-перехода происходит при напряжениях в несколько тысяч вольт.

Во время введения механизма в прямолинейном направлении в работу входит правая половина структуры. Левосторонняя область структуры выключена, она считается для тока с обладанием весьма высоким противодействием.

Характеристики симметричного тиристора динамического и постоянного плана при его воздействии в прямом направлении, при поступлении позитивного управляющего сигнала отвечают аналогичным данным тиристора, работающего в непосредственном направлении.

Как работает симистор? Принцип работы устройства основан на прохождении электросигнала в двух направленностях. Это даёт возможность применять симисторы в качестве электрического реле в различных схемах, где необходимо корректировать нагрузку или проход тока по цепи. Одним из бесспорных превосходств симметричного тиристора считается и тот факт, что для предоставления проходного канала не требуется присутствие постоянного уровня напряжения в управляющем ключе. Нужно только наличие его не выше определённого уровня, в зависимости от использования.

Виды

Говоря о видах устройств, необходимо принять тот факт, что это симистор считается одним из типов тиристоров. Если существуют различия по работе, в таком случае и тиристор можно представить своего рода разновидностью симистора. Отличия заключаются в управляющем катоде и в разных принципах работы данных тиристоров.

Импортные устройства обширно представлены на российском рынке. Их главное отличие от российских симисторов заключается в том, что они не требуют заблаговременной настройки в самой схеме. Это даёт возможность экономить детали и место в печатной плате. Как правило, они начинают работать одновременно уже после введения в схему. Необходимо только точно выбрать нужный симистор по всем необходимым данным.

Плюсы и минусы

После того как мы сориентировались, что такое симистор, давайте исследуем плюсы и минусы этого управляющего устройства.

К плюсам причисляют:

  1. В устройстве отсутствуют механические контакты.
  2. Продолжительный период эксплуатации, при этом поломки почти не происходят.
  3. Принцип работы устройств исключает искрение во время эксплуатации даже при наибольших мощностях проходящего тока.
  4. Низкая стоимость.

Но, как и каждое приспособление, симметричные тиристоры не лишены минусов:

  1. Существенное тепловыделение во время работы.
  2. Восприимчивость к электромагнитным помехам и шумам.
  3. Неумение работать при значительных частотах переменчивого тока.
  4. Падение напряжения до 2-х вольт в устройстве, пребывающем в открытом состоянии. При этом этот коэффициент не зависит от силы проходящего тока. Этот фактор считается препятствием для использования симисторов в маломощных конструкциях.

В то же время симметричные тиристоры при наибольших токах нагреваются, что потребует использования приспособлений для остывания корпуса. В индустрии встречается охлаждение мощных устройств активным методом — при поддержке вентилятора.

Развитие технологий

Особенностью 4-квадрантных симметричных тиристоров считается их ложное включение, что может послужить причиной к выходу из строя. Это требует использования дополнительной предохранительной цепочки, содержащей разнообразные компоненты.

Относительно недавно были изобретены 3-х-квадрантные приборы, какие обладают нужными достоинствами:

  1. За счёт снижения числа требуемых компонентов, плата сделалась ещё более малогабаритной.
  2. Как следствие, понижение потерь усилия и снижение стоимости готового продукта.
  3. При отсутствии демпфера и дросселя стало возможно применять симметричные тиристоры в цепях с высокой частотой.

А также упрощение схемы разрешило применять 3-х-квадрантный симистор в нагревательных устройствах: подобная система меньше нагревается и не реагирует на находящуюся вокруг температуру.

Сфера использования

Принцип работы и малогабаритные размеры симисторов дают возможность использовать их почти повсюду

. В самом начале собственного возникновения механизмы применялись при конструировании сильных трансформаторов и заправочных приборов.

На сегодняшний день с формированием производства маленьких полупроводников тиристоры стали компактнее, что даёт возможность применять их в наиболее разных конструкциях и областях.

Симистор является настолько гибким и многоцелевым механизмом, что благодаря его свойству происходит переключение в проводящее положение запускаемым импульсом с позитивным либо негативным знаком, который не зависит от ключа, выражающего свойства моментальной полярности. По сущности наименования анод и катод для прибора не имеют актуальности.

Симистор используют в качестве твердотельного реле. Для него свойственно небольшое значение отправного тока, необходимого для перегрузки с большими токами. Функции ключа в этом устройстве может исполнять переключатель либо обладающее большой чувствительностью реле и другие контактные пары с током до 50 мА, при этом размер тока перегрузки может ограничиваться только признаками, на которые рассчитан симистор.

Не менее обширно применение симистора в качестве регулятора освещения и управления быстротой верчения электромотора. Схема построена на применении запускающих компонентов, какие формируются RC-фазовращателем, а потенциометр регулирует освещённость, и резистор предназначается для ограничения тока перегрузки. Развитие импульсов производится с поддержкой динистора. Уже после пробоев в динисторе, который происходит в результате разницы потенциалов на конденсаторе, импульс разрядов конденсатора, возникающий моментально, включает симистор.

В индустрии мощные приборы применяются для управления станками, насосами и иным электрооборудованием, в каком месте необходимо плавное изменение протекающего тока. В быту использование симисторов ещё более широко:

  1. Это почти весь инструмент: от ручной дрели и шуруповерта вплоть до зарядного устройства для автоаккумуляторов.
  2. Многочисленные домашние электроприборы: пылесосы, вентиляторы, фены и так далее.
  3. В домашних компрессорных конструкциях — кондиционерах и холодильниках.
  4. Электронагревательные приборы: камины, духовки, СВЧ печи.

Повсеместное использование приборов стало толчком для исследования диммеров — популярного на сегодняшний день устройства для мягкой регулировки освещения. Принцип работы автоматического диммера основан на применении симистора.

Ограничения при использовании

Симистор прикладывает несколько ограничений при применении, в частности, при индуктивной перегрузке. Ограничения затрагивают скорости перемены напряжения (dV/dt) между анодами симистора и быстроты изменения рабочего тока di/dt.

Действительно, в период перехода симистора с замкнутого положения в проводящее состояние внешней цепью может быть обусловлен значительный ток. В таком случае период моментального падения усилия в выводе симистора не происходит. Таким образом, одновременно будут присутствовать напряжённость и ток, развивающие моментальную мощность, что может достичь существенных величин.

Энергия, растерянная в малом пространстве, активизирует внезапное увеличение температуры р-п переходов. В случае если критическая температура будет завышена, произойдёт разрушение симистора, вызванное излишней скоростью нарастания тока di/dt.

Кроме того, ограничения распространяются на изменения усилия 2-ух категорий: в dV/dt применительно к замкнутому симистору и в открытом симисторе (последнее, кроме того, именуется быстротой переключения).

Чрезмерная быстрота нарастания усилия, вложенного между заключениями А1 и А2 зарытого симистора, может спровоцировать его открытие при нехватке сигнала в управляющем электроде. Это проявление вызывается внутренней ёмкостью симистора. Электроток заряда этой ёмкости может быть необходимым для отпирания симистора.

Однако не это считается главной предпосылкой несвоевременного раскрытия. Максимальная величина dV/dt при переключении симистора, как принцип, очень незначительна, и очень быстрое изменение усилия в выводах симистора в период его запирания может сразу же спровоцировать за собою новое включение. Подобным образом, симистор опять отпирается, в то время как должен закрыться.

Проверка симисторов

Любой, даже наиболее надёжный прибор может выйти из строя. Не исключение и симистор. По этой причине немаловажно понимать, как можно проконтролировать его на работоспособность, для того чтобы осуществить его замену. Для этого можно применять 2 способа.

Первый способ состоит в применении 2-ух аналоговых омметров. Следующие измерения выполняют следующим способом:

  1. Щупы 1 омметра подсоединяют к катоду и аноду симистора. Будет комфортнее, если щупы закрепить зажимами, для того чтобы они не прыгали. В случае если ввести устройство, сопротивление станет весьма обширно: указатель будет «лежать»;
  2. Щупы 2 омметра подсоединяют следующим способом: единственный щуп закрепляется на аноде, а другим щупом дотрагиваются до управляющего электрода.

Если соразмерный тиристор исправен, то произойдёт его раскрывание, а противодействие в первом омметре опустится до нескольких ом.

Второй способ контроля предполагает прозвонку мультиметром. Для того чтобы измерения были надёжными, переключатель тестера устанавливается в положение «проверка диодов». Потом измерительные щупы закрепляются в аноде и катоде. В случае со щупами-иглами можно применять переходник с проволоки. В отличие от омметра, мультиметр продемонстрирует противодействие равное 1. Потом тонкой проволокой запираем отрицательный электрод и затвор. Случится отпирание полупроводника, и в экране тестера отобразится реальное противодействие симистора.

Как работает симистор для чайников

Симметричный тиристор

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

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

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

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

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

Вот таким образом симистор изображается на принципиальных схемах.

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

А это эквивалентная схема симистора выполненного на двух тиристорах.

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

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

Как работает симистор?

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

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


Симисторный регулятор мощности

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

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

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

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

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

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

К недостаткам можно отнести:

Симистор весьма чувствителен к перегреву и монтируется на радиаторе.

