Симистор структура. Симистор: структура, принцип работы и применение в электронике

Что такое симистор и как он устроен. Как работает симистор. Каковы преимущества и недостатки симисторов. Где применяются симисторы в электронике и бытовой технике. Как проверить работоспособность симистора.

Что такое симистор и его основные характеристики

Симистор (от англ. TRIAC — TRIode for Alternating Current) — это полупроводниковый прибор, относящийся к семейству тиристоров. Он представляет собой трехэлектродное устройство, способное проводить электрический ток в обоих направлениях при подаче управляющего сигнала.

Основные характеристики симистора:

• Трехэлектродная структура (два основных вывода и управляющий электрод)
• Двунаправленная проводимость
• Возможность управления током в обоих направлениях
• Способность коммутировать большие токи при малом управляющем сигнале
• Высокая скорость переключения

Симистор по своей сути является комбинацией двух встречно-параллельно включенных тиристоров с общим управляющим электродом. Это позволяет ему работать с переменным током, в отличие от обычных тиристоров.

Структура и принцип работы симистора

Симистор имеет четырехслойную полупроводниковую структуру, состоящую из чередующихся областей с электропроводностью p- и n-типа. Всего в структуре содержится 5 слоев p- и n-типа.

Принцип работы симистора основан на эффекте внутренней положительной обратной связи между коллекторным и эмиттерным переходами. При подаче на управляющий электрод импульса тока происходит лавинообразный процесс генерации носителей заряда, что приводит к открытию симистора.

Симистор может быть включен в проводящее состояние в обоих направлениях при подаче как положительного, так и отрицательного управляющего сигнала. Это позволяет использовать его для управления переменным током.

Преимущества и недостатки симисторов

Симисторы обладают рядом преимуществ по сравнению с другими полупроводниковыми приборами:

• Возможность управления током в обоих направлениях
• Высокая скорость переключения
• Низкое падение напряжения в открытом состоянии
• Способность коммутировать большие токи при малом управляющем сигнале
• Отсутствие механических частей и высокая надежность

К недостаткам симисторов можно отнести:

• Чувствительность к перенапряжениям
• Необходимость применения цепей защиты от помех
• Сложность управления при высоких частотах
• Асимметричность характеристик для разных направлений тока

Области применения симисторов в электронике

Благодаря своим особенностям, симисторы нашли широкое применение в различных областях электроники и электротехники:

• Регуляторы мощности в бытовой технике (диммеры, регуляторы оборотов двигателей)
• Системы плавного пуска электродвигателей
• Сварочные аппараты и источники питания
• Устройства защиты от перенапряжений
• Системы управления нагревательными элементами
• Импульсные источники питания

Симисторы особенно эффективны в схемах управления переменным током, где требуется плавное регулирование мощности нагрузки.

Типы и разновидности симисторов

Существует несколько основных типов симисторов, различающихся по своим характеристикам и областям применения:

• Низковольтные симисторы (до 400 В)
• Средневольтные симисторы (400-800 В)
• Высоковольтные симисторы (свыше 800 В)
• Симисторы с встроенным управляющим устройством
• Оптосимисторы (управляемые световым сигналом)

Выбор конкретного типа симистора зависит от параметров схемы и требований к управлению нагрузкой.

Особенности применения симисторов в бытовой технике

В бытовой технике симисторы чаще всего используются в качестве регуляторов мощности. Наиболее распространенные применения:

• Диммеры для регулировки яркости освещения
• Регуляторы скорости вращения электродвигателей в пылесосах, вентиляторах, миксерах
• Системы управления нагревом в электроплитах, утюгах, обогревателях
• Регуляторы мощности в стиральных и посудомоечных машинах

Применение симисторов позволяет реализовать плавное и экономичное управление бытовыми приборами, повышая их функциональность и энергоэффективность.

Проверка работоспособности симистора

Для проверки симистора можно использовать простой метод с применением двух омметров:

1. Подключите щупы первого омметра к основным выводам симистора. Сопротивление должно быть очень большим.
2. Подключите второй омметр: один щуп к аноду, другой — к управляющему электроду.
3. Если симистор исправен, он должен открыться, и сопротивление на первом омметре резко упадет.

