Симистор что это такое: Что такое симистор, как его проверить

Содержание

Что такое симистор, как его проверить

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

Симистор — это разновидность тиристора. Он как и тринистор имеет три вывода, однако p-n-переходов у симистора не три, а целых пять. Характерно для симистора и два устойчивых состояния: «открытое» и «закрытое», при том проводимостью симистора можно управлять в двух направлениях, несмотря на то, что управляющий электрод у него всего один.

По причине такой своей универсальности, именно симистор чаще всего играет роль ключа в цепях переменного тока для управления различного рода устройствами (например двигателем болгарки или стиральной машины).

Взгляните на рисунок. Здесь пять переходов, которые по своему расположению аналогичны двум встречно-параллельно включенным тринисторам. Если приложить к электроду MТ2 плюс, а к MТ1 — минус, то активируется (станет готова к работе) последовательность переходов снизу-вверх n-p-n-p, а при смене полярности в наше распоряжение попадет последовательность переходов сверху-вниз n-p-n-p. И управляющего электрода по прежнему достаточно всего одного.

Итак, для управления состоянием проводимости симистора, установленного в каком-нибудь приборе, на управляющий электрод G симистора подают управляющий импульс, полярность которого указывается относительно вывода MТ1, и зависит она от текущей полярности коммутируемого напряжения, действующего в цепи, то есть от напряжения, приложенного к выводам MT1 и MT2 данного симистора.

Если вывод MT2 находится под положительным напряжением относительно вывода MT1, то переход симистора в проводящее состояние возможен при любой полярности импульса управляющего напряжения, приложенного к выводу G относительно вывода MT1. Если же на выводе MT2 находится минус, а на MT1 – плюс, то к открыванию симистора приведет отрицательная полярность напряжения, приложенного к выводу G.

Чтобы «закрыть» симистор, находящийся в проводящем состоянии, необходимо обесточить коммутируемую симистором цепь (сделать ее ток меньшим, чем ток удержания, характерный для данного симистора).

Из сказанного выше очевидным образом вытекает, что для проверки симистора можно воспользоваться простой универсальной схемой, предназначенной для тестирования, которая содержит два развязанных друг от друга источника питания (например две обмотки трансформатора с выпрямителями и конденсаторами фильтров).

Такую схему каждый сможет собрать себе сам. Два переключателя (SA1 и SA2) служат для изменения полярности в коммутируемой цепи и в цепи питания управляющего электрода. Переключатели (кнопки без фиксации) SB1 и SB2 предназначены соответственно для открывания и для выключения симистора. Лампочка здесь служит индикатором исправности симистора, так как она установлена в цепи, коммутируемой симистором.

Работает схема так. Когда переключатели SA1 и SA2 пребывают в положении как изображено на рисунке, достаточно нажать на кнопку SB1, чтобы исправный симистор открылся и лампа тут же загорелась. Далее нажимают SB2 – лампа гаснет, так как симистор запирается. После этого переключателем SA1 изменяют полярность управляющего импульса.

Нажатие на SB1 приведет к загоранию лампы. Следующим шагом изменяют полярность в коммутируемой цепи, для чего нажимают на SA2. Теперь лампа должна вспыхивать только тогда, когда на управляющий электрод будет подано напряжение отрицательное, относительно минусового электрода симистора.

Есть более простая схема с батарейкой «крона» и со светодиодами. Данная схема позволяет проверять не только симисторы, но и тринисторы. Переключатель S1 позволяет изменять полярность питания, а кнопки ST1 и ST2 дают в распоряжение пользователю импульсы разной полярности.

Исправный тринистор станет проводить лишь в одном направлении, поэтому только светодиод VD4 будет индикатором. А вот симистор сможет открыться в том направлении, в котором подана полярность питания, и в зависимости от нажатия на кнопку ST1 или ST2. Нажатие на ST2 не должно привести к открыванию симистора, если на нижнем его выводе будет плюс.

Ранее ЭлектроВести писали, что в России на Калининской АЭС было отключено от сети три энергоблока из четырех. Представитель концерна «Росэнергоатом» сказал, что остановка была вызвана отключением одного из трансформаторов тока.

По материалам: electrik.info.

Что такое симистор (триак), характеристики, схемы: принцип работы, схемы, характеристики

В данной статье мы подробно разберем что такое симистор (триак), рассмотрим его схему и символ на схеме, кривые характеристики триака, а так же фазовый контроль симистора.

Введение

Будучи твердотельным устройством, тиристоры могут использоваться для управления лампами, двигателями или нагревателями и т.д. Однако одна из проблем использования тиристора для управления такими цепями заключается в том, что, подобно диоду, «тиристор» является однонаправленным устройством, что означает, что он пропускает ток только в одном направлении, от анода к катоду .

Для цепей переключения постоянного тока эта «однонаправленная» характеристика переключения может быть приемлемой, поскольку после запуска вся мощность постоянного тока подается прямо на нагрузку. Но в синусоидальных цепях переключения переменного тока это однонаправленное переключение может быть проблемой, поскольку оно проводит только в течение одной половины цикла (например, полуволнового выпрямителя), когда анод является положительным, независимо от того, что делает сигнал затвора. Затем для работы от переменного тока тиристором подается нагрузка только на половину мощности.

Чтобы получить двухволновое управление мощностью, мы могли бы подключить один тиристор внутри двухполупериодного мостового выпрямителя, который срабатывает на каждой положительной полуволне, или соединить два тиристора вместе в обратной параллели (спина к спине), как показано ниже. но это увеличивает как сложность, так и количество компонентов, используемых в схеме переключения.

Тиристорные конфигурации

Существует, однако, другой тип полупроводникового устройства, называемый «Триодный выключатель переменного тока» или «Триак» для краткости. Триаки также являются членами семейства тиристоров, и, как и кремниевые выпрямители, управляемые кремнием, они могут использоваться в качестве полупроводниковых переключателей питания, но что более важно, триаки являются «двунаправленными» устройствами. Другими словами, симистор может быть запущен в проводимость как положительными, так и отрицательными напряжениями, приложенными к его аноду, и положительными и отрицательными импульсами запуска, приложенными к его клемме затвора, что делает его двухквадрантным коммутирующим устройством, управляемым затвором.

Симистор ведет себя так же, как два обычных тиристоров, соединенных вместе в обратной параллельно (спина к спине) по отношению друг к другу и из — за этой конструкции два тиристоры имеют общий терминал Gate все в пределах одного трехтерминальной пакета.

Поскольку триак проводит в обоих направлениях синусоидальной формы волны, концепция анодной клеммы и катодной клеммы, используемая для идентификации главных силовых клемм тиристора, заменена обозначениями: MT ₁ для главной клеммы 1 и MT ₂ для главной клеммы 2.

В большинстве устройств переключения переменного тока клемма симисторного затвора связана с клеммой MT ₁, аналогично взаимосвязи затвор-катод тиристора или взаимосвязи база-эмиттер транзистора. Конструкция, легирование PN и условные обозначения, используемые для обозначения триака, приведены ниже.

Схема и символ симистора

Теперь мы знаем, что «триак» — это четырехслойное PNPN в положительном направлении и NPNP в отрицательном направлении, трехполюсное двунаправленное устройство, которое блокирует ток в своем состоянии «ВЫКЛ», действующее как выключатель разомкнутой цепи, но в отличие от обычного тиристора, симистор может проводить ток в любом направлении при срабатывании одним импульсом затвора. Тогда симистор имеет четыре возможных режима срабатывания следующим образом.

Mode + Mode = положительный ток MT ₂ (+ ve), положительный ток затвора (+ ve)
Mode — Mode = положительный ток MT ₂ (+ ve), отрицательный ток затвора (-ve)
Mode + Mode = MT ₂ отрицательный ток (-ve), положительный ток затвора (+ ve)
Mode — Mode = отрицательный ток MT ₂ (-ve), отрицательный ток затвора (-ve)

И эти четыре режима, в которых может работать триак, показаны с использованием кривых характеристик триака IV.

Кривые характеристики триака IV

В квадранте tri триак обычно запускается в проводимость положительным током затвора, обозначенным выше как режим Ι +. Но это также может быть вызвано отрицательным током затвора, режим Ι–. Аналогичным образом, в квадранте <ΙΙΙ, срабатывание с отрицательным током затвора, –Ι _G также является обычным режимом mode– вместе с режимом ΙΙΙ +. Однако режимы Ι– и ΙΙΙ + являются менее чувствительными конфигурациями, требующими большего тока затвора, чтобы вызвать запуск, чем более распространенные режимы запуска триаков Ι + и ΙΙΙ–.

Также, как и кремниевые управляемые выпрямители (SCR), триаки также требуют минимального удерживающего тока I _H для поддержания проводимости в точке пересечения сигналов. Затем, несмотря на то, что два тиристора объединены в одно устройство симистора, они по-прежнему демонстрируют индивидуальные электрические характеристики, такие как различные напряжения пробоя, токи удержания и уровни напряжения запуска, точно такие же, как мы ожидаем от одного устройства SCR.

Использование симистора

Симистор наиболее часто используется в полупроводниковых устройствах для коммутации и управления мощностью систем переменного тока, как симистор может быть включен «ON» либо положительным или отрицательным импульсом Gate, независимо от полярности питания переменного тока в то время. Это делает триак идеальным для управления лампой или нагрузкой двигателя переменного тока с помощью базовой схемы переключения триака, приведенной ниже.

Схема переключения симистора

Приведенная выше схема показывает простую схему переключения симистора с триггером постоянного тока. При разомкнутом переключателе SW1 ток не поступает в затвор симистора, и поэтому лампа выключена. Когда SW1 замкнут, ток затвора подается на триак от батареи V _G через резистор R, и триак приводится в полную проводимость, действуя как замкнутый переключатель, и полная мощность потребляется лампой от синусоидального источника питания.

Поскольку батарея подает положительный ток затвора на триак всякий раз, когда переключатель SW1 замкнут, триак постоянно находится в режимах g + и ΙΙΙ + независимо от полярности клеммы MT ₂ .

Конечно, проблема с этой простой схемой переключения симистора состоит в том, что нам потребовался бы дополнительный положительный или отрицательный источник питания затвора, чтобы запустить триак в проводимость. Но мы также можем активировать триак, используя фактическое напряжение питания переменного тока в качестве напряжения срабатывания затвора. Рассмотрим схему ниже.

Схема показывает триак, используемый как простой статический выключатель питания переменного тока, обеспечивающий функцию «ВКЛ» — «ВЫКЛ», аналогичную в работе предыдущей схеме постоянного тока. Когда переключатель SW1 разомкнут, триак действует как разомкнутый переключатель, и лампа пропускает нулевой ток. Когда SW1 замкнут, триак отключается от «ВКЛ» через токоограничивающий резистор R и самоблокируется вскоре после начала каждого полупериода, таким образом переключая полную мощность на нагрузку лампы.

Поскольку источник питания является синусоидальным переменным током, триак автоматически отключается в конце каждого полупериода переменного тока в качестве мгновенного напряжения питания, и, таким образом, ток нагрузки кратковременно падает до нуля, но повторно фиксируется снова, используя противоположную половину тиристора в следующем полупериоде, пока выключатель остается замкнутым. Этот тип управления переключением обычно называется двухполупериодным управлением, поскольку контролируются обе половины синусоидальной волны.

Поскольку симистор фактически представляет собой две SCR, подключенные друг к другу, мы можем продолжить эту схему переключения симистора, изменив способ срабатывания затвора, как показано ниже.

Модифицированная цепь переключения симистора

Как и выше, если переключатель SW1 разомкнут в положении A, то ток затвора отсутствует, а лампа выключена. Если переключатель находится в положении B, то ток затвора протекает в каждом полупериоде так же, как и раньше, и лампа получает полную мощность, когда триак работает в режимах Ι + и ΙΙΙ–.

Однако на этот раз, когда переключатель подключен к положению C, диод предотвратит срабатывание затвора, когда MT ₂ будет отрицательным, так как диод имеет обратное смещение. Таким образом, симистор работает только в положительных полупериодах, работающих только в режиме I +, и лампа загорается при половине мощности. Затем, в зависимости от положения переключателя, нагрузка выключена при половине мощности или полностью включена .

Фазовый контроль симистора

Другой распространенный тип схемы симистической коммутации использует управление фазой для изменения величины напряжения и, следовательно, мощности, подаваемой на нагрузку, в данном случае на двигатель, как для положительной, так и для отрицательной половин входного сигнала. Этот тип управления скоростью двигателя переменного тока обеспечивает полностью переменное и линейное управление, поскольку напряжение можно регулировать от нуля до полного приложенного напряжения, как показано на рисунке.

