Μέθοδοι και κυκλώματα ελέγχου θυρίστορ ή τριακ

Οι τυρτιστές χρησιμοποιούνται ευρέως σε συσκευές και μετατροπείς ημιαγωγών. Διάφορες πηγές ενέργειας, μετατροπείς συχνότητας, ρυθμιστές, συσκευές διέγερσης για σύγχρονους κινητήρες και πολλές άλλες συσκευές κατασκευάστηκαν σε θυρίστορ και πρόσφατα αντικαταστάθηκαν από μετατροπείς τρανζίστορ. Το κύριο καθήκον του θυρίστορ είναι να ενεργοποιήσετε το φορτίο τη στιγμή που θα εφαρμοστεί το σήμα ελέγχου. Σε αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε τον τρόπο ελέγχου των θυρίστορ και των τριακίδων.

Ορισμός

Ο τυρτιστής (trinistor) είναι ημι-ελεγχόμενο ημι-ελεγχόμενο κλειδί. Ημιελεγχόμενη - σημαίνει ότι μπορείτε να ενεργοποιήσετε μόνο το θυρίστορ, απενεργοποιείται μόνο όταν διακόπτεται το ρεύμα στο κύκλωμα ή αν εφαρμόζεται αντίστροφη τάση.

Αυτός, σαν μια δίοδος, κάνει ρεύμα μόνο σε μία κατεύθυνση. Δηλαδή, για να συμπεριληφθεί στο κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος για τον έλεγχο δύο ημικυκλίων, χρειάζονται δύο θυρίστορες, ο καθένας, αν και όχι πάντα. Ο θυρίστορας αποτελείται από 4 περιοχές του ημιαγωγού (p-n-p-n).

Μια άλλη παρόμοια συσκευή καλείται τριακ - αμφίδρομη θυρίστορ. Η κύρια διαφορά είναι ότι μπορεί να πραγματοποιεί ρεύμα και προς τις δύο κατευθύνσεις. Στην πραγματικότητα, αντιπροσωπεύει δύο θυρίστορ συνδεδεμένους παράλληλα ο ένας με τον άλλο.

Βασικά χαρακτηριστικά

Όπως κάθε άλλο ηλεκτρονικό στοιχείο, τα θυρίστορ έχουν ορισμένα χαρακτηριστικά:

• Πτώση τάσης στο μέγιστο ρεύμα ανόδου (VT ή UОС).

• Προωθημένη κλειστή τάση (VD (RM) ή Ucc).

• Αντίστροφη τάση (VR (PM) ή Urev).

• Το ρεύμα προς τα εμπρός (IT ή Ipr) είναι το μέγιστο ρεύμα στην ανοιχτή κατάσταση.

• Το μέγιστο επιτρεπτό ρεύμα προς τα εμπρός (ITSM) είναι το μέγιστο ρεύμα αιχμής σε ανοιχτή κατάσταση.

• Αντίστροφο ρεύμα (IR) - ρεύμα σε κάποια αντίστροφη τάση.

• Κατάσταση συνεχούς ρεύματος σε κλειστή κατάσταση σε κάποια τάση προς τα εμπρός (ID ή ISc).

• Σταθερή τάση ελέγχου ενεργοποίησης (VGT ή UU).

• Ρεύμα ελέγχου (IGT).

• Μέγιστο IGM ηλεκτροδίου ελέγχου ρεύματος.

• Μέγιστη επιτρεπτή απορρόφηση ισχύος στο ηλεκτρόδιο ελέγχου (PG ή Pу)

Αρχή λειτουργίας

Όταν εφαρμόζεται τάση στο θυρίστορ, δεν εκτελείται ρεύμα. Υπάρχουν δύο τρόποι για να το ενεργοποιήσετε - εφαρμόστε τάση μεταξύ της ανόδου και της καθόδου αρκετά για να ανοίξετε, τότε η λειτουργία της δεν θα διαφέρει από το dinistor.

Ένας άλλος τρόπος είναι η εφαρμογή βραχυπρόθεσμου παλμού στο ηλεκτρόδιο ελέγχου. Το ρεύμα ανοίγματος του θυρίστορ είναι στην περιοχή των 70-160 mA, αν και στην πράξη αυτή η τιμή καθώς και η τάση που πρέπει να εφαρμοστεί στο θυροσκόπιο εξαρτάται από το συγκεκριμένο μοντέλο και την περίπτωση της συσκευής ημιαγωγού και ακόμη και από τις συνθήκες στις οποίες αυτή λειτουργεί όπως, Τετάρτη.