Этот метод позволяет быстро оценить работоспособность симистора и выявить основные неисправности.

Что такое симистор? Описание структуры, принципа работы

Симисторы – это приборы, которые являются полупроводниковыми компонентами (по терминологии США, они называются триаки), выполняющие ключевую роль по проведению тока в оба направления.

Прежде всего, симистор – это ключ-регулятор, используемый для цепей постоянного тока, он также выполняет функцию двунаправленного транзистора. Элемент состоит из двух основных силовых электродов – это электрод, находящийся со стороны управляющего электрода и СЭ –электрод со стороны основания элемента. Свое название симистор получил в результате использования двух встречно-параллельных включаемых тиристоров с одним управляющим электродом.

Рис.№1. Условное схематичное обозначение симистора и его внешний вид с обозначением позиций: 1 – анод; 2 – силовой электрод; 3 – управляющий электрод или катодный выход; 4 управляющий выход. Управляющий электрод выводится на туже сторону, что и катод. Анод служит основанием устройства и изготовлен в виде шестигранника и крепежной шпильки, на которой нарезана резьба для установки на охлаждающем радиаторе.

Катод и управляющий выход отделены от основания изоляцией.

Благодаря способности проводить электроток в обе стороны симистор может выполнять функцию трехэлектродного полупроводникового прибора.

Он может переходить из закрытого положения в состояние открытости и работать в обратную сторону при обеих полярностях напряжения, присутствующего на основных электродах.

Рис. №2. ВАХ симистора. В соответствии с устройством полупроводниковой структуры, включенный в основную цепь он переходит в состояние проводимости при поступлении на управляющий электрод напряжения положительного значения относительно СЭУ напряжения, либо U

обеих полярностей.

Полупроводниковая структура симистора

Структура симистора состоит из пластины, состоящей из чередующихся слоев с электропроводностями p- и n- типа и из контактов электродов основного и управляющего действия.

.           Всего в структуре полупроводника содержится пять слоев p- и n-типа. Область между слоями называется p-n-переходом, который обладает нелинейной ВАХ с небольшим сопротивлением в обратном направлении, где минус – это n-слой, а плюс – p-слой и высокое значение сопротивления в обратном направлении. Пробой p-n-перехода происходит при напряжении равном несколько тысяч вольт.

Во время включения симистора в прямом направлении в работу вступает правая половина структуры. Левая область структуры выключена, она считается для тока, с обладанием очень высоким сопротивлением. Характеристики симистора динамического и статического плана при его действии в прямом направлении, при поступлении положительного управляющего сигнала соответствуют аналогичным характеристикам тиристора, работающего в прямом направлении.

Рис. №4. Структура симистора, включенного в обратном направлении. По этой схеме к СЭУ прилагается напряжение со знаком плюс, относительно СЭ, а p—n-переходы j₂  и j₄  подключаются в прямом, а p—n-переходы j₁  и j₃ – в обратную сторону.

Благодаря этому структура может рассматриваться, как структура тиристора, подключенная в обратном направлении, не принимающая участие в работе по пропусканию тока. В этом случае действие прибора определяется при помощи левой части структуры и представляет собой обратно ориентированную p—n—p—n структуру с добавочным пятым слоем n₀ , который граничит со слоем p₁.

Использование симистора

Симистор представляется настолько гибким и универсальным устройством, что благодаря его свойству переключения в проводящее состояние запускаемым импульсом с положительным или отрицательным знаком, который не зависит от источника  проявляющего свойства мгновенной полярности.

По сути названия анод и катод для прибора не имеют большой актуальности.

1. Одно из популярных и простейших сфер использования симистора может считаться его применение в качестве твердотельного реле. Для него характерно малое значение пускового тока достаточного для нагрузки с большими токами. Функцию ключа в таком устройстве может играть геркон, или обладающее большой чувствительностью термореле и прочие контактные пары с током до 50мА, при этом величина тока нагрузки может ограничиваться исключительно показателями, на которые рассчитан симистор.