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

Реагирует на внешние электромагнитные помехи, что вызывает ложное срабатывание.

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

Основные параметры симистора.

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

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

В импульсном режиме напряжение точно такое же.

Максимальный ток в открытом состоянии – 5А.

Максимальный ток в импульсном режиме – 10А.

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

Наименьший импульсный ток – 160 мА.

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

Открывающее напряжение при токе 160 мА – 5 V.

Время включения – 10 мкс.

Время выключения – 150 мкс.

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

Оптосимистор.

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


Оптосимистор MOC3023


Устройство оптосимистора

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

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

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

Ну что ж! На предыдущей странице мы достаточно плотно обсудили свойства и характеристики полупроводникового прибора под названием тиристор, неуважительно обозвали его «довольно архаичным», пришло время выдвигать внятную альтернативу.
Симистор пришёл на смену рабочей лошадке-тиристору и практически полностью заменил его в электроцепях переменного тока.
История создания симистора также не нова и приходится на 1960-е годы, причём изобретён и запатентован он был в СССР группой товарищей из Мордовского радиотехнического института.

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

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

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

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

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


Рис.2

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

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

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

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

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

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

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


Рис.3

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

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

При действии отрицательной полуволны принцип работы устройства аналогичен.

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

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

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

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

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

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

Что такое симистор?

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

Описание принципа работы и устройства

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

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

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

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

Рис. 2. Структурная схема симистора

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

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

ВАХ симистора

Обозначение:

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

Особенности

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

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

В число недостатков приборов входят следующие особенности:

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

Симистор с креплением под радиатор

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

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

RC-цепочка для защиты симистора от помех

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

Применение

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

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

И это далеко не полный перечень.

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

Как проверить работоспособность симистора?

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

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

Алгоритм проверки омметром:

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

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

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

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

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

Схема простого тестера для симисторов

Обозначения:

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

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

Алгоритм проверки:

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

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

Схема для проверки тиристоров и симисторов

Обозначения:

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

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

Тестирование тринисторов производится следующим образом:

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

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

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

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

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

Схема управления мощностью паяльника

В завершении приведем простую схему, позволяющую управлять мощностью паяльника.

Простой регулятор мощности для паяльника

Обозначения:

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

Приведенная схема настолько простая, что не требует настройки.

Теперь рассмотрим более изящный вариант управления мощностью паяльника.

Схема управления мощностью на базе фазового регулятора

Обозначения:

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

Настройка схемы сводится к подбору следующих сопротивлений:

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

Симистор — устройство и принцип работы прибора

Все радиолюбители, профессиональные электрики и техники, которые ежедневно имеют дело с электрическими цепями и схемами, так или иначе сталкиваются и активно используют при своей работе полупроводниковые элементы. Все они функционируют благодаря так называемым n-p и p-n-переходам, в которых электроны вступают во взаимодействие с дырками.

В самом элементарном диоде насчитывается два слоя и p-n-переход, у биполярного транзистора их уже три, а перехода оба вида. Так вот, если к биполярному добавить еще один слой, то получится уже другой полупроводниковый прибор, именуемый тиристором.

Что такое симистор

А дальше, если один тиристор подключить с другим параллельно, то выйдет уже некая симметричная фигура двух тиристоров. Вот это и есть симметричный тиристор или другими словами, симистор. В зарубежной литературе и практике больше известен под названием TRIAC.

ТРИАК имеет один управляющий и два дополнительных силовых вывода, они же электроды. На схемах главный именуется «затвором» и обозначен буквой G. Электроды силовые отмечены указателями Т1, Т2. Реже А и А1, А 1 и А2.

Стоит отметить, что тиристор такого типа в зарубежных трудах и технике – довольно редкий гость, в схемах используется нечасто. Скорее всего, из-за того, что он был придуман и получил патент на советских просторах, от чего в Европе и Америке не нашел широкого применения и распространения.

Принцип работы: как работает симистор

Уникальность такого устройства заключается в том, что анода и катода в привычном понимании относительно использования в электросхемах, тут нет. Хотя в схеме они присутствуют. Просто становятся крайне похожими друг на друга, ведь катод и анод одновременно могут иметь свойства каждого из них. То есть любой электрод данного прибора не имеет конкретного заряда. Так и выходит, что в симисторе электрический ток проходит не в одном, а сразу в двух направлениях! Что делает его незаменимым в схемах, где участвует переменный ток.

Например, в автоматическом регуляторе мощности, которые используются в любом источнике света, кондиционере или электроинструменте, симистор работает в такой схеме. Начав получать напряжение из электросети, в приборе только один силовой электрод срабатывает и получает переменное напряжение. А управляющий вывод с диодного моста получает отрицательное напряжение управления. Если включение станет чрезмерным, то симметрический тиристор сработает на открытие и отправит ток в нагрузку. Как только на входе прибора изменится полярность напряжения, он перестанет работать на открытие. Этот процесс зацикливается и повторяется снова и снова.

Из этого получается, что скорость включения симистора напрямую зависит от величины управляющего напряжения. И если оно уменьшается, то стихают и импульсы на нагрузке. А в целом, напряжение, после прохождения данного ТРИАКа, становятся регулируемыми в части импульсов и исходят в диапазоне, схожим на присущей пиле. На практике такая способность регулировки напряжения управления в симисторе дает возможность влиять и настраивать диапазон температур на острие электропаяльника или же яркость светодиодной ленты. Поэтому, например, целесообразно симметрический тиристор использовать в устройстве по регулировке яркости светодиодных лампочек, лент, модулей и прожекторов, который называется диммером.

Схемы управления симисторами

Большим преимуществом данного устройства является его возможность одновременно управлять как положительным зарядом тока, так и отрицательным. Это дает возможность говорить сразу о четырех его основных режимах работы, то есть управляющее напряжение, относительно каждой своей полярности, может разбиваться на четыре сектора работы.

Так, например, существует отдельная схема на случай, чтобы симистор не открылся случайно, а не, как положено, в момент избыточного включения. В ней между двумя силовыми электродами вводится так называемая RC-цепочка. Номинальное значение сопротивления в ее резисторе под названием R1 варьируется в пределах от пятидесяти и до 470 Ом, а конденсатора с маркировкой С1 – в величинах 0,01- 0,1 мкф. Случается, что данные показатели доводится подбирать экспериментальным путем.

Маркировка симисторов

Различают довольно много маркировок данных симметричных тиристоров, которые зависят от ряда его основных параметров. Например, в широком ассортименте в интернет-магазинах электроники и в целом на рынке подобных комплектующих можно встретить модели типа:

  • BT131-600
  • BT134-600
  • BT137-600E
  • BT138-600
  • BTA16-600B
  • MAC08MTI
  • BTB12-800CWRG
  • BTA140-600
  • BTA41-600BRG
  • BTA41-600 и прочие.

Например, модель BTA24-600B – стандартный, не оснащенный снаббером. Этот элемент необходимо устанавливать внешне и отдельно.
Отдельно стоит остановиться на таком понятии как корпус симистора. В современных моделях различают такие основные пластиковые корпусы как:

  • D-PAK
  • DO-35
  • M1
  • SOT-223
  • TO-126
  • TO-220
  • TO-247AC
  • TO-92
  • TOP-3

К числу основных параметров, которые следует использовать для обозначения характеристик устройства относятся показатели максимального обратного напряжения, максимальные значения тока в открытом положении и в импульсном режиме, самого малого значения тока в постоянном режиме, которого достаточно для открытия симистора, как и наименьшего импульсного тока.

Важно учитывать, какие показатели напряжения в открытом режиме могут определяться при разных значениях тока, например, 160 ампер и 300 ампер. В таком случае, они оба должны быть пропорциональны друг другу, то есть ток при 160 амперах, быть равным 5 вольтам, а при 300 амперах – 2,5 вольтам, т.е. идти на понижение.

У симисторов огромная разница во времени, когда происходит включение и выключение. Так, в среднем оно может у одной и той же модели быть, допустим, 10 микросекунд на включение и 150 микросекунд на выключение. Одним словом, здесь срабатывает принцип, когда напряжение и сила тока экспотенциальны – чем выше второе, тем меньше первое. Принцип работает и в обратном положении данных величин.

В целом TRIAC при вхождении в цепь, может выполнять функции как электровыключателя, так и реле. В таком случае, его достоинства являются существенными:

  • Низкая цена;
  • Длительный срок эксплуатации в отличие от электромеханических приборов;
  • Бесконтактный метод работы, а значит отсутствие дребезжания и искрения.

Однако эти полупроводниковые схемы имеют и свои негативные стороны, которых следует активно избегать:

  • Небольшой диапазон рабочих температур, из-за чего возможен перегрев (поэтому они устанавливаются на радиаторах вплотную)
  • Невозможность использования при высокочастотном режиме, поскольку по длительному разрыву между временем открытия и закрытия они не успевают правильно отреагировать на высокую частотность
  • Чувствителен к электромагнитному излучению, реагирует ложным открыванием, что ограничивает сферу его использования
Как проверить работоспособность симистора

Чтобы правильно осуществить проверку на работоспособность данное устройство, необходимо оснаститься специальным тестером или мультиметром. Последний за счет работы сразу в нескольких режимах сможет определить вольтаж, величину сопротивления и количество ватт, при том как в переменной области исследований, так и в постоянной.