Эта базовая схема запуска фазы использует триак последовательно с двигателем через синусоидальный источник переменного тока. Переменный резистор VR1 используется для управления величиной фазового сдвига на затворе симистора, который, в свою очередь, управляет величиной напряжения, подаваемого на двигатель, путем его включения в разное время в течение цикла переменного тока.

Вызывание напряжение симистора является производным от VR1 — C1 комбинации через Диак (Диак является двунаправленным полупроводниковым устройством , которое помогает обеспечить резкий триггер импульс тока, чтобы полностью включение симистора).

В начале каждого цикла C1 заряжается через переменный резистор VR1. Это продолжается до тех пор, пока напряжение на С1 не станет достаточным для запуска диака в проводимость, что, в свою очередь, позволяет конденсатору С1 разрядиться в затвор симистора, включив его.

Как только триак запускается в проводимость и насыщается, он эффективно замыкает цепь управления фазой затвора, подключенную параллельно ему, и триак берет на себя управление оставшейся частью полупериода.

Как мы видели выше, триак автоматически отключается в конце полупериода, и процесс запуска VR1-C1 снова запускается в следующем полупериоде.

Однако, поскольку для триака требуются разные величины тока затвора в каждом режиме переключения, например, Ι + и ΙΙΙ–, поэтому триак является асимметричным, что означает, что он не может запускаться в одной и той же точке для каждого положительного и отрицательного полупериода.

Эта простая схема управления скоростью симистора подходит не только для управления скоростью двигателя переменного тока, но и для диммеров ламп и управления электронагревателем, и на самом деле очень похожа на регулятор симистора, используемый во многих домах. Однако коммерческий симисторный диммер не должен использоваться в качестве регулятора скорости двигателя, так как, как правило, симисторные диммеры предназначены для использования только с резистивными нагрузками, такими как лампы накаливания.

Мы можем закончить эту про симистор, суммировав его основные пункты следующим образом:

«Триак» — это еще одно 4-слойное 3-контактное тиристорное устройство, аналогичное SCR.
Симистор может быть запущен в любом направлении.
Есть четыре возможных режима запуска для симистора, из которых 2 являются предпочтительными.

Управление электрическим переменным током с использованием симисторачрезвычайно эффективно при правильном использовании для управления нагрузками резистивного типа, такими как лампы накаливания, нагреватели или небольшие универсальные двигатели, обычно используемые в переносных электроинструментах и небольших приборах.

Но помните, что эти устройства можно использовать и подключать непосредственно к источнику переменного тока, поэтому проверка цепи должна выполняться, когда устройство управления питанием отключено от источника питания. Пожалуйста, помните о безопасности!

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 V_GT (ток через затвор имеет значение I_GT), 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 I_L тиристор будет оставаться в открытом состоянии при отсутствии тока затвора.

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

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

Во избежание ложных срабатываний можно посоветовать следующие рекомендации:

Рабочая температура перехода должна быть меньше значения T_{j max}.
Использовать тиристоры с меньшей чувствительностью, такие, как BT151, либо уменьшить чувствительность имеющегося тиристора включением резистора номиналом 1 кОм или менее между затвором и катодом.
При невозможности использования менее чувствительного тиристора необходимо приложить небольшое обратное смещение к затвору в фазе закрытого состояния тиристора для увеличения I_L. 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 I_H достаточное время.

Обратите внимание, что значение I_H указывается для температуры перехода 25 °C и, подобно I_L, оно уменьшается при повышении температуры. Поэтому для успешной коммутации цепь должна позволять уменьшаться току нагрузки ниже I_H 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 V_GT, I_GT и I_L 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+.)

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

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 V_GT, 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 (I_{GT min} = 10 мA) специально разработан для обеспечения высокой шумовой устойчивости.

2. Превышение максимального значения скорости нарастания напряжения коммутации dV_COM/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 dV_COM/dt, триак может остаться в состоянии проводимости. Это происходит из-за того, что носителям заряда не хватает времени, чтобы освободить переход.

На параметр dV_COM/dt влияют два условия:

Скорость уменьшения тока нагрузки при переключении dI_COM/dt. Высокое значение dI_COM/dt снижает значение dV_COM/dt.
Температура перехода T_j. Чем выше T_j, тем ниже значение dV_COM/dt.

Если возможно превышение значения dV_COM/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 dI_T/dt в моменты коммутации.

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

Высокое значение dI_COM/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 dI_COM/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 dI_COM/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 dV_D/dt

Высокая скорость изменения напряжения на силовых электродах непроводящего триака (или тиристора с чувствительным затвором) без превышения его V_DRM (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 dV_D/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 V_DRM

Если напряжение на T2 превышает V_DRM (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 V_DRM или dV_D/dt не всегда приводит к потере работоспособности триака, а вот создаваемая dI_T/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 dI_T/dt ниже чем, если бы триак был включен сигналом затвора. Если значение dI_T/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 dI_T/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 dI_T/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 dI_T/dt связано со скоростью нарастания тока затвора (dI_G/dt) и максимальным значением I_G. Высокие значения dI_G/dt и пикового I_G (без превышения номинальной мощности затвора) дают более высокое значение dI_T/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 dI_T/dt достигнет максимального значения при начале перехода в состояние проводимости в пике напряжения сети. Если есть вероятность превышения номинального значения dI_T/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 dI_T/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 I_H 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:

Увеличение допустимого значения dV_COM/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.
Увеличение допустимого значения dI_COM/dt. Это значительно улучшает работу на более высоких частотах и для несинусоидальных напряжений без необходимости в ограничении dI_COM/dt при помощи индуктивности последовательно с нагрузкой.
Увеличение допустимого значения dV_D/dt. Триаки очень чувствительны при высоких рабочих температурах. Высокое значение dV_D/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

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

Тепловое сопротивление

Тепловое сопротивление R_th — это сопротивление между корпусом прибора и радиатором. Этот параметр аналогичен электрическому сопротивлению R = V/I, поэтому тепловое сопротивление R_th = 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» R_th = R_{th 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 R_{th j–mb}, так как R_{th 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».

R_{th j–mb} или R_{th j–h} фиксированы и даны в документации к каждому прибору. R_{th mb–h} также даются в инструкциях по установке для некоторых вариантов изолированного и неизолированного монтажа с использованием или без использования термопасты. R_{th 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:

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

Используя уравнение теплового сопротивления, данное выше, получаем:

Максимально допустимая температура перехода будет достигнута, когда T_j достигает T_{j 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» Z_{th j–mb}. Поэтому Z_{th j–mb} уменьшается при уменьшении продолжительности импульса тока благодаря меньшему нагреву кристалла. При увеличении продолжительности до 1 с Z_{th j–mb} увеличивается до значения, соответствующего установившемуся режиму R_{th j–mb}. Характеристика Z_{th 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:

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.
Корпус допускает в обычных условиях разность потенциалов 2500 В между прибором и теплоотводом.

Устройство, принцип работы симистора и сферы применения

Общие сведения

Симистор (триак) является одним из видов тиристора и обладает большим количеством переходов p-n-типа. Его целесообразно применять в цепях переменного тока для электронного управления. Чтобы понять принцип работы симистора «чайникам» в этом вопросе, следует рассмотреть его структуру, функцию и сферы применения.

Информация о ключах

Ключи — устройства, которые применяются для коммутации или переключения в электрических цепях. Существует три их вида, и каждый из них обладает своими достоинствами и недостатками. Классифицируются ключи по типу переключения:

Механические.
Электромеханические.
Электронные.

К механическим ключам относятся выключатели и рубильники. Применяются они в случаях необходимости ручной коммутации для замыкания одного или нескольких групп контактов.

К виду электромеханических ключей следует отнести реле (контакторы). Электромагнитное реле состоит из магнита, представляющего катушку с подвижным сердечником.

При подаче питания на катушку она притягивает сердечник с группой контактов: одни контакты замыкаются, а другие — размыкаются.

Среди достоинств применения электромеханических ключей можно выделить следующие: отсутствие падения напряжения и потери мощности на контактах, а также изолирование цепей нагрузки и коммутации. У этого типа ключей есть и недостатки:

Число переключений ограниченно, поскольку контакты изнашиваются.
При размыкании возникает электрическая дуга, которая приводит к разрушению контактов (электроэрозии). Невозможно применять во взрывоопасных средах.
Очень низкое быстродействие.

Электронные ключи бывают на разной базе полупроводниковых элементов: транзисторах, управляемых диодах (тиристорах) и симметричных управляемых диодах (симисторах). Простейшим электронным ключом является транзистор биполярного типа с коллектором, эмиттером и базой, состоящего из 2 p-n-переходов. По структуре они бывают 2 типов: n-p-n и р-n-p.

Поскольку транзистор состоит из 2 p-n-переходов, то в зависимости от состояния, в которых они находятся, различают 4 режима работы: основной, инверсный, насыщения и отсечки.

При активном режиме открыт коллекторный переход, а при инверсном — эмиттерный. При двух открытых переходах транзистор работает в режиме насыщения.

При условии, что закрыты оба перехода, он будет работать в режиме отсечки.

Для использования транзистора необходимо всего 2 его состояния. Режим отсечки происходит при отсутствии тока базы, следовательно, при этом ток коллектора равен 0. При подаче достаточного значения тока на базу полупроводниковый прибор будет работать в режиме насыщения, т. е. в открытом состоянии.

Если рассматривать ключи на полевых транзисторах, то появляется возможность менять его проводимость при изменении величины напряжения на затворе, выполняющего функцию управляющего электрода. Управляя его работой при помощи воздействия на затвор, можно получить два состояния: открытое и закрытое. Ключи на полевых транзисторах обладают высоким быстродействием, чем на биполярных.

Электронные ключи, выполненные на тиристорах, обладают некоторыми особенностями. Тиристор является полупроводниковым радиоэлементом с p-n-p-n или n-p-n-p переходам и имеет 3, а иногда и 4 вывода.

Состоит он из p-слоя (катода), n-слоя (анода) и управляющего электрода (базы). Его можно заменить 2 транзисторами разной структуры. Он представляет 2 ключа транзисторного типа, которые включены встречно.

База одного транзистора подключается к коллектору другого.

При подаче на базу отпирающего тока управляемый диод откроется и останется в этом состоянии, пока величина тока не будет снижена до нулевого значения. При большом значении тока базы тиристор является обыкновенным полупроводниковым диодом, проводящим ток в одном направлении.

Он может функционировать в цепях переменного тока, но только на половину мощности. Для этих целей необходимо применять симистор.

Принцип работы симистора

Основным отличием симистора от тиристора является проводимость сразу в двух направлениях. Симистор можно заменить 2 тиристорами, которые имеют встречно-параллельное подключение на рисунке 1.

На нем представлено условное графическое обозначение триака на электрических принципиальных схемах.

В некоторой литературе можно встретить и другие названия: триак и симметричный управляемый диод.

Рисунок 1. Симистор (схема включения 2 тиристоров) и его графическое обозначение

Существует простой пример, который позволит понять даже «чайникам», как работает симистор. Дверь в гостинице можно открывать в двух направлениях, причем в нее могут войти и выйти сразу 2 человека.

Этот простой пример показывает, что триак может пропускать ток сразу в двух направлениях (прямом и обратном), поскольку он состоит из 5 p-n-переходов.

Управление его работой осуществляется при помощи базы.

Слои симисторного ключа, изготовленные из полупроводника, похожи на переход транзистора, но имеют еще 3 дополнительных области n-типа. Четвертый слой находится возле катода и является разделенным, поскольку анод и катод при движении тока выполняют некоторые функции, а при обратном направлении движения — меняются местами. Пятый слой находится возле базы.

При подаче сигнала на управляющий вывод произойдет отпирание симметричного управляющегося диода, поскольку его анод будет иметь положительный потенциал. В этом случае по верхнему тиристору потечет ток.

При изменении полярности ток будет течь по нижнему тиристору (рисунок 1). Об этом свидетельствует его вольт-амперная характеристика (ВАХ) на рисунке 2. Она состоит из двух кривых, повернутых на 180 градусов.

Рисунок 2. ВАХ триака

Литерой «А» обозначено его закрытое состояние, а «В» — открытое. Urrm и Udrm — допустимые значения прямого и обратного напряжений. Idrm и Irrm — прямой и обратный токи.

Виды и сферы применения

Поскольку симистор является видом тиристора, то основным их отличием является параметры управляющего электрода (базы). Кроме того, они классифицируются по другим признакам:

Конструкция.
Величина тока, при которой наступает перегрузка.
Характеристики базы.
Значения прямых и обратных токов.
Величина прямого и обратного напряжений.
Тип электрической нагрузки. Бывают силовыми и обычными.
Параметр силы тока, необходимой для открытия затвора.
Коэффициент dv/dt или скорость, с которой происходит переключение.
Производитель.
Мощность.

