Управление тиристором схема: Управление тиристором, принцип действия. Способы управления.

Содержание

Схемы управления тиристорами на постоянном токе

Для включения и отключения нагрузки (ламп накаливания, обмоток реле, электродвигателей и т.п.) зачастую используют тиристоры. Особенность этого вида полупроводниковых приборов и основное их отличие от транзисторов заключается в том, что они обладают двумя устойчивыми состояниями, без каких-либо промежуточных.

Это состояние «включено», когда сопротивление полупроводникового прибора минимально, и состояние «выключено», когда сопротивление тиристора максимально. В идеале эти сопротивления приближаются к нулю или бесконечности.

Для включения тиристора на его управляющий электрод достаточно хотя бы кратковременно подать управляющее напряжение. Отключить тиристор (запереть) можно кратковременным выключением питания тиристора, сменой полярности питающего напряжения либо уменьшением тока в нагрузке ниже тока удержания тиристора.

Обычно включают и отключают тиристорные коммутаторы двумя кнопками. Значительно меньшее распространение получили однокнопочные схемы управления тиристорами.

Здесь подробно рассмотрены методы однокнопочного управления тиристорными коммутаторами. Принцип работы тиристорных однокнопочных управляющих устройств основан на динамических зарядно-разрядных процессах в цепи управления тиристора [EW 4/01-299].

Схема однокнопочного управления тиристором

На рисунке 1 показана одна из простейших схем однокнопочного управления тиристорным коммутатором. В схеме (здесь и далее) используют кнопки без фиксации положения. В исходном состоянии нормально замкнутые контакты кнопки шунтируют цепь управления тиристором.

Сопротивление тиристора максимально, ток через нагрузку не протекает. Диаграммы основных процессов, протекающих в схеме на рис. 1, рассмотрены на рис. 2.

Для включения тиристора (ON) нажимают на кнопку SB1. При этом нагрузка оказывается подключенной к источнику питания через контакты кнопки SB1, а конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания.

Скорость заряда конденсатора определяется постоянной времени цепи R1C1 (см. диаграмму). После того как кнопку отпустят, конденсатор С1 разряжается на управляющий электрод тиристора. Если напряжение на нем равно или превышает напряжение включения тиристора, тиристор отпирается.

Рис. 1. Принципиальная схема управления тиристором с помощью одной кнопки.

Рис. 2. Диаграммы основных процессов, протекающих в схеме с тиристором.

Отключить нагрузку (OFF) можно кратковременным нажатием на кнопку SB1. При этом конденсатор С1 не успевает зарядиться. Поскольку контакты кнопки шунтируют электроды тиристора (анод — катод), это равноценно отключению источника питания тиристора. В результате нагрузка будет отключена.

Следовательно, для включения нагрузки необходимо с большей продолжительностью нажать на управляющую кнопку, для отключения — еще раз кратковременно нажать ту же кнопку.

Простые силовые ключи на тиристорах

На рис. 3 и 4 показаны варианты схемной идеи, представленной на рис. 1. На рис. 3 использована цепочка последовательно соединенных диодов VD1 и VD2 для ограничения максимального напряжения заряда конденсатора.

Рис. 3. Вариант схемы управления тиристором одной кнопкой.

Это позволило заметно снизить рабочее напряжение (до 1,5. 3 В) и емкость конденсатора С1. В следующей схеме (рис. 4) резистор R1 включен последовательно с нагрузкой, что позволяет создать двухполюсный коммутатор нагрузки. Сопротивление нагрузки должно быть намного ниже, чем сопротивление R1.

Рис. 4. Схема электронного ключа на тиристоре с последовательным подключением нагрузки.

Тиристорный коммутатор с двумя кнопками

Тиристорное устройство управления нагрузкой (рис. 5) может быть использовано для включения и выключения нагрузки любой из нескольких последовательно включенных кнопок, работающих на разрыв цепи. Принцип действия тиристорного коммутатора заключается в следующем.

При включении устройства напряжение, подаваемое на управляющий электрод тиристора, недостаточно для его включения. Тиристор, и, соответственно, нагрузка отключены. При нажатии на любую из кнопок SB1 — SBn (и удержании ее нажатой) конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания. Цепь управления тиристора и сам тиристор при этом отключены.

Рис. 5. Схема простого тиристорного коммутатора нагрузки с двумя кнопками.

После отпускания кнопки и восстановления цепи питания тиристора накопленная конденсатором С1 энергия оказывается приложенной к управляющему электроду тиристора. В результате разряда конденсатора через управляющий электрод тиристор включается, подсоединяя тем самым нагрузку к цепи питания.

Для отключения тиристора (и нагрузки) кратковременно нажимают на любую из кнопок SB1 — SBn. При этом конденсатор С1 не успевает зарядиться. В то же время цепь питания тиристора размыкается, тиристор запирается.

Величина резистора R2 зависит от напряжения питания устройства: при напряжении 15 В его сопротивление — 10 кОм при 9 В — 3,3 кОм при 5 6-1,2 кОм.

Схема с эквивалентом тиристора на транзисторах

При использовании вместо тиристора его транзисторного аналога (рис. 6) величина этого резистора меняется, соответственно, от 240 кОм (15 В) до 16 кОм (9 В) и до 4,7 кОм (5 В).

Рис. 6. Схема электронного коммутатора нагрузки с транзисторным эквивалентом тиристора.

Аналог многокнопочного переключателя на тиристорах

Тиристорное устройство, позволяющее создать аналог многокнопочного переключателя с зависимой фиксацией положения и использующее для управления кнопочные элементы, работающие без фиксации, показано на рис. 7. В схеме может быть использовано несколько тиристоров, однако, для упрощения схемы, на рисунке показано лишь два канала. Другие каналы коммутации могут быть подключены аналогично предыдущим.

Рис. 7. Принципиальная схема аналога многокнопочного переключателя с использованием тиристоров.

В исходном состоянии тиристоры заперты. При нажатии на кнопку управления, например, кнопку SB1, конденсатор С1 относительно большой емкости оказывается подключенным к источнику питания через диоды VD1 — VDm и сопротивления нагрузки всех каналов.

В результате заряда конденсатора возникает импульс тока, приводящий к кратковременному замыканию анодов всех тиристоров через соответствующие диоды VD1 — VDm на общую шину.

Любой из тиристоров, если он был включен, отключается. В то же время конденсатор накапливает энергию. После отпускания кнопки конденсатор разряжается на управляющий электрод тиристора, отпирая его.

Для включения любого другого канала нажимают соответствующую кнопку. Происходит отключение (сброс) ранее задействованной нагрузки и включение новой нагрузки. В схеме предусмотрена кнопка SB0 общего отключения всех нагрузок.

Многокнопочный переключатель с транзисторным аналогом тиристоров

Вариант схемы, выполненный на транзисторных аналогах тиристоров и диодно-емкостных зарядных цепочках с использованием малогабаритных конденсаторов, показан на рис. 8, 9.

Рис. 8. Схема эквивалентной замены тиристора транзисторами.

В схеме предусмотрена светодиодная индикация включенного канала. В этой связи максимальный ток нагрузки каждого из каналов ограничен значением 20 мА.

Рис. 9. Схема многокнопочного переключателя с транзисторным аналогом тиристоров.

Устройства, аналогичные представленным на рис. 7 – 9, а также на рис. 10 – 12, можно использовать для систем выбора программ радио- и телеприемников.

Недостатком схемных решений (рис. 7 – 9) является то, что в момент нажатия на любую из кнопок все нагрузки оказываются хотя бы на мгновение подключенными к источнику питания.

Схемы многопозиционных переключателей

На рис. 10 и 11 показан тиристорный коммутатор разрывного типа с неограниченным количеством последовательно включенных элементов.

При нажатии на одну из кнопок управления цепь питания аналогов тиристоров размыкается по постоянному току. Конденсатор С1 оказывается включенным последовательно с аналогом тиристора.

Рис. 10. Схема базового элемента для самодельного многопозиционного коммутатора нагрузки.

Рис. 11. Принципиальная схема самодельного многопозиционного коммутатора нагрузки.

Одновременно управляющее напряжение (нулевого уровня) через задействованную кнопку и резистор R2 (рис. 10) подается на управляющий электрод аналога тиристора.

Поскольку в первые мгновения при нажатии кнопки последовательно с аналогом тиристора оказывается включенным полностью разряженный конденсатор, такое включение равносильно короткому замыканию в цепи питания соответствующего тиристора. Следовательно, тиристор отпирается, включая тем самым соответствующую нагрузку.

При нажатии на любую другую кнопку ранее задействованный канал отключается, и включается другой канал. При длительном (порядка 2 сек) нажатии на любую из кнопок конденсатор С1 заряжается, что равнозначно размыканию цепи и приводит к запиранию всех тиристоров.

Схема усовершенствованного электронного переключателя

Рис. 12. Принципиальная схема тиристорного коммутатора для множества нагрузок.

В ряду тиристорных коммутаторов наиболее совершенной представляется схема, показанная на рис. 12. При нажатии кнопки управления возникает бросок тока, эквивалентный короткому замыканию.

Происходит отключение ранее задействованных тиристоров и включение тиристора, соответствующего нажатой кнопке. В схеме предусмотрена светодиодная индикация задействованного канала, а также кнопка общего сброса.

Вместо конденсаторов большой емкости могут быть использованы диодно-конденсаторные цепочки (рис. 12). Принцип действия схемы сохраняется. В качестве нагрузки можно использовать низковольтные реле, например, РМК 11105 сопротивлением 350 Ом на рабочее напряжение 5 В.

Резистор R1 ограничивает ток короткого замыкания и ток максимального потребления величиной 10. 12 мА. Количество каналов коммутации не ограничено.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.

Главная страница » Тиристоры и схемы коммутации мощной нагрузки

Тиристоры выступают твердотельными электронными устройствами, обладающими высокой скоростью коммутации. Эти приборы допустимо использовать для управления всевозможными маломощными электронными компонентами. Однако наряду с маломощной электроникой, посредством тиристоров успешно управляется силовое оборудование. Рассмотрим классические схемы включения тиристора под управление достаточно высокими нагрузками, например, электролампами, электромоторами, электрическими нагревателями и т. п.

Тиристор – краткий обзор полупроводника

Включение полупроводника в открытое состояние возможно путём подачи импульса пускового тока небольшой величины на управляющий электрод У.

Когда тиристор пропускает ток нагрузки в прямом направлении, электрод анода A является положительным по отношению к электроду катода K, с точки зрения регенеративной фиксации.

Как правило, триггерный импульс для электрода У должен иметь длительность в несколько микросекунд. Однако чем длиннее импульс, тем быстрее происходит внутренний лавинный пробой. Также увеличивается время открывания перехода. Но максимальный ток затвора превышать не допускается.

После переключения и полной проводки, падение напряжения на участке анод- катод держится постоянным на уровне около 1 вольта, при всех значениях анодного тока от нуля до номинального значения.

Тем не менее, следует помнить: как только полупроводник начинает проводить, этот процесс продолжается даже при отсутствии управляющего сигнала У.