Первый способ проверки эксплуатационных характеристик симметричного тиристора основан на показаниях мультиметра, который переведен в режим омметра. Необходимо попарно подключить выходы мультиметра к контактам ТРИАКа и измерить их в обычном положении. При этом сопротивление должно выдавать свои максимальные показатели, то есть стремиться к бесконечности. В цифровых мультиметрах это визуализируется как увеличение цифрового значения на экране прибора рывкообразно, а на аналоговом – стрелка плавно, но устойчиво будет отклоняться на радиально-линейной шкале вправо до упора. Если это случилось, то необходимо к электроду управления такого тиристора присоединить анод. Анод сработает на открытие радиодетали, а сопротивление устремиться к нулю. В такой случае, скорее всего, симмистор полностью рабочий.

Другой способ подойдет для тех, у кого под рукой не оказалось мультиметра. Тогда понадобится тестер, типа для определения фазы и нуля в цепи, и аккумуляторная пальчиковая батарейка или любой другой элемент, осуществляющий питание электронных устройств. Сначала соединяем контакты тестера и ТРИАКа. Если все хорошо, то световой сигнал лампы контроля на тестере не сработает. Затем с батарейки подаем напряжение между управляющим и силовыми выводами. Полярность тестера и рабочего электрода должны совпасть, а лампа контроля загореться. Если ток удержания в переходе нашего двойного тиристора достаточен, то лампочка не потухнет и после отключения батарейки, только если выключить сам тестер.

Область применения симисторов

Они используются в сфере эксплуатационных элементов на железных дорогах, а именно в релейных шкафах, схемах электрической централизации стрелок и устройств, в области сигнализации и связи, регулируют железнодорожные переезды и световые головки светофоров, используются в радиотехнике, например, в электропаяльниках, вентиляторах, обогревателях.

Даже после выхода из строя, можно, заменив часть устройства, продолжать его использовать еще долгие годы, пока маркировки и совсем не станет видно. В виду надежности применимы в промышленности и транспорта для сигнализации, централизации и блокировки сигналов от устройств.

Опубликовано: 2020-06-11 Обновлено: 2021-08-30

Автор: Магазин Electronoff

ПОДХОДЯЩИЕ ТОВАРЫ

Поделиться в соцсетях

принцип действия, применение, устройство и управление ими

Из статьи вы узнаете о том, что такое симистор, принцип работы этого прибора, а также особенности его применения. Но для начала стоит упомянуть о том, что симистор – это то же, что и тиристор (только симметричный). Следовательно, не обойтись в статье без описания принципа функционирования тиристоров и их особенностей. Без знания основ не получится спроектировать и построить даже простейшую схему управления.

Тиристоры

Тиристор является переключающим полупроводниковым прибором, который способен пропускать ток только в одном направлении. Его нередко называют вентилем и проводят аналогии между ним и управляемым диодом. У тиристоров имеется три вывода, причем один – это электрод управления. Это, если выразиться грубо, кнопка, при помощи которой происходит переключение элемента в проводящий режим. В статье будет рассмотрен частный случай тиристора – симистор — устройство и работа его в различных цепях.

Тиристор – это еще выпрямитель, выключатель и даже усилитель сигнала. Нередко его используют в качестве регулятора (но только в том случае, когда вся электросхема запитывается от источника переменного напряжения). У всех тиристоров имеются некоторые особенности, о которых нужно поговорить более подробно.

Свойства тиристоров

Среди огромного множества характеристик этого полупроводникового элемента можно выделить самые существенные:

  1. Тиристоры, подобно диодам, способны проводить электрический ток только в одном направлении. В этом случае они работают в схеме, как выпрямительный диод.
  2. Из отключенного во включенное состояние тиристор можно перевести, подав на управляющий электрод сигнал с определенной формой. Отсюда вывод – у тиристора как у выключателя имеется два состояния (причем оба устойчивые). Таким же образом может функционировать и симистор. Принцип работы ключа электронного типа на его основе достаточно прост. Но для того чтобы произвести возврат в исходное разомкнутое состояние, необходимо, чтобы выполнялись определенные условия.
  3. Ток сигнала управления, который необходим для перехода кристалла тиристора из запертого режима в открытый, намного меньше, нежели рабочий (буквально измеряется в миллиамперах). Это значит, что у тиристора есть свойства усилителя тока.
  4. Существует возможность точной регулировки среднего тока, протекающего через подключенную нагрузку, при условии, что нагрузка включена с тиристором последовательно. Точность регулировки напрямую зависит от того, какая длительность сигнала на электроде управления. В этом случае тиристор выступает в качестве регулятора мощности.

Тиристор и его структура

Тиристор – это полупроводниковый элемент, который имеет функции управления. Кристалл состоит из четырех слоев р и п типа, которые чередуются. Так же точно построен и симистор. Принцип работы, применение, структура этого элемента и ограничения в использовании рассмотрены детально в статье.

Описанную структуру еще называют четырехслойной. Крайнюю область р-структуры с подключенным к ней положительной полярности выводом источника питания, называют анодом. Следовательно, вторая область п (тоже крайняя) – это катод. К ней приложено отрицательное напряжение источника питания.

Какими свойствами обладает тиристор

Если провести полный анализ структуры тиристора, то можно найти в ней три перехода (электронно-дырочных). Следовательно, можно составить эквивалентную схему на полупроводниковых транзисторах (полярных, биполярных, полевых) и диодах, которая позволит понять, как ведет себя тиристор при отключении питания электрода управления.

В том случае, когда относительно катода анод положительный, диод закрывается, и, следовательно, тиристор тоже ведет себя аналогично. В случае смены полярности оба диода смещаются, тиристор также запирается. Аналогичным образом функционирует и симистор.

Принцип работы на пальцах, конечно, объяснить не очень просто, но мы попробуем сделать это далее.

Как работает отпирание тиристора

Для понимания принципа работы тиристора нужно обратить внимание на эквивалентную схему. Она может быть составлена из двух полупроводниковых триодов (транзисторов). Вот на ней и удобно рассмотреть процесс отпирания тиристоров. Задается некоторый ток, который протекает через электрод управления тиристора. При этом ток имеет смещение прямой направленности. Этот ток считается базовым для транзистора со структурой п-р-п.

Поэтому в коллекторе ток у него будет больше в несколько раз (необходимо значение тока управления умножить на коэффициент усиления транзистора). Далее можно видеть, что это значение тока базовое для второго транзистора со структурой проводимости р-п-р, и он отпирается. При этом коллекторный ток второго транзистора будет равен произведению коэффициентов усиления обоих транзисторов и первоначально заданного тока управления. Симисторы (принцип работы и управление ими рассмотрены в статье) обладают аналогичными свойствами.

Далее этот ток необходимо суммировать с ранее заданным током цепи управления. И получится именно то значение, которое необходимо, чтобы поддерживать первый транзистор в отпертом состоянии. В том случае, когда ток управления очень большой, два транзистора одновременно насыщаются. Внутренняя ОС продолжает сохранять свою проводимость даже тогда, когда исчезает первоначальный ток на управляющем электроде. Одновременно с этим на аноде тиристора обнаруживается довольно высокое значение тока.

Как отключить тиристор

Переход в запертое состояние тиристора возможен в том случае, если к электроду управления открытого элемента не прикладывается сигнал. При этом ток спадает до определенной величины, которая называется гипостатическим током (или током удержания).

Тиристор отключится и в том случае, если произойдет размыкание в цепи нагрузки. Либо когда напряжение, которое прикладывается к цепи (внешней), меняет свою полярность. Это происходит под конец каждого полупериода в случае, когда питается схема от источника переменного тока.

Когда тиристор работает в цепи постоянного тока, запирание можно осуществить при помощи простого выключателя или кнопки механического типа. Он соединяется с нагрузкой последовательно и применяется для обесточивания цепи. Аналогичен и принцип работы регулятора мощности на симисторе, правда, имеются в схеме некоторые особенности.

Способы отключения тиристоров

Но можно выключатель соединить параллельно, тогда с его помощью происходит шунтирование тока анода, и тиристор переводится в запертое состояние. Некоторые виды тиристоров могут включаться повторно, если разомкнуть контакты выключателя. Объяснить это можно тем, что во время размыкания контактов паразитные емкости переходов тиристора накапливают заряд, создавая тем самым помехи.

Поэтому желательно располагать выключатель так, чтобы он находился между катодом и электродом управления. Это позволит гарантировать, что тиристор отключится нормально, а удерживающий ток отсечется. Иногда для удобства и повышения быстродействия и надежности применяют вместо механического ключа вспомогательный тиристор. Стоит отметить, что работа симистора во многом схожа с функционированием тиристоров.

Симисторы

А теперь ближе к теме статьи – нужно рассмотреть частный случай тиристора – симистор. Принцип работы его схож с тем, что был рассмотрен ранее. Но имеются некоторые отличия и характерные особенности. Поэтому нужно поговорить о нем более подробно. Симистор представляет собой прибор, в основе которого находится кристалл полупроводника. Очень часто используется в системах, которые работают на переменном токе.