Благодаря особенности пропускания тока в двух направлениях, их используют в цепях переменного тока, поскольку тиристор не может работать на полную мощность. Симметричные тиристоры получили широкое применение в таких устройствах:

Приборах для регулировки яркости света или диммерах.
Регуляторах оборотов для различного инструмента (лобзики, шуруповерты и т. д.).
Электронной регулировке температур для индукционных плит.
Холодильной аппаратуре для плавного запуска двигателя.
Бытовой технике.
Промышленности для освещения, плавного пуска приводов машин и механизмов.

Среди достоинств симисторов можно выделить незначительную стоимость, надежность и они не генерируют помехи (не используются контакты механического типа), а также длительный срок эксплуатации. К основным недостаткам следует отнести следующие: необходимость в дополнительном теплоотводе, невозможность использования на высоких частотах, а также влияние помех и шумов различного рода.

Для подавления помех следует подсоединить параллельно триаку, между катодом и анодом, цепочку из конденсатора и резистора с номиналами от 0,02 до 0,3 мкФ и от 45 до 500 Ом соответственно.

Для применения в какой-либо схеме или устройстве следует знать основные технические характеристики, поскольку владение этой информацией поможет избежать множества трудностей перед начинающим радиолюбителем.

Технические характеристики

У триаков существуют характеристики, позволяющие применять их в какой-либо схеме. Кроме того, они отличаются также и производителем — бывают отечественные и импортные.

Основное отличие импортных состоит в том, что нет необходимости подстраивать их работу при помощи дополнительных радиоэлементов, т. е. собирать дополнительную схему управления симистором.

У симисторов существуют следующие характеристики:

Величина максимального обратного и импульсного значений напряжений, на которые он рассчитан.
Минимальное и максимальное значения тока, при котором происходит открытие его перехода, а также значение максимального импульсного тока, необходимого для его открытия.
Период включения и выключения.
Коэффициент dv/dt.

Характеристики в основном определяются по маркировке триаков с использованием справочника. В справочной информации имеется информация о том, как он выглядит, и дается его распиновка. При использовании триака следует учитывать такую характеристику, как dv/dt.

Она показывает значения коэффициента, при котором не происходит самопроизвольное включение из-за скачков напряжения. Причинами такого включения могут служить помехи импульсного происхождения и падение напряжения при коммутации ключа.

Кроме того, чтобы избежать последствий, следует применять RC-цепочку, а также ограничивающие диоды или варистор. Эта цепочка подсоединяется к эмиттеру и коллектору симистора.

При выборе триака следует обратить внимание на все характеристики, поскольку не имеет смысла использовать высоковольтный тип в схемах с низким напряжением. Например, если устройство работает от напряжения 36 В, то зарубежный симистор Zo607 с напряжением 600 В (его аналог — вта41600в) не следует применять.

Кроме того, в некоторых источниках можно встретить понятие бесснабберного симистора. Это тип, который применяется при индуктивных нагрузках. Примером такой модели являются m10lz47, mac12n и tg35c60.

Диагностика в схемах

В некоторых случаях радиолюбитель сталкивается с проверкой симистора, однако не всегда может ее корректно произвести. В случае выхода триака из строя его желательно выпаять из платы и произвести его проверку.

Обычный цифровой мультиметр для этой цели не подойдет, поскольку его ток слишком мал, чтобы открыть переход детали. Для этого подойдет обыкновенный стрелочный омметр. Вариантов проверки всего два: использовать стрелочный прибор или собрать спецсхему для этой операции.

Для осуществления проверки по первому варианту необходимо руководствоваться следующим алгоритмом:

Включить прибор в режим измерения величины сопротивления.
Подключить щупы тестера к эмиттеру и коллектору. Если прибор показывает бесконечное сопротивление, то деталь исправна. Остальные случаи указывают на ее неисправность.
Соединить базу и вывод Т2. В этом случае сопротивление будет в пределах от 40 до 250 Ом. Если поменять местами щупы, то прибор снова покажет бесконечность. Это свидетельствует об исправности симистора.

Однако первый метод диагностики в некоторых случаях дает не совсем нужные и верные результаты. Очень часто проверенная таким способом деталь в схеме не работает.

Это связано с тем, что герметичность ее корпуса нарушена. Недостаток метода — неточная диагностика. Для более точной диагностики следует проверить триак в работе (схема 1).

Для этого необходимо использовать лампу накаливания и аккумулятор.

Схема 1. Проверка симметричного тиристора при помощи лампы накаливания и источника питания

В этой схеме симистор будет проверен под нагрузкой.

При касании управляющего электрода, лампочка загорится и будет гореть некоторое время, пока не пропадет питание на аноде или ток на базе не будет малой величины.

Недостаток метода — простая конструкция, при которой неудобно осуществлять проверку, поскольку следует напаивать провода на выводы триака. После проверки при неисправной детали следует произвести замену.

Таким образом, симисторы используются в управляемых устройствах в качестве электронных ключей, способных пропускать ток в двух направлениях. Их несложно проверить и желательно использовать специальную схему для этой операции.

Источник: https://rusenergetics.ru/ustroistvo/princip-dejstviya-simistora

Симисторы: принцип работы, проверка и включение, схемы

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:

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

Алгоритм проверки омметром:

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

Устанавливаем переключатели в исходное положение (соответствующее схеме).
Производим нажатие на SB1, тестируемое устройство открывается, о чем сигнализирует лампочка.
Жмем SB2, лампа гаснет (устройство закрылось).
Меняем режим переключателя SA1 и повторяем нажатие на SB1, лампа снова должна зажечься.
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:

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

Источник: https://www.asutpp.ru/simistory.html

Симистор

Радиоэлектроника для начинающих

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:

Невысокая стоимость.
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.).

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.

Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Источник: https://go-radio.ru/simistor.html

Что такое симистор, как он работает и для чего нужен

Симистор является полупроводниковым прибором. Его полное название – симметричный триодный тиристор. Его особенность – возможно проводить ток в обе стороны. Данный элемент цепи имеет три вывода: один является управляющим, а два других силовыми. В этой статье мы рассмотрим принцип работы, устройство и назначение симистора в различных схемах электроприборов.

Конструкция и принцип действия

Особенность симистора является двунаправленной проводимости идущего через прибор электрического тока. Конструкция устройства строится на использовании двух встречно-параллельных тиристоров с общим управлением.

Такой принцип работы дал название от сокращенного «симметрические тиристоры». Поскольку электроток может протекать в обе стороны, нет смысла обозначать силовые выводы как анод и катод.

Дополняет общую картину управляющий электрод.

Условное обозначение на схеме по ГОСТ:
Внешний вид следующий:

В симисторе есть пять переходов, позволяющих организовать две структуры. Какая из них будет использоваться зависит от места образования (конкретный силовой вывод) отрицательной полярности.

Как работает симистор? Исходно полупроводниковый прибор находится в запертом состоянии и ток по нему не проходит. При подаче тока на управляющий электрод, последний переходит в открытое состояние и симистор начинает пропускать через себя ток. При работе от сети переменного тока полярность на контактах постоянно меняется.

Схема, где используется рассматриваемый элемент, при этом будет работать без проблем. Ведь ток пропускается в обоих направлениях.

Чтобы симистор выполнял свои функции, на управляющий электрод подают импульс тока, после снятия импульса ток через условные анод и катод продолжает протекать до тех пор, пока цепь не будет разорвана или они не будут находится под напряжением обратной полярности.

При использовании в цепи переменного тока симистор закрывается на обратной полуволне синусоиды, тогда нужно подавать импульс противоположной полярности (той же, под которой находятся «силовые» электроды элемента).

Принцип действия системы управления может корректироваться в зависимости от конкретного случая и применения. После открытия и начала протекания подавать ток на управляющий электрод не нужно. Цепь питания разрываться не будет. При надобности отключить питание следует понизить ток в цепи ниже уровня величины удержания или кратковременно разорвать цепь питания.

Управляющие сигналы

Чтобы добиться желаемого результата с симистором используют не напряжение, а ток. Чтобы прибор открылся, он должен быть на определённом небольшом уровне. Для каждого симистора сила управляющего тока может быть разной, её можно узнать из даташита на конкретный элемент. Например, для симистора КУ208 этот ток должен быть больше 160 мА, а для КУ201 —не менее 70 мА.

Полярность управляющего сигнала должна совпадать с полярностью условного анода. Для управления симистором часто используют выключатель и токоограничительный резистор, если он управляется микроконтроллером – может понадобиться дополнительная установка транзистора, чтобы не сжечь выход МК, или использовать симисторный оптодрайвер, типа MOC3041 и подобных.

Четырёхквадрантные симисторы могут отпираться сигналом с любой полярностью. В этом преимуществе есть и недостаток – может потребоваться увеличенный управляющий ток.

При отсутствии прибор заменяется двумя тиристорами. При этом следует правильно подбирать их параметры и переделывать схему управления. Ведь сигнал будет подаваться на два управляющих вывода.

Достоинства и недостатки

Для чего нужен рассматриваемый полупроводниковый прибор? Самый популярный вариант использования – коммутация в цепях переменного тока. В этом плане симистор очень удобен – используя небольшой элемент можно обеспечить управление высоковольтного питания.

Популярны решения, когда им заменяют обычное электромеханическое реле. Плюс такого решения – отсутствует физический контакт, благодаря чему включение питания становится надежнее, переключение бесшумным, ресурс на порядки больше, быстродействие выше.

Еще одно достоинство симистора – относительно невысокая цена, что вместе с высокой надёжностью схемы и временем наработки на отказ выглядит привлекательно.

Полностью избежать минусов разработчикам не удалось. Так, приборы сильно нагреваются под нагрузкой. Приходится обеспечивать отвод тепла. Мощные (или «силовые») симисторы устанавливают на радиаторы. Ещё один недостаток, влияющий на использование, это создание гармонических помех в электросети некоторыми схемами симисторных регуляторов (например, бытовой диммер для регулировки освещенности).

Отметим, что напряжение на нагрузки будет отличаться от синусоиды, что связано с минимальным напряжением и током, при которых возможно включение.

Из-за этого подключать следует только нагрузку, не предъявляющую высоких требований к электропитанию. При постановке задачи добиться синусоиды такой способ коммутации не подойдёт.

Симисторы сильно подвержены влиянию шумов, переходных процессов и помех. Также не поддерживаются высокие частоты переключения.

Область применения

Характеристики, небольшая стоимость и простота устройства позволяет успешно применять симисторы в промышленности и быту. Их можно найти:

В стиральной машине.
В печи.
В духовках.
В электродвигателе.
В перфораторах и дрелях.
В посудомоечной машине.
В регуляторах освещения.
В пылесосе.

На этом перечень, где используется этот полупроводниковый прибор, не ограничивается.

Применение рассматриваемого проводникового прибора осуществляется практически во всех электроприборах, что только есть в доме.

На него возложена функция управления вращением приводного двигателя в стиральных машинках, они используются на плате управления для запуска работы всевозможных устройств – легче сказать, где их нет.

Основные характеристики

Рассматриваемый полупроводниковый прибор предназначен для управления схемами. Независимо от того, где в схеме он применяется, важны следующие характеристики симисторов:

Максимальное напряжение. Показатель, который будучи достигнут на силовых электродах не вызовет, в теории, выхода из строя. Фактически является максимально допустимым значением при условии соблюдения диапазона температур. Будьте осторожны – даже кратковременное превышение может обернуться уничтожением данного элемента цепи.
Максимальный кратковременный импульсный ток в открытом состоянии. Пиковое значение и допустимый для него период, указываемый в миллисекундах.
Рабочий диапазон температур.
Отпирающее напряжение управления (соответствует минимальному постоянному отпирающему току).
Время включения.
Минимальный постоянный ток управления, нужный для включения прибора.
Максимальное повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии. Этот параметр всегда указывают в сопроводительной документации. Обозначает критическую величину напряжения, предельную для данного прибора.
Максимальное падение уровня напряжения на симисторе в открытом состоянии. Указывает предельное напряжение, которое может устанавливаться между силовыми электродами в открытом состоянии.
Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии и напряжения в закрытом. Указываются соответственно в амперах и вольтах за секунду. Превышение рекомендованных значений может привести к пробою или ошибочному открытию не к месту. Следует обеспечивать рабочие условия для соблюдения рекомендованных норм и исключить помехи, у которых динамика превышает заданный параметр.
Корпус симистора. Важен для проведения тепловых расчетов и влияет на рассеиваемую мощность.

Вот мы и рассмотрели, что такое симистор, за что он отвечает, где применяется и какими характеристиками обладает. Рассмотренные простым языком теоретические азы позволят заложить основу для будущей результативной деятельности. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Источник: https://samelectrik.ru/chto-takoe-simistor.html

Что такое симистор (триак), характеристики, схемы: принцип работы, схемы, характеристики

Введение

Но в синусоидальных цепях переключения переменного тока это однонаправленное переключение может быть проблемой, поскольку оно проводит только в течение одной половины цикла (например, полуволнового выпрямителя), когда анод является положительным, независимо от того, что делает сигнал затвора.