Продолжается такое состояние до момента, когда ток анода уменьшится до величины меньше допустимо минимальной. Лишь на этом уровне и ниже происходит автоматическая блокировка перехода. Иначе работают лишь новые тиристоры структуры MCT.

Инновационная разработка в группе тиристоров. Управляемая структура MCT (MOSFET Controled thyristor): 1 — управление 1; 2 — анод; 3 — управление 2; 4 — катод; 5 — подложка металл; OFF-FET — канал типа n-канал; ON-FET — канал типа p-канал

Этот фактор показывает, что в отличие от биполярных транзисторов и полевых транзисторов, тиристоры, по сути, невозможно использовать для усиления или контролируемого переключения.

Таким образом, напрашивается логичный вывод: тиристоры как полупроводниковые приборы специально разработаны для использования в составе схем коммутации высокой мощности.

Эти полупроводники могут работать только в режиме переключения, где они действуют как открытый или закрытый коммутатор. Как только этот коммутатор срабатывает, он остаётся в состоянии проводника.

Поэтому в цепях постоянного напряжения и некоторых сильно индуктивных цепях переменного напряжения, значение тока необходимо искусственно уменьшать при помощи отдельного переключателя или схемы отключения.

Тиристор в цепи постоянного напряжения

При условии питания схемы постоянным напряжением, тиристор эффективен в качестве переключателя мощной нагрузки. Здесь прибор действует подобно электронной защелке, поскольку после активации остается в состоянии «включено», вплоть до сброса этого состояния вручную. Рассмотрим практическую схему.

Схема 1: КН1, КН2 — кнопки нажимные без фиксации; Л1 — нагрузка в виде лампы накаливания 100 Вт; R1, R2 — резисторы постоянные 470 Ом и 1 кОм

Эта простая схема включения/выключения применяется для управления лампой накаливания. Между тем схему вполне допустимо использовать в качестве коммутатора электродвигателя, нагревателя и любой другой нагрузки, рассчитанной на питание постоянным напряжением.

Здесь тиристор имеет прямое смещённое состояние перехода и включается в режим короткого замыкания нормально разомкнутой кнопкой КН1.

Эта кнопка соединяет управляющий электрод У с источником питания через резистор R1. Если значение R1 установить слишком высоким относительно питающего напряжения, устройство не сработает.

Стоит только нажать кнопку КН1, тиристор переключается в состояние прямого проводника и остаётся в этом состоянии независимо от дальнейшего положения кнопки КН1. При этом токовая составляющая нагрузки показывает большее значение, чем ток фиксации тиристора.

Преимущества и недостатки использования тиристора

Одним из основных преимуществ использования этих полупроводников в качестве переключателя видится очень высокий коэффициент усиления по току. Тиристор — это устройство, фактически управляемое током.

Катодный резистор R2 обычно включается с целью уменьшения чувствительности электрода У и увеличения возможностей соотношения напряжение-ток, что предотвращает ложное срабатывание устройства.

Когда тиристор защелкнется и останется в состоянии «включено», сбросить это состояние возможно только прерыванием питания или уменьшения анодного тока до нижнего значения удержания.

Поэтому логично использовать нормально замкнутую кнопку КН2, чтобы разомкнуть цепь, уменьшая до нуля ток, протекающий через тиристор, заставляя прибор перейти в состояние «выключено».

Однако схема имеет также недостаток. Механический нормально замкнутый переключатель КН2 должен быть достаточно мощным — соответствовать мощности всей схемы.

В принципе, можно было бы просто заменить полупроводник мощным механическим выключателем. Один из способов преодолеть проблему с мощностью — подключить коммутатор параллельно тиристору.

Схема 2: КН1, КН2 — кнопки нажимные без фиксации; Л1 — лампа накаливания 100 Вт; R1, R2 — резисторы постоянные 470 Ом и 1 кОм

Доработка схемы — включение нормально разомкнутого переключателя малой мощности параллельно переходу А-К, даёт следующий эффект:

  • активация КН2 создаёт «КЗ» между электродами А и К,
  • уменьшается ток фиксации до минимального значения,
  • устройство переходит в состояние «выключено».

Тиристор в цепи переменного тока

При подключении к источнику переменного тока тиристор работает несколько иначе. Это связано с периодическим изменением полярности переменного напряжения.

Поэтому применение в схемах с питанием переменным напряжением автоматически будет приводить к состоянию обратного смещения перехода. То есть в течение половины каждого цикла прибор будет находиться в состоянии «отключено».

Для варианта с переменным напряжением схема тиристорного запуска аналогична схеме с питанием постоянным напряжением. Разница незначительная — отсутствие дополнительного переключателя КН2 и дополнение диода D1.

Благодаря диоду D1, предотвращается обратное смещение по отношению к управляющему электроду У.

Во время положительного полупериода синусоидальной формы сигнала, устройство смещено вперед, но при выключенном переключателе КН1, к тиристору подводится нулевой ток затвора и прибор остается «выключенным».

В отрицательном полупериоде устройство получает обратное смещение и также останется «выключенным», независимо от состояния переключателя КН1.

Схема 3: КН1 — переключатель с фиксацией; D1 — диод любой под высокое напряжение; R1, R2 -резисторы постоянные 180 Ом и 1 кОм, Л1 — лампа накаливания 100 Вт

Если переключатель КН1 замкнуть, вначале каждого положительного полупериода полупроводник останется полностью «выключенным».

Но в результате достижения достаточного положительного триггерного напряжения (возрастания тока управления) на электроде У, тиристор переключится в состояние «включено».

Фиксация состояния удержания остаётся стабильной при положительном полупериоде и автоматически сбрасывается, когда положительный полупериод заканчивается. Очевидно, т.к. здесь ток анода падает ниже текущего значения.

Во время следующего отрицательного полупериода, устройство будет полностью «отключено» до следующего положительного полупериода. Затем процесс вновь повторяется.

Получается, нагрузка имеет только половину доступной мощности источника питания. Тиристор действует как выпрямляющий диод и проводит переменный ток лишь во время положительных полуциклов, когда переход смещен вперед.

Управление половинной волной

Фазовое управление тиристором является наиболее распространенной формой управления мощностью переменного тока.

Пример базовой схемы управления фазой показан ниже. Здесь напряжение затвора тиристора формируется цепочкой R1C1 через триггерный диод D1.

Во время положительного полупериода, когда переход смещен вперед, конденсатор C1 заряжается через резистор R1 от напряжения питания схемы.

Управляющий электрод У активируются только тогда, когда уровень напряжения в точке «x» вызывает срабатывание диода D1. Конденсатор C1 разряжается на управляющий электрод У, устанавливая прибор в состояние «включено».

Длительность времени положительной половины цикла, когда открывается проводимость, контролируется постоянной времени цепочки R1C1, заданной переменным резистором R1.

Схема 4: КН1 — переключатель с фиксацией; R1 — переменный резистор 1 кОм; С1 — конденсатор 0,1 мкф; D1 — диод любой на высокое напряжение; Л1 — лампа накаливания 100 Вт; П — синусоида проводимости

Увеличение значения R1 приводит к задержке запускающего напряжения, подаваемого на тиристорный управляющий электрод, что, в свою очередь, вызывает отставание по времени проводимости устройства.

В результате доля полупериода, когда устройство проводит, может регулироваться в диапазоне 0 -180º. Это означает, что половинная мощность, рассеиваемая нагрузкой (лампой), поддаётся регулировке.

Существует масса способов достижения полноволнового управления тиристорами. Например, можно включить один полупроводник в схему диодного мостового выпрямителя. Этим методом легко преобразовать переменную составляющую в однонаправленный ток тиристора.

Однако более распространенным методом считается вариант использования двух тиристоров, соединенных инверсной параллелью.

Самым практичным подходом видится применение одного симистора. Этот полупроводник допускает переход в обоих направлениях, что делает симисторы более пригодными для схем переключения переменного тока.

Полный технический расклад тиристора

Управление тиристором в цепи постоянного тока

Тиристоры нашли широкое применение в полупроводниковых устройствах и преобразователях. Различные источники питания, частотные преобразователи, регуляторы, возбудительные устройства для синхронных двигателей и много других устройств строились на тиристорах, а в последнее время их вытесняют преобразователи на транзисторах. Основной задачей для тиристора является включение нагрузки в момент подачи управляющего сигнала. В этой статье мы рассмотрим, как управлять тиристорами и симисторами.

Определение

Тиристор (тринистор) – это полупроводниковый полууправляемый ключ. Полууправляемый – значит, что вы можете только включать тиристор, отключается он только при прерывании тока в цепи или если приложить к нему обратное напряжение.

Он, подобно диоду, проводит ток только в одном направлении. То есть для включения в цепь переменного тока для управления двумя полуволнами нужно два тиристора, для каждой по одному, хотя не всегда. Тиристор состоит из 4 областей полупроводника (p-n-p-n).

Другой подобный прибор называется симистор – двунаправленный тиристор. Его основным отличием является то, что ток он может проводить в обе стороны. Фактически он представляет собой два тиристора соединённых параллельно навстречу друг другу.

Основные характеристики

Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:

Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).

Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс).

Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).

Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.

Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.

Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.

Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).

Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).

Ток управления (IGT).

Максимальный ток управления электрода IGM.

Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)

Принцип работы

Когда на тиристор подают напряжение он не проводит ток. Есть два способа включит его – подать напряжение между анодом и катодом достаточное для открытия, тогда его работа ничем не будет отличаться от динистора.

Другой способ – это подать кратковременный импульс на управляющий электрод. Ток открытия тиристора лежит в пределах 70-160 мА, хотя на практике эта величина, как и напряжение которое нужно приложить к тиристору зависит от конкретной модели и экземпляра полупроводникового прибора и даже от условий, в которых он работает, таких, например, как температура окружающей среды.

Кроме управляющего тока, есть такой параметр как ток удержания – это минимальный ток анода для удержания тиристора в открытом состоянии.

После открытия тиристора управляющий сигнал можно отключать, тиристор будет открыт до тех пор, пока через него протекает прямой ток и подано напряжение. То есть в цепи переменного тиристор будет открыт в течении той полуволны напряжение которой смещает тиристор в прямом направлении. Когда напряжение устремится к нулю, снизится и ток. Когда ток в цепи упадет ниже величины тока удержания тиристора – он закроется (выключится).

Полярность управляющего напряжения должна совпадать с полярностью напряжения между анодом и катодом, что вы наблюдаете на осциллограммах выше.

Управление симистором аналогично хоть и имеет некоторые особенности. Для управления симистором в цепи переменного тока нужно два импульса управляющего напряжения – на каждую полуволну синусоиды соответственно.

После подачи управляющего импульса в первой полуволне (условно положительной) синусоидального напряжения ток через симистор будет протекать до начала второй полуволны, после чего он закроется, как и обычный тиристор. После этого нужно подать еще один управляющий импульс для открытия симистора на отрицательной полуволне. Это наглядно проиллюстрировано на следующих осциллограммах.