Самое простое определение этого прибора – выключатель, но управляемый. В запертом состоянии он работает точно так же, как и выключатель с разомкнутыми контактами. При подаче сигнала на электрод управления симистора происходит переход прибора в открытое состояние (режим проводимости). При работе в таком режиме можно провести параллель с выключателем, у которого контакты замкнуты.

Когда сигнал в цепи управления отсутствует, в любой из полупериодов (при работе в цепях переменного тока) происходит переход симистора из режима открытого в закрытый. Симисторы широко используются в режиме релейном (например, в конструкциях светочувствительных выключателей или термостатов). Но они же нередко применяются и в системах регулирования, которые функционируют по принципам фазового управления напряжения на нагрузке (являются плавными регуляторами).

Структура и принцип работы симистора

Симистор – это не что иное, как симметричный тиристор. Следовательно, исходя из названия, можно сделать вывод – его легко заменить двумя тиристорами, которые включаются встречно-параллельно. В любом направлении он способен пропустить ток. У симистора имеется три основных вывода – управляющий, для подачи сигналов, и основные (анод, катод), чтобы он мог пропускать рабочие токи.

Симистор (принцип работы для «чайников» этого полупроводникового элемента предоставлен вашему вниманию) открывается, когда на управляющий вывод подается минимальное необходимое значение тока. Или в том случае, когда между двумя другими электродами разность потенциалов выше предельно допустимого значения.

В большинстве случаев превышение напряжения приводит к тому, что симистор самопроизвольно срабатывает при максимальной амплитуде питающего напряжения. Переход в запертое состояние происходит в случае смены полярности или при уменьшении рабочего тока до уровня ниже, чем ток удержания.

Как отпирается симистор

При питании от сети переменного тока происходит смена режимов работы за счет изменения полярности у напряжения на рабочих электродах. По этой причине в зависимости от того, какая полярность у тока управления, можно выделить 4 типа проведения этой процедуры.

Допустим, между рабочими электродами приложено напряжение. А на электроде управления напряжение по знаку противоположно тому, которое приложено к цепи анода. В этом случае сместится по квадранту симистор — принцип работы, как можно увидеть, довольно простой.

Существует 4 квадранта, и для каждого из них определен ток отпирания, удерживающий, включения. Отпирающий ток необходимо сохранять до той поры, покуда не превысит в несколько раз (в 2-3) он значение удерживающего тока. Именно это и есть ток включения симистора – минимально необходимый ток отпирания. Если же избавиться от тока в цепи управления, симистор будет находиться в проводящем состоянии. Причем он в таком режиме будет работать до той поры, покуда ток в цепи анода будет больше тока удержания.

Какие накладываются ограничения при использовании симисторов

Его сложно использовать, когда нагрузка индуктивного типа. Скорость изменения напряжения и тока ограничивается. Когда симистор переходит из запертого режима в открытый, во внешней цепи возникает значительный ток. Напряжение не падает мгновенно на силовых выводах симистора. А мощность будет мгновенно развиваться и достигает довольно больших величин. Та энергия, которая рассеивается, за счет малого пространства резко повышает температуру полупроводника.

В случае превышения критического значения происходит разрушение кристалла, ввиду чрезмерно быстрого нарастания силы тока. Если к симистору, который находится в запертом состоянии, приложить некоторое напряжение и резко его увеличить, то произойдет открытие канала (при отсутствии сигнала в цепи управления). Такое явление можно наблюдать по причине того, что происходит накапливание заряда внутренней паразитной емкостью полупроводника. Причем ток заряда имеет достаточное значение, чтобы отпереть симистор.

Как управлять симистором

Симистор — полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока.

С целью коммутации нагрузок в цепях переменного тока удобно использовать симисторы, представляющие собой разновидность тиристора, однако отличающиеся от тиристора возможностью в открытом состоянии проводить ток обоих направлений.

Первые конструкции симисторов рассматривались уже в 1963 году, тогда например Мордовский научно-исследовательский электротехнический институт уже подал заявку на патент на симметричный тиристор (Патент SU 349356 A, Думаневич А.Н. и Евсеев Ю.А.), а General Electric занимались коммерческим внедрением того же изделия под названием «Triac» на западе.

Тогда как у тиристора имеются четко определенные катод, анод и управляющий электрод, у симистора катод и анод в процессе его работы меняются местами, в зависимости от направления тока в текущий момент.

Безусловно, сигнал на управляющий электрод (затвор) симистора подается всегда относительно конкретного условного катода, но ток через открытый симистор может течь в любом направлении, и в этом смысле симистор в открытом состоянии можно рассматривать как два диода, включенные встречно-параллельно.

Симистор отличается пятислойной структурой полупроводника. Эквивалентно более точно его можно представить в виде двух триодных тиристоров, включённых встречно-параллельно, причем управляющий электрод, в отличие от тиристора, здесь только один.

Чтобы управлять мощной нагрузкой, симистор, подобно выключателю, включают в цепь нагрузки последовательно. И тогда: в закрытом состоянии симистор будет закрыт, нагрузка окажется обесточена, а при подаче отпирающего напряжения на управляющий электрод симистора, между основными электродами симистора появится проводимость — через нагрузку потечет ток. Причем ток может течь через открытый симистор в любом направлении, не то что у тиристора.

Для удержания симистора в открытом состоянии нет необходимости удерживать сигнал управления на управляющем электроде, достаточно подать сигнал, после чего ток установится и будет продолжать течь — в этом отличие симистора от транзистора. Когда же ток через симистор (через цепь нагрузки) станет ниже тока удержания (для переменного тока — в момент перехода тока через ноль), симистор закроется, и для его отпирания потребуется снова подать отпирающий сигнал на управляющий электрод.

Полярность управляющего напряжения, подаваемого на управляющий электрод симистора, может либо быть отрицательной, либо совпадать с полярностью напряжения, приложенного к условному аноду. По этой причине популярно такое управление, когда сигнал управления подается прямо с условного анода через ограничительную цепь и выключатель, — просто задается ток достаточный для отпирания симистора.

Из-за глубокой положительной обратной связи, например при индуктивной нагрузке, высокие скорости изменения напряжения или тока симистора могут привести к несвоевременному отпиранию симистора, и к большой мгновенной мощности, которая будет быстро рассеяна на кристалле, и окажется способна разрушить его. Для защиты от вредных выбросов, параллельно симистору в некоторых схемах ставят варистор, а для защиты от высоких значений dU/dt – применяют RC-снабберы.

Применение симистора вместо реле:

Симисторные регуляторы мощности для управления различными мощными нагрузками в цепях переменного тока очень популярны сегодня. Такие регуляторы для ламп называются диммерами, а регуляторы для разных инструментов, для коллекторных двигателей — просто симисторными регуляторами. Схемы их довольно компактны и просты, ведь на управляющий электрод симистора достаточно периодически подавать 0,7 вольт при токе порядка 10 мА, что легко реализуется при помощи RC-цепочки, а в более сложном виде — на базе ШИМ-контроллера, на том же 555 таймере.

Ранее ЭлектроВести писали, что компании Enel Energía Mexico (EEM) и Heineken Mexico подписали соглашение, согласно которому в течение 10 лет пивоваренная компания будет получать электроэнергию, выработанную на ветряных и солнечных электростанциях Enel Green Power. Поставляемая электроэнергия будет использоваться для обеспечения работы пивоваренного завода, расположенного в городе Меоки (штат Чиуауа, Мексика).

По материалам: electrik.info.

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

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

Тиристоры

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

Открытое состояние тиристора

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

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

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

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

Во избежание ложных срабатываний можно посоветовать следующие рекомендации:

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

Коммутация тиристора

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

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

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

Триаки (симисторы)

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

Состояние проводимости

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

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

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

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

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

Ложные срабатывание триака

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

1. Уменьшение шумовых сигналов затвора

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

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

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

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

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

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

На параметр dVCOM/dt влияют два условия:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

5. Превышение повторяющегося пикового напряжения в закрытом состоянии VDRM

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

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

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

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

Состояние проводимости, dI

T/dt

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

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

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

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

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

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

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

Отключение

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

Некоторые особенности триаков Hi-Com

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

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

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

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

Способы монтажа триаков

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

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

Фиксация к теплоотводу зажимом

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

Фиксация к теплоотводу при помощи винта

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

Тепловое сопротивление

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

Для прибора, установленного вертикально без радиатора, тепловое сопротивление задается тепловым сопротивлением «переход — окружающая среда» Rth = Rth j–a.

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

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

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

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

Расчет теплового сопротивления

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

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

Используя уравнение теплового сопротивления, данное выше, получаем:

Максимально допустимая температура перехода будет достигнута, когда Tj достигает Tj max при самой высокой температуре окружающей среды. Это дает нам T.

Полное тепловое сопротивление

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

Номенклатура и корпуса

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ТРИАК: Что это? (Определение, работа и применение)

Что такое симистор?

Симистор определяется как трехконтактный переключатель переменного тока, который отличается от других кремниевых выпрямителей в том смысле, что он может проводить в обоих направлениях, независимо от того, будет ли подаваемый сигнал затвора положительным или отрицательным. Таким образом, это устройство может использоваться для систем переменного тока в качестве выключателя.