Рис.№5. Схема твердотельного реле с использованием симистора.

2. Не менее широко использование симистора в качестве регулятора интенсивности освещения и управления скоростью вращения электромотора. Схема построена на использовании запускающих элементов, которые устанавливаются RC-фазовращателем, такой элемент, как потенциометр регулирует интенсивность освещения, а резистор служит для ограничения тока нагрузки. Формирование импульсов выполняется с помощью динистора. После пробоя в динисторе, который происходит в результате разности потенциалов на конденсаторе, импульс разряда конденсатора, возникающий мгновенно включает симистор.

Рис. №6. Схема регулирования света с использованием симистора с фазовым управлением.

3. Управление мощностью в нагрузке с использованием в схеме добавочной RC-цепочки, что дает большой фазовый сдвиг, который облегчает задачу по управлению мощности.

Преимущества использования симисторов

• Увеличение разрешенной критической величины напряжения коммутации, что разрешает управления большими реактивными нагрузками без существенных сбоев в коммутации. Это позволяет уменьшить число компонентов, размеры печатной платы, снизить цену и убрать потери на рассеивание энергии демпфером.
• Повышение критической величины изменения тока коммутации, что повышает качество работы на высокой частоте для несинусоидального напряжения.
• Большая чувствительность к высокой температуре рабочего процесса.
• Высокое значение допустимого напряжения снижает стремление к самовключению из состояния отсутствия проводимости при большой температуре, что разрешает их использование для резистивных нагрузок по управлению бытовой и нагревательной техникой.
• Долговечность симистора, обусловленная рабочими температурными перепадами, отличается практически неограниченным ресурсом.
• Отсутствие искрообразования и возможность управления в момент нулевого тока в сети, что снижает электромагнитные помехи.

Основные достоинства семистора:

1. большая частота срабатывания для высокой точности управления;
2. высокий ресурс по сравнению с релейными электромеханическими устройствами;
3. возможность добиться небольших размеров приборов;
4. отсутствие шума при включении и отключении электроцепей.

 

Силовая электроника, с использованием  симисторов, разработанная отечественными производителями благодаря своим качественным показателям может составить западным фирмам высокую конкуренцию.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

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
• Виды
• Плюсы и минусы
• Развитие технологий
• Сфера использования
• Ограничения при использовании
• Проверка симисторов

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.

Что такое TRIAC? Символ, конструкция, работа и применение

Тиристоры – широко используемые полупроводниковые устройства для регулирования мощности. Однако они могут проводить ток только в одном направлении, как диод, что делает их пригодными для регулирования мощности постоянного тока. Принимая во внимание, что TRIAC, принадлежащий к семейству тиристоров, может работать в обоих направлениях, а также обеспечивает полный контроль над подаваемой мощностью. Поэтому они используются для регулирования мощности переменного тока.

• Связанная запись: DIAC — конструкция, работа и применение

Содержание

Что такое TRIAC?

TRIAC является аббревиатурой, которая расшифровывается как от « Tri ode for A чередующийся C текущий». Триод означает трехполюсное устройство , а переменный ток означает, что он используется для коммутации переменного тока. Это трехконтактный двунаправленный переключатель, который работает в обоих направлениях. Он состоит из комбинации двух тиристоров, расположенных встречно-параллельно, с их затворами, соединенными вместе.

Три терминала: Gate, A1 или MT1 и A2 или MT2. У него нет анода и катода, как у тиристора, потому что он может проводить в обоих направлениях, и не имеет значения, поменяны ли клеммы местами.

Симистор можно активировать в проводимость положительным или отрицательным током затвора в обоих направлениях. В то время как он отключается, когда основной ток падает ниже предела удерживающего тока.

Обозначение симистора

Обозначение симистора представляет собой два тиристора, включенных встречно-параллельно, имеющих общий затвор. Его эквивалентная двухтиристорная структура также приведена для лучшего понимания.