Полярность управляющего напряжения должна соответствовать полярности приложенного напряжения между анодом и катодом. Из-за этого возникают проблемы при управлении симисторами с помощью цифровых логических схем или от выходов микроконтроллера. Но это легко решается путем установки симисторного драйвера, о чем мы поговорим позже.

Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.

Здесь тиристор открывается после того как на конденсаторе будет достаточная величина для его открытия. Момент открытия регулируется с помощью потенциометра или переменного резистора. Чем больше его сопротивление – тем медленнее заряжается конденсатор. Резистор R2 ограничивает ток через управляющий электрод.

Эта схема регулирует оба полупериода, то есть вы получаете полную регулировку мощности почти от 0% и почти до 100%. Это удалось достичь, установив регулятор в диодном мосте, таким образом регулируется одна из полуволн.

Упрощенная схема изображена ниже, здесь регулируется лишь половина периода, вторая полуволна проходит без изменения через диод VD1. Принцип работы аналогичен.

Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.

По принципу действия почти аналогична предыдущим, но построена на симисторе с её помощью регулируются уже обе полуволны. Отличия заключаются в том, что здесь импульс управления подаётся с помощью двунаправленного динистора DB3, после того как конденсатор зарядится до нужного напряжения, обычно это 28-36 Вольт. Скорость зарядки также регулируется переменным резистором или потенциометром. Такая схема реализована в большинстве бытовых диммеров.

Такие схемы регулировки напряжения называется СИФУ – система импульсного фазового управления.

На рисунке выше изображен вариант управления симистором с помощью микроконтроллера, на примере популярной платформы Arduino. Симисторный драйвер состоит из оптосимистора и светодиода. Так как в выходной цепи драйвера установлен оптосимистор на управляющий электрод всегда подаётся напряжение нужной полярности, но здесь есть некоторые нюансы.

Дело в том, что для регулировки напряжения с помощью симистора или тиристора нужно подавать управляющий сигнал в определенный момент времени, так чтобы срез фазы происходил до нужной величины. Если наугад стрелять управляющими импульсами – схема работать конечно будет, но регулировок добиться не выйдет, поэтому нужно определять момент перехода полуволны через ноль.

Так как для нас не имеет значения полярность полуволны в настоящий момент времени – достаточно просто отслеживать момент перехода через ноль. Такой узел в схеме называют детектор нуля или нуль-детектор, а в англоязычных источниках «zero crossing detector circuit» или ZCD. Вариант такой схемы с детектором перехода через ноль на транзисторной оптопаре выглядит следующим образом:

Оптодрайверов для управления симисторами есть множество, типовые – это линейка MOC304x, MOC305x, MOC306X, произведенные компанией Motorola и другими. Более того – эти драйверы обеспечивают гальваническую развязку, что убережет ваш микроконтроллер в случае пробоя полупроводникового ключа, что вполне возможно и вероятно. Также это повысит безопасность работы с цепями управления, полностью разделив цепь на «силовую» и «оперативную».

Заключение

Мы рассказали базовые сведения о тиристорах и симисторах, а также управлении ими в цепях с «переменкой». Стоит отметить, что мы не затрагивали тему запираемых тиристоров, если вас интересует этот вопрос – пишите комментарии и мы рассмотрим их подробнее. Также не были рассмотрены нюансы использования и управления тиристорами в силовых индуктивных цепях. Для управления «постоянкой» лучше использовать транзисторы, поскольку в этом случае вы решаете, когда ключ откроется, а когда он закроется, повинуясь управляющему сигналу…

Тиристоры нашли широкое применение в полупроводниковых устройствах и преобразователях. Различные источники питания, частотные преобразователи, регуляторы, возбудительные устройства для синхронных двигателей и много других устройств строились на тиристорах, а в последнее время их вытесняют преобразователи на транзисторах. Основной задачей для тиристора является включение нагрузки в момент подачи управляющего сигнала. В этой статье мы рассмотрим, как управлять тиристорами и симисторами.

Определение

Тиристор (тринистор) – это полупроводниковый полууправляемый ключ. Полууправляемый – значит, что вы можете только включать тиристор, отключается он только при прерывании тока в цепи или если приложить к нему обратное напряжение.

Он, подобно диоду, проводит ток только в одном направлении. То есть для включения в цепь переменного тока для управления двумя полуволнами нужно два тиристора, для каждой по одному, хотя не всегда. Тиристор состоит из 4 областей полупроводника (p-n-p-n).

Другой подобный прибор называется симистор – двунаправленный тиристор. Его основным отличием является то, что ток он может проводить в обе стороны. Фактически он представляет собой два тиристора соединённых параллельно навстречу друг другу.

Основные характеристики

Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:

Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).

Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс).

Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).

Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.

Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.

Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.

Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).

Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).

Ток управления (IGT).

Максимальный ток управления электрода IGM.

Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)

Принцип работы

Когда на тиристор подают напряжение он не проводит ток. Есть два способа включит его – подать напряжение между анодом и катодом достаточное для открытия, тогда его работа ничем не будет отличаться от динистора.

Другой способ – это подать кратковременный импульс на управляющий электрод. Ток открытия тиристора лежит в пределах 70-160 мА, хотя на практике эта величина, как и напряжение которое нужно приложить к тиристору зависит от конкретной модели и экземпляра полупроводникового прибора и даже от условий, в которых он работает, таких, например, как температура окружающей среды.

Кроме управляющего тока, есть такой параметр как ток удержания – это минимальный ток анода для удержания тиристора в открытом состоянии.

После открытия тиристора управляющий сигнал можно отключать, тиристор будет открыт до тех пор, пока через него протекает прямой ток и подано напряжение. То есть в цепи переменного тиристор будет открыт в течении той полуволны напряжение которой смещает тиристор в прямом направлении. Когда напряжение устремится к нулю, снизится и ток. Когда ток в цепи упадет ниже величины тока удержания тиристора – он закроется (выключится).

Полярность управляющего напряжения должна совпадать с полярностью напряжения между анодом и катодом, что вы наблюдаете на осциллограммах выше.

Управление симистором аналогично хоть и имеет некоторые особенности. Для управления симистором в цепи переменного тока нужно два импульса управляющего напряжения – на каждую полуволну синусоиды соответственно.

После подачи управляющего импульса в первой полуволне (условно положительной) синусоидального напряжения ток через симистор будет протекать до начала второй полуволны, после чего он закроется, как и обычный тиристор. После этого нужно подать еще один управляющий импульс для открытия симистора на отрицательной полуволне. Это наглядно проиллюстрировано на следующих осциллограммах.

Полярность управляющего напряжения должна соответствовать полярности приложенного напряжения между анодом и катодом. Из-за этого возникают проблемы при управлении симисторами с помощью цифровых логических схем или от выходов микроконтроллера. Но это легко решается путем установки симисторного драйвера, о чем мы поговорим позже.

Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.

Здесь тиристор открывается после того как на конденсаторе будет достаточная величина для его открытия. Момент открытия регулируется с помощью потенциометра или переменного резистора. Чем больше его сопротивление – тем медленнее заряжается конденсатор. Резистор R2 ограничивает ток через управляющий электрод.

Эта схема регулирует оба полупериода, то есть вы получаете полную регулировку мощности почти от 0% и почти до 100%. Это удалось достичь, установив регулятор в диодном мосте, таким образом регулируется одна из полуволн.

Упрощенная схема изображена ниже, здесь регулируется лишь половина периода, вторая полуволна проходит без изменения через диод VD1. Принцип работы аналогичен.

Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.

По принципу действия почти аналогична предыдущим, но построена на симисторе с её помощью регулируются уже обе полуволны. Отличия заключаются в том, что здесь импульс управления подаётся с помощью двунаправленного динистора DB3, после того как конденсатор зарядится до нужного напряжения, обычно это 28-36 Вольт. Скорость зарядки также регулируется переменным резистором или потенциометром. Такая схема реализована в большинстве бытовых диммеров.

Такие схемы регулировки напряжения называется СИФУ – система импульсного фазового управления.

На рисунке выше изображен вариант управления симистором с помощью микроконтроллера, на примере популярной платформы Arduino. Симисторный драйвер состоит из оптосимистора и светодиода. Так как в выходной цепи драйвера установлен оптосимистор на управляющий электрод всегда подаётся напряжение нужной полярности, но здесь есть некоторые нюансы.

Дело в том, что для регулировки напряжения с помощью симистора или тиристора нужно подавать управляющий сигнал в определенный момент времени, так чтобы срез фазы происходил до нужной величины. Если наугад стрелять управляющими импульсами – схема работать конечно будет, но регулировок добиться не выйдет, поэтому нужно определять момент перехода полуволны через ноль.

Так как для нас не имеет значения полярность полуволны в настоящий момент времени – достаточно просто отслеживать момент перехода через ноль. Такой узел в схеме называют детектор нуля или нуль-детектор, а в англоязычных источниках «zero crossing detector circuit» или ZCD. Вариант такой схемы с детектором перехода через ноль на транзисторной оптопаре выглядит следующим образом:

Оптодрайверов для управления симисторами есть множество, типовые – это линейка MOC304x, MOC305x, MOC306X, произведенные компанией Motorola и другими. Более того – эти драйверы обеспечивают гальваническую развязку, что убережет ваш микроконтроллер в случае пробоя полупроводникового ключа, что вполне возможно и вероятно. Также это повысит безопасность работы с цепями управления, полностью разделив цепь на «силовую» и «оперативную».

Заключение

Мы рассказали базовые сведения о тиристорах и симисторах, а также управлении ими в цепях с «переменкой». Стоит отметить, что мы не затрагивали тему запираемых тиристоров, если вас интересует этот вопрос – пишите комментарии и мы рассмотрим их подробнее. Также не были рассмотрены нюансы использования и управления тиристорами в силовых индуктивных цепях. Для управления «постоянкой» лучше использовать транзисторы, поскольку в этом случае вы решаете, когда ключ откроется, а когда он закроется, повинуясь управляющему сигналу…

Управление тиристорами и симисторами

Самый простой способ управления тиристорами — это подача на управляющий электрод прибора постоянного тока с величиной, необходимой для его включения (рис. 1). Ключ SA1 на рис. 1 и на последующих рисунках — это любой элемент, обеспечивающий замыкание цепи: транзистор, выходной каскад микросхемы, оптрон и др. Этот способ прост и удобен, но обладает существенным недостатком — требуется довольно большая мощность управляющего сигнала. В табл. 1 приведены наиболее важные параметры для обеспечения надежного управления некоторыми самыми распространенными тиристорами (три первых позиции занимают тринисторы, остальные — симисторы). При комнатной температуре для гарантированного включения перечисленных тиристоров требуется ток управляющего электрода Iу вкл равный 70-160 мА. Следовательно, при напряжении питания, типовом для собранных на микросхемах узлов управления (10-15 В), требуется постоянная мощность 0,7-2,4 Вт.