Это трехконтактное четырехслойное двунаправленное полупроводниковое устройство, контролирующее мощность переменного тока.На рынке доступен симистор максимальной мощностью 16 кВт.


На рисунке показан символ симистора, который имеет два основных вывода MT 1 и MT 2 , соединенных в обратном порядке, и вывод затвора.

Конструкция симистора

Два тиристора подключены обратно параллельно клемме затвора как общие. Клеммы затвора подключены как к областям N, так и к P, благодаря чему сигнал затвора может подаваться независимо от полярности сигнала.Здесь у нас нет анода и катода, поскольку он работает для обеих полярностей, что означает, что устройство двустороннее. Он состоит из трех клемм, а именно: основной клеммы 1 (MT 1 ), основной клеммы 2 (MT 2 ) и клеммы затвора G.


На рисунке показана конструкция симистора. Есть два основных терминала, а именно MT 1 и MT 2 , а оставшийся терминал — это терминал ворот.

Работа симистора

Симистор можно включить, приложив напряжение затвора выше, чем напряжение отключения.Однако, не создавая высокого напряжения, его можно включить, применив стробирующий импульс длительностью 35 микросекунд. Когда приложенное напряжение меньше напряжения отключения, мы используем метод запуска затвора, чтобы включить его.
Существует четыре различных режима работы:

  1. Когда MT 2 и затвор положительный по отношению к MT 1
    Когда это происходит, ток течет по пути P 1 -N 1 2 2 .Здесь P 1 -N 1 и P 2 -N 2 смещены в прямом направлении, но N 1 -P 2 смещены в обратном направлении. Говорят, что симистор работает в положительно смещенной области. Положительный затвор по отношению к MT 1 смещается вперед P 2 -N 2 и происходит пробой.
  2. Когда MT 2 положительный, но затвор отрицательный относительно MT 1
    Ток течет по пути P 1 -N 1 -P 2 -N 2 .Но P 2 -N 3 имеет прямое смещение, и носители тока вводятся в P 2 на симисторе.
  3. Когда MT 2 и Gate отрицательны по отношению к MT 1
    Ток течет по пути P 2 -N 1 -P 1 -N 4 . Два перехода P 2 -N 1 и P 1 -N 4 смещены в прямом направлении, а переход N1-P1 смещен в обратном направлении. Считается, что симистор находится в отрицательно смещенной области.
  4. Когда MT 2 отрицательный, но затвор положительный относительно MT 1
    P 2 -N 2 в этом состоянии смещен вперед. Вводятся носители тока, поэтому симистор включается. Этот режим работы имеет недостаток, заключающийся в том, что его не следует использовать для цепей с высоким (di / dt). Чувствительность запуска в режимах 2 и 3 высока, и если требуется предельная способность запуска, следует использовать отрицательные импульсы затвора. Срабатывание в режиме 1 более чувствительно, чем в режиме 2 и режиме 3.

Характеристики симистора

Характеристики симистора аналогичны характеристикам тиристора, но применимы как для положительного, так и для отрицательного напряжения симистора. Операцию можно резюмировать следующим образом:

Работа симистора в первом квадранте

Напряжение на выводе MT 2 положительно по отношению к выводу MT 1 , а напряжение затвора также положительно относительно первого вывода.

Работа симистора во втором квадранте

Напряжение на клемме 2 положительно по отношению к клемме 1, а напряжение затвора отрицательно по отношению к клемме 1.

Работа симистора в третьем квадранте

Напряжение клеммы 1 положительное по отношению к клемме 2, а напряжение затвора отрицательное.

Работа симистора в четвертом квадранте

Напряжение клеммы 2 отрицательное по отношению к клемме 1, а напряжение затвора положительное.

Когда устройство включается, через него проходит сильный ток, который может повредить устройство, поэтому для ограничения тока к нему должен быть подключен резистор ограничения тока.Путем подачи соответствующего стробирующего сигнала можно контролировать угол включения устройства. Для правильного срабатывания затвора следует использовать схемы срабатывания затвора. Мы можем использовать diac для запуска стробирующего импульса. Для срабатывания устройства с правильным углом стрельбы можно применять стробирующий импульс длительностью до 35 микросекунд.

Преимущества симистора

  1. Может срабатывать с положительной или отрицательной полярностью импульсов затвора.
  2. Требуется только один радиатор немного большего размера, тогда как для SCR требуется два радиатора меньшего размера.
  3. Требуется один предохранитель для защиты.
  4. Безопасный пробой в любом направлении возможен, но для защиты SCR следует использовать параллельный диод.

Недостатки симистора

  1. Они не очень надежны по сравнению с тиристором.
  2. Он имеет рейтинг (dv / dt) ниже, чем SCR.
  3. Доступны более низкие значения по сравнению с SCR.
  4. Нам нужно быть осторожными со схемой запуска, так как она может срабатывать в любом направлении.

Использование симистора

  1. Они используются в цепях управления.
  2. Используется в переключении ламп высокой мощности.
  3. Используется в управлении мощностью переменного тока.

TRIAC | Руководство для начинающих

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

Введение

Как известно, SCR как однонаправленное устройство имеет обратную блокирующую характеристику, которая предотвращает прохождение тока в обратном смещенном состоянии.Но для многих приложений требуется двунаправленное управление током, особенно в цепях переменного тока. Чтобы добиться этого с помощью SCR, два SCR должны быть соединены встречно параллельно 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, светорегуляторах и другом оборудовании для управления переменным током.

К началу

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 переменный ток 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 по отношению к MT1, тогда ток течет от MT2 к MT1.

Два вышеуказанных условия достигаются всякий раз, когда стробирующий элемент запускается соответствующим стробирующим импульсом. 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.

К началу

Строительство TRIAC

Симистор — это пятислойный полупроводниковый прибор с тремя выводами. 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 к областям P и N устройства, и, таким образом, полярность приложенного напряжения между этими двумя клеммами определяет ток, протекающий через слои устройства.

При открытых воротах 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 напряжения 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.

К началу

Работа и работа TRIAC

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

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

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

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

Режим 1: MT2 положительный, ток затвора положительный

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

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

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

Режим 2: MT2 положительный, ток затвора отрицательный

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

Это еще больше увеличивает потенциал между P2N2 в сторону потенциала MT2. Это вызывает установление тока слева направо в слое P2, который смещает переход P2N2 вперед. И поэтому основная структура P1N1P2N2 начинает проводить.

Первоначально проводимая вспомогательная структура P1N1P2N4 рассматривается как SCR пилот-сигнала, тогда как более поздняя проводимая структура P1N1P2N2 рассматривается как основная SCR. Следовательно, анодный ток контрольного тиристора служит током затвора для основного тиристора. Чувствительность к току затвора в этом режиме 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 запуска симистора являются 1 и 4, которые имеют более высокую чувствительность. На практике выбирается более чувствительный режим работы, при котором полярность затвора должна совпадать с полярностью вывода MT2.

К началу

Характеристики V-I TRIAC

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

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

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

Аналогично, 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 запуска затвора и тока удержания могут немного отличаться в разных режимах работы.Поэтому номиналы у трейков значительно ниже, чем у тиристоров.

К началу

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.

К началу

Недостатки

  • Доступны в более низких номиналах по сравнению с тиристорами.
  • При выборе схемы запуска затвора требуется тщательное рассмотрение, поскольку симистор может срабатывать как в условиях прямого, так и обратного смещения.
  • Они имеют низкий рейтинг du / dt по сравнению с тиристорами.
  • Они имеют очень малую частоту переключения.
  • Симисторы менее надежны, чем тиристоры.

К началу

Приложения

Из-за двунаправленного управления переменным током симисторы используются в качестве контроллеров мощности переменного тока, контроллеров вентиляторов, контроллеров нагревателей, пусковых устройств для тиристоров, трехпозиционного статического переключателя, регуляторов освещенности и т. Д. Симисторы в качестве переключателя и приложений управления фазой обсуждаются ниже.

Симистор как переключатель 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, с симисторами также возможен метод управления фазой с изменением средней мощности нагрузки. 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 приведенном ниже рисунке 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 (в прямом или обратном направлении) при условии, что приложенное напряжение меньше VBO или ток затвора меньше минимального тока затвора. Во время положительного полупериода входа диод D1 смещен в прямом направлении, и, следовательно, на затвор подается положительный ток затвора.

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

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

К началу

Симистор против SCR

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

К началу

Создание и эксплуатация симисторов

Введение в симистор — его конструкция и работа

Симистор — это еще один трехконтактный переключатель переменного тока, который переключается на проводимость, когда на его вывод затвора подается сигнал низкой энергии. В отличие от SCR, симистор при включении ведет себя в любом направлении. Симистор также отличается от SCR тем, что положительный или отрицательный сигнал затвора запускает его в проводимость.Таким образом, симистор представляет собой трехконтактное четырехслойное двунаправленное полупроводниковое устройство, которое управляет мощностью переменного тока, тогда как тиристор управляет мощностью постоянного тока или полупериодами переменного тока с прямым смещением в нагрузке. Благодаря свойству двунаправленной проводимости симистор широко используется в силовой электронике для целей управления. Симисторы мощностью 16 кВт легко доступны на рынке.