Как и у тиристора, у него три вывода, но названия у них разные, кроме Gate. Это связано с тем, что каждая клемма выполнена путем соединения анода и катода тринистора вместе. Поэтому оба терминала называются либо анодным, либо основным терминалом MT.

Конструкция TRIAC

TRAIC представляет собой четырехслойное устройство, состоящее из комбинации двух встречно-параллельных SCR с тремя выводами Gate, MT1 и MT2.

Электроды обоих основных выводов (MT1 и MT2) соединены с областями P и N обоих SCR. Так что он может проводить ток в обоих направлениях. Металлический электрод затвора также соединен как с P-, так и с N-областями. Это позволяет запускать симистор как положительным, так и отрицательным током затвора.

TRIAC — это двунаправленный переключатель, он может работать в обоих направлениях, но не является симметричным. Его асимметричная структура является причиной того, что TRAIC имеет асимметричное переключение.

• Запись по теме: В чем разница между DIAC и TRIAC?

Работа TRAIC

Работа TRAIC напоминает тиристор. При подаче напряжения оно не будет проводить, пока напряжение не превысит предельное напряжение пробоя V _BO или не будет подан стробирующий импульс.

Поскольку мы знаем, что TRAIC может работать для обеих полярностей приложенного напряжения и может запускаться обеими полярностями напряжения затвора для любого направления. Таким образом, TRAIC может работать в 4 режимах.

Следующие напряжения берутся относительно терминала MT2, такие как напряжение MT1 относительно MT2 и напряжение затвора относительно MT2.

Режим 1: MT1= +ve, Gate= +ve

В этом режиме приложенное напряжение на MT1 положительно по отношению к MT2. При подаче положительного импульса затвора TRAIC запустится в прямой проводимости , и ток будет течь от MT1 к MT2.

Режим 2: MT1= +ve, Gate= -ve

В этом режиме приложенное напряжение одинаковое, т.е. MT1 положителен по отношению к MT2. Но импульс затвора отрицательный. Поскольку вентиль связан с областью N симистора, он активирует его в прямой проводимости , в то время как направление тока останется прежним.

Режим 3: MT1=-ve, Gate=  +ve

В этом режиме полярность приложенного напряжения меняется местами, т. е. MT1 отрицателен по отношению к MT2. Но импульс затвора положительный. Импульс стробирования запустит TRAIC в обратная проводка с МТ2 на МТ1.

Режим 4: MT1= -ve, Gate= -ve

В этом режиме как приложенное напряжение, так и напряжение затвора отрицательны. Отрицательный стробирующий импульс переводит TRAIC в режим обратной проводимости

Режим 1 и режим 2 представляют работу в квадранте 1 ^st , где ток и напряжение положительны, тогда как режим 3 и режим 4 представляют работу в квадрантах 3 ^rd квадрант, в котором напряжение и ток отрицательны.

Хотя стробирующий импульс может запускать TRAIC в любом направлении, лучше всего использовать положительный стробирующий импульс для работы в квадранте 1 ^st и отрицательный стробирующий импульс для работы в квадранте 3 ^rd из-за их повышенной чувствительности. Режимы 2 и 3 требуют большего тока затвора, чем режимы 1 и 4, для срабатывания TRIAC.

V-I Характеристика TRIAC

Следующая кривая показывает зависимость между приложенным напряжением и током, протекающим через TRIAC. Работает только в 1 ^st и 3 ^rd квадранты. Его работа такая же, как у SCR, но он также может работать в квадранте 3 ^rd .

Ток I увеличивается, когда напряжение V превышает напряжение отключения V _BO или при подаче стробирующего импульса. Как только устройство переходит в состояние ВКЛ, напряжение снижается до напряжения ВКЛ, а ток превышается. Он останется во включенном состоянии, пока ток не упадет ниже тока удержания I _H .

TRAIC представляет собой комбинацию двух тиристоров в одном корпусе, поэтому он также имеет те же электрические характеристики, что и отдельные тиристоры в каждом направлении, такие как напряжение пробоя, напряжение срабатывания, ток удержания.

Преимущества и недостатки TRIAC

Преимущества

Преимущества TRIAC приведены ниже:

• Он может проводить и регулировать обе половины сигнала переменного тока.
• Он компактен и требует меньшего радиатора, чем два SCR.
• Для защиты требуется только один предохранитель.
• Для запуска TRAIC можно использовать как положительный, так и отрицательный стробирующий импульс.
• Не требуется параллельный диод для защиты от обратного хода, как в SCR.

Недостатки

• Его коммутация несимметрична для обеих половин переменного тока.
• Асимметричное переключение создает в системе гармоники, вызывающие многочисленные проблемы.
• Его номинальная мощность ниже, чем у SCR.
• Менее надежен, чем SCR.
• Имеет более низкую скорость переключения.
• Требует осторожности при срабатывании, так как может срабатывать в любом направлении.
• Его рейтинг dv/dt ниже, чем у SCR.

Применение TRIAC

TRIAC используется для регулирования мощности переменного тока от низкой до средней. Из-за их асимметричного переключения DIAC используется последовательно с выводом затвора для обеспечения симметричного запуска. Доступна комбинация DIAC и TRIAC в одном корпусе, известном как 9.0006 КВАДРАК .

Они используются для управления скоростью двигателей, вентиляторов и регуляторов освещенности, а также для регулирования температуры.

Похожие сообщения:

• Что такое тиристор и SCR? Типы, работа и применение
• Что такое выпрямитель? Типы выпрямителей и принцип их работы
• Что такое МОП-транзистор? Работа, типы, операции и приложения
• Что такое диод? Конструкция и работа диода PN-перехода
• Что такое BJT? Конструкция, работа, типы и применение

URL скопирован

Показать полную статью

Связанные статьи

Кнопка «Вернуться к началу»

Триак | Руководство для начинающих

В этом руководстве мы познакомимся с некоторыми основами TRIAC. В процессе мы поймем структуру, символ, работу, характеристики, области применения TRIAC.

Краткое описание

Введение

Как известно, тринистор является однонаправленным устройством и имеет характеристики обратной блокировки, которые предотвращают протекание тока в условиях обратного смещения. 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, чтобы контролировать как положительные, так и отрицательные полупериоды входа.

Однако эта структура может быть заменена специальным полупроводниковым устройством, известным как TRIAC, для осуществления двунаправленного управления. TRIAC представляет собой двунаправленное коммутационное устройство, которое может эффективно и точно управлять мощностью переменного тока. Они часто используются в регуляторах скорости двигателя, цепях переменного тока, системах контроля давления, диммерах и другом оборудовании управления переменным током.

Вернуться к началу

Основы работы с симисторами

Симистор является важным элементом семейства тиристорных устройств. Это двунаправленное устройство, которое может пропускать ток как при прямом, так и при обратном смещении, и, следовательно, это устройство управления переменным током. Симистор эквивалентен двум встречным тиристорам, соединенным с одной клеммой затвора, как показано на рисунке.

TRIAC — это сокращение от TRIode AC Switch. TRI означает, что устройство состоит из трех клемм, а AC означает, что оно управляет мощностью переменного тока или может проводить переменный ток в обоих направлениях.

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

Вышеуказанные два условия достигаются всякий раз, когда строб запускается соответствующим стробирующим импульсом. Подобно SCR, симистор также включается путем подачи соответствующих импульсов тока на клемму затвора. Как только он включается, он теряет контроль за воротами над своей проводимостью. Таким образом, traic можно отключить, уменьшив ток до нуля через основные клеммы.

Вернуться к началу

Конструкция симистора

Симистор представляет собой пятислойное полупроводниковое устройство с тремя выводами. Клеммы обозначены как MT1, MT2 как анодные и катодные клеммы в случае SCR. А затвор изображается как G, аналогичный тиристору. Терминал затвора соединен с областями N4 и P2 металлическим контактом и находится рядом с терминалом MT1.

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

При открытых воротах МТ2 становится положительным по отношению к МТ1 для траектории со смещением вперед. Следовательно, traic работает в режиме прямой блокировки до тех пор, пока напряжение на симисторе не станет меньше, чем прямое напряжение отключения. Точно так же для симистора с обратным смещением MT2 становится отрицательным по отношению к MT1 с открытым затвором.

Пока напряжение на симисторе меньше напряжения обратного пробоя, устройство работает в режиме обратной блокировки. Трассу можно сделать проводящей за счет положительного или отрицательного напряжения на клемме затвора.

Вернуться к началу

Работа и эксплуатация симистора

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

1. MT2 положителен по отношению к MT1 с положительной полярностью затвора по отношению к MT1.
2. MT2 положителен по отношению к MT1 с отрицательной полярностью затвора по отношению к MT1.
3. MT2 отрицателен по отношению к MT1 с отрицательной полярностью затвора по отношению к MT1.
4. MT2 отрицателен 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 током запуска, что означает, что 2 и 3 квадранты используются для надежного запуска при двунаправленном управлении, а также когда критична чувствительность затвора. Чувствительность затвора самая высокая при обычном использовании режимов 1 и 4.

Режим 1: MT2 положительный, положительный ток затвора

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

Эти электроны, собранные слоем N1, создают объемный заряд на слое N1. Следовательно, больше дырок из области P1 диффундирует в область N1, чтобы нейтрализовать отрицательные объемные заряды. Эти дырки достигают соединения J2 и создают положительный объемный заряд в области P2, что заставляет больше электронов вводить 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, отрицательный ток затвора

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

Это еще больше повышает потенциал между P2N2 по отношению к потенциалу MT2. Это приводит к тому, что ток устанавливается слева направо в слое P2, который смещает соединение P2N2 в прямом направлении. И, следовательно, основная структура P1N1P2N2 начинает проводить.

Первоначально проведенная вспомогательная структура P1N1P2N4 рассматривается как пилотная SCR, а позже проводимая структура P1N1P2N2 считается основной SCR. Следовательно, анодный ток пилотного тиристора служит током затвора основного тиристора. В этом режиме чувствительность к току затвора меньше, и, следовательно, для включения симистора требуется больший ток затвора.

Режим 3: MT2 отрицательный, положительный ток затвора

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

Внешний ток затвора смещает соединение P2-N2 в прямом направлении. Слой N2 инжектирует электроны в слой P2, которые затем собираются переходом P2N1. Это приводит к увеличению тока, протекающего через соединение P2N1.

Дырки, введенные из слоя P2, диффундируют через область N1. Это создает положительный объемный заряд в области P. Следовательно, больше электронов из N3 диффундирует в P1, чтобы нейтрализовать положительные пространственные заряды.

Таким образом, эти электроны достигают соединения J2 и создают отрицательный пространственный заряд в области N1, что приводит к инжекции большего количества дырок из P2 в область N1. Этот регенеративный процесс продолжается до тех пор, пока структура P2N1P1N3 не включит симистор и не пропустит внешний ток.

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

Режим 4: MT2 отрицательный, отрицательный ток затвора

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

Следовательно, структура P2N1P1N3 включается регенеративным действием. 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, которая требует большего тока затвора для срабатывания симистора, тогда как более распространенными являются режимы срабатывания симистора 1 и 4, которые имеют большую чувствительность. На практике более чувствительный режим работы выбирается так, чтобы полярность затвора совпадала с полярностью клеммы МТ2.

Вернуться к началу

V-I Характеристики симистора

Функция траектории подобна двум тиристорам, включенным встречно-параллельно, и, следовательно, характеристики VI симистора в 1-м и 3-м квадрантах будут аналогичны характеристикам VI тиристоров. Когда терминал MT2 является положительным по отношению к терминалу MT1, считается, что трасса находится в режиме прямой блокировки.

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

Однако также возможно включить симистор ниже VBO, подав импульс затвора таким образом, чтобы ток через устройство был больше, чем ток фиксации симистора.

Аналогично, когда терминал MT2 становится отрицательным по отношению к MT1, трасса находится в режиме обратной блокировки. Небольшой ток утечки протекает через устройство до тех пор, пока оно не сработает по напряжению пробоя или по методу срабатывания затвора. Следовательно, положительный или отрицательный импульс на затвор запускает симистор в обоих направлениях.

Напряжение питания, при котором симистор начинает работать, зависит от тока затвора. Если ток затвора больше, меньше будет напряжение питания, при котором включается симистор. Обсуждаемый выше запуск в режиме -1 используется в первом квадранте, тогда как запуск в режиме 3 используется в 3-м квадранте.

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

Вернуться к началу

Преимущества

Симистор может запускаться как положительной, так и отрицательной полярностью напряжения на затворе.

• Он может работать и переключать оба полупериода сигнала переменного тока.
• По сравнению с встречно-параллельной тиристорной конфигурацией, для которой требуются два радиатора немного меньшего размера, для симистора требуется один радиатор немного большего размера. Следовательно, симистор экономит место и стоимость в приложениях питания переменного тока.
• В устройствах постоянного тока тиристоры должны быть соединены с параллельным диодом для защиты от обратного напряжения. А вот симистор может работать и без диода, возможен безопасный пробой в любую сторону.

Наверх

Недостатки

• Имеются более низкие номиналы по сравнению с тиристорами.
• При выборе схемы запуска затвора требуется тщательное рассмотрение, поскольку симистор может запускаться как при прямом, так и при обратном смещении.
• Имеют низкий показатель dv/dt по сравнению с тиристорами.
• Имеют очень маленькую частоту переключения.
• Триаки менее надежны, чем тиристоры.

Вернуться к началу

Применение

Благодаря двунаправленному управлению переменным током, симисторы используются в качестве регуляторов мощности переменного тока, контроллеров вентиляторов, контроллеров нагревателей, пусковых устройств для тринисторов, трехпозиционных статических переключателей, регуляторов освещенности и т. д. приложения переключения и управления фазой обсуждаются ниже.

Симистор в качестве переключателя высокой мощности

Поскольку симистор использует низкое напряжение и ток затвора для управления высоким напряжением и током нагрузки, он часто используется в качестве переключающего устройства во многих операциях переключения. 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, поэтому 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, чтобы дать полную мощность.

Управление фазой с помощью симистора

Подобно тиристорам, метод управления фазой путем изменения средней мощности нагрузки также возможен с помощью симисторов. Путем управления углом срабатывания в каждом полупериоде входного переменного тока регулируется мощность, подаваемая на нагрузку. Задержка, на которую откладывается срабатывание, называется углом задержки, а угол, на который работает симистор, называется углом проводимости.

На приведенном ниже рисунке показано использование симистора для управления фазой с целью обеспечения переменной мощности нагрузки. Диоды D1 и D2 пропускают ток на клемму затвора в положительном и отрицательном полупериодах соответственно.

Как только в схему подается входное питание переменного тока, 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, затвор срабатывает и симистор переходит в состояние проводимости. Во время отрицательного полупериода входа диод D2 смещен в прямом направлении, поэтому ток затвора протекает через него, и симистор включается.

Аналогичным образом мощность переменного тока, подаваемая на нагрузку, регулируется в любом направлении путем применения соответствующего стробирующего сигнала. Угол проводимости симистора регулируется изменением сопротивления R2 в приведенной выше схеме.

Вернуться к началу

Триак против SCR

• Triac — это двунаправленное устройство, тогда как SCR — это однонаправленное устройство.
Клеммы симистора
• — это MT2, MT1 и затвор, в то время как SCR имеет выводы анода, катода и затвора.
• Как для положительного, так и для отрицательного тока затвора, traic проводит, но только с направлением тока затвора включает SCR.
• Для симистора возможны четыре различных режима работы, тогда как для SCR возможен один режим работы.
• Triac доступны с меньшими номиналами по сравнению с SCR.