Отметим, что полярность управляющего напряжения для тринисторов положительная относительно катода, а для симисторов — или отрицательная для обоих полупериодов, или совпадающая с полярностью напряжения на аноде. Также можно добавить, что часто в соответствии с указаниями по применению требуется шунтирование управляющего перехода тринисторов сопротивлением 51 Ом (R2 на рис. 1) и не требуется никакого шунтирования для симисторов.

Реальные величины тока управляющего электрода, достаточного для включения тиристора, обычно меньше цифр, приведенных в табл. 1, поэтому нередко идут на его снижение относительно гарантированных значений: для тринисторов — до 7-40 мА, для симисторов — до 50-60 мА. Такое снижение часто приводит к ненадежной работе устройств, и необходимости предварительной проверки или же подбора тиристоров. Уменьшение управляющего тока также может приводить к возникновению помех радиоприему, поскольку включение тиристоров при малых токах управляющего электрода происходит при относительно большом напряжении на аноде — несколько десятков вольт, что приводит к броскам тока через нагрузку и, следовательно, к мощным помехам.

Недостатком управления тиристорами постоянным током является гальваническая связь источника управляющего сигнала и сети. Если в схеме с симистором (рис. 1, б) при соответствующем включении сетевых проводов источник управляющего сигнала можно соединить с нулевым проводом, то при использовании тринистора (рис 1, а) такая возможность возникает лишь при исключении выпрямительного моста VD1-VD4. Последнее приводит к однополупериодной подаче напряжения на нагрузку и двукратному уменьшению поступаемой в нее мощности.

В настоящее время в связи с большой потребляемой мощностью запуск тиристоров постоянным током при бестрансформаторном питании пусковых узлов (с гасящим резистором или конденсатором) практически не используется.

Одним из вариантов снижения потребляемой узлом управления мощности является использование вместо постоянного тока непрерывной последовательности импульсов с относительно большой скважностью. Поскольку время включения типовых тринисторов составляет 10 мкс и менее, можно подавать на их управляющий электрод импульсы такой же длительности со скважностью, например, 5-10-20, что соответствует частоте 20-10-5 кГц. В этом случае потребляемая мощность также уменьшается в 5-10-20 раз соответственно.

Однако при таком способе управления выявляются некоторые новые недостатки. Во-первых, теперь тиристор включается не в самом начале полупериода сетевого напряжения, а в произвольные моменты времени, отстоящие от начала полупериода на время, не превышающее периода запускающих импульсов, т. е. 50-100-200 мкс. За это время напряжение сети может возрасти примерно до 5-10-20 В. Это приводит к возникновению помех радиоприему и к некоторому уменьшению выходного напряжения, впрочем, малозаметному.

Существует еще одна проблема. Если при включении в начале полупериода во время действия запускающего импульса ток через тиристор не достигнет тока удержания (Iуд, табл. 1), тиристор после окончания импульса выключится. Следующий импульс вновь включит тиристор, и он не выключится лишь в том случае, если к моменту окончания импульса ток через него будет больше тока удержания. Таким образом, ток через нагрузку сначала будет иметь вид нескольких коротких импульсов и лишь потом — синусоидальную форму. Если же нагрузка имеет активноиндуктивный характер (например, электродвигатель), ток через нее за время действия короткого включающего импульса может не успеть достичь величины тока удержания, даже когда мгновенное напряжение в сети максимально. Тиристор после окончания каждого импульса будет выключаться. Этот недостаток ограничивает снизу длительность запускающих импульсов и может свести на нет уменьшение потребляемой мощности.

Применение импульсного запуска облегчает гальваническую развязку между узлом управления и сетью, ибо ее может обеспечить даже небольшой трансформатор с коэффициентом трансформации, близким к 1:1. Его обычно наматывают на ферритовом кольце диаметром 16-20 мм с тщательно выполненной изоляцией между обмотками. Следует предостеречь от применения малогабаритных импульсных трансформаторов промышленного изготовления. Как правило, они имеют низкое напряжение изоляции (около 50-100 В) и могут служить причиной поражения электрическим током, если при использовании прибора будет считаться, что цепь управления изолирована от сети.

Снижение требуемой при импульсном управлении мощности и возможность введения гальванической развязки позволяют применить в узлах управления тиристорами бестрансформаторное питание.

Третий широко распространенный способ управления тиристорами — подача на управляющий электрод сигнала с его анода через ключ и ограничительный резистор (рис. 2). В таком узле ток через ключ протекает в течение нескольких микросекунд, пока включается тиристор, если напряжение на аноде достаточно велико. В качестве ключей используют малощумящие электромагнитные реле, высоковольтные биполярные транзисторы, фотодинистры или фотосимисторы (схемы на рис. 2 соответственно). Способ прост и удобен, некритичен к наличию у нагрузки индуктивной составляющей, но имеет недостаток, на который нередко не обращают внимания.

Недостаток связан с противоречивостью требований к ограничительному резистору R1. С одной стороны, его сопротивление должно быть как можно меньше, чтобы включение тиристора происходило как можно ближе к началу полупериода сетевого напряжения. С другой стороны, при первом открывании ключа, если оно не синхронизировано с моментом прохождения сетевого напряжения через нуль, напряжение на резисторе R1 может достигать амплитудного напряжения сети, т. е. составлять 310-350 В. Импульс тока через этот резистор не должен превышать допустимых значений для ключа и управляющего перехода тиристора. В табл. 2 приведены некоторые параметры наиболее часто применяемых отечественных фототиристоров (приборы серий АОУ103/3ОУ103 и АОУ115 — фотодинисторы, АОУ — фотосимисторы). Исходя из значений максимально допустимого импульсного тока управления (табл. 1) и максимального импульсного тока через ключ (табл. 2), можно для каждой конкретной пары приборов определить минимально допустимое сопротивление ограничительного резистора. Например, для пары КУ208Г (Iу, вкл макс = 1 А) и АОУ160А (Iмакс, имп = 2 А) можно выбрать R1 = 330 Ом. Если ток управляющего электрода, при котором происходит включение симистора, соответствует его максимальному значению 160 мА, симистор будет включаться при напряжении на аноде равном 0,16ћ330 = 53 В.

Как и в случае с подачей управляющих импульсов относительно большой скважности, это приводит к возникновению помех и к некоторому уменьшению выходного напряжения. Поскольку реальная чувствительность тиристоров по управляющему электроду обычно лучше, задержка открывания тиристора относительно начала полупериода меньше рассчитанной выше предельной величины.

Сопротивление ограничивающего резистора R1 может быть уменьшено на величину сопротивления нагрузки, поскольку в момент включения они включены последовательно. Более того, если нагрузка имеет гарантированно индуктивно-резистивный характер, можно еще более уменьшить сопротивление указанного резистора. Однако если нагрузкой являются лампы накаливания, надо помнить, что их холодное сопротивление примерно в десять раз меньше рабочего.

Следует также иметь ввиду, что включающий ток симисторов имеет разную величину для положительной и отрицательной полуволн сетевого напряжения. Поэтому в выходном напряжении мо жет появиться небольшая постоянная составляющая.

Из фотодинисторов серии АОУ103/3ОУ103 для управления тиристорами в сети 220 В по максимально допустимому напряжению подходят только 3ОУ103Г, однако неоднократно проверено, что и АОУ103Б и АОУ103В годятся для работы в этом режиме.

Различие между приборами с индексами Б и В заключается в том, что подача напряжения обратной полярности на АОУ103Б не допускается. Аналогично и различие между АОУ115Г и АОУ115Д: приборы с индексом Д допускают подачу обратного напряжения с индексом Г — нет.

Существенного сокращения потребляемой цепями управления мощности можно добиться, если включать ток управляющего электрода в момент включения тиристора. Два варианта схем узлов управления, обеспечивающих такой режим, приведены на рис. 3.

Включение тринистора в схеме на рис. 3, а происходит в момент замыкания контактов ключа SA1. После включения тринистора элемент DD1.1 выключается, и ток управляющего электрода прекращается, что существенно экономит потребление по цепи управления. Если напряжение на тринисторе в момент включения SA1 будет меньше порога переключения DD1.1, тринистор не включится, пока напряжение на нем не достигнет этого порога, т. е. не станет несколько более половины напряжения питания микросхемы. Регулировать пороговое напряжение можно подбором сопротивления нижнего плеча делителя резистора R6. Резистор R2 обеспечивает низкий логический уровень на входе 1 элемента DD1.1 при закрывании тринистора VS1 и диодного моста VD2.

Для аналогичного включения симистора необходим узел двуполярного управления элементом совпадения DD1.1 (рис. 3, б). Этот узел собран на транзисторах VT1, VT2 и резисторах R2-R4. Транзистор VT1 включен по схеме с общей базой, и напряжение на его коллекторе становится по модулю меньше порога переключения элемента DD1.1, когда напряжение на аноде симистора VS1 положительно относительно катода и превышает его примерно на 7 В. Аналогично транзистор VT2 входит в насыщение, когда отрица тельное напряжение на аноде становится по модулю больше -6 В.

Такой узел выделения момента прохождения напряжения через нуль широко применяется в различных разработках. При всей кажущейся привлекательности узлы, выполненные по схемам, приведенным на рис. 3, и им аналогичные, обладают существенным недостатком: если по какойлибо причине тиристор не включится, ток через его управляющий электрод будет идти неопределенно долго. Поэтому необходимо предпринимать специальные меры по ограничению длительности импульса или рассчитывать источник питания на полный ток, т. е. на такую же мощность, как и для узлов по схеме на рис. 1.

Наиболее экономичные схемы управления используют формирование одиночного включающего импульса вблизи перехода сетевого напряжения через нуль. Две несложных схемы таких формирователей приведены на рис. 4, а временные диаграммы их работы — на рис. 5 (а и б соответственно). Недостатком, впрочем совершенно несущественным в большинстве случаев, является то, что первое включение происходит не в самом начале полупериода сетевого напряжения, а в самом конце того, во время которого был замкнут ключ SA1.

Двойная длительность включающего импульса 2Т0 определяется порогом переключения элемента ИЛИ НЕ с учетом делителя R2R3 (рис. 4, а) или порогом формирователя на VT1, VT2 (рис. 4, б), и рассчитывается по формуле

Скорость изменения сетевого напряжения при переходе через нуль и при Uпор = 50 В двойная длительность составит 2Т0 = 1 мс. Скважность импульсов равна 10, и средний потребляемый ток в 10 раз меньше амплитудного значения, необходимого для надежного включения тиристора.

Минимальная длительность включающего импульса определяется тем, что он должен оканчиваться не ранее, чем ток через нагрузки достигнет тока удержания тиристора. Например, если нагрузка имеет мощность 200 Вт (Rн = 2202/200 = 242 Ом), а ток удержания симистора КУ208 — 150 мА, то этот ток достигается при мгновенном напряжении в сети 242×0, 15 = 36 В, т. е. при скорости нарастания 100 В/мс окончание импульса запуска должно быть не ранее, чем через 360 мкс от момента перехода напряжения через нуль. Снизить потребляемую мощность еще примерно в десять раз можно за счет подачи на третий вход элементов ИЛИ — НЕ схем на рис. 4 непрерывной последовательности импульсов (показано штриховыми линиями), как это было упомянуто в начале статьи применительно к узлам по схемам на рис. 1. При этом проявляются те же недостатки, что и при непрерывной подаче импульсов на управляющий электрод.