«Симистор» — это сокращение от трехконтактного переключателя переменного тока. «Tri» — указывает на то, что устройство имеет три контакта, а «ac» указывает, что устройство управляет переменным током или может проводить ток в любом направлении.

Символ цепи симистора

Конструкция симистора

Как упоминалось выше, симистор — это трехконтактный четырехслойный двусторонний полупроводниковый прибор. Он включает в себя два SCR, подключенных обратно параллельно с общим выводом затвора в одночиповое устройство. Устройство симистора показано на рисунке. Как видно, он имеет шесть легированных областей. Клемма затвора G создает омические контакты с материалами N и P. Это позволяет запускать импульс любой полярности для запуска проводимости. Электрическая эквивалентная схема и условное обозначение показаны на рисунке.b и рисунок.c соответственно. Поскольку симистор является двусторонним устройством, термины «анод» и «катод» не имеют значения, и поэтому клеммы обозначаются как основная клемма 1 (MT 1 ), основная клемма 2 (MT 2 ) и затвор. G. Во избежание путаницы стало обычной практикой указывать все напряжения и токи, используя MT 1 в качестве эталона.

Базовая структура симистора

Работа симистора

Хотя симистор может быть включен без какого-либо тока затвора, при условии, что напряжение питания становится равным напряжению отключения симистора, но нормальный способ включения симистора — это подача правильного тока затвора.Как и в случае с SCR, здесь также чем больше ток затвора, тем меньше напряжение питания, при котором включается симистор. Симистор может проводить ток независимо от полярности напряжения на выводах MT 1 и MT 2 относительно друг друга, а также на затворе и выводе MT 2 . Следовательно, существует четыре различных возможности работы симистора. Их:

1. Клемма MT 2 и затвор положительны по отношению к клемме MT 1

Когда клемма MT 2 положительна по отношению к клемме MT 1 ток течет по пути P 1 -N 1 -P 2 -N 2. Два соединения P 1 -N 1 и P 2 -N 2 смещены вперед, тогда как соединение N 1 P 2 заблокировано. Теперь говорят, что симистор имеет положительное смещение.

Положительный затвор относительно вывода MT 1 смещает в прямом направлении переход P 2 -N 2 , и пробой происходит как в обычном SCR.

2. Клемма MT 2 положительна, но затвор отрицательная по отношению к клемме MT 1

Хотя путь прохождения тока остается таким же, как в режиме 1, но теперь переход P 2 -N 3 смещен в прямом направлении, и носители тока, введенные в P 2 , включают симистор.

3. клемма MT 2 и затвор отрицательны по отношению к клемме MT 1

Когда терминал MT 2 отрицателен по отношению к терминалу MT 1 , путь прохождения тока равен P 2 -N 1 -P 1 -N 4 . Два соединения P 2 -N 1 и P 1 — N 4 смещены вперед, тогда как соединение N 1 -P 1 заблокировано. Теперь говорят, что симистор имеет отрицательное смещение.

Отрицательный затвор относительно вывода MT 1 вводит носители тока посредством прямого смещения перехода P 2 -N 3 и, таким образом, инициирует проводимость.

4. Терминал MT 2 отрицательный, но затвор положительный по отношению к терминалу MT 1

Хотя путь прохождения тока остается таким же, как в режиме 3, но теперь переход P 2 -N 2 смещен в прямом направлении, носители тока вводятся, и, следовательно, симистор включен.

Как правило, следует избегать режима триггера 4, особенно в схемах, в которых может возникать высокий di / dt. Чувствительность режимов запуска 2 и 3 высока, и в случае предельной возможности запуска следует использовать отрицательные импульсы затвора. Хотя режим запуска 1 более чувствителен по сравнению с режимами 2 и 3, для него требуется запуск по положительному стробу. Однако для двунаправленного управления и равномерного триггера предпочтительны режимы 2 и 3.

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

TRIAC — Symbol, Construction, Working with Application Circuits

Слово TRIAC может быть расширено как ода TRI для A и т. Д. C в настоящее время.В то время как другие силовые электронные переключатели, такие как MOSFET, IGBT и т. Д., Используются для переключения / управления мощностью постоянного тока, TRIAC используется для управления мощностью переменного тока, потому что после включения TRIAC может проводить в обоих направлениях, позволяя напряжению переменного тока полностью проходить как в положительном, так и в положительном направлении. отрицательный цикл.

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

Символ TRIAC

A TRIAC могут быть сформированы путем соединения двух эквивалентных SCR, инверсивно параллельных друг другу, а затворы двух SCR соединены вместе, чтобы сформировать единый затвор. Если вы также плохо знакомы с DIAC, вы можете прочитать статью «Введение в DIAC », чтобы узнать об этом больше. Символ на TRIAC будет похож на изображение ниже, он имеет три терминала: главный терминал 1 (MT1), главный терминал 2 (MT2) и выход (G).

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

TRIAC Construction

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

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

Принцип работы и принцип действия TRIAC

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

VI характеристики TRIAC

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

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

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

Приложение TRIAC:

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

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

TRIAC могут использоваться в различных приложениях, таких как

  • Цепи управления, такие как регулировка скорости вращения электровентилятора и средства управления двигателем меньшего размера
  • Высокомощные переключатели и регуляторы света
  • Бытовые приборы контроля мощности переменного тока

Различные типы пакетов TRIAC

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

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

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

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

.

Принцип работы схемы TRIAC, конструкция и ее применение

TRIAC

TRIAC — это трехконтактный полупроводниковый прибор, используемый для управления током.От названия TRIAC слово Triode означает переменный ток, и он эффективно развивается с помощью SCR или тиристора. Но тиристоры могут вести устройство в одном направлении, а TRIAC — двунаправленный. Триод для переменного тока может переключать высокое напряжение и высокий уровень тока и на обе части формы волны переменного тока. Это устройство широко используется в системах управления питанием переменного тока.

Что такое ТРИАК?

TRIAC — идеальное устройство, используемое для коммутации переменного тока.Это может управлять потоком тока на обеих половинах переменного цикла. Только тиристор может контролировать половину цикла. Другая оставшаяся половина не имеет проводимости и, соответственно, может использоваться только половина формы волны.

Операция переключения TRIAC

Символ TRIAC

Обозначение состоит из трех выводов: затвор, анод или главный вывод. Два вывода обозначены как анод1 или анод2, основной вывод MT1 или MT2. Со стороны символ рассматривается как расположенные спина к спине тиристоры, которые мы можем наблюдать в символе.

Символ TRIAC

Строительство TRIAC

TRIAC состоит из четырех слоев, например, PNPN находится в положительном направлении, а отрицательное направление состоит из NPNP, как мы видим на рисунке. Трехконтактное двунаправленное устройство блокирует ток в выключенном состоянии и действует как переключатель разомкнутой цепи.

Но для отдельного обычного тиристора это устройство может проводить ток в обоих направлениях, когда оно запускается одним импульсом затвора. Операции TRIAC как четыре режима запуска операций, и следующие возможности.

Строительство TRIAC

Четыре режима запуска операций могут работать с использованием ВАХ TRIAC.

Работа в квадранте I: VMT2, положительный; VG1 положительный

Работа квадранта II: VMT21 положительный; VGl отрицательный

Работа в квадранте III: VMT21 отрицательный; VGl отрицательный

Работа в квадранте IV: VMT21 отрицательный; VG1 положительный

Где VMT21 и VGl — напряжения вывода MT2 и затвора относительно вывода MT1.

ВАХ

На следующем рисунке показаны типичные характеристики TRIAC. Триод для переменного тока состоит из состояний ВКЛ и ВЫКЛ, которые аналогичны характеристикам тиристора. Теперь характеристики применимы как для положительного, так и для отрицательного напряжения.

ВАХ TRIAC

Это вполне предсказуемо, потому что триод для переменного тока состоит из двух тиристоров, которые соединены параллельно и направлены в противоположные стороны.В первом квадранте MT2 положительно по отношению к MTX, а в четвертом квадранте — отрицательно.

Запуск затвора может происходить в любых четырех квадрантных режимах работы. Если устройство находится во включенном состоянии, проводимость позволяет протекать через него огромному количеству тока.

Большой ток контролируется сопротивлением, в противном случае устройство может быть повреждено. В устройстве затвор является управляющим выводом, и соответствующий сигнал подается на затвор, поэтому угол открытия устройства контролируется.

Схема, которую мы использовали в затворе для запуска устройства, называется схемой запуска затвора. Для TRIAC схемы запуска затвора аналогичны SCR. Обычно схемы запуска генерируют импульсы запуска для запуска устройств.

Импульсы запуска будут иметь достаточную величину и длительность, поэтому срабатывание устройства гарантировано. Для поддержания стрельбы требуется длительность 35 мкс.

Как работает TRIAC

TRIAC — это полупроводниковый переключатель, который включается с помощью пускового штифта.После включения полупроводникового переключателя ток падает ниже значения удержания.

Задерживая точку включения на некоторое время после того, как напряжение пересекает ноль вольт — точку пересечения нуля — можно регулировать напряжение, хотя оно больше не является синусоидальным.