Εκτός από το ρεύμα ελέγχου, υπάρχει μια παράμετρος όπως το ρεύμα συγκράτησης - αυτό είναι το ελάχιστο ρεύμα ανόδου για να διατηρηθεί ο θυροσυσσωρευτής στην ανοικτή κατάσταση.

Μετά το άνοιγμα του θυρίστορ, το σήμα ελέγχου μπορεί να απενεργοποιηθεί, ο θυροσκόπτης θα είναι ανοιχτός μέχρι να ρέει ένα συνεχές ρεύμα και να εφαρμοστεί τάση. Δηλαδή, σε ένα μεταβλητό κύκλωμα, ο θυροσκόπτης θα είναι ανοικτός κατά τη διάρκεια αυτού του μισού κύματος, του οποίου η τάση υποβιβάζει τον θυρίστορ προς την εμπρόσθια κατεύθυνση. Όταν η τάση βυθίζεται στο μηδέν, το ρεύμα μειώνεται. Όταν το ρεύμα στο κύκλωμα πέσει κάτω από το ρεύμα συγκράτησης του θυρίστορ, θα κλείσει (απενεργοποιηθεί).

Η πολικότητα της τάσης ελέγχου πρέπει να συμπίπτει με την πολικότητα της τάσης μεταξύ της ανόδου και της καθόδου, όπως μπορείτε να δείτε στα παραπάνω παλμογράφημα.

Ο έλεγχος του τριακ είναι παρόμοιος, αν και έχει κάποια χαρακτηριστικά. Για τον έλεγχο ενός triac σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, απαιτούνται δύο παλμοί τάσης ελέγχου - για κάθε μισό κύμα ενός ημιτονοειδούς, αντίστοιχα.

Μετά την εφαρμογή ενός παλμού ελέγχου στο πρώτο μισό κύμα (υπό όρους θετικό) μιας ημιτονοειδούς τάσης, το ρεύμα μέσω του τριακ θα ρέει μέχρι την αρχή του δεύτερου μισού κύματος, μετά το οποίο θα κλείσει, όπως ένα συμβατικό θυρίστορ. Μετά από αυτό, πρέπει να εφαρμόσετε ένα άλλο παλμό ελέγχου για να ανοίξετε το τριακ στο αρνητικό μισό κύμα. Αυτό απεικονίζεται σαφώς στις ακόλουθες κυματομορφές.

Η πολικότητα της τάσης ελέγχου πρέπει να αντιστοιχεί στην πολικότητα της εφαρμοζόμενης τάσης μεταξύ της ανόδου και της καθόδου. Εξαιτίας αυτού, προκύπτουν προβλήματα κατά τον έλεγχο των τρισδιάστατων ψηφιακών κυκλωμάτων ή από τις εξόδους ενός μικροελεγκτή. Αλλά αυτό μπορεί εύκολα να λυθεί με την εγκατάσταση ενός οδηγού triac, για τον οποίο θα μιλήσουμε αργότερα.

Κοινά κυκλώματα ελέγχου θυρίστορ ή τριακ

Το πιο κοινό κύκλωμα είναι ένας ρυθμιστής triac ή θυρίστορ.

Εδώ, ο θυροστάτης ανοίγει αφού υπάρχει επαρκής ποσότητα στον πυκνωτή για να το ανοίξει. Η ροπή ανοίγματος ρυθμίζεται με χρήση ποτενσιόμετρου ή μεταβλητής αντίστασης. Όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση, τόσο πιο αργή είναι η φόρτιση του πυκνωτή. Η αντίσταση R2 περιορίζει το ρεύμα μέσω του ηλεκτροδίου ελέγχου.

Αυτό το σχήμα ρυθμίζει και τις δύο μισές περιόδους, δηλαδή έχετε πλήρη έλεγχο ισχύος από σχεδόν 0% έως σχεδόν 100%. Αυτό επιτεύχθηκε με τη ρύθμιση του ρυθμιστή στη γέφυρα δίοδοςΈτσι, ένα από τα μισά κύματα ρυθμίζεται.

Ένα απλοποιημένο κύκλωμα φαίνεται παρακάτω, μόνο το ήμισυ της περιόδου ρυθμίζεται εδώ, το δεύτερο μισό κύμα περνά χωρίς αλλαγή μέσω της διόδου VD1. Η αρχή της λειτουργίας είναι παρόμοια.

Ο ελεγκτής Triac χωρίς γέφυρα δίοδος σας επιτρέπει να ελέγχετε δύο μισά κύματα.

Σύμφωνα με την αρχή της λειτουργίας, είναι σχεδόν παρόμοια με τα προηγούμενα, αλλά και τα δύο μισά κύματα ρυθμίζονται ήδη με τη βοήθεια του τριακ. Οι διαφορές είναι ότι εδώ ο παλμός ελέγχου τροφοδοτείται χρησιμοποιώντας ένα δι-κατευθυντικό DB3 dinistor, αφού ο πυκνωτής φορτιστεί στην επιθυμητή τάση, συνήθως 28-36 Volts. Η ταχύτητα φόρτισης ρυθμίζεται επίσης από μεταβλητή αντίσταση ή ποτενσιόμετρο. Αυτό το πρόγραμμα εφαρμόζεται στα περισσότερα οικιακοί ρυθμιστές.

Ενδιαφέρουσες:

Τέτοια κυκλώματα ελέγχου τάσης ονομάζονται SIFU - ένα σύστημα ελέγχου παλμών.

Το παραπάνω σχήμα δείχνει την επιλογή ελέγχου ενός triac χρησιμοποιώντας ένα μικροελεγκτή, χρησιμοποιώντας ένα παράδειγμα δημοφιλή πλατφόρμα Arduino. Ο οδηγός triac αποτελείται από ένα optosimistor και ένα LED. Επειδή ένα εξάρτημα οπτοσυμπιεστή είναι εγκατεστημένο στο κύκλωμα εξόδου του οδηγού, εφαρμόζεται πάντοτε στο ηλεκτρόδιο ελέγχου μια τάση της απαιτούμενης πολικότητας, αλλά υπάρχουν κάποιες αποχρώσεις εδώ.

Το γεγονός είναι ότι για να ρυθμίσετε την τάση με τη βοήθεια ενός triac ή θυρίστορ, είναι απαραίτητο να εφαρμόσετε ένα σήμα ελέγχου σε ένα συγκεκριμένο χρονικό σημείο, έτσι ώστε η κοπή φάσης να λάβει την επιθυμητή τιμή. Εάν τραβήξετε τυχαία παλμούς ελέγχου, το κύκλωμα θα λειτουργήσει σίγουρα, αλλά οι ρυθμίσεις δεν θα λειτουργήσουν, οπότε πρέπει να προσδιορίσετε πότε το μισό κύμα περνάει από το μηδέν.

Δεδομένου ότι για μας η πολικότητα του μισού κύματος δεν έχει σημασία αυτή τη στιγμή, αρκεί να παρακολουθήσουμε απλώς τη στιγμή της μετάβασης στο μηδέν. Ένας τέτοιος κόμβος στο κύκλωμα ονομάζεται ανιχνευτής μηδενός ή ανιχνευτής μηδενός, και στις αγγλικές πηγές ονομάζεται "κύκλωμα ανιχνευτή διασταύρωσης μηδέν" ή ZCD. Μία παραλλαγή ενός τέτοιου κυκλώματος με ανιχνευτή μηδενικής διέλευσης σε έναν τρανζίστορ οπτικό συζευκτή έχει ως εξής:

Υπάρχουν πολλοί οπτικοί οδηγοί για τον έλεγχο των τρισδιάστατων, τα τυπικά είναι τα MOC304x, MOC305x, MOC306X, που κατασκευάζονται από την Motorola και άλλα. Επιπλέον, αυτοί οι οδηγοί παρέχουν γαλβανική απομόνωση, η οποία θα προστατεύει τον μικροελεγκτή σας σε περίπτωση βλάβης του κλειδιού ημιαγωγού, κάτι που είναι πολύ πιθανό και πιθανό. Θα αυξήσει επίσης την ασφάλεια της εργασίας με τα κυκλώματα ελέγχου, διαιρώντας πλήρως το κύκλωμα σε "ισχύ" και "λειτουργικό".

Συμπέρασμα

Λέγαμε βασικές πληροφορίες για τα θυροσκόπια και τα τρισδιάστατα, καθώς και τη διαχείριση τους σε κυκλώματα με "αλλαγή".Αξίζει να σημειωθεί ότι δεν εξετάσαμε το θέμα των θυρίστορων με δυνατότητα κλειδώματος, αν σας ενδιαφέρει αυτό το ζήτημα - γράψτε σχόλια και θα τα εξετάσουμε λεπτομερέστερα. Επίσης, δεν εξετάστηκαν οι αποχρώσεις της χρήσης και ελέγχου των θυρίστορ σε επαγωγικά κυκλώματα ισχύος. Για να ελέγξετε τη "σταθερά" είναι καλύτερα να χρησιμοποιείτε τρανζίστορ, διότι σε αυτή την περίπτωση αποφασίζετε πότε θα ανοίξει το κλειδί και πότε θα κλείσει, υπακούοντας στο σήμα ελέγχου ...