Для уменьшения потерь мощности можно сформированный в узлах по схемам на рис. 4 импульс, продифференцировать его, и продифференцированный задний фронт использовать как запускающий для тиристора (рис. 6). Параметры этого запускающего импульса Ти следует выбирать так. Он должен начинаться как можно раньше после прохождения сетевого напряжения через нуль, чтобы бросок тока через нагрузку в момент включения в начале каждого полупериода был бы минимальным и минимальными были бы помехи и потери мощности. Здесь ширина импульса, формируемого в момент прохождения напряжения сети через нуль, ограничена снизу только временем перезаряда дифференцирующей цепи C1R7 и может быть достаточно малой, но конечной. Оканчиваться импульс должен, как и для предыдущего варианта, не ранее, чем когда ток через нагрузку достигнет тока удержания тиристора.

Схема узла, формирующего импульс включения тиристора точно в момент перехода сетевого напряжения через нуль, приведена на рис. 7, а, а временная диаграмма его работы — на рис. 7, б.

Цепь из резисторов R1-R3 и элемента DD1.1 формирует короткие импульсы (60-100 мкс) в момент перехода сетевого напряжения через нуль. Эти импульсы заряжают конденсатор С1 до напряжения питания. Конденсатор относительно медленно разряжается через резистор R4, и на выходе DD1.2 формируется импульс отрицательной полярности с длительностью, определяемой постоянной времени цепочки R4C1. При указанных на схеме номиналах длительность импульса составляет примерно 400 мкс. Схема узла управления симистором с близкими параметрами приведена на рис. 8.

При работе узлов по схемам на рис. 7 и 8 подача на управляющий электрод импульса включения спрямляет выходную характеристику тиристора в момент прохождения сетевого напряжения через нуль и при правильно выбранной длительности импульса удерживает тиристор во включенном состоянии до момента достижения тока удержания даже при наличии небольшой индуктивной составляющей нагрузки. Источник питания таких узлов может быть собран по бестрансформаторной схеме с гасящим резистором или, что еще лучше, конденсатором. Помех радиоприему такое включение тиристоров не создает и может быть рекомендовано для всех случаев управления нагрузками с малой индуктивной составляющей.

Если же нагрузка имеет выраженный индуктивный характер, можно рекомендовать схемы управления, приведенные на рис. 2. Для уменьшения помех радиоприему необходимо включение в сетевые провода помехоподавляющих фильтров, а если провода от регулятора до нагрузки имеют заметную длину, то и в эти провода тоже.

Выше были рассмотрены варианты управления тиристорами при их использовании в качестве ключей. При фазоимпульсном управлении мощностью нагрузок можно использовать описанные выше схемотехнические решения по формированию импульсов в моменты перехода сетевого напряжения через нуль для запуска времязадающего узла запуска тиристора. Отметим, что такой узел должен давать стабильную задержку включения тиристора, не зависящую от напряжения сети и температуры, а длительность формируемого импульса должна обеспечить достижение тока удержания независимо от момента включения нагрузки в пределах полупериода.

Тиристоры нашли широкое применение в полупроводниковых устройствах и преобразователях. Различные источники питания, частотные преобразователи, регуляторы, возбудительные устройства для синхронных двигателей и много других устройств строились на тиристорах, а в последнее время их вытесняют преобразователи на транзисторах. Основной задачей для тиристора является включение нагрузки в момент подачи управляющего сигнала. В этой статье мы рассмотрим, как управлять тиристорами и симисторами.

Содержание статьи

  • Тиристор и симистор
  • Основные характеристики
  • Принцип работы тиристора и симистора
  • Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Определение

Он, подобно диоду, проводит ток только в одном направлении. То есть для включения в цепь переменного тока для управления двумя полуволнами нужно два тиристора, для каждой по одному, хотя не всегда. Тиристор состоит из 4 областей полупроводника (p-n-p-n).

Основные характеристики

Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:

  • Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).
  • Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD (RM) или Uзс).
  • Обратное напряжение (vr (PM) или Uобр).
  • Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.
  • Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.
  • Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.
  • Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).
  • Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).
  • Ток управления (IGT).
  • Максимальный ток управления электрода IGM.
  • Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)

Принцип работы

Когда на тиристор подают напряжение он не проводит ток. Есть два способа включит его – подать напряжение между анодом и катодом достаточное для открытия, тогда его работа ничем не будет отличаться от динистора.

Другой способ – это подать кратковременный импульс на управляющий электрод. Ток открытия тиристора лежит в пределах 70-160 мА, хотя на практике эта величина, как и напряжение которое нужно приложить к тиристору зависит от конкретной модели и экземпляра полупроводникового прибора и даже от условий, в которых он работает, таких, например, как температура окружающей среды.

Полярность управляющего напряжения должна совпадать с полярностью напряжения между анодом и катодом, что вы наблюдаете на осциллограммах выше.

После подачи управляющего импульса в первой полуволне (условно положительной) синусоидального напряжения ток через симистор будет протекать до начала второй полуволны, после чего он закроется, как и обычный тиристор. После этого нужно подать еще один управляющий импульс для открытия симистора на отрицательной полуволне. Это наглядно проиллюстрировано на следующих осциллограммах.

Полярность управляющего напряжения должна соответствовать полярности приложенного напряжения между анодом и катодом. Из-за этого возникают проблемы при управлении симисторами с помощью цифровых логических схем или от выходов микроконтроллера. Но это легко решается путем установки симисторного драйвера, о чем мы поговорим позже.

Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.

Эта схема регулирует оба полупериода, то есть вы получаете полную регулировку мощности почти от 0% и почти до 100%. Это удалось достичь, установив регулятор в диодном мосте, таким образом регулируется одна из полуволн.

Упрощенная схема изображена ниже, здесь регулируется лишь половина периода, вторая полуволна проходит без изменения через диод VD1. Принцип работы аналогичен.

Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.

По принципу действия почти аналогична предыдущим, но построена на симисторе с её помощью регулируются уже обе полуволны. Отличия заключаются в том, что здесь импульс управления подаётся с помощью двунаправленного динистора DB3, после того как конденсатор зарядится до нужного напряжения, обычно это 28-36 Вольт. Скорость зарядки также регулируется переменным резистором или потенциометром. Такая схема реализована в большинстве бытовых диммеров.

На рисунке выше изображен вариант управления симистором с помощью микроконтроллера, на примере популярной платформы Arduino. Симисторный драйвер состоит из оптосимистора и светодиода. Так как в выходной цепи драйвера установлен оптосимистор на управляющий электрод всегда подаётся напряжение нужной полярности, но здесь есть некоторые нюансы.

Оптодрайверов для управления симисторами есть множество, типовые – это линейка MOC304x, MOC305x, MOC306X, произведенные компанией Motorola и другими. Более того – эти драйверы обеспечивают гальваническую развязку, что убережет ваш микроконтроллер в случае пробоя полупроводникового ключа, что вполне возможно и вероятно. Также это повысит безопасность работы с цепями управления, полностью разделив цепь на «силовую» и «оперативную».

Заключение

Мы рассказали базовые сведения о тиристорах и симисторах, а также управлении ими в цепях с «переменкой». Стоит отметить, что мы не затрагивали тему запираемых тиристоров, если вас интересует этот вопрос – пишите комментарии и мы рассмотрим их подробнее. Также не были рассмотрены нюансы использования и управления тиристорами в силовых индуктивных цепях. Для управления «постоянкой» лучше использовать транзисторы, поскольку в этом случае вы решаете, когда ключ откроется, а когда он закроется, повинуясь управляющему сигналу…

Алексей Бартош

Подписывайтесь на наш Телеграм-канал чтобы знать больше https://t.me/ieport_new

Читайте также: Носледние новости России и мира сегодня.

Схема узла управления симистором » Вот схема!


Узел предназначен для управления нагрузкой мощностью до 1,5 кВт, питающейся от сети переменного тока 220В. Это может быть электронагревательный прибор, осветительные лампы, или другое электрооборудование. Питается узел постоянным напряжением 5… 15В и имеет входы, совместимые с КМОП и МОП -логикой. Управление производится подачей управляющих импульсов положительной полярности.

После прекращения действия управляющего импульса на одном из управляющих входов узел сохраняет свое состояние до поступления импульса на другой управляющий вход. Кроме того имеется возможность принудительного включения или выключения нагрузки при помощи квазисенсорных кнопок S2 и S1 соответственно. Узел обеспечивает полную гальваническую развязку управляющего устройства от электросети.

Принцип работы симистора.

Симистор включается подачей высокочастотного (примерно 80 кГц) управляющего напряжение на его управляющий электрод. Высокочастотный трансформатор Т1 служит для гальванической развязки устройства от электросети. Сигнал включения симистора получается таким образом: в то время, когда на вывод 8 элемента D1.3 поступает логический ноль мультивибратор на элементах D1.3 и D1.4 вырабатывает импульсы, частота которых зависит от номиналов элементов R6 и С3 (при указанных на схеме номиналах частота генерации получается около 70-80 кГц).

Выключается мультивибратор подачей логической единицы на вывод 8 D1.3. Когда мультивибратор включен (ноль на выв.8 D1.3) импульсы с выхода элемента D1.4 поступают на вход импульсного усилителя мощности на транзисторах VT1 и VT2. В коллекторной цепи этого усилителя включена первичная обмотка высокочастотного трансформатора (диод VD1 служит для предотвращения выхода из строя VT2 от отрицательных выбросов коллекторного напряжения).

В результате действия в ней импульсного тока во вторичной обмотке возникает высокочастотная ЭДС, которая через диод VD2 и токоограничивающий резистор R7 поступает на управляющий электрод симистора. Частота этой ЭДС значительно выше частоты сетевого напряжения, поэтому, симистор, практически будет постоянно открыт.

При выключении мультивибратора (подача единицы на вывод 8 D1.3) генерация высокочастотных импульсов прекращается, ЭДС во вторичной обмотке Т1 отсутствует и симистор VS1 остается закрытым.

Управления работой мультивибратора производится RS-триггером на элементах D1.1 и D1.2. Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце внешним диаметром 23 мм, он имеет две одинаковые обмотки по 200 витков провода ПЭВ 0,16. Между обмотками должна быть надежная изоляция.

Схема блока управления тиристорами БУВ

    Установка состоит из двух частей секции управления и силовой секции. Секция управления унифицирована для выпрямителей на 40, 200, 600 и 1200 А и имеет шесть блоков управления тиристорами, генератора пилообразного напряжения, генератора импульсов реверсирования тока, регулирования плотности тока, индикации и питания. Блок-схема установки приведена на рис. 5.9. [c.192]
    Toporo осуществляется от управляемого тиристорного выпрямителя 1, собранного по трехфазной мостовой схеме. Блок управления выпрямителем 3 состоит из фазосмещающего устройства, управляющего углом зажигания тиристоров. Блок управления инвертором 4 и блок задания частоты 7 управляют зажиганием тиристоров при помощи задающего генератора с регулируемой частотой и пересчетной схемы, распределяющей импульсы управления тиристорами. Блок управления электроприводом 5 выполняет следующие функции автоматически регулирует напряжение на выходе преобразователя [c.221]

    Блок управления установки включает в себя транзисторный усилитель постоянного тока УПТ, схему сравне ния и устройство управления тиристорами. На вход УПТ [c.13]

    Включение тиристоров на вторичной стороне силового трансформатора позволяет совместить выполнение функций управляющих и выпрямительных элементов. Однако получение больших токов в нагрузке (10 кА и выше) требует параллельного включения большого числа тиристоров, что значительно снижает надежность, усложняет схему управления и повышает стоимость источника. В мощных источниках питания для размерной ЭХО регулирующий блок целесообразно устанавливать на первичной стороне силового трансформатора, а блок выпрямления собирать из неуправляемых вентилей [165]. [c.162]

    Блок-схема установки (рис. 174) включает силовой блок 1, блок питания 2, шесть блоков управления тиристорами 3, блок генератора пилообразного напряжения 4, блок генератора импульсов реверсирования 5, блок регулирования плотности тока 6. [c.190]

    Выходные блоки на дросселях насыщения и на тиристорах примерно равноценны по надежности и силе выходного тока. Схемы на дросселях насыщения отличаются простотой, однако обеспечивают меньшую глубину регулирования силы тока, а их габариты и масса значительно превосходят тиристорные. Вместе с тем, тиристорные блоки требуют более сложных схем управления углом зажигания. Если учесть, что уже разработаны достаточно надежные схемы управления, а требования производства диктуют условия компактности аппаратуры контроля и регулирования, то применение выходных блоков на тиристорах предпочтительнее. [c.109]

    На рис. 24 изображена комбинированная блок-схема установки, состоящая из четырех основных блоков силового (/), измерительного (II), регулирующего (III) и блока управления термическими циклами (IV). Нагреватель образца (ЯО) питается через блок тиристоров (БТ) от стабилизатора напряжения (СН). Образец исследуемого вещества помещается в тигль (Г), расположенный на одной оси с двигателем вращения образ- [c.67]


    Таким образом, для работы выпрямительного регулируемого с помощью тиристоров блока автоматической катодной станции или усиленного электродренажа необходимо обеспечить включение тиристоров в строго определенные моменты времени, которые в свою очередь устанавливаются в зависимости от воспринимаемого сигнала — разности потенциалов между защищаемым сооружением и электродом сравнения. Система управления тиристорами может быть выполнена по горизонтальному или вертикальному принципу. При горизонтальном управлении система осуществляет сдвиг синусоиды питающей сети, а затем из нее при необходимости формируются импульсы управления. Сдвиг фазы напряжения, как правило, осуществляется с помощью фазовращателя. На рис. 21,а показана схема фазовращателя, где в цепь вторичной обмотки трансформатора цепи управления включены постоянная емкость и мостовой выпрямитель однофазного тока, который можно рассматривать как переменное активное сопротивление с величиной, определяемой напряжением сигнала С/вх- [c.46]

    БУ — блок управления И ПН — источник постоянного напряжения КТР — камера тлеющего разряда А — анод К — катод СС — схема сравнения ИОН — источник опорного напряжения ПУ — пусковое устройство РЛЗ — регулируемая линия задержки РДИ — блок регулировки длительности импульса ДГ—датчик изменения тока Д/—Д5 — тиристоры Д4 и Л5 — диоды Дб — стабилитрон Др — дроссель С1 и С2 — шунтирующие конденсаторы и — разрядные сопротивления НЗ — сопротивление дополнительного электрода [c.120]

    Можно привести много практических усовершенствований, вносимых на основании тщательного анализа работы всей системы тепловоза и отдельных его элементов. На всех тепловозах с передачей переменно-постоянного тока — от самых мощных до маневрового ТЭМ7 применена одинаковая система регулирования возбуждения тягового генератора с комплексным селективным узлом, где формируется сигнал, передаваемый в блок управления возбуждением для программного управления включением и выключением тиристоров. Различия в схемах заключаются в числе однотипных элементов и в некотором разнообразии их расположения в схеме. [c.249]

    Питание намагничивающего блока от сети напряжением 220 В, 50 Гц осуществляется через автомат защиты сети I. Тиристорами Т1 и Т2 регулируется сила тока в обмотке намагничивающего устройства, для управления ими предусмотрена схема управления. Намагничивающее устройство содержит неподвижный 11 и пере-движный 9 магнитопроводы. Между торцами магнитопроводов 9 к 11 образуется воздушный зазор 10. Для перемещения магнитопровода 9 установлен электропривод, содержащий трансформатор 2, выпрямитель 3, реверсивный двигатель 7, концевые выключатели 5 и 6. Управление электроприводом происходит переключателем 4 ( вверх — вниз ). [c.439]

    Силовой блок предназначен для понижения, выпрямления и управления подачей напряжения, а также для защиты схемы от короткого замыкания и тиристоров от перегрузки. Он включает силовой трехфазный трансформатор, тиристорный выпрямитель и серийно выпускаемую аппаратуру пуска, защиты и управления. [c.192]

    Прибор регулирования ПРТ включает в себя автоматический регулятор (блоки /-6), схему защиты и сигнализации (блоки 7 и 8), автоматический выключатель и блок контроля и управления. При возникновении искровых разрядов одновременно скачкообразно снижается напряжение на электродах фильтра и возрастает ток нагрузки. Это приводит к срабатыванию селектора искровых разрядов 7, который в свою очередь воздействует на блок переходного режима 2 и на формирователь управляющего сигнала длительного режима 3. Блок переходного режима через блоки 4 и 5 воздействует на управляющие электроды тиристоров и может привести к снятию напряжения в первичной обмотке повысительного трансформатора на 0,02-0,03 с. При этом быстро гасится дуговой разряд. После этого следует плавное нарастание напряжения на выходе высоковольтного выпрямителя до величины, близкой к пробивному напряжению. Формирователь управляющих сигналов длительного режима 3 определяет уровень, до которого нарастает напряжение после пробоя. Этот уровень обратно пропорционален интенсивности и длительности искровых пробоев. Скорость подъема напряжения может регулироваться ступенями при помощи переключателя режимов работы. [c.511]

    Острый дефицит потенциостатов на большие токи вынуждал исследователей собирать электромеханические приборы своими силами [302—306]. Возможна, например, следующая комбинация приборов лабораторный рН-метр с ручной компенсацией (ЛП-58) —усилитель от автоматического потенциометра — реверсивный двигатель (РД-09) — автотрансформатор (ЛАТР-9а) — выпрямитель любого типа — фильтр. Реохорд рН-метра служит схемой сравнения. Элементы схемы не требуют специального согласования между собой, так как усилитель включают последовательно с измерительным прибором рН-метра, а реверсивный двигатель используют от того же автоматического потенциометра, что и усилитель. Один из авторов с сотрудниками использовали электромеханический потенциостат, состоявший из реохорда, высокоомного усилителя, усилителя следящей системы и реверсивного двигателя от промышленного рН-метра, фазорегулятора, блока управления и выпрямителя на тиристорах ВКДУ-150. Такая схема не имеет скользящего контакта и по этой причине ее можно использовать при работах с большими мощностями. Электромеханические системы применяли и в первых работах по анодной защите оборудования в США [307]. [c.189]


    Основным элементом тиристорного преобразователя частоты является автономный инвертор напряжения, питание которого осуществляется от у и р а в л я е м о г о выпрямителя, собранного по трехфазной мостовой схеме. Управление зажиганием вентилей инвертора осуществляется с помощью блока управления инвертором и блока задания частоты, состоящих из задающего генератора с регулируемой частотой и пересчетной схемы, распределяющей импульсы управления тиристорами. Задающий генератор выполнен на основе магнитно-транзисторного мультивибратора. Частота генератора линейно зависит от величины сигнала управления на его входе. Пересчетная кольцевая схема представляет собой замкнутую трехфазную систему, состоящую из трех трансформаторных мультивибраторов. [c.62]

    Станция ИКС-АКХ также имеет блочную конструкцию. Силовой трансформатор ТРу установлен на швеллерах в правом нижнем углу каркаса, слева от трансформатора смонтирован щиток переменного тока с предохранителями ПР, ПР , ПРс,, штепсельной розеткой ШР и пакетным вЫ Ключателем ПВ. Электронный блок управления смонтирован в специальном отсеке, снабженном дверцей, укрепленной на шарнирах. Блок расположен в левой стороне примерно в центре каркаса. Справа на том же уровне установлены тиристоры ДУ и ДУг, ребристые охладители которых помещены в прямоугольный вентиляционный канал. В правой части ш кафа для него выделена специальная полость — вентиляционная труба, в которой за счет конвекции возникает поток воздуха (канал открыт сверху и снизу), обтекающий радиаторы тиристоров. В нижней части шкафа расположены контрольные прйборы цепи защиты (вольтметр и амперметр постоянного тока) и осветительная лампочка. Принципиальная электрическая схема установки ИКС-А КХ приведена на рис. 41. [c.111]

    Выпрямители типов ВАК и ВАКР выполнены на тиристорах. Основными элементами схемы выпрямителя типа ВАК (рис. 5.5) являются силовая система, блок питания цепей управления БП, система автоматического регулирования САР, система управления тиристорами СУТ, система защиты и стабилизации СЗС, блок тиристоров БТ. Все системы выпрямителей этих типов различных вариантов идентичны. Система выпрямления источников на силу тока до 630 А собрана по трехфазной мостовой схеме, остальные — по шестифазной с уравнительным реактором. Напряжение питающей сети подается на вводный автоматический выключатель Q1, с выхода которого передается на маломощный пускатель К2 для включения цепей управления и через трансформатор Т2 — на силовой контактой К1 для включения силового трансформатора Т1. [c.185]

    На рис. 39 дана схема нового типа генератора УЗГ-1-4 с выходной мощностью 4,5 кВт и частотой 16— 22 кГц, собранного на тиристорах. Генератор УЗГ-1-4 состоит из следующих основных узлов силового выпрямителя (СВ), силового инверторного блока (СИБ), блока управления (БУ), блока питания (БП), выпрямителя тока подмагничивания (ВТП), схемы автоматической подстройки частоты (БАПЧ), цепей управленйя, контроля и защиты. [c.133]

    Из выражения (4) следует, что для деления частоты в 4 раза тиристор должен управляться с частотой 200 гц, а для деления в 8 раз— 100 гц. Отметим, что в этих случаях блок управления может быть выполнен как преобразователь частоты [2]. Расчетное значение емкости конденсатора возбуждения Св уточнялось в ходе эксперимента, исходя из условия синусоидальности формы кривой выходного напряжения. Опытным путем установлены значения емкости Св 8 мкф — для деления частоты в 2 раза 11 мкф — в 4 раза 12 мкф — в 8 раз. Следует отметить, что работа схемы во всех режимах деления возможна при Св р = Омкф, если не предъявлять строгих требований к форме кривой выходного напряжения. [c.9]

    Рассмотрим простую схему двухполунериодного выпрямления с выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора. В оба плеча выпрямительной схемы включены тиристоры Г] и Гг (рис. 20,а). Предположим, что в цепь включена чисто активная нагрузка Яв- При работе тиристоров блок формирования управляющих импульсов должен в зависимости от некоторого сигнала изменять фазу подачи тока в цепь управления Г] и Гз. Если фаза Подачи импульса управления не отстает от фазы [c.44]


схема включения и способы управления. Что такое тиристор? Подробное описание полупроводника

Появление четырехслойных p-n-p-n полупроводниковых элементов совершило настоящий прорыв в силовой электронике. Такие устройства получили название «тиристоров». Кремниевые управляемые вентили являются наиболее распространенным семейством тиристоров.

Данный вид полупроводниковых приборов имеет следующую структуру:

Как видим из структурной схемы тиристор имеет три вывода – катод, управляющий электрод и анод. Подключению к силовым цепям подлежат анод и катод, а управляющий электрод подключается к системе управления (слаботочные сети) для управляемого открытия тиристора.

На принципиальных схемах тиристор имеет такое обозначение:

Вольт-амперная характеристика показана ниже:

Давайте подробнее рассмотрим эту характеристику.

Обратная ветвь характеристики

В третьем квадранте характеристики диодов и тиристоров равны. Если к аноду приложить отрицательный потенциал относительно катода, то к J 1 и J 3 прикладывается обратное напряжение, а к J 2 — прямое, что вызовет протекание тока обратного (он очень мал, как правило несколько миллиампер). Когда же это напряжение увеличится до так называемого напряжения пробоя, произойдет лавинное нарастание тока между J 1 и J 3 . При этом, если данный ток не будет ограничен, то произойдет пробой перехода с последующим выходом из строя тиристора. При обратных же напряжениях, которые не превышают напряжения пробоя, тиристор будет вести себя как резистор с большим сопротивлением.

Зона низкой проводимости

В данной зоне все наоборот. Потенциал катода будет отрицательный по отношению к потенциалу анода. Поэтому к J 1 и J 3 будет приложено прямое, а к J 2 – обратное напряжение. Результатом чего станет весьма малый анодный ток.

Зона высокой проводимости

Если напряжение на участке анод – катод достигнет значения, так называемого напряжением переключения, то произойдет лавинный пробой перехода J 2 и тиристор будет переведен в состояние высокой проводимости. При этом U a снизится от нескольких сотен до 1 — 2 вольт. Оно будет зависеть от типа тиристора. В зоне высокой проводимости ток, протекающий через анод, будет зависеть от нагрузки внешней элемента, что дает возможность рассматривать его в этой зоне как замкнутый ключ.

Если пропустить ток через управляющий электрод, то напряжение включения тиристора уменьшится. Оно напрямую зависит от тока управляющего электрода и при достаточно большом его значении практически равно нулю. При выборе тиристора для работы в схеме, то его подбирают таким образом, чтоб напряжения обратное и прямое не превышали паспортных значений напряжений пробоя и переключения. Если эти условия выполнить трудно, или имеется большой разброс в параметрах элементов (например необходим тиристор на 6300 В, а его ближайшие значения 1200 В), то иногда применяют или включение элементов.

В нужный момент времени с помощью подачи импульса на управляющий электрод можно перевести тиристор с закрытого состояния в зону высокой проводимости. Ток УЭ, как правило, должен быть выше минимального тока открытия и он составляет порядка 20-200 мА.

Когда анодный ток достигнет определенного значения, при котором запирания тиристора невозможно (ток переключения), управляющий импульс может быть снят. Теперь тиристор сможет перейти обратно в закрытое состояние только при уменьшении тока ниже, чем ток удержания, или прикладыванием к нему напряжения обратной полярности.

Видео работы и графики переходных процессов

1.1 Определение, виды тиристоров

1.2 Принцип действия

1.3 Параметры тиристоров

Глава 2. Применение тиристоров в регуляторах мощности

2.1 Общие сведения о различных регуляторах

2.2 Процесс управления напряжением при помощи тиристора

2.3 Управляемый выпрямитель на тиристоре

Глава 3. Практические разработки регуляторов мощности на тиристорах

3.1 Регулятор напряжения на тиристоре КУ201К

3.2 Мощный управляемый выпрямитель на тиристорах

Заключение

Литература

Введение

В данной работе рассмотрены несколько вариантов устройств, где используются элементы тиристоры в качестве регуляторов напряжения и в качестве выпрямителей. Приведены теоретическое и практическое описания принципа действия тиристоров и устройств, схемы этих устройств.

Управляемый выпрямитель на тиристорах — элементах, обладающих большим коэффициентом усиления по мощности, позволяет получать большие токи в нагрузке при незначительной мощности, затрачиваемой в цепи управления тиристора.

В данной работе рассмотрены два варианта таких выпрямителей, которые обеспечивают максимальный ток в нагрузке до 6 А с пределом регулировки напряжения от 0 до 15 В и от 0,5 до 15 В и устройство для регулировки напряжения на нагрузке активного и индуктивного характера, питаемой от сети переменного тока напряжением 127 и 220 В с пределами регулировки от 0 до номинального напряжения сети.

Глава 1. Понятие о тиристоре. Виды тиристоров. Принцип действия

1.1 Определение, виды тиристоров

Тиристором называют полупроводниковый прибор, основу которого составляет четырехслойная структура, способная переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот. Тиристоры предназначены для ключевого управления электрическими сигналами в режиме открыт — закрыт (управляемый диод).

Простейшим тиристором является динистор – неуправляемый переключающий диод, представляющий собой четырехслойную структуру типа p-n-p-n (рис. 1.1.2). Здесь, как и у других типов тиристоров, крайние n-p-n-переходы называются эмиттерными, а средний p-n-переход – коллекторным. Внутренние области структуры, лежащие между переходами, называются базами. Электрод, обеспечивающий электрическую связь с внешней n-областью, называется катодом, а с внешней p-областью – анодом.

В отличие от несимметричных тиристоров (динисторов, тринисторов) в симметричных тиристорах обратная ветвь ВАХ имеет вид прямой ветви. Это достигается встречно-параллельным включением двух одинаковых четырехслойных структур или применением пятислойных структур с четырьмя p-n-переходами (симисторы).

Рис. 1.1.1 Обозначения на схемах: а) симистора б) динистора в) тринистора.

Рис. 1.1.2 Структура динистора.

Рис. 1.1.3 Структура тринистора.

1.2 Принцип действия

При включении динистора по схеме, приведенной на рис. 1.2.1, коллекторный p-n-переход закрыт, а эмиттерные переходы открыты. Сопротивления открытых переходов малы, поэтому почти все напряжение источника питания приложено к коллекторному переходу, имеющему высокое сопротивление. В этом случае через тиристор протекает малый ток (участок 1 на рис. 1.2.3).

Рис. 1.2.1. Схема включения в цепь неуправляемого тиристора (динистора).

Рис. 1.2.2. Схема включения в цепь управляемого тиристора (тринистора).

Рис.1.2.3. Вольтамперная характеристика динистора.

Рис.1.2.4. Вольтамперная характеристика тиристора.

Если увеличивать напряжение источника питания, ток тиристора увеличивается незначительно, пока это напряжение не приблизится к некоторому критическому значению, равному напряжению включения Uвкл. При напряжении Uвкл в динисторе создаются условия для лавинного размножения носителей заряда в области коллекторного перехода. Происходит обратимый электрический пробой коллекторного перехода (участок 2 на рис. 1.2.3). В n-области коллекторного перехода образуется избыточная концентрация электронов, а в p-области — избыточная концентрация дырок. С увеличением этих концентраций снижаются потенциальные барьеры всех переходов динистора. Возрастает инжекция носителей через эмиттерные переходы. Процесс носит лавинообразный характер и сопровождается переключением коллекторного перехода в открытое состояние. Рост тока происходит одновременно с уменьшением сопротивлений всех областей прибора. Поэтому увеличение тока через прибор сопровождается уменьшением напряжения между анодом и катодом. На ВАХ этот участок обозначен цифрой 3. Здесь прибор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Напряжение на резисторе возрастает и происходит переключение динистора.

После перехода коллекторного перехода в открытое состояние ВАХ имеет вид, соответствующий прямой ветви диода (участок 4). После переключения напряжение на динисторе снижается до 1 В. Если и дальше увеличивать напряжение источника питания или уменьшать сопротивление резистора R, то будет наблюдаться рост выходного тока, как в обычной схеме с диодом при прямом включении.

При уменьшении напряжения источника питания восстанавливается высокое сопротивление коллекторного перехода. Время восстановления сопротивления этого перехода может составлять десятки микросекунд.

Напряжение Uвкл при котором начинается лавинообразное нарастание тока, может быть снижено введением не основных носителей заряда в любой из слоев, прилегающих к коллекторному переходу. Дополнительные носители заряда вводятся в тиристоре вспомогательным электродом, питаемым от независимого источника управляющего напряжения (Uупр). Тиристор со вспомогательным управляющим электродом называется триодным, или тринисторным. На практике при использовании термина «тиристор» подразумевается именно элемент. Схема включения такого тиристора показана на рис. 1.2.2. Возможность снижения напряжения U при росте тока управления, показывает семейство ВАХ (рис. 1.2.4).

Если к тиристору приложить напряжение питания, противоположной полярности (рис. 1.2.4), то эмиттерные переходы окажутся закрытыми. В этом случае ВАХ тиристора напоминает обратную ветвь характеристики обычного диода. При очень больших обратных напряжениях наблюдается необратимый пробой тиристора.

Чтобы понять как работает схема, необходимо знать действие и назначение каждого из элементов. В этой статье рассмотрим принцип работы тиристора, разные виды и режимы работы, характеристики и виды. Постараемся объяснить все максимально доступно, чтобы было понятно даже для начинающих.

Тиристор — полупроводниковый элемент, имеющий только два состояния: «открыто» (ток проходит) и «закрыто» (тока нет). Причем оба состояния устойчивые, то есть переход происходит только при определенных условиях. Само переключение происходит очень быстро, хоть и не мгновенно.

По способу действия его можно сравнить с переключателем или ключом. Вот только переключается тиристор при помощи напряжения, а отключается пропаданием тока или снятием нагрузки. Так что принцип работы тиристора понять несложно. Можно представлять его как ключ с электрическим управлением. Так, да не совсем.

Тиристор, как правило, имеет три выхода. Один управляющий и два, через которые протекает ток. Можно попробовать коротко описать принцип работы. При подаче напряжения на управляющий выход, коммутируется цепь через анод-коллектор. То есть, он сравним с транзистором. Только с той разницей, что у транзистора величина пропускаемого тока зависит от поданного на управляющий вывод напряжения. А тиристор либо полностью открыт, либо полностью закрыт.