TRIAC Working Operation

Следующий рисунок используется для управления переменным фазовым углом на рисунке выше. Иногда они также известны как случайные опто-TRIAC или SSR.

Дискретный TRIAC и Opto TRIAC

TRIAC как схема переключения

Следующая схема показывает схему переключения TRIAC.Работа этой схемы заключается в том, что если первый переключатель разомкнут, то устройство действует как разомкнутый переключатель, и лампа проходит через нулевой ток.

TRIAC как схема переключения

Если SW1 замкнут, устройство находится во включенном состоянии с помощью токоограничивающего резистора R. Самоблокирующиеся устройства срабатывают вскоре после начала каждого полупериода, поэтому коммутируемая мощность полностью соответствует ламповой нагрузке.

Входное питание этой схемы — синусоидальный переменный ток, тогда TRIAC автоматически разблокируется в конце каждого полупериода.Мгновенное напряжение источника питания и ток нагрузки упадут до нуля, и он снова заблокирует его, используя противоположную половину тиристора в следующем полупериоде, пока переключатель остается замкнутым. Обычно этот переключатель называется полнополупериодным управлением, потому что контролируются обе половины синусоидальной волны.

Преимущества TRIAC
  • В TRIAC будет проводимость управления одним затвором в обоих направлениях.
  • Если напряжение уменьшается до нуля, TRIAC ВЫКЛЮЧАЕТСЯ.
  • По сути, это двунаправленное устройство, которое ведет в обоих направлениях.
  • Доступны высокие значения напряжения
Недостатки
  • Он не срабатывает симметрично с обеих сторон сигналов
  • Не подходит для питания постоянного тока
  • Имеет очень большую задержку переключения.
Приложения

TRIAC используются во многих электрических коммутационных приложениях, таких как

.
  • Электровентилятор регулирования скорости
  • Меньшие блоки управления двигателем
  • Диммер домашнего освещения
  • Управление малой бытовой техникой переменного тока

Прочитав эту статью, вы получили некоторую основную информацию о конструкции TRIAC.Если у вас есть какие-либо вопросы об этой статье или о реализации электрических и электронных проектов для студентов инженерных специальностей, пожалуйста, не стесняйтесь оставлять комментарии в нижеследующем разделе. Вот вам вопрос, каковы функции TRIAC (триода для переменного тока)?

Просмотры сообщений: 31 356

Работа, символ, схемы и приложения

A TRIAC или TRI ode для A lternating C urrent — это трехконтактный двунаправленный тиристор, что означает, что при правильной активации он может проводить ток в обоих направлениях.Он используется в приложениях переключения переменного тока. Это можно рассматривать как два антипараллельно соединенных тринистора. В отличие от выпрямителя с кремниевым управлением, он способен проводить положительные и отрицательные циклы электрического тока.

Символ TRIAC

Символ TRIAC и его эквивалентная схема показаны на рисунке выше. Он имеет два проводящих основных вывода MT 1 (Главный вывод-1) и MT 2 (Главный вывод-2), а также вывод G сигнала затвора. Эквивалентная схема показывает модель TRIAC с двумя SCR.

Строительство TRIAC

Как упоминалось ранее, TRIAC выглядит как два тиристора SCR, соединенных встречно параллельно и имеющих общий затвор. Его базовая структура показана ниже:

Структура TRIAC

Это 5-слойное устройство. Как показывает эквивалентная схема, этот слой составляет два дополнительных тринистора с общим затвором. Область между MT1 и MT2 ведет себя как SCR P-N-P-N параллельно с SCR N-P-N-P. Поскольку MT1 и MT2 контактируют как с p-, так и с n-областями, они не могут быть обозначены как анод или катод.

Работа TRIAC

TRIAC можно включить, подав стробирующий сигнал. Полярность стробирующего сигнала зависит от полярности MT1 и MT2. Если MT2 положительный по отношению к MT1, его можно включить, применив положительный сигнал затвора относительно MT1, и если MT1 положительный относительно MT2, его можно включить, применив отрицательный сигнал затвора относительно MT1. . Во время работы он блокирует как положительное, так и отрицательное напряжение, если нет стробирующего сигнала и приложенное напряжение меньше его напряжения пробоя.

Чтобы полностью понять работу TRIAC, необходимо понять, как он реагирует на положительные и отрицательные сигналы затвора. На основе полярности стробирующего сигнала и приложенного напряжения можно определить четыре квадранта запуска.

Четырехквадрантный режим работы TRIAC

II
Квадрант запуска Полярность затвора Полярность MT2
Квадрант I Положительный относительно MT1 Положительный относительно MT1
Отрицательный MT1 Положительный по отношению к MT1
Квадрант III Отрицательный по отношению к MT1 Отрицательный по отношению к MT1
Квадрант IV Положительный по отношению к MT1 Отрицательный 909 по отношению к MT1 MT1 909
Поперечный разрез TRIAC

Работа в квадранте I

  • MT2 и Gate положительный по отношению к MT2.
  • Соединения P 1 N 1 и P 2 N 2 имеют прямое смещение.
  • N 1 P 2 имеет обратное смещение. Следовательно, TRIAC не проводит ток, пока не будет приложено напряжение затвора.
  • При приложении положительного напряжения затвора соединение P 2 N 1 становится смещенным в прямом направлении и выходит из строя, как обычный тиристор, и TRIAC начинает проводить через P 1 N 1 P 2 N 2 слоев.
  • Следовательно, во время работы в первом квадранте устройство работает как SCR, что делает его более чувствительным в этом режиме.

Работа в квадранте II

  • MT2 положительный по отношению к MT1, а затвор отрицательный.
  • Соединения N 1 P 1 и N 2 P 2 смещены вперед.
  • Соединение N 1 P 2 с обратным смещением.
  • Когда отрицательный ток затвора применяется к N 3 , N 1 P 2 становится смещенным в прямом направлении, и начальная проводимость происходит через N 1 P 1 P 2 N 3 .
  • В дополнение к этому, ток устанавливается в направлении области N 2 через P 2 из-за градиента потенциала, образованного из-за MT1.
  • В результате ток устанавливается через N 1 P 1 N 2 P 2.
  • Таким образом, можно утверждать, что ток MT1 действует как ток затвора для основного пути проводимости. (N 1 P 1 N 2 P 2 ).
  • По сравнению с работой в квадранте I, квадранте II
Работа в квадранте-I Работа в квадранте-II Работа в квадранте-III Работа в квадранте-VI

Работа в квадранте III

  • MT2 отрицательно по отношению к MT1, а вентиль отрицателен.
  • Обычный ток затвора течет от MT1 к клемме затвора через P 2 N 3 .
  • Обратно-смещенный переход N 1 P 1 разорван, и ток протекает через P 2 N 1 P 1 N 4 .
  • Как и Quadrant-I, Quadrant-III также более чувствительна.

Работа в квадранте IV

  • MT2 отрицательно по отношению к MT1, а вентиль положительный.
  • Переход N 2 P 2 смещен в прямом направлении током затвора, который, в свою очередь, вводит больше электронов в P 2 .
  • В результате соединение N1P1 разрывается, и ток течет через P2 N1 P1N4.

Характеристики TRIAC

Следующая характеристическая кривая показывает несколько терминов, которые определяют рабочие характеристики TRIAC.

В ВО — напряжение отключения. Напряжение отключения — это максимальное напряжение, которое симистор может выдержать до того, как он перейдет в неконтролируемую проводимость.Это означает, что для того, чтобы устройство оставалось в режиме проводимости, больше не требуется напряжения триггера затвора.

Пиковое повторяющееся напряжение (В DRM ) — это максимальное пиковое напряжение волны переменного тока, которое может выдерживать устройство.

Минимальный ток, необходимый для фиксации TRIAC, известен как ток фиксации (I L ).

Если ток упадет ниже определенного порогового значения, ток перестанет проводиться. Это минимальное значение удерживаемого тока известно как удерживающий ток (I H ).

Преимущества и недостатки TRIAC

Преимущества
  • Он прост в использовании и намного дешевле, чем использование двух тиристоров SCR по отдельности для приложений с низким энергопотреблением.
  • Он может быть переведен в состояние проводимости с помощью импульсов напряжения на затворе и тока как положительной, так и отрицательной полярности.
  • Для этого требуется только один радиатор большого размера, в отличие от одного тиристора SCR, для которого требуются два радиатора, но меньшего размера.
  • Для защиты TRIAC требуется только один предохранитель.

Поскольку это двустороннее устройство, возможно безопасное напряжение пробоя в любом направлении, в отличие от SCR, который требует параллельного включения диода для гарантии защиты.

Disa

Преимущества
  • Они не так надежны, как SCR.
  • Изменение номинального напряжения намного ниже по сравнению с SCR.
  • Цепь срабатывания должна постоянно контролироваться, так как она может переключиться в проводимость в любом направлении.

Заявление

TRIAC

широко используются для диммеров домашнего освещения, управления небольшими двигателями, управления скоростью электрических вентиляторов и управления небольшими бытовыми приборами с питанием от переменного тока.