Затем для работы от переменного тока тиристором подается нагрузка только на половину мощности.

Тиристорные конфигурации

Существует, однако, другой тип полупроводникового устройства, называемый «Триодный выключатель переменного тока» или «Триак» для краткости. Триаки также являются членами семейства тиристоров, и, как и кремниевые выпрямители, управляемые кремнием, они могут использоваться в качестве полупроводниковых переключателей питания, но что более важно, триаки являются «двунаправленными» устройствами. Другими словами, симистор может быть запущен в проводимость как положительными, так и отрицательными напряжениями, приложенными к его аноду, и положительными и отрицательными импульсами запуска, приложенными к его клемме затвора, что делает его двухквадрантным коммутирующим устройством, управляемым затвором.

Поскольку триак проводит в обоих направлениях синусоидальной формы волны, концепция анодной клеммы и катодной клеммы, используемая для идентификации главных силовых клемм тиристора, заменена обозначениями: MT 1 для главной клеммы 1 и MT 2 для главной клеммы 2.

В большинстве устройств переключения переменного тока клемма симисторного затвора связана с клеммой MT 1, аналогично взаимосвязи затвор-катод тиристора или взаимосвязи база-эмиттер транзистора. Конструкция, легирование PN и условные обозначения, используемые для обозначения триака, приведены ниже.

Схема и символ симистора

Mode + Mode = положительный ток MT 2 (+ ve), положительный ток затвора (+ ve)
Mode — Mode = положительный ток MT 2 (+ ve), отрицательный ток затвора (-ve)
Mode + Mode = MT 2 отрицательный ток (-ve), положительный ток затвора (+ ve)
Mode — Mode = отрицательный ток MT 2 (-ve), отрицательный ток затвора (-ve)

Кривые характеристики триака IV

Источник: https://meanders.ru/simistor-triak.shtml

Симисторы (триаки) от Philips Semiconductors

Что такое симистор?

Рис. 1. Обозначение симистора

Симистор (или триак — от англ. triac) — полупроводниковый элемент, предназначенный для коммутации нагрузки в сети переменного тока. Он представляет собой «двунаправленный тиристор» и имеет три электрода: один управляющий и два основных для пропускания рабочего тока. Особенностью симистора является способность проводить ток как от анода к катоду, так и в обратном направлении.

Структура симистора представлена на рис. 2.

Рис. 2. Структура симистора

В отличие от тиристоров симистор может управляться как положительным, так и отрицательным током между затвором и T1. Это свойство позволяет симистору работать во всех четырех секторах, как показано на рис. 3. (плюс и минус обозначают полярность затвора). Для управления режимом работы симистора используется низковольтный сигнал, подаваемый на управляющий электрод симистора. При подаче напряжения на управляющий электрод симистор переходит из закрытого состояния в открытое и пропускает через себя ток.

Рис. 3. Спецификация квадрантов

Симистор открывается, если через управляющий электрод проходит отпирающий ток или если напряжение между его электродами Т1 и Т2 превышает некоторую максимальную величину (на самом деле это часто приводит к несанкционированным срабатываниям симистора, происходящим при максимуме амплитуды напряжения питания). В режиме переменного питания смена состояний симистора вызывается изменением полярности напряжения на рабочих электродах Т1 и Т2.

Симистор переходит в закрытое состояние после изменения полярности между его выводами Т1 и Т2 или если значение рабочего тока меньше тока удержания.

Все режимы работы симистора отображены на рис. 3.

Когда затвор управляется постоянным током или однополярными импульсами с нулевым значением тока нагрузки, в квадрантах (3+, 3-) предпочтителен отрицательный ток затвора по следующим причинам: во-первых, для внутреннего строения переходов симистора характерно то, что затвор наиболее отдален от области основной проводимости в квадранте 3+. Во-вторых, при более высоком значении I_GT (отпирающий ток управляющего электрода) требуется более высокий пиковый I_G. При более длинной задержке между I_G и током нагрузки требуется большая продолжительность I_G. Кроме того, низкое значение dI_T/dt (максимально допустимое изменение текущего тока после переключения) может вызывать перегорание затвора при управлении нагрузками, создающими высокий dI /dt (включение холодной лампы накаливания, емкостные нагрузки). Наконец, чем выше I_L — ток срабатывания (это относится и к квадранту 1-), тем большая продолжительность I_G необходима для малых нагрузок, что позволит току нагрузки с начала полупериода достичь значения выше I_L.

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 квадрантах 1+ и 3-, в которых коммутирующие параметры симистора одинаковы, а затвор наиболее чувствителен.

Эти данные получены из графика вольт-амперной характеристики симистора. Положительному напряжению T2 соответствует положительное значение тока через T2, и наоборот (см. рис. 4).

Рис. 4. ВАХ симистора

Для предотвращения ложных срабатываний симисторов, вызванных шумами и пульсациями, создаваемыми двигателями, цепи, использующие четырехквадрантные (4Q) симисторы, должны иметь дополнительные компоненты защиты. Это, как правило, демпферная RC-цепочка между силовыми электродами симистора, которая используется для ограничения скорости изменения напряжения (dV/dt), а в некоторых случаях необходима индуктивность для ограничения скорости изменения тока при коммутации (dI_COM/dt). Данные компоненты увеличивают стоимость устройства и его габариты, а также они могут уменьшать надежность устройства.

Преимущества трехквадрантных симисторов (Hi—com)

Отличие 3Q-симистораа от 4Q-симистора заключается в некритичной структуре перекрытия переходов у затвора. И хотя это делает его неспособным к управлению в квадранте 3+, зато устраняет возможное самопроизвольное срабатывание и помогает избежать всех неудобств, относящихся к 4Q-симисторам. Так как большинство устройств работает в квадрантах 1+ и 3- (управление фазой), или 1- и 3-(однополярное управление с помощью интегральных схем или других электронных цепей), то потеря управления в квадранте 3+ — очень малая цена за полученные преимущества.

Hi-com-симисторы имеют ряд преимуществ перед 4-квадрантными. Основной минус применения 4Q-симистора заключается в необходимости предотвращения ложных срабатываний, вызванных шумами и пульсациями, что заставляет использовать демпферную RC-цепочку. Кроме того, к особенностям 3Q-симисторов относятся:

увеличение допустимого значения dV_COM/dt (критическое значение изменения коммутирующего напряжения). Это позволяет управлять реактивными нагрузками (в большинстве случаев) без необходимости в демпфирующем устройстве, без сбоев в коммутации. Таким образом, можно сократить количество элементов, размер печатной платы, стоимость, а также устранить потери на рассеивание энергии демпфирующим устройством;
увеличение допустимого значения dI_COM /dt (критическое значение изменения коммутирующего тока) значительно улучшает работу на более высоких частотах и для несинусоидальных напряжений без необходимости в ограничении dI_COM /dt при помощи индуктивности последовательно с нагрузкой;
увеличение допустимого значения dV_D/dt. Симисторы очень чувствительны при высоких рабочих температурах. Высокое значение dV_D /dtуменьшает 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 симисторы не могут использоваться. Данные особенности исключают необходимость использования дросселя или демпфера. В связи с этим симисторы 3Q (Hi-com) с успехом могут применяться в мощных электродвигателях, предназначенных для современной бытовой техники.

Производители симисторов

Сейчас изготовлением симисторов (как 4-квадрантных, так и Hi-com) заняты ведущие производители полупроводников. Среди них можно выделить Philips Semiconductors, STMicroelectronics, ON Semiconductors, Crydom. Все производители пытаются покрыть как можно большую номенклатуру симисторов. Ниже вы можете видеть сводную таблицу (таблица 1) аналогов симисторов, номиналами от 1 до 25 А и от 400 до 800 В.

Таблица 1. Производители симисторов

Следует особо отметить, что Philips и Crydom уже выпускают симисторы, рассчитанные на 1000 В (BTA208X-1000C и BTA208X-1000B от Philips, несколько слов о них будет сказано ниже, и их аналоги от Crydom — CTA24-1000CW и CTA24-1000BW).

Некоторые производители также стали выпускать симисторы, рассчитанные на 40А: CTB40-400 B, CTB40-600 B и CTB40-800 B от Crydom, а также BTA40-600B, BTA40-800 B, BTA41-600 B, BTA41-600 B, BTB41-600 B и BTB41-800 B от STMicroelectronics. Недавно и Philips анонсировал предстоящий в ближайшее время выпуск 40-В симисторов.

Симисторы от Philips

Компания Philips Semiconductors является ведущим производителем Hi-com-симисторов, столь широко используемых во многих отраслях промышленности. На данный момент линейка Hi-com-симисторов представлена следующими моделями, приведенными в таблице 2.

Таблица 2

Особое внимание обратим на новые Hi-com-симисторы BTA208X-1000 C и BTA208X-1000 B.

Эти симисторы используются для управления мощными электромоторами, где имеется высокое запирающее напряжение, статическое и динамическое dV/dt. Данный симистор переключает направление полного номинального среднеквадратического тока при максимальной номинальной температуре перехода без помощи демпфера.

Особенности BTA208 B-1000 C:

защита от ложного запуска;
гарантированное V_drm = 1000 В.

Рассмотрим некоторые графики, демонстрирующие свойства данного симистора:

Полное разложение мощности как функции среднеквадратического тока в открытом состоянии (рис. 5).
Среднеквадратический ток в открытом состоянии как функция повышающейся основной температуры (рис. 6).

Рис. 6

Применение симисторов

В настоящий момент симисторы применяются во многих областях техники, например в бытовых и электрических приборах и инструментах, электромоторах, диммерах и т. д.

О диммерах хотелось бы поговорить немного подробнее.

В двух словах диммер — это многоканальный симисторный регулятор для управления яркостью ламп накаливания. Диммированием света называется регулировка напряжения источника света (лампы) с целью изменения ее светового потока. Диммирование света имеет широчайшее применение во многих сферах, связанных с использованием профессионального света, например в театрально-сценических постановках и концертных программах, где очень часто требуется возможность оперативного изменения освещенности отдельных участков сцены.

Диммингом пользуются даже мобильные тележурналисты, осветительная аппаратура которых работает от батарей. Для них важно, чтобы во время съемки лампы работали на полную мощность, а все остальное время находились в режиме готовности к работе.

Рассмотрим принцип работы диммера.

Напряжение, используемое в промышленности, является переменным -220 В, 50 Гц, то есть сетевое напряжение имеет вид синусоиды (рис. 7).

Рис. 7

Большинство диммеров бытового и профессионального назначения, изготовленных на базе симисторов, используют импульсно-фазовый метод управления. Открывая сими-стор с большей или меньшей задержкой по времени, возможно «вырезать» соответствующую часть синусоиды питающего напряжения (рис. 8).

Рис. 8

Таким образом, среднее напряжение на выходе устройства изменяется пропорционально изменению времени задержки открытия симистора.

Если крутить ручку управления яркости диммера в сторону увеличения, то напряжение будет изменяться так, как показано на рис. 9.

Рис. 9

Другими словами, диммеры не уменьшают амплитуду напряжения, а только изменяют форму синусоиды. Вследствие этого применение диммеров в качестве регуляторов напряжения невозможно, поскольку электронная схема управления компактной люминесцентной лампой содержит компоненты, которые могут в этом случае выйти из строя.

Симистор, выполняющий функцию силового ключа, является основным элементом диммера. Он упрощает конструкцию диммера и значительно сокращает стоимость, например, по сравнению с аналогичным диммером на тиристоре.

Заключение

Подводя итог под рассмотренными свойствами симисторов, можно кратко выделить их основные преимущества:

Высокая частота срабатывания позволяет добиться высокой точности управления.
Ресурс работы значительно выше, чем у электромеханических компонентов.
Позволяют значительно уменьшить размеры силового блока.
Низкий уровень шума при коммутации силовых цепей.

Помимо всего, симистор является элементом силовой электроники — одной из наиболее динамично развивающихся областей российской электроники. По различным оценкам, она обеспечивает до 50% всего оборота на отечественном рынке изделий электроники. Как считают многие специалисты, российские разработчики и производители могут составить в этой области реальную конкуренцию иностранным фирмам. Применяется силовая электроника везде: при производстве электроэнергии, ее передаче и потреблении. По предварительным прогнозам, объем рынка силовой электроники в мире уже сейчас составляет около $300 млрд, из них на Россию приходится около $6 млрд. А вскоре, когда будет принята программа энергосбережения, емкость рынка может значительно возрасти.

Соответственно, объемы производства и применения симисторов как элемента силовой электроники постоянно растут. Нагревательные устройства (кухонные плиты, печи и т. д.), компрессоры кондиционеров и холодильников, кухонные комбайны, миксеры, швейные машины, вентиляторы, пылесосы, стиральные машины — вот лишь часть приборов, в которых находят активное применение и продолжают внедряться симисторы. Используя их, вы получаете значительную экономию средств, времени, преимущества в простоте разработки, а следовательно, и дополнительную прибыль.

Скачать статью в формате pdf

Продолжение саги о тиристорах

В одной из предыдущих новостей были упомянуты «старые знакомые» — тиристоры. Основной особенностью их применения, можно сказать недостатком, является односторонняя проводимость в открытом состоянии. Другими словами, включая тиристоры в цепь переменного тока, мы получаем на нагрузке напряжение с постоянной составляющей. Не всегда нагрузка «её переносит», особенно если это первичная обмотка трансформатора. Подобного явления можно избежать, если тиристор включить в диагональ выпрямительного моста, а через другую диагональ моста подключить нагрузку, как показано на рисунке.

Несинусоидальность напряжения на нагрузке всё равно останется, а постоянной составляющей не будет. Избавиться от громоздкости схемы позволит применение симметричного тиристора.

Симметричный тиристор

Симметричный тиристор, симистор (или «триак» — от англ. triac) – полупроводниковый прибор, предназначенный для коммутации нагрузки в сети переменного тока. Он представляет собой «двунаправленный тиристор» и имеет также три электрода: один управляющий и два основных (силовых) для пропускания рабочего тока.

Основной особенностью симистора является способность проводить ток в обоих направлениях между силовыми электродами. Это очевидно по его вольт-амперной характеристике (ВАХ).

Как видно из рисунка, отрицательная (обратная) ветвь ВАХ симистора, в отличие от ВАХ тиристора повторяет прямую ветвь. Также, в отличие от тиристоров, прибор может управляться как положительным, так и отрицательным током между управляющим и силовым электродом. Для управления используется низковольтный сигнал. При подаче управляющего напряжения симистор переходит из закрытого состояния в открытое и пропускает через себя ток. При питании от сети переменного тока смена состояний симистора вызывается изменением полярности напряжения между основными электродами. Симистор перейдёт в закрытое состояние после изменения полярности или когда значение рабочего тока станет меньше тока удержания (I_G на ВАХ).

Режимы работы симистора отображены на рисунке.

Здесь показаны G — управляющий вывод (затвор) и Т2 – силовой вывод.

В стандартных цепях управления переменным током, таких как регуляторы яркости и регуляторы скорости вращения, полярность затвора и T2 всегда одинаковы. Это означает, что управление симистором производится всегда в 1+ и 3- квадрантах, в которых коммутирующие параметры симистора одинаковы, а затвор наиболее чувствителен. Данные о режимах работы получены на основании ВАХ прибора. Положительному напряжению на T2 соответствует прямая ветвь ВАХ, отрицательному – обратная. В практике применения бытуют трёхквадрантные (3Q) и четырёхквадрантные (4Q) симисторы. Диаграммы напряжения на нагрузке приведены на рисунке:

Здесь Iупр – ток управления симистором, Ԏ — длительность импульса управления. Видно, что для 3Q — симисторов длительность импульса управления не влияет на закрывание прибора.

Отличие между 3Q — и 4Q – симисторами показано на рисунке:

Для предотвращения ложных срабатываний симисторов, вызванных шумами и пульсациями, создаваемыми двигателями, цепи, использующие 4Q — симисторы, должны иметь дополнительные компоненты защиты. Это демпферная RC-цепочка между силовыми электродами, которая используется для ограничения скорости изменения нарастания напряжения и тока, таким образом подавляя помехи (снабберная цепь). Существуют приборы со встроенной снабберной цепью, однако они увеличивают габариты устройства и его стоимость.

В результате применения симистора схема будет иметь вид:

В данном случае в качестве нагрузки возможно включение сетевого трансформатора.

Основные параметры симисторов:

VDRM — пиковое прямое напряжение выключения (VBO на ВАХ)
IDRM — пиковый прямой ток выключения (IL на ВАХ)
VRRM — пиковое обратное напряжение отключения (-VBO на ВАХ)
IRRM — пиковый обратный ток выключения (-IL на ВАХ)
VTM — максимальное входное напряжение
IH – ток удержания
диапазон рабочих температур
время включения и выключения

Ведущим производителем приборов является фирма STMicroelectronics. Изначально в июне 1987 года фирма была создана как SGS-THOMSON Microelectronics, в результате слияния компаний SGS Microelettronica (Италия) и Thomson Semiconducteurs (Франция). В мае 1998 года компания была переименована в STMicroelectronics. На сегодняшний день это известный производитель интегральных устройств, в составе которого около 7400 человек, работающих в различных областях НИОКР. Только за 2017 год было оформлено более 17 000 патентов, 9500 патентных предложений и 500 новых патентных заявок.

Другим наиболее известным производителем симисторов является фирма WeEn. Деятельность этого производителя освещена в предыдущей новости.

В семействе выпускаемых симисторов широкого применения имеются приборы на коммутируемые токи до 40 А и напряжения до 1200 В, что в несколько раз превышает величины параметров у их «собратьев» — тиристоров. При этом напряжения управления начинаются от 900 мВ, а токи управления — от 3 мА. Существует класс приборов, предназначенный для применения в цифровой технике, управляемый сигналами логического уровня – «Logic sensitive gate». Отдельного упоминания заслуживают симисторы, производящиеся со встроенной снабберной защитой от импульсных перенапряжений при коммутации (BTA06-600BRG, BTA16-600BRG). Кроме того, у нас в продаже имеются и бесснаберные (Snubberless, Alternistor — Snubberless) симисторы, без встроенной защиты (BTA10-800BWRG, BTA12-800CWRG).

Симисторы также, как и тиристоры, изготавливаются в корпусах для монтажа в отверстия и для поверхностного монтажа.

Примеры обозначения серий симисторов

В настоящее время симисторы применяются:

Управление мощными цепями переменного тока (сварочные аппараты, электродвигатели локомотивов подвижного железнодорожного состава, и т. д.)
Коммутация цепей переменного тока
Мощные регулируемые источники первичного электропитания

Электроника НТБ — научно-технический журнал — Электроника НТБ

Любое современное оборудование – от систем мобильной телефонии и автомобильной электроники до аппаратуры спутникового вещания и аэрокосмической техники – диктует индивидуальные требования к используемым в нем электронным компонентам. Непременное условие для предприятия, желающего поддерживать статус производителя мирового уровня на рынке полупроводниковых приборов, – постоянное совершенствование элементной базы, улучшение характеристик компонентов, освоение производства новых перспективных корпусов. Неудивительно, что это условие твердо выполняет один из крупнейших мировых производителей широкого спектра электронных компонентов – фирма Philips Semiconductors. Такая политика всецело относится
и к выпускаемым компанией дискретным компонентам, среди которых можно выделить силовые биполярные и полевые транзисторы, малосигнальные диоды и транзисторы, высокочастотные транзисторы, выпрямительные, быстрые диоды и диоды Шотки, тиристоры, симисторы, стабилитроны. Рассмотрим подробнее тенденции развития производимых фирмой таких популярных современных приборов, как симисторы и малосигнальные биполярные транзисторы.

ЧЕТЫРЕХ- И ТРЕХКВАДРАНТНЫЕ СИМИСТОРЫ
Зачастую на практике при управлении как резистивной, так и индуктивной нагрузками (двигателями, соленоидами, трансформаторами) требуется коммутация переменного тока. Для этих целей и предназначен симистор – устройство, состоящее из двух встречно-параллельно включенных тиристоров, выполненных на одном кристалле. Симистор имеет два силовых вывода – главные терминалы МТ1 и МТ2 – и один управляющий затвор (рис.1).
В фазоуправляемых схемах симистор должен включаться во время каждого полупериода. Это означает, что в конце полупериода коммутируемый ток снижается до нуля и не протекает в другом направлении до тех пор, пока прибор не будет снова включен. Подобный режим коммутации переменного тока – основной для многих промышленных применений. Отметим, что при работе симистора в этом режиме может возникнуть ситуация, когда при выключении одного из тиристоров в обратном направлении будет протекать ток, обусловленный эффектом рассасывания неосновных носителей. Этот ток может стать током затвора, включающим противоположный тиристор. Правда, подобная ситуация возникает только при увеличении обратного напряжения на этом тиристоре. Данный эффект называется «коммутационной ошибкой», в результате которой симистор продолжает проводить ток в противоположном направлении вместо того, чтобы оставаться запертым. Вероятность возникновения этой ошибки зависит от скорости нарастания обратного напряжения (dV/dt) и скорости спада проводимого тока в прямом направлении (dI/dt).

Режим работы на резистивную нагрузку не столь сложен, так как относительно медленное нарастание dV/dt оставляет прибору достаточно времени, чтобы выключиться при спаде коммутируемого напряжения до нуля.
Иная ситуация возникает при работе симистора на индуктивную нагрузку, когда комбинация dV/dt и dI/dt превышает допустимые значения для конкретного типа прибора. В этом случае один из способов устранения выбросов обратного напряжения – использование сглаживающей RC-цепочки. А какие еще существуют методы устранения «коммутационной ошибки»?
Выполнение симистора на основе двух физически разделенных тиристоров. Этот вариант нецелесообразен, поскольку исключает все достоинства интегрального симистора в части экономии площади платы и усложняет схему управления двумя затворами.
Метод закорачивания базы и эмиттера эквивалентного транзистора. Этот метод предусматривает формирование между эмиттером и базой транзистора встроенных резистивных перемычек. Такое техническое решение позволяет снизить коэффициент усиления транзистора, в результате чего и проявляется тиристорный эффект. При этом после снижения проводимого тока до нуля концентрация неосновных носителей оказывается низкой, и вероятность того, что паразитный ток затвора, вызванный их рекомбинацией, приведет к ложному срабатыванию противоположного тиристора, уменьшается. Другой положительный момент этого метода заключается в том, что нерекомбинированные носители не вносят вклад в ток затвора, так как часть из них стекает через закороченный эмиттер противоположного тиристора.
Структуры с модифицированным затвором. Затвор стандартного симистора допускает протекание тока в обоих направлениях с тем, чтобы симистор включался положительным или отрицательным током, протекающим между затвором и главным терминалом МТ1. Таким образом, возможны четыре режима управления симистором, называемые режимами 1+, 1-, 3+ и 3- или квадрантами 1, 2, 3, 4 (рис.2).
Обеспечение подобной гибкости работы симистора во всех четырех режимах возможно при чрезвычайном усложнении структуры (см. рис.1). При этом проявляются следующие особенности структуры, в принципе характерные для четырехквадрантного прибора:
· увеличение тока затвора, необходимого для гарантированного включения прибора, что обусловливает невысокую чувствительность симистора;
· достаточно большая длительность управляющего импульса, вызванная задержкой между подачей управляющего тока в затвор и полным включением симистора для всех квадрантов;
· малый допустимый уровень нарастания тока нагрузки во всех квадрантах.
В большинстве схемных решений симистор работает в квадрантах 1+ и 3- (для фазового управления) или в квадрантах 1- и 3- (для однополярного управления микросхемой). Так что режим коммутации 3+, как правило, не используется, и трехквадрантный симистор может иметь усовершенствованную структуру затвора, устраняющую перечисленные негативные эффекты. Более того, такое решение улучшает коммутационную способность прибора в целом и позволяет ему работать на индуктивную нагрузку без применения дополнительных RC-цепочек, что, в свою очередь, упрощает схему. Следствие этого – повышение схемной надежности и экономия площади платы.
Фирма Philips Semiconductors выпускает широкую номенклатуру четырех- и трехквадрантных симисторов серии ВТххх на напряжение 600, 800 В и токи от 1 до 25 А в корпусах различного типа. Рассмотрим обозначение маркировки симисторов в соответствии со стандартом фирмы на примере прибора ВТ136х-600х. Здесь символы ВТ136 определяют значение тока, символ, вводимый на место х, – тип корпуса, три знака после «-» – напряжение. Завершает маркировку пробел или символ, задающие ток затвора. Все возможные значения символов и цифр приведены в таблице.
Важно отметить, что недорогие трехквадрантные симисторы серии ВТА с успехом заменяют аналогичные приборы производства фирмы Motorola. Так, 8-А симистор BTА208-800В в полтора-два раза дешевле популярных симисторов МАС9М и МАС9N с такими же характеристиками.

МАЛОСИГНАЛЬНЫЕ БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Одна из самых многочисленных групп дискретных компонентов, выпускаемых фирмой Philips Semiconductors, – семейство малосигнальных биполярных npn- и pnp-транзисторов общего назначения, широко применяемых в различных усилительных и переключающих схемах для систем безопасности различного класса, в телефонии, измерительных и диагностических приборах (включая теплосчетчики и расходомеры), телевизионной технике и т.п. Типичные представители семейства – кремниевые транзисторы серии ВСххх, которые практически удовлетворяют требованиям всех возможных областей применений. Выпускаются они на напряжение до 80 В и ток 100–1000 мА. Коэффициент усиления – несколько сотен, граничная частота – около 100 МГц. Благодаря большому разнообразию корпусов и параметров, а также возможности подбора комплиментарных пар транзисторы семейства весьма удобны в применении. Об этом свидетельствуют и характеристики популярных транзисторов ВС327 (pnp) и ВС337 (npn), смонтированных в корпус ТО-92:
Напряжение коллектор-эмиттер 45 В
Постоянный ток коллектора 500 мА
Коэффициент усиления
ВС3х7 100–600
ВС3х7-16 100–250
ВС3х7-25 160–400
ВС3х7-40 250–600
Так же совпадают или очень близки и остальные основные параметры этих транзисторов.
Несколько слов о транзисторах ВС857 (pnp) и ВС847 (npn) в корпусе для поверхностного монтажа SOT-23. Их характеристики:
Напряжение коллектор-эмиттер 45 В
Постоянный ток коллектора 100 мА
Коэффициент усиления
ВС8х7 125–800
ВС8х7А 125–250
ВС3х7В 220–475
ВС3х7С 420–800
Как и для предыдущих транзисторов, остальные параметры совпадают. Кроме того, эти транзисторы выпускаются во многих вариантах, в том числе в корпусах SOT-323, SOT-363 (сдвоенная версия).
Помимо стандартных, серийно выпускаемых транзисторов, фирма Philips Semiconductors недавно разработала и освоила в производстве новое поколение малосигнальных транзисторов серии PBSS, которые характеризуются исключительно малым падением напряжения (до 50% от номинального значения предыдущей серии) и значительно большим значением тока коллектора (до 200% для приборов в корпусе SOT-457). Эти транзисторы в основном предназначены для схем управления батарейным питанием телекоммуникационных систем и портативного оборудования, а также для автомобильных систем, для которых малая потребляемая мощность – одно из самых основных требований.

Как уже упоминалось, фирма Philips Semiconductors выпускает множество различных классов дискретных компонентов, но, естественно, дать их полный обзор в журнальной статье невозможно. Фирма предоставляет разработчикам и производителям электронной техники подробную информацию по всем выпускаемым изделиям. Получить ее можно на сайте http://www.semiconductors.philips.com или в ЗАО «КОМПЭЛ» у официального дистрибьютора по России, странам СНГ и Балтии.

Александр Райхман, менеджер ЗАО «КОМПЭЛ»
[email protected]

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, является ли подаваемый сигнал затвора положительным или отрицательным. Таким образом, это устройство можно использовать в системах переменного тока в качестве выключателя.

Это трехконтактное четырехслойное двунаправленное полупроводниковое устройство, которое контролирует 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 параллельно, и вывод затвора.

Конструкция симистора

Два тиристора подключены обратно параллельно клемме затвора как общий. 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, подав 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:

Когда MT ₂ и Gate положительный по отношению к MT ₁
Когда это происходит, ток течет по пути P ₁ -N ₁ -П ₂ -Н 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.
Когда MT ₂ положительный, но затвор отрицательный относительно MT ₁
Ток протекает 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.
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. Говорят, что симистор находится в отрицательно смещенной области.
Когда MT ₂ отрицательное, но затвор положительное 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 стробирующие импульсы. Срабатывание в режиме 1 более чувствительно, чем в режиме 2 и режиме 3.

Характеристики симистора

Характеристики симистора аналогичны характеристикам тиристора, но применимы как к положительному, так и к отрицательному напряжению 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.Применяя правильный стробирующий сигнал, 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

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

Недостатки симистора

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

Использование симистора

Они используются в цепях управления.
Используется в переключении ламп высокой мощности.
Используется в управлении питанием переменного тока.

TRIAC | Руководство для новичков

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 протекание тока в обратном смещенном состоянии.Но для многих приложений требуется двунаправленное управление током, особенно в цепях переменного тока. Чтобы достичь 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 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 относительно MT1, тогда ток течет от MT2 к MT1.

Два вышеуказанных условия достигаются всякий раз, когда строб 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 как к P, так и к N областям 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, чем напряжение 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.

МТ2 положительный по отношению к МТ1 с положительной полярностью затвора по отношению к МТ1.
MT2 является положительным по отношению к MT1 с отрицательной полярностью затвора по отношению к MT1.
МТ2 отрицателен по отношению к МТ1 с отрицательной полярностью затвора по отношению к МТ1.
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 срабатывания 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 объемный 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 инжектировать 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, в то время как более поздняя проводимая структура P1N1P2N2 рассматривается как основная SCR. Следовательно, анодный ток контрольного тиристора служит током затвора для основного тиристора. В этом режиме чувствительность к току затвора 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 клеммы MT2.

К началу

V-I Характеристики 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, говорят, что маршрут находится в режиме прямой блокировки.

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

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

Точно так же, 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 прямом, так и в обратном смещении.
Они имеют низкое значение 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

Как и в случае с тиристорами, 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 рисунке ниже показано использование симистора для метода управления фазой, чтобы обеспечить переменную мощность 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 (вперед или назад) 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

TRIAC Circuits: основы и приложения

Автор: Морин ВанДайк | 13 ноября, 2019

Термин «TRIAC» означает триод для переменного тока. Как следует из названия, этот электронный компонент обычно используется в качестве элемента управления в цепях переменного тока.

TRIAC — это полупроводниковые устройства с тремя выводами.Они работают с использованием одного вывода, то есть затвора, для запуска прохождения электрического тока через два других вывода, то есть основные выводы или аноды. Хотя эти устройства похожи на другие электронные переключатели, такие как кремниевые выпрямители (SCR), в отличие от некоторых из этих альтернатив, они могут одинаково хорошо проводить в обоих направлениях.

TRIAC

часто находят применение в качестве переключателей в широком спектре электрического оборудования, таком как лампы, вентиляторы и двигатели. Независимо от их применения, все СИСТЕМЫ TRIAC используют основные принципы работы, изложенные выше.Помимо этих общих характеристик, они обычно подразделяются на те, которые используются для простых схем переключателя TRIAC или схем переменной мощности (или диммера) TRIAC.

Функции TRIAC-переключателей

TRIAC используются разными способами, в том числе как:

Простые электронные переключатели

В этом приложении TRIAC запускается напряжением переменного тока на его затворе. Резистор используется последовательно с затвором, чтобы ограничить ток, протекающий к клемме.TRIAC позволяет току течь в любом направлении, при этом поток изменяется в зависимости от полярности напряжения затвора. Напряжение затвора может быть получено из напряжения переменного тока, приложенного к клеммам нагрузки TRIAC. Если приложение требует, чтобы ток протекал только в одном направлении, к затвору последовательно подключается диод для преобразования переменного напряжения в постоянное. В этой конфигурации ток, протекающий через TRIAC для данной нагрузки, является фиксированным.

Контроллеры уровня мощности или диммера

Триггер затвора для этого варианта использования более сложный, поскольку он включает изменение его фазы в зависимости от напряжения нагрузки.Напряжение триггера определяется напряжением нагрузки, но с приложенным к нему фазовым сдвигом. Схема фазовращателя состоит из переменного резистора и конденсатора. Напряжение конденсатора используется в качестве напряжения триггера, фаза которого изменяется путем изменения переменного резистора. Часто переключатель DIAC (диод для переменного тока) подключается между конденсатором и затвором TRIAC, чтобы добиться резкого включения TRIAC.

TRIAC находят применение в ряде электрических приложений, в том числе в качестве:

Диммеры для ламп
Регуляторы мощности для электронагревателей
Регуляторы скорости для двигателей

Проблемы со схемами TRIAC и решениями

При использовании схем TRIAC важно знать об общих встречающихся проблемах и способах их решения.Некоторые из проблем, связанных с использованием схем TRIAC, включают:

Эффект скорости

Этот эффект относится к непреднамеренному включению TRIAC из-за внезапного изменения напряжения на его основных клеммах. Проблема решается подключением демпферной цепи резистор-конденсатор (RC) между основными выводами.

Эффект люфта

Люфт возникает в цепях управления фазой, когда сопротивление установлено на максимальное значение, чтобы снизить уровни мощности подключенного устройства до минимума.Эффект вызван отсутствием пути разряда для собственной емкости TRIAC на его клеммах нагрузки и препятствует включению подключенного устройства. Решение состоит в том, чтобы обеспечить путь разряда путем подключения последовательно с DIAC резистора большого номинала или конденсатора между затвором и основными выводами.

Несимметричный обжиг

В схемах управления фазой эта проблема возникает из-за того, что симисторы имеют разные напряжения включения для каждого направления. Такая конструкция приводит к плохому профилю электромагнитного излучения для TRIAC.Эта проблема решается путем использования DIAC последовательно с затвором TRIAC, что выравнивает характеристики стрельбы TRIAC.

Фильтрация гармоник

Поскольку TRIAC включается, когда напряжение на его выводах не равно нулю, он генерирует гармоники, которые делают его непригодным для использования в чувствительном электронном оборудовании, таком как схемы беспроводной связи. Использование фильтра гармоник подавляет электромагнитные помехи.

Свяжитесь с MagneLink, чтобы узнать о необходимости коммутатора TRIAC

в компании MagneLink, Inc.мы интегрируем TRIAC с нашими магнитными переключателями в наши корпуса MLT, MLP и MLU. Каждый из этих стилей подходит для разных приложений. Например, корпуса MLT подходят для использования в суровых условиях, корпуса MLP подходят для тяжелых условий эксплуатации, а корпуса MLU имеют резьбовой корпус, который больше подходит для скрытого монтажа.

Чтобы узнать больше о наших предложениях по переключателям типа TRIAC, посетите страницу с нашими продуктами. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить информацию или расценки на заказное решение переключателя.

TRIAC — Symbol, конструкция, работа с цепями приложений

Слово TRIAC может быть расширено как код TRI для A и т. Д. C urrent. 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 полностью проходить переменному напряжению как в положительном, так и в положительном направлении. отрицательный цикл.

TRIAC — это трехконтактное полупроводниковое переключающее устройство, которое используется для управления протеканием тока 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, и затворы двух SCR соединены вместе, чтобы сформировать единый затвор.Если вы также плохо знакомы с DIAC, вы можете прочитать статью DIAC Introduction , 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 цепь таким образом, что ток течет либо от MT1 к MT2, либо от MT2 к MT1, ток не будет, пока мы 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 с областями N и P, 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 — обеспечение импульса затвора , положительного или отрицательного. Если ток затвора высокий, для включения симистора достаточно очень небольшого напряжения. Поскольку TRIAC является двунаправленным и может включаться 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.

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

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 срабатывания TRIAC в режимах 2 и 3 высока, и отрицательный стробирующий импульс 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 переключения 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 соединения 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 меньшей мощности
Переключение ламп высокой мощности и диммеры
Бытовые приборы контроля мощности переменного тока

Различные типы пакетов TRIAC

Для удобства использования и различных применений, TRIAC разработаны в различных корпусах, таких как штырьковый / стандартный тип, 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 протяженными 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

Принципы и схемы симистора

— Часть 1

Симистор — это управляемый полупроводниковый переключатель мощности переменного тока средней и высокой мощности с полуфиксатором.В этой статье, состоящей из двух частей, объясняется его основная работа и показаны различные способы ее использования. Большинство практических схем показывают два набора значений компонентов для использования с обычными бытовыми / коммерческими источниками переменного напряжения 50 Гц или 60 Гц с номинальными значениями либо 240 В (как используется в большинстве стран Европы), либо (в скобках) 120 В (как используется в большинстве стран). Соединенные Штаты Америки). В каждой конструкции пользователь должен использовать симистор с номинальными характеристиками, соответствующими его или ее конкретному применению.

Основы симистора

РИСУНОК 1.Символы симистора.

РИСУНОК 2. Простой выключатель питания переменного тока с резистивной (ламповой) нагрузкой.

Симистор — это трехконтактный (MT1, затвор и MT2) твердотельный тиристор, который использует альтернативные символы на рис. , рис. 1 и действует как пара SCR, подключенных обратно параллельно и управляемых через один затвор. Терминал. Он может проводить ток в любом направлении между своими выводами MT1 и MT2 и, таким образом, может использоваться для непосредственного управления мощностью переменного тока.Он может запускаться как положительными, так и отрицательными токами затвора, независимо от полярности тока MT2, и, таким образом, он имеет четыре возможных режима запуска или «квадрантов», обозначенных следующим образом:

I + Mode = ток MT2 + ve, ток затвора + ve
I- Mode = ток MT2 + ve, ток затвора -ve
III + Mode = ток MT2 -ve, ток затвора + ve
III + Mode = ток MT2 -ve, затвор текущий -ve

Чувствительность по току триггера является максимальной, когда токи MT2 и затвор имеют одинаковую полярность (либо положительную, либо отрицательную), и обычно примерно вдвое меньше, когда они имеют противоположную полярность.

На рис. 2 показан симистор, используемый в качестве простого переключателя питания переменного тока, управляющего резистивной ламповой нагрузкой; Предположим, что SW2 закрыт. Когда SW1 разомкнут, симистор действует как разомкнутый переключатель, и лампа пропускает нулевой ток. Когда SW1 замкнут, симистор включается через резистор R1 и автоматически фиксируется вскоре после начала каждого полупериода, таким образом переключая полную мощность на ламповую нагрузку. Симистор автоматически отключается в конце каждого полупериода переменного тока, когда мгновенное напряжение питания (и, следовательно, ток нагрузки) на короткое время падает до нуля.

В , рис. 2 , задача R1 состоит в том, чтобы ограничить пиковый мгновенный ток затвора включения симистора до безопасного значения; его сопротивление (в сочетании с сопротивлением нагрузки) должно быть больше, чем пиковое напряжение питания (примерно 350 В в цепи 240 В переменного тока, 175 В в цепи 120 В), деленное на пиковое значение тока затвора симистора (которое обычно указывается в документации производителя симистора). расширенные листы данных).

Примечание в , рис. 2 (и в большинстве других схем симистора, показанных в этой мини-серии), что — по соображениям безопасности — нагрузка подключена последовательно с нейтралью (N) источника переменного тока и главным выключателем. SW2 может изолировать всю цепь от линии под напряжением (L).

Влияние скорости симистора

РИСУНОК 3. Простой выключатель питания переменного тока с индуктивной нагрузкой и демпфирующей сетью C1-R2 для подавления эффекта скорости.

Большинство симисторов, таких как тиристоры, подвержены проблемам, связанным с «эффектом скорости». Между основными выводами и затвором симистора неизбежно существуют внутренние емкости, и если на любом из основных выводов появляется резко возрастающее напряжение, это может — если его скорость нарастания превышает номинальное значение dV / dt симистора — вызвать достаточный прорыв в цепи. вентиль для срабатывания симистора.Это нежелательное включение «эффекта скорости» может быть вызвано переходными процессами в линии питания; проблема, однако, особенно серьезна при управлении индуктивными нагрузками, такими как электродвигатели, в которых токи и напряжения нагрузки не совпадают по фазе, что приводит к внезапному появлению большого напряжения на основных клеммах каждый раз, когда симистор расцепляется, когда падает его основной ток. почти до нуля в каждом рабочем полупериоде.

Проблемы с эффектом скорости обычно можно преодолеть, подключив RC ‘демпферную’ сеть между MT1 и MT2, чтобы ограничить скорость нарастания напряжения до безопасного значения, как показано (например) в схеме переключателя мощности симистора в . Рисунок 3 , где R2-C1 образуют снабберную сеть.Некоторые современные симисторы имеют повышенные значения dV / dt (обычно 750 В / мСм) и практически невосприимчивы к проблемам, связанным с изменением скорости; эти симисторы известны как «демпферные» типы.

Подавление радиопомех

РИСУНОК 4. Базовый диммер лампы переменного тока с подавлением радиопомех через C1-L1.

Симистор может использоваться для обеспечения переменного управления мощностью переменного тока с помощью техники «переключения с фазовой задержкой», при которой симистор запускается частично в течение каждого полупериода.Каждый раз, когда симистор запускается, его ток нагрузки резко (за несколько микросекунд) переключается с нуля на значение, установленное его сопротивлением нагрузки и мгновенными значениями напряжения питания. В резистивно нагруженных схемах, таких как диммеры ламп, это действие переключения неизбежно генерирует импульс RFI, который является наименьшим, когда симистор срабатывает близко к точкам пересечения нуля 0 ° и 180 ° формы сигнала линии питания (в которых переключатель -включенные токи минимальны) и максимальны, когда устройство срабатывает под углом 90 ° после начала каждого полупериода (когда токи включения максимальны).

Импульсы радиопомех возникают с частотой, вдвое превышающей частоту питающей сети, и могут очень раздражать. В диммерах лампы радиопомехи обычно можно устранить, оснастив диммер простой сетью фильтров L-C, как показано на , рис. 4, . Фильтр устанавливается рядом с симистором и значительно снижает скорость нарастания токов в сети переменного тока.

РИСУНОК 5. Символ диак.

Диаки и квадраки

Диак — двунаправленное триггерное устройство с двумя выводами; он может использоваться с напряжениями любой полярности и обычно используется вместе с симистором; На рисунке 5 показан символ схемы.Основное действие диака таково, что при подключении к источнику напряжения через токоограничивающий нагрузочный резистор он действует как высокий импеданс, пока приложенное напряжение не возрастет примерно до 35 В, после чего он срабатывает и действует как низкоомный 30 В. стабилитрон, и 30 В вырабатывается через диак, а оставшиеся 5 В появляются на нагрузочном резисторе. Диак остается в этом состоянии до тех пор, пока его прямой ток не упадет ниже минимального удерживаемого значения (это происходит, когда напряжение питания упадет ниже значения стабилитрона 30 В), после чего диак снова выключится.


РИСУНОК 6. Базовая схема диммера для лампы с регулируемой фазовой задержкой диакритического типа.	Рисунок 7. Символ квадрак.

Диак наиболее часто используется в качестве триггерного устройства в приложениях с регулируемой мощностью симистора с синхронизацией по фазе, как в базовой схеме диммера лампы Рисунок 6 . Здесь, в каждом полупериоде линии электропередачи, сеть R1-RV1-C1 применяет версию полупериода с переменной фазовой задержкой к затвору симистора через диак, и когда напряжение C1 повышается до 35 В, диак срабатывает и подает триггерный импульс 5 В (от C1) на затвор симистора, тем самым включая симистор и одновременно подавая питание на ламповую нагрузку и отключая привод от RC-сети.Таким образом, средняя мощность нагрузки (интегрированная за полный период полупериода) полностью изменяется от почти нуля до максимума через RV1.

На заре разработки симистора некоторые специализированные устройства производились со встроенным диаком, последовательно соединенным с затвором симистора; такие устройства были известны как квадраки и использовали обозначение схемы Figure 7 . Квадраки не имели коммерческого успеха и теперь устарели.

Варианты выключателя питания переменного тока

Самым простым типом переключателя питания симистора является переключатель , рис. 2 , в котором симистор включается через R1, когда SW1 замкнут; только 1 В или около того генерируется на симисторе, когда он включен, поэтому R1 и SW1 потребляют очень мало средней мощности; На рис. 3 показана та же схема, снабженная «демпфирующей» сетью.Есть много полезных вариаций этих основных схем. Рисунок 8 , например, показывает версию, которая может запускаться через источник постоянного тока переменного тока. C1 заряжается (через R1-D1) до + 10 В на каждом положительном полупериоде линии питания переменного тока, и этот заряд запускает симистор, когда SW1 замыкается. Обратите внимание, что R1 постоянно находится под почти полным напряжением сети переменного тока и, следовательно, требует довольно высокой номинальной мощности, и что все части этой цепи находятся под напряжением, что затрудняет взаимодействие с внешней схемой управления.


РИСУНОК 8. Выключатель питания переменного тока с запуском по переменному току по постоянному току.	РИСУНОК 9. Выключатель переменного тока с изолированным входом (оптопара), срабатывает постоянный ток.

На рисунке 9 показана приведенная выше схема, модифицированная для обеспечения «изолированного» взаимодействия с внешней схемой управления. SW1 просто заменяется транзистором Q2, который управляется со стороны фототранзистора оптопары.Светодиод соединителя питается от внешнего источника постоянного тока через R1, а симистор включается только тогда, когда SW1 замкнут; При желании SW1 можно заменить электронной схемой переключения.


РИСУНОК 10. Выключатель переменного тока с изолированным входом, срабатывающий по переменному току.	РИСУНОК 11. Выключатель переменного тока с транзисторным запуском по постоянному току.

На рисунке 10 показан вариант, в котором симистор запускается переменным током в каждом полупериоде через импеданс переменного тока C1-R1 и через встречные стабилитроны ZD1-ZD2, а C1 рассеивает почти до нуля. мощность.Мостовой выпрямитель D1-D4 подключен к сети ZD1-ZD2-R2 и нагружен Q2. Когда Q2 выключен, мост эффективно открыт, и симистор включается в каждом полупериоде, но когда Q2 включен, на ZD1-ZD2-R2 появляется короткое замыкание, и симистор выключен. Q2 управляется через оптопару от изолированной внешней цепи, и симистор включен, когда SW1 открыт, и выключен, когда SW1 закрыт.

РИСУНОК 12. Выключатель переменного тока с изолированным входом и запуском по постоянному току.

На рисунках 11, и , 12, показаны варианты, в которых триак запускается через трансформатор постоянного тока и транзисторный переключатель. В рис. 11 , Q2 и симистор оба включены, когда SW1 закрыт, и выключены, когда SW1 открыт. На практике SW1 можно заменить электронной схемой, позволяющей активировать симистор с помощью тепла, света, звука, времени и т. Д. Обратите внимание, однако, что вся эта схема находится под напряжением.’ Рисунок 12 показывает схему, модифицированную для работы оптопары, что позволяет активировать ее через полностью изолированную внешнюю схему.

Запуск UJT

Другой способ получить полностью изолированное переключение симистора — использовать схемы UJT на рисунках , рисунки 13, и , 14, , где UJT представляет собой старый тип 2N2646 или его современный почти эквивалент. В этих схемах запускающее действие обеспечивается генератором UJT Q2, который работает на частоте нескольких кГц и подает выходные импульсы на затвор симистора через импульсный трансформатор T1, который обеспечивает желаемую «изоляцию».«Из-за своей довольно высокой частоты колебаний, UJT запускает симистор в пределах нескольких градусов от начала каждого полупериода линии переменного тока, когда генератор активен.


РИСУНОК 13. Выключатель переменного тока с изолированным входом (с трансформаторной связью).	РИСУНОК 14. Выключатель питания переменного тока с изолированным входом.

На рис. 13 , Q3 включен последовательно с главным синхронизирующим резистором UJT, поэтому UJT и симистор включаются только при замкнутом SW1.В , рис. 14, , Q3 подключен параллельно с главным конденсатором синхронизации UJT, поэтому UJT и симистор включаются только при разомкнутом SW1.

РИСУНОК 15. Типичная схема и рабочие характеристики симистора с оптопарой.

Рис. 16. Управление лампой малой мощности через симистор с оптопарой.

Симисторы с оптопарой

Затворные переходы «голого» симистора по своей природе светочувствительны, поэтому симистор с оптопарой может быть изготовлен путем установки «голого» симистора и светодиода близко друг к другу в одном корпусе. Рисунок 15 показывает схему и перечисляет характеристики типичной шестиконтактной версии DIL такого устройства, в которой светодиод имеет максимальный номинальный ток 50 мА, симистор имеет максимальные номинальные значения 400 В и 100 мА (среднеквадратичное значение) (и скачок напряжения). номинальный ток 1,2 А для 10 мс), и весь пакет имеет номинальное напряжение развязки 1,5 кВ и типичную чувствительность срабатывания триггера по входному току 5 мА.

Симисторы с оптопарой

просты в использовании и обеспечивают отличную гальваническую развязку между входом и выходом.Вход используется как обычный светодиод, а выход как маломощный симистор. На рисунке 16 показано устройство, используемое для активации лампы накаливания с питанием от сети переменного тока, которая должна иметь номинальное значение RMS ниже 100 мА и пиковое значение пускового тока ниже 1,2 А.


РИСУНОК 17. Управление высокой мощностью через ведомый симистор.	РИСУНОК 18. Управление индуктивной нагрузкой.

На рисунке 17 показан симистор с оптопарой, используемый для активации ведомого симистора, тем самым управляя нагрузкой с любой желаемой номинальной мощностью.Эта схема подходит для использования только с неиндуктивными нагрузками, такими как лампы и нагревательные элементы. Его можно модифицировать для использования с индуктивными нагрузками, такими как электродвигатели, с помощью соединений, указанных в Рисунок 18 . Здесь сеть R2-C1-R3 обеспечивает некоторый фазовый сдвиг в сети симисторного затвора-привода, чтобы гарантировать правильное срабатывание симистора, а R4-C2 образуют демпферную сеть для подавления эффектов скорости.

Синхронное переключение мощности без напряжения

Синхронный переключатель мощности с нулевым напряжением (или с интегральным циклом) — это переключатель, в котором симистор неизменно включается сразу после начала каждого полупериода мощности (т.е.е., около точки нулевого напряжения формы сигнала), а затем снова автоматически отключается в конце, создавая минимальные радиопомехи. В большинстве схем переключения мощности, показанных до сих пор в этой статье, симистор включается в произвольной точке своего начального полупериода включения, таким образом создавая потенциально высокий начальный всплеск радиопомех, но затем дает синхронное действие переключения при нулевом напряжении. на всех последующих полупериодах.

Истинно синхронная цепь с нулевым напряжением использует систему переключения, показанную на рис. 19 , в которой симистор может быть включен только около начальной точки или точки «нулевого напряжения» каждого полупериода и, таким образом, создает минимальные радиопомехи.Эта система широко используется для включения / выключения сильноточных нагрузок, таких как электрические нагреватели и т. Д.


РИСУНОК 19. Система синхронного переключения питания переменного тока при нулевом напряжении.	РИСУНОК 20. Выключатель синхронного переменного тока.

На рисунке 20 показан практический синхронный выключатель питания переменного тока с нулевым напряжением; 10 В постоянного тока генерируется переменным током через R7-D1-ZD1 и C2 и подключается к затвору симистора через Q2, который управляется через SW1 и детектор нулевого напряжения Q3-Q4-Q5 и может обеспечивать ток затвора только при включенном SW1. закрыт, а Q3 выключен.

РИСУНОК. 21 Альтернативный вариант синхронного выключателя питания переменного тока.

В детекторе нулевого напряжения Q4 или Q5 включаются всякий раз, когда напряжение сети переменного тока больше или меньше нескольких вольт (установлено RV1) выше или ниже нуля, тем самым активируя Q3 через R5 и блокируя Q2. Таким образом, ток затвора может подаваться на симистор только тогда, когда SW1 замкнут, а мгновенное напряжение сети переменного тока находится в пределах нескольких вольт от нуля; Таким образом, эта схема генерирует минимальные радиопомехи при переключении.

На рисунке 21 показана схема, измененная таким образом, что симистор может включаться только при разомкнутом SW1. Обратите внимание, что в обоих случаях на симистор подается только узкий импульс тока затвора, и поэтому средний ток затвора составляет всего 1 мА или около того. SW1 при желании может быть заменен электронным переключателем или оптопарой, что позволяет активировать нагрузку по свету или температуре, по времени и т. Д.

На практике, самый простой способ создания действительно эффективной синхронной схемы управления симистором «нулевого напряжения» — это использование специальной ИС, которая функционирует как маломощный синхронный симистор «нулевого напряжения» с оптопарой, который может легко использоваться в качестве ведомого устройства для синхронного управления обычным высокомощным симистором.

В следующем и заключительном эпизоде будут представлены практические детали таких схем, а также другие схемы и информация, относящиеся к симисторам. NV

ТРИАК | Тиристоры | Учебник по электронике

SCR

— это однонаправленные (односторонние) устройства тока, что делает их полезными только для управления постоянным током. Если два тиристора соединены последовательно параллельно, так же, как два диода Шокли были соединены вместе, чтобы сформировать DIAC, у нас есть новое устройство, известное как TRIAC: (рисунок ниже)

Эквивалент TRIAC SCR и условное обозначение TRIAC.

Поскольку отдельные тиристоры более гибкие для использования в современных системах управления, они чаще встречаются в схемах, таких как моторные приводы; TRIAC обычно используются в простых устройствах с низким энергопотреблением, например, в бытовых диммерных переключателях. На рисунке ниже показана простая схема регулятора яркости лампы вместе с цепью фазосдвигающего резистора-конденсатора, необходимой для срабатывания после пика.

TRIAC фазорегулятор мощности

TRIAC известны тем, что не стреляют симметрично.Это означает, что они обычно не срабатывают при точно таком же уровне напряжения затвора для одной полярности, что и для другой. Вообще говоря, это нежелательно, потому что асимметричное срабатывание приводит к форме волны тока с большим разнообразием гармонических частот. Формы сигналов, которые симметричны выше и ниже их средних осевых линий, состоят только из гармоник с нечетными номерами. С другой стороны, асимметричные сигналы содержат гармоники с четными номерами (которые также могут сопровождаться или не сопровождаться гармониками с нечетными номерами).

В интересах уменьшения общего содержания гармоник в энергосистемах, чем меньше и менее разнообразны гармоники, тем лучше — это еще одна причина, по которой отдельные тиристоры предпочитают триАК для сложных мощных цепей управления. Один из способов сделать форму сигнала тока TRIAC более симметричным — это использовать устройство, внешнее по отношению к TRIAC, для синхронизации запускающего импульса. DIAC, установленный последовательно с воротами, отлично справляется с этой задачей: (Рисунок ниже)

DIAC улучшает симметрию управления

Напряжение переключения

DIAC имеет тенденцию быть гораздо более симметричным (одинаковым в одной полярности, чем в другой), чем пороги напряжения срабатывания TRIAC.Поскольку DIAC предотвращает любой ток затвора до тех пор, пока напряжение запуска не достигнет определенного повторяемого уровня в любом направлении, точка срабатывания TRIAC от одного полупериода к следующему имеет тенденцию быть более согласованной, а форма волны более симметричной сверху и снизу. его осевая линия.

Практически все характеристики и рейтинги SCR одинаково применимы к TRIAC, за исключением того, что TRIAC, конечно, двунаправленные (могут обрабатывать ток в обоих направлениях). Больше нечего сказать об этом устройстве, за исключением важной оговорки, касающейся обозначений клемм.

Судя по эквивалентной схеме, показанной ранее, можно подумать, что главные клеммы 1 и 2 взаимозаменяемы. Это не так! Хотя полезно представить TRIAC как состоящий из двух SCR, соединенных вместе, на самом деле он построен из единого куска полупроводникового материала, должным образом легированного и многослойного. Фактические рабочие характеристики могут незначительно отличаться от аналогичной модели.

Это становится наиболее очевидным при сравнении двух простых схемотехнических решений, одна из которых работает, а другая — нет.Следующие две схемы представляют собой разновидность схемы регулятора яркости лампы, показанной ранее, фазосдвигающий конденсатор и DIAC удалены для простоты. Хотя полученной схеме не хватает возможности точного управления более сложной версией (с конденсатором и DIAC), она работает: (рисунок ниже)

Эта схема с логическим элементом MT2 действительно работает.

Предположим, мы должны были поменять местами два основных терминала TRIAC. Согласно эквивалентной схеме, показанной ранее в этом разделе, замена не должна иметь никакого значения.Схема должна работать: (рисунок ниже)

Если вентиль переключен на MT1, эта схема не работает.

Однако, если эта схема будет построена, обнаружится, что она не работает! Нагрузка не получит питания, симистор вообще не сработает, независимо от того, насколько низкое или высокое значение сопротивления установлено на управляющем резисторе. Ключ к успешному запуску TRIAC — убедиться, что затвор получает ток срабатывания со стороны основного вывода 2 схемы (основной вывод на противоположной стороне символа TRIAC от вывода затвора).Идентификация терминалов MT1 и MT2 должна производиться по артикулу TRIAC со ссылкой на технический паспорт или книгу.

ОБЗОР:

TRIAC действует так же, как два тиристора, подключенных спина к спине для двунаправленной (AC) работы.

Элементы управления

TRIAC чаще встречаются в простых схемах с низким энергопотреблением, чем в сложных схемах большой мощности. В схемах управления большой мощностью, как правило, предпочтение отдается нескольким тиристорам.
При использовании для управления мощностью переменного тока нагрузки, симисторы часто сопровождаются дискретными входами, подключенными последовательно к их клеммам затвора.DIAC помогает TRIAC стрелять более симметрично (более последовательно от одной полярности к другой).
Основные клеммы 1 и 2 на TRIAC не взаимозаменяемы.
Для успешного запуска TRIAC ток затвора должен поступать со стороны главной клеммы 2 (MT2) схемы!

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

Введение в основы TRIAC

Тиристор — это общий термин, обозначающий широкий спектр полупроводниковых компонентов, используемых в качестве электронного переключателя.Подобно механическому переключателю, тиристоры имеют только два состояния: включено (токопроводящее) и выключенное (непроводящее). Их также можно использовать, помимо переключения, для регулировки мощности, подаваемой на нагрузку.

Тиристоры используются в основном с высокими напряжениями и токами. Триод переменного тока (TRIAC) и кремниевый выпрямитель (SCR) являются наиболее часто используемыми тиристорными устройствами. В этой статье исследуются конструкция, характеристики и применение символьных ключей.

Что такое ТРИАК?

TRIAC — это двунаправленный трехэлектродный переключатель переменного тока, который позволяет электронам течь в любом направлении.Это эквивалент двух тиристоров, соединенных обратно-параллельно с затворами, соединенными друг с другом.

TRIAC запускается в проводимость в обоих направлениях стробирующим сигналом, подобным сигналу SCR. TRIAC были разработаны, чтобы предоставить средства для разработки улучшенных средств управления мощностью переменного тока.

TRIAC доступны в различных упаковках. Они могут работать в широком диапазоне тока и напряжения. TRIAC обычно имеют относительно слабые возможности по сравнению с SCR — они обычно ограничены до 50 А и не могут заменить SCR в сильноточных приложениях.

Симисторы

считаются универсальными из-за их способности работать с положительным или отрицательным напряжением на своих выводах. Поскольку тиристоры имеют недостаток в том, что они проводят ток только в одном направлении, управление малой мощностью в цепи переменного тока лучше выполнять с помощью тиристоров.

TRIAC Construction

Хотя TRIAC и SCR похожи, их схематические символы не похожи. Клеммы TRIAC — это затвор, клемма 1 (T1) и клемма 2 (T2).См. Рисунок 1.

Рис. 1. Клеммы TRIAC включают затвор, клемму 1 (T1) и клемму 2 (T2).

Обозначения анода и катода нет. Ток может течь в любом направлении через клеммы главного переключателя, T1 и T2. Терминал 1 является опорным терминалом для всех напряжений. Клемма 2 — это корпус или металлический язычок, к которому можно прикрепить радиатор.

Триггерная схема TRIAC и ее преимущества

TRIAC блокируют ток в любом направлении между T1 и T2.TRIAC может быть запущен в проводимость в любом направлении мгновенным положительным или отрицательным импульсом, подаваемым на затвор.

Если соответствующий сигнал подается на затвор TRIAC, он проводит электричество. TRIAC остается выключенным до тех пор, пока в точке A не сработает вентиль. См. Рисунок 2.

Рисунок 2. TRIAC остается выключенным, пока не сработает его вентиль.

В точке A схема триггера подает импульс на затвор, и TRIAC включается, позволяя току течь.

В точке B прямой ток уменьшается до нуля, и TRIAC выключается.

Цепь триггера может быть спроектирована так, чтобы генерировать импульс, который изменяется в положительном или отрицательном полупериоде в любой точке. Следовательно, средний ток, подаваемый на нагрузку, может варьироваться.

Одним из преимуществ TRIAC является то, что практически не происходит потерь энергии на преобразование в тепло. Тепло выделяется, когда току препятствуют, а не когда ток отключен. TRIAC либо полностью включен, либо полностью выключен.Он никогда не ограничивает частично ток.

Еще одной важной особенностью TRIAC является отсутствие условий обратного пробоя при высоких напряжениях и больших токах, например, в диодах и SCR.

Если напряжение на TRIAC становится слишком высоким, TRIAC включается. После включения TRIAC может проводить достаточно высокий ток.

Характеристическая кривая TRIAC

Характеристики симистор основаны на T1 в качестве опорного напряжения точки.Полярности, показанные для напряжения и тока, являются полярностями T2 по отношению к T1.

Полярность, показанная для затвора, также относится к T1. См. Рисунок 3.

Рисунок 3. Характеристическая кривая TRIAC показывает характеристики TRIAC при срабатывании проводимости.

Опять же, TRIAC может запускаться в проводимость в любом направлении током затвора (IG) любой полярности.

Приложения TRIAC

TRIAC часто используются вместо механических переключателей из-за их универсальности. Кроме того, при низкой силе тока тиристоры тиристоров более экономичны, чем тиристоры, соединенные спина к спине.

Пускатели однофазных двигателей

Часто конденсаторный двигатель или двигатель с расщепленной фазой должен работать там, где искрение механического выключателя пуска нежелательно или даже опасно. В таких случаях механический выключатель пуска может быть заменен на TRIAC.См. Рисунок 4.

Рис. 4. Механический выключатель пуска может быть заменен на TRIAC.

TRIAC может работать в таких опасных средах, потому что он не создает дуги.