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Metodi e circuiti per il controllo di un tiristore o triac
I tiristori sono ampiamente utilizzati nei dispositivi a semiconduttore e nei convertitori. Varie fonti di energia, convertitori di frequenza, regolatori, dispositivi di eccitazione per motori sincroni e molti altri dispositivi sono stati costruiti su tiristori e recentemente sono stati sostituiti da convertitori di transistor. Il compito principale per il tiristore è accendere il carico nel momento in cui viene applicato il segnale di controllo. In questo articolo vedremo come controllare tiristori e triac.
definizione
Il tiristore (trinistor) è una chiave semi-controllata a semiconduttore. Semi-controllato: significa che puoi solo accendere il tiristore, si spegne solo quando la corrente nel circuito viene interrotta o se viene applicata una tensione inversa.
Lui, come un diodo, conduce la corrente in una sola direzione. Cioè, per l'inclusione nel circuito AC per controllare due semionde, sono necessari due tiristori, per ciascuno, sebbene non sempre. Il tiristore è costituito da 4 aree del semiconduttore (p-n-p-n).
Un altro dispositivo simile si chiama triac - tiristore bidirezionale. La sua principale differenza è che può condurre corrente in entrambe le direzioni. In realtà, rappresenta due tiristori collegati in parallelo l'uno verso l'altro.
Funzionalità chiave
Come qualsiasi altro componente elettronico, i tiristori hanno una serie di caratteristiche:
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Caduta di tensione alla massima corrente anodica (VT o UОС).
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Tensione chiusa diretta (VD (RM) o Ucc).
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Tensione inversa (VR (PM) o Urev).
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La corrente diretta (IT o Ipr) è la corrente massima nello stato aperto.
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La massima corrente diretta consentita (ITSM) è la massima corrente di picco aperta.
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Corrente inversa (IR) - corrente a una certa tensione inversa.
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Corrente continua in uno stato chiuso a una certa tensione diretta (ID o ISc).
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Tensione di controllo del trigger costante (VGT o UU).
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Corrente di controllo (IGT).
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Elettrodo di controllo corrente massima IGM.
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Dissipazione di potenza massima consentita sull'elettrodo di controllo (PG o Pу)
Principio di funzionamento
Quando la tensione viene applicata al tiristore, non conduce corrente. Esistono due modi per accenderlo: applicare la tensione tra l'anodo e il catodo abbastanza per aprirsi, quindi il suo funzionamento non differirà dal dinistor.
Un altro modo è applicare un impulso a breve termine all'elettrodo di controllo. La corrente di apertura del tiristore è nell'intervallo di 70-160 mA, sebbene in pratica questo valore, così come la tensione che deve essere applicata al tiristore, dipende dal modello specifico e dall'istanza del dispositivo a semiconduttore e anche dalle condizioni in cui opera, come, ad esempio, la temperatura ambiente ambiente.
Oltre alla corrente di controllo, esiste un parametro come la corrente di mantenimento: questa è la corrente minima dell'anodo per mantenere aperto il tiristore.
Dopo aver aperto il tiristore, il segnale di controllo può essere spento, il tiristore sarà aperto fintanto che la corrente continua lo attraverserà e verrà applicata la tensione. Cioè, in un circuito variabile, il tiristore sarà aperto durante quella semionda, la cui tensione sollecita il tiristore nella direzione in avanti. Quando la tensione scende a zero, la corrente diminuirà. Quando la corrente nel circuito scende al di sotto della corrente di mantenimento del tiristore, si chiude (si spegne).
La polarità della tensione di controllo deve coincidere con la polarità della tensione tra l'anodo e il catodo, come si può vedere negli oscillogrammi sopra.
Il controllo del triac è simile, sebbene abbia alcune caratteristiche. Per controllare un triac in un circuito CA, sono necessari due impulsi di tensione di controllo, rispettivamente per ogni semionda di un'onda sinusoidale.
Dopo aver applicato un impulso di controllo nella prima semionda (condizionatamente positiva) di una tensione sinusoidale, la corrente attraverso il triac scorrerà fino all'inizio della seconda semionda, dopodiché si chiuderà, come un tiristore convenzionale. Successivamente, è necessario applicare un altro impulso di controllo per aprire il triac sulla semionda negativa. Ciò è chiaramente illustrato nelle seguenti forme d'onda.
La polarità della tensione di controllo deve corrispondere alla polarità della tensione applicata tra l'anodo e il catodo. Per questo motivo, sorgono problemi quando si controllano i triac usando circuiti logici digitali o dalle uscite di un microcontrollore. Ma questo è facilmente risolto installando un driver triac, di cui parleremo più avanti.
Circuiti di controllo a tiristori o triac comuni
Il circuito più comune è un regolatore triac o tiristore.
Qui, il tiristore si apre dopo che c'è una quantità sufficiente sul condensatore per aprirlo. Il momento di apertura viene regolato mediante un potenziometro o una resistenza variabile. Maggiore è la sua resistenza, più lento è il carico del condensatore. Il resistore R2 limita la corrente attraverso l'elettrodo di controllo.
Questo schema regola entrambi i semestri, ovvero si ottiene il pieno controllo della potenza da quasi lo 0% a quasi il 100%. Ciò è stato ottenuto impostando il regolatore nel ponte a diodiPertanto, una delle mezze onde è regolata.
Di seguito è mostrato un circuito semplificato, qui è regolata solo la metà del periodo, la seconda semionda passa senza cambiamenti attraverso il diodo VD1. Il principio di funzionamento è simile.
Il controller Triac senza ponte a diodi consente di controllare due semionde.
Secondo il principio di funzionamento, è quasi simile ai precedenti, ma entrambe le mezze onde sono già regolate con l'aiuto del triac. Le differenze sono che qui l'impulso di controllo viene fornito utilizzando un dinistor DB3 bidirezionale, dopo che il condensatore viene caricato alla tensione desiderata, di solito 28-36 Volt. La velocità di ricarica è inoltre regolata da un resistore o potenziometro variabile. Questo schema è implementato nella maggior parte dimmer domestici.
meraviglia I:
Tali circuiti di controllo della tensione sono chiamati SIFU - un sistema di controllo della fase impulsiva.
La figura sopra mostra la possibilità di controllare un triac usando un microcontrollore, usando un esempio popolare piattaforma Arduino. Il driver per triac è costituito da un optosimistor e un LED. Poiché un optosimistor è installato nel circuito di uscita del driver, la tensione della polarità richiesta viene sempre applicata all'elettrodo di controllo, ma qui ci sono alcune sfumature.
Il fatto è che per regolare la tensione con l'aiuto di un triac o tiristore, è necessario applicare un segnale di controllo in un determinato momento, in modo che il taglio di fase avvenga sul valore desiderato. Se spari casualmente impulsi di controllo, il circuito funzionerà sicuramente, ma le regolazioni non funzioneranno, quindi è necessario determinare quando la semionda passa attraverso lo zero.
Dal momento che per noi la polarità della semionda non ha importanza al momento, è sufficiente tracciare semplicemente il momento della transizione attraverso lo zero. Tale nodo nel circuito è chiamato rivelatore zero o rivelatore zero, e nelle fonti inglesi è chiamato "circuito rivelatore zero crossing" o ZCD. Una variante di tale circuito con un rilevatore di attraversamento zero su un fotoaccoppiatore a transistor è la seguente:
Esistono molti driver ottici per il controllo dei triac, quelli tipici sono la linea MOC304x, MOC305x, MOC306X, prodotta da Motorola e altri. Inoltre, questi driver forniscono isolamento galvanico, che proteggerà il tuo microcontrollore in caso di guasto della chiave a semiconduttore, che è abbastanza possibile e probabile. Aumenterà anche la sicurezza di lavorare con i circuiti di controllo dividendo completamente il circuito in "potenza" e "operativo".
conclusione
Abbiamo detto le informazioni di base su tiristori e triac, nonché la loro gestione in circuiti con un "cambiamento".Vale la pena notare che non abbiamo affrontato l'argomento dei tiristori bloccabili, se sei interessato a questo problema: scrivi commenti e li considereremo in modo più dettagliato. Inoltre, non sono state prese in considerazione le sfumature dell'uso e del controllo dei tiristori nei circuiti induttivi di potenza. Per controllare la “costante” è meglio usare i transistor, perché in questo caso decidi quando la chiave si aprirà e quando si chiuderà, obbedendo al segnale di controllo ...
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