Применение коммутации переменного тока

TRIACS основное назначение — использовать для переключения напряжения переменного тока. На рисунке ниже показан пример приложения, которое использует схему TRIAC для переключения переменного тока.

Когда переключатель SW1 разомкнут, ток затвора не подается, что приведет к отсутствию тока, протекающего через лампу.Когда переключатель замкнут, он будет включен. Это позволит току протекать через резистор R, и на вывод затвора будет подаваться импульс, который инициирует проводимость через схему TRIAC, как только будет достигнуто напряжение отключения. Следовательно, переменному напряжению Vs будет позволено течь через цепь, которая зажгла бы лампу.

TRIAC Phase Control

TRIACS используются для контроля средней мощности, подаваемой на нагрузку.TRIAC запускается таким образом, что мощность переменного тока, подаваемая на нагрузку, регулируется в течение части каждого полупериода.

Во время первой половины положительного полупериода он отключается на определенный интервал, а затем включается в течение оставшейся части полупериода. Часть положительного цикла, которую он выключает, известна как угол задержки, а часть, которую он включает, известна как угол проводимости. Действия аналогичны для другой половины сигнала переменного тока.

Этот тип приложения управления фазой использует два диода для подачи запускающих импульсов на затвор TRIAC. Диод (D 1 ) проводит в течение положительной части полупериода, а второй диод (D 2 ) проводит в течение отрицательного полупериода. Значение сопротивления нагрузки R 1 устанавливает пороговое значение, при котором TRIAC запускает состояние проводимости.

Схема диммера с использованием TRIAC

На рисунке показана простая схема диммера на основе симистора.Яркость лампы можно регулировать с помощью потенциометра.

Типы TRIAC

Штифт или стандартный Тип:

Этот тип TRIAC выглядит как небольшая ИС, которая имеет три контакта: MT1, MT2 и затвор с радиатором наверху. Они обычно используются в бытовой технике.

Капсула или диск Тип:

Этот тип TRIAC имеет форму диска или капсулы. У него есть провода, идущие к клеммам.Они обладают высокой пропускной способностью по току и изготовлены из керамического уплотнения. Они широко используются в таких приложениях, как переключение переменного тока и быстрое управление двигателем.

Тип шпильки:

Устройства типа «шпилька» используются в приложениях с высокой мощностью. Они имеют резьбовое дно, которое действует как главный вывод, и два вывода наверху. Один вывод — это другой главный вывод, а второй вывод наверху — вывод затвора. Он используется в приложениях управления фазой, таких как преобразователи, регулируемые источники питания, цепи управления скоростью, ветром или температурой, управление источником питания, управление двигателем и цепи освещения.

Сводка

  • TRIAC — это трехконтактное, пятиуровневое, двунаправленное силовое электронное коммутационное устройство.
  • Он действует как два антипараллельных тиристора, соединенных для двунаправленной работы.
  • Имеет три терминала: МТ1, МТ2 и затвор. MT1 и MT2 взаимозаменяемы.
  • Чувствительность симисторов выше в первом и втором квадранте.
  • TRIAC обычно используются в схемах управления переменного тока малой мощности.
  • Они обычно используются в диммерах, однофазном регулировании скорости и регулировании температуры.
  • Образец таблицы данных TRIAC: https://www.mouser.in/datasheet/2/848/bt139-600e-1520116.pdf

Что такое ТРИАК? Определение, конструкция, работа и применение TRIAC

Определение : TRIAC — это, по сути, 3-контактный переключатель переменного тока , который показывает проводимость в обоих направлениях . Они запускаются в проводимость с помощью низкоэнергетического стробирующего сигнала. TRIAC является сокращением TRI для A альтернативной C текущей.Это двунаправленное устройство , которое принадлежит к семейству тиристоров и в основном представляет собой диаконтакт с выводом затвора, который используется для управления условиями включения устройства.

Более конкретно, мы можем сказать, что в TRIAC Tri обозначает 3 клеммы устройства, а ac обозначает устройство, которое используется для управления переменным током . Симистор мощностью 16 кВт легко доступен. Для управления приложениями они широко используются в области силовой электроники.

Давайте посмотрим на схематический символ TRIAC:

Строительство TRIAC

На схеме ниже показана базовая структура симистора:

Как мы уже обсуждали, это 3-х контактный и 4-х уровневый , он состоит из 2-х тиристоров в обратном параллельном соединении, имеющих терминал затвора. Он имеет 6 легированных областей, а омический контакт создается затвором как с N-, так и с P-областями. Из-за этого любая полярность триггерного импульса может запустить проводимость в устройстве.

Давайте посмотрим на электрический эквивалент базовой структуры симистора.

Поскольку это двунаправленное устройство, анод и катод не имеют никакого значения. Таким образом, терминалы представлены как MT 1 и MT 2 вместе с оконечным устройством G .

Работа TRIAC

Симистор — это устройство, которое проводит ток независимо от полярности напряжения на клеммах. В результате существует 4 различных возможности операций.

Давайте теперь обсудим кейсы отдельно:

1. Когда затвор и MT 2 имеют положительный потенциал по отношению к MT 1 :

При приложении положительного потенциала на MT 2 относительно MT 1 , два соединения P 1 -N 1 и P 2 -N 2 смещаются вперед. Следовательно, ток протекает через P 1 -N 1 -P 2 -N 2 . Таким образом, симистор в таком состоянии считается смещенным положительно.

2. Когда MT 2 имеет положительный потенциал, а затвор имеет отрицательный потенциал по отношению к MT 1 :

Как и в предыдущем случае, здесь также ток протекает через P 1 -N 1 -P 2 -N 2 . Но здесь разветвление P 2 -N 3 смещается вперед, и симистор заводится за счет впрыска носителей в P 2 .

3. Когда затвор и MT 2 имеют отрицательный потенциал по отношению к MT 1 :

В таком состоянии теперь ток течет через P 2 -N 1 -P 1 -N 4 .Переход P 2 -N 1 и P 1 -N 4 смещен в прямом направлении, и в то же время N 1 -P 2 заблокирован, поэтому говорят, что он смещен отрицательно. Приложенный отрицательный потенциал затвора смещает в прямом направлении переход P 2 -N 3 , таким образом, инициирует проводимость в устройстве.

4. Когда MT 2 имеет отрицательный потенциал, но затвор находится под положительным потенциалом по отношению к MT 1 :

Здесь, как и в предыдущем случае, ток протекает через P 2 -N 1 -P 1 -N 4 .Соединение P 2 -N 1 и P 1 -N 4 смещено вперед, что приводит к впрыску носителя, что приводит к включению устройства.

Характеристики TRIAC

Характеристическая кривая симистора в основном поддерживает следующие 4 режима:

Режим 1 : Это операция первого квадранта, где В MT21 и В G1 оба имеют положительное значение .

Режим 2 : Это операция второго квадранта, где В MT21 положительное значение и В G1 отрицательное .

Режим 3 : Это операция в третьем квадранте, где V MT21 и V G1 оба имеют отрицательное значение .

Режим 4 : Это операция четвертого квадранта, где В MT21 отрицательное значение и В G1 положительное значение .

Здесь В MT21 представляют напряжение на выводе MT 2 относительно вывода MT 1 , а V G1 представляет напряжение затвора относительно вывода MT 1 .

Когда устройство начинает проводить, через него проходит очень большой ток. Однако такой большой ток может повредить устройство. Таким образом, для ограничения избыточного тока используется внешнее сопротивление. Здесь управляющий вывод — это затвор, и правильно приложенный потенциал затвора регулирует угол включения устройства.

Значения напряжения и тока для типичного симистора приведены ниже:

  1. Ток в открытом состоянии: — 25 А
  2. Напряжение в открытом состоянии: — 1.5 В
  3. Средний ток срабатывания: — 5 мА
  4. Удерживающий ток: — 75 мА

Цепь управления TRIAC

Давайте посмотрим на схему управления симистором, показанную ниже:

Во время положительной половины и отрицательной половины входного цикла мощность переменного тока регулируется для нагрузки путем переключения между включением и выключением. Положительная половина прямого смещения D1 и обратного смещения D2, и затвор положительный по отношению к A 1 .

Однако во время отрицательного полупериода D 2 теперь смещается в прямом направлении, а D 1 смещается в обратном направлении, и затвор является положительным по отношению к выводу A 2 . Используемый в схеме резистор R 2 контролирует точку начала проводимости.

Преимущества TRIAC

  • Его конструкция проста, так как для защиты требуется один предохранитель.
  • Напряжение как положительной, так и отрицательной полярности может срабатывать симистор.

Недостатки TRIAC

  • Наличие номинала у симистора ниже по сравнению с тиристором.
  • Они менее надежны.
  • Нет симметрии во время срабатывания на обеих половинах формы волны.
  • Несимметричное переключение делает его более уязвимым.

Приложения TRIAC

  • Используется при управлении переменным током.
  • Используется для управления освещением.
  • Симистор находит свое применение в электродвигателях.

Эффективные результаты получаются при управлении мощностью переменного тока с помощью симистора. Поскольку симисторы подключаются непосредственно к источникам переменного тока, необходимо обеспечить надлежащую безопасность при тестировании цепи.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *