Що таке симістор: комутаційна схема та програми

Силові електронні перемикачі, як BJT, SCR, IGBT, MOSFET і TRIAC є дуже важливими компонентами, коли мова йде про переключення схеми як перетворювачі DC-DC, швидкість двигуна Контролери, Драйвера двигунів і частоті контролери і т.д. Кожен пристрій має свою власну унікальну власність і таким чином, у них є свої конкретні програми. У цьому підручнику ми дізнаємося про TRIAC, який є двонаправленим пристроєм, що означає, що він може проводити в обох напрямках. Завдяки цій властивості TRIAC застосовується виключно там, де бере участь синусоїдальна подача змінного струму.

Вступ до TRIAC

Термін ТРІАК позначає TRI оді для A lternating C омер поточного. Це триконтактний комутаційний пристрій, схожий на SCR (тиристор), але він може вести в обох напрямках, оскільки конструюється комбінуванням двох SCR в антипаралельному стані. Символ і шпилька TRIAC показані нижче.

Оскільки TRIAC є двонаправленим пристроєм, струм може протікати або від MT1 до MT2, або від MT2 до MT1, коли спрацьовує термінал затвора. Для TRIAC ця тригерна напруга, яка повинна подаватися на затвор затвора, може бути як позитивною, так і негативною щодо терміналу MT2. Таким чином, це перетворює TRIAC на чотири режими роботи, як зазначено нижче

• Позитивна напруга на MT2 і позитивний імпульс до затвора (квадрант 1)
• Позитивна напруга на MT2 і негативний імпульс до затвора (квадрант 2)
• Негативна напруга на MT2 і позитивний імпульс до затвора (квадрант 3)
• Негативна напруга на MT2 і негативний імпульс до затвора (квадрант 4)

VI Характеристика TRIAC

Наведене нижче зображення ілюструє стан TRIAC у кожному квадранті.

Увімкнення та вимкнення характеристик TRIAC можна зрозуміти, переглянувши графік VI характеристик TRIAC, який також показаний на малюнку вище. Оскільки TRIAC - це лише комбінація двох SCR в антипаралельному напрямку, графік характеристик VI виглядає подібним до графіку SCR. Як бачите, TRIAC в основному працює в 1- ^му та 3 ^-му квадрантах.

Характеристики включення

Щоб увімкнути TRIAC, на штифт затвора TRIAC необхідно подати позитивну або негативну напругу / імпульс затвора. Коли спрацьовує один із двох SCR всередині, TRIAC починає проводити на основі полярності терміналів MT1 та MT2. Якщо MT2 позитивний, а MT1 негативний, проводиться перший SCR, а якщо термінал MT2 негативний, а MT1 позитивний, то проводиться другий SCR. Таким чином, будь-який з SCR завжди залишається на цьому, роблячи TRIAC ідеальним для програм змінного струму.

Мінімальна напруга, яка повинна подаватися на штифт затвора, щоб увімкнути TRIAC, називається пороговою напругою затвора (V _GT), а результуючий струм через штифт затвора називається пороговою струмом затвора (I _GT). Як тільки ця напруга подається на штифт затвора, TRIAC зміщується вперед і починає проводити, час, необхідний для того, щоб TRIAC перейшов із вимкненого стану в режим увімкнення, називається часом включення (t _on).

Так само, як SCR, коли TRIAC після включення залишатиметься ввімкненим, якщо його не замінити. Але для цієї умови струм навантаження через TRIAC повинен бути більшим або рівним струму фіксації (I _L) TRIAC. Отже, на закінчення TRIAC залишатиметься ввімкненим навіть після зняття імпульсу затвора до тих пір, поки струм навантаження більше значення струму замикання

Як і струм фіксації, існує ще одне важливе значення струму, яке називається струмом утримання. Мінімальне значення струму для утримання TRIAC в режимі прямої провідності називається струмом утримання (I _H). TRIAC переходить у режим безперервної провідності лише після проходження струму утримування та струму фіксації, як показано на графіку вище. Також значення струму закріплення будь-якого TRIAC завжди буде більшим за значення струму утримання.

Характеристики вимкнення

Процес відключення TRIAC або будь-якого іншого силового пристрою називається комутацією, а схема, пов'язана з ним для виконання завдання, - комутаційною ланцюгом. Найбільш поширеним методом, який використовується для вимкнення TRIAC, є зменшення струму навантаження, хоча TRIAC, поки він не досягне нижче значення утримуючого струму (I _H). Цей тип комутації називається вимушеною комутацією в ланцюгах постійного струму. Ми дізнаємось більше про те, як TRIAC вмикається та вимикається через схеми додатків.

Програми TRIAC

TRIAC дуже часто використовується в місцях, де потрібно контролювати потужність змінного струму, наприклад, він використовується в регуляторах частоти обертання стельових вентиляторів, ланцюгах регулятора яскравості змінного струму тощо. Давайте розглянемо просту схему перемикання TRIAC, щоб зрозуміти, як вона працює практично.

Тут ми використовували TRIAC для ввімкнення та вимкнення навантаження змінного струму за допомогою кнопки. Потім джерело живлення підключається до маленької лампочки через TRIAC, як показано вище. Коли перемикач закритий, фазова напруга подається на затворний штифт TRIAC через резистор R1. Якщо ця напруга затвора перевищує порогову напругу затвора, тоді через штифт затвора протікає струм, який буде більшим за пороговий струм затвора.

За цієї умови TRIAC потрапляє вперед, і струм навантаження буде протікати через лампочку. Якщо навантаження споживає достатньо струму, TRIAC переходить у стан фіксації. Але оскільки це джерело змінного струму, напруга досягатиме нуля за кожні півцикла, і, отже, струм також досягатиме нуля на мить. Отже, замикання в цій схемі неможливе, і TRIAC вимкнеться, як тільки перемикач розімкнеться, і тут не потрібна схема комутації. Цей тип комутації TRIAC називається природною комутацією. Тепер давайте побудуємо цю схему на макеті, використовуючи BT136 TRIAC, і перевіримо, як вона працює.

Потрібна велика обережність під час роботи з джерелами живлення змінного струму з метою зниження робочої напруги Стандартна потужність змінного струму 230 В 50 Гц (в Індії) знижується до 12 В 50 Гц за допомогою трансформатора. Маленька колба підключається як навантаження. Експериментальна установка виглядає наступним чином після завершення.

При натисканні кнопки штифт затвора отримує напругу затвора, і, отже, TRIAC вмикається. Лампочка буде світитися, доки утримується кнопка. Після того, як кнопка відпущена, TRIAC буде в зафіксованому стані, але оскільки вхідна напруга є змінним струмом, хоча TRIAC буде нижчим за струм утримання, і, отже, TRIAC вимкнеться, повну роботу також можна знайти у відео враховуючи в кінці цього уроку.

Керування TRIAC за допомогою мікроконтролерів

Коли TRIAC використовуються як диммери світла або для застосування фазового контролю, імпульс затвора, який подається на штифт затвора, повинен контролюватися за допомогою мікроконтролера. У цьому випадку штифт затвора також буде ізольований за допомогою опто-муфти. Принципова схема для того ж наведена нижче.

Для управління TRIAC за допомогою сигналу 5 В / 3,3 В ми будемо використовувати оптовідчіплювач, такий як MOC3021, який має TRIAC всередині. Цей TRIAC може спрацьовувати на 5 В / 3,3 В через світлодіод. Зазвичай ШІМ-сигнал подається на 1- ^й штифт MOC3021, а частота та робочий цикл ШІМ-сигналу змінюються, щоб отримати бажаний вихід. Цей тип ланцюга зазвичай використовується для регулювання яскравості лампи або регулювання швидкості обертання двигуна.

Ефект тарифу - Снубер-схеми

Усі TRIAC страждають від проблеми під назвою Rate Effect. Тобто, коли термінал MT1 піддається різкому збільшенню напруги через перемикання шумів або перехідних процесів або імпульсів, TRIAC перериває його як сигнал перемикання і автоматично вмикається. Це пов’язано з внутрішньою ємністю, присутньою між клемами МТ1 і МТ2.

Найпростіший спосіб подолати цю проблему - за допомогою схеми Snubber. У наведеній вище схемі резистор R2 (50R) і конденсатор C1 (10nF) разом утворюють RC-мережу, яка діє як ланцюг Snubber. Будь-які пікові напруги, що подаються на MT1, будуть спостерігатися за допомогою цієї RC-мережі.

Ефект люфту

Ще однією поширеною проблемою, з якою стикнуться дизайнери під час використання TRIAC, є ефект зворотного ефекту. Ця проблема виникає, коли для управління напругою затвора TRIAC використовується потенціометр. Коли POT повернуто до мінімального значення, на штифт затвора не буде подаватися напруга, і, отже, навантаження буде вимкнено. Але коли POT повернуто на максимальне значення, TRIAC не ввімкнеться через ефект ємності між виводами MT1 і MT2, цей конденсатор повинен знайти шлях до розряду, інакше він не дозволить TRIAC увімкнутись. Цей ефект називається ефектом люфту. Цю проблему можна усунути простим введенням резистора послідовно з комутаційною ланцюгом, щоб забезпечити шлях для розряду конденсатора.

Радіочастотні перешкоди (RFI) та TRIAC

Комутаційні схеми TRIAC більш схильні до радіочастотних перешкод (EFI), оскільки при включенні навантаження струм раптово підвищує форму 0A до максимального значення, таким чином створюючи сплеск електричних імпульсів, що спричиняє радіочастотний інтерфейс. Чим більше струм навантаження, тим гіршими будуть перешкоди. Використання ланцюгів супресорів, таких як супресор LC, вирішить цю проблему.

TRIAC - Обмеження

При необхідності перемикання сигналів змінного струму в обох напрямках TRIAC буде першим вибором, оскільки це єдиний двонаправлений силовий електронний вимикач. Він діє так само, як два SCR, з'єднані між собою, а також мають однакові властивості. Хоча при проектуванні схем з використанням TRIAC слід враховувати наступні обмеження

• TRIAC має дві структури SCR всередині, одна проводить протягом позитивної половини, а інша - під час негативної половини. Але вони не спрацьовують симетрично, викликаючи різницю в позитивному і негативному напівперіоді виходу
• Крім того, оскільки перемикання не є симетричним, це призводить до гармонік високого рівня, які будуть спричиняти шум у ланцюзі.
• Ця проблема гармонік також призведе до електромагнітних перешкод (ЕМІ)
• При використанні індуктивних навантажень існує величезний ризик пускового струму, що протікає до джерела, отже, слід переконатися, що TRIAC повністю вимкнено, а індуктивне навантаження розряджене безпечно через інший шлях