Внешний вид

Внешний вид тиристора зависит от даты его производства. Элементы времен Советского Союза — металлические, в виде «летающей тарелки» с тремя выводами. Два вывода — катод и управляющий электрод — находятся на «дне» или «крышке» (это с какой стороны смотреть). Причем электрод управления меньше по размерам. Анод может находиться с противоположной стороны от катода, или торчать вбок из-под шайбы, которая есть на корпусе.

Два вида тиристоров — современные и советские, обозначение на схемах

Современные тиристоры выглядят по-другому. Это небольшой пластиковый прямоугольник с металлической пластиной сверху и тремя выводами-ножками снизу. В современном варианте есть одно неудобство: надо смотреть в описании какой из выводов анод, где катод и управляющий электрод. Как правило, первый — анод, затем катод и крайний правый — это электрод. Но это как правило, то есть, не всегда.

Принцип работы

По принципу действия, тиристор можно еще сравнить с диодом. Пропускать ток он будет в одном направлении — от анода к катоду, но происходить это будет только в состоянии «открыто». На схемах тиристор похож на диод. Также имеется анод и катод, но есть еще дополнительный элемент — управляющий электрод. Понятное дело, есть отличия и в выходном напряжении (если сравнивать с диодом).

В схемах переменного напряжения тиристор будет пропускать только одну полуволну — верхнюю. Когда приходит нижняя полуволна, он сбрасывается в состояние «закрыто».

Принцип работы тиристора простыми словами

Рассмотрим принцип работы тиристора. Стартовое состояние элемента — закрыто. «Сигналом» к переходу в состояние «открыто» является появление напряжения между анодом и управляющим выводом. Вернуть тиристор в состояние «закрыто» можно двумя способами:

  • снять нагрузку;
  • уменьшить ток ниже тока удержания (одна из технических характеристик).

В схемах с переменным напряжением, как правило, сбрасывается тиристор по второму варианту. Переменный ток в бытовой сети имеет синусоидальную форму, когда его значение приближается к нулю и происходит сброс. В схемах, питающихся от источников постоянного тока, надо либо принудительно убирать питание, либо снимать нагрузку.

То есть, работает тиристор в схемах с постоянным и переменным напряжением по-разному. В схеме постоянного напряжения, после кратковременного появления напряжения между анодом и управляющим выводом, элемент переходит в состояние «открыто». Далее может быть два варианта развития событий:

  • Состояние «открыто» держится даже после того, как напряжение анод-выход управления пропало. Такое возможно если напряжение, поданное на анод-управляющий вывод, выше чем неотпирающее напряжение (эти данные есть в технических характеристиках). Прекращается прохождение тока через тиристор, фактически только разрывом цепи или выключением источника питания. Причем выключение/обрыв цепи могут быть очень кратковременными. После восстановления цепи, ток не течет до тех пор, пока на анод-управляющий вывод снова не подадут напряжение.
  • После снятия напряжения (оно меньше чем отпирающее) тиристор сразу переходит в состояние «закрыто».

Так что в схемах постоянного тока есть два варианта использования тиристора — с удержанием открытого состояния и без. Но чаще применяют по первому типу — когда он остается открытым.

Принцип работы тиристора в схемах переменного напряжения отличается. Там возвращение в запертое состояние происходит «автоматически» — при падении силы тока ниже порога удержания. Если напряжение на анод-катод подавать постоянно, на выходе тиристора получаем импульсы тока, которые идут с определенной частотой. Именно так построены импульсные блоки питания. При помощи тиристора они преобразуют синусоиду в импульсы.

Проверка работоспособности

Проверить тиристор можно либо при помощи мультиметра, либо создав простенькую проверочную схему. Если при прозвонке иметь перед глазами технические характеристики, можно заодно проверить сопротивление переходов.

Прозвонка мультиметром

Для начала разберем прозвонку мультиметром. Переводим прибор в режим прозвонки.

Обратите внимание, что величина сопротивления у разных серий разная — на это не стоит обращать особого внимания. Если хотите проверить и сопротивление переходов, посмотрите в технических характеристиках.

На рисунке представлены схемы испытаний. Крайний справа рисунок — усовершенствованный вариант с кнопкой, которую устанавливают между катодом и управляющим выводом. Для того чтобы мультиметр зафиксировал протекающий по цепи ток, кратковременно нажимаем на кнопку.

При помощи лампочки и источника постоянного тока (батарейка тоже пойдет)

Если мультиметра нет, можно проверить тиристор при помощи лампочки и источника питания. Подойдет даже обычная батарейка или любой другой источник постоянного напряжения. Вот только напряжение должно быть достаточным для того, чтобы засветить лампочку. Потребуется еще сопротивление или обычный кусок проволоки. Из этих элементов собирается простая схема:

  • Плюс от источника питания подаем на анод.
  • К катоду подключаем лампочку, второй ее вывод подключаем к минусу источника питания. Лампочка не горит, так как термистор заперт.
  • Кратковременно (при помощи куска проволоки или сопротивления) соединяем анод и управляющий вывод.
  • Лампочка загорается и продолжает гореть, хотя перемычка убрана. Термистор остается в открытом состоянии.
  • Если выкрутить лампочку или выключить источник питания, то лампочка, естественно, погаснет.
  • Если восстановить цепь/питание, она не загорится.

Заодно с проверкой, эта схема позволяет понять принцип работы тиристора. Ведь картинка получается очень наглядной и понятной.

Виды тиристоров и их особые свойства

Полупроводниковые технологии все еще разрабатываются и совершенствуются. За несколько десятилетий появились новые разновидности тиристоров, которые имеют некоторые отличия.

  • Динисторы или диодные тиристоры. Отличаются тем, что имеют только два вывода. Открываются подачей на анод и катод высокого напряжения в виде импульса. Называют еще «неуправляемые тиристоры».
  • Тринисторы или триодные тиристоры. В них есть управляющий электрод, но управляющий импульс может подаваться:
    • На управляющий выход и катод. Название — с управлением катодом.
    • На управляющий электрод и анод. Соответственно — управление анодом.

Есть также разные виды тиристоров по способу запирания. В одном случае достаточно уменьшения анодного тока ниже уровня тока удержания. В другом случае — подается запирающее напряжение на управляющий электрод.

По проводимости

Мы говорили, что проводят тиристоры ток только в одном направлении. Обратной проводимости нет. Такие элементы называют обратно-непроводящие, но существуют не только такие. Есть и другие варианты:

  • Имеют невысокое обратное напряжение, называются обратно-проводящие.
  • С ненормируемой обратной проводимостью. Ставят в схемах, где обратное напряжение возникнуть не может.
  • Симисторы. Симметричные тиристоры. Проводят ток в обоих направлениях.

Тиристоры могут работать в режиме ключа. То есть при поступлении импульса управления подавать ток на нагрузку. Нагрузка, в этом случае, рассчитывается исходя из напряжения в открытом виде. Надо также учитывать наибольшую рассеиваемую мощность. Вот в этом случае лучше выбирать металлические модели в виде «летающей тарелки». К ним удобно приделывать радиатор — для более быстрого охлаждения.

Классификация по особым режимам работы

Еще можно выделить следующие подвиды тиристоров:

  • Запираемые и незапираемые. Принцип работы тиристора незапираемого немного другой. Он находится в открытом состоянии когда плюс приложен к аноду, минус — на катоде. Переходит в закрытое состоянии при смене полярности.
  • Быстродействующие. Имеют малое время перехода из одного состояния в другое.
  • Импульсные. Очень быстро переходит из одного состояние в другое, используется в схемах с импульсными режимами работы.

Основное назначение — включение и выключение мощной нагрузки при помощи маломощных управляющих сигналов

Основная область использования тиристоров — в качестве электронного ключа, служащего для замыкания и размыкания электрической цепи. В общем много привычных устройств построены на тиристорах. Например, гирлянда с бегущими огнями, выпрямители, импульсные источники тока, выпрямители и многие другие.

Характеристики и их значение

Некоторые тиристоры могут коммутировать очень большие токи, в этом случае их называют силовыми тиристорами. Они изготавливаются в металлическом корпусе — для лучшего отвода тепла. Небольшие модели с пластиковым корпусом — это обычно маломощные варианты, которые используют в малоточных схемах. Но, всегда есть исключения. Так что для каждой конкретной цели подбирают требуемый вариант. Подбирают, понятное дело, по параметрам. Вот основные:


Есть еще динамический параметр — время перехода из закрытого в открытое состояние. В некоторых схемах это важно. Может еще указываться тип быстродействия: по времени отпирания или по времени запирания.

Абсолютно любой тиристор может быть в двух устойчивых состояниях — закрыт или открыт

В закрытом состоянии он находится в состоянии низкой проводимости и ток почти не идет, в открытом, наоборот полупроводник будет находится в состоянии высокой проводимости, ток проходит через него фактически без сопротивления

Можно сказать, что тиристор это электрический силовой управляемый ключ. Но по сути управляющий сигнал может только открыть полупроводник. Чтобы запереть его обратно, требуется выполнить условия, направленные на снижение прямого тока почти до нуля.

Структурно тиристор представляет последовательность четырех, слоев p и n типа, образующих структуру р-n-р-n и соединенных последовательно.

Одна из крайних областей, на которую подключают положительный полюс питания называют анод , р – типа
Другая, к которой подсоединяют отрицательное полюс напряжения, называют катод , – n типа
Управляющий электрод подключен к внутренним слоям.

Для того чтоб разобраться с работой тиристора рассмотрим несколько случаев, первый: напряжение на управляющий электрод не подается , тиристор подсоединен по схеме динистора – положительное напряжение поступает на анод, а отрицательное на катод, смотри рисунок.

В этом случае коллекторный p-n-переход тиристора находится в закрытом состоянии, а эмиттерный – открыт. Открытые переходы имеют очень низкое сопротивление, поэтому почти все напряжение, следующее от источника питания, приложено к коллекторному переходу, из-за высокого сопротивления которого протекающий через полупроводниковый прибор ток имеет очень низкое значение.

На графике ВАХ это состояние актуально для участка отмеченного цифрой 1 .

При увеличении уровня напряжения, до определенного момента ток тиристора почти не растет. Но достигая условного критического уровня — напряжение включения U вкл , в динисторе появляются факторы, при которых в коллекторном переходе начинается резкий рост свободных носителей заряда, которое почти сразу же носит лавинный характер . В результате происходит обратимый электрический пробой (на представленном рисунке – точка 2). В p -области коллекторного перехода появляется избыточная зона накопленных положительных зарядов, в n -области, наоборот происходит накопление электронов. Рост концентрации свободных носителей заряда приводит к падению потенциального барьера на всех трех переходах , через эмиттерные переходы начинается инжекция носителей заряда. Лавинообразный характер еще сильнее увеличивается, и приводит к переключению коллекторного перехода в открытое состоянии. Одновременно увеличивается ток по всем областям полупроводника, в результате происходит падением напряжения между катодом и анодом, показанный на графике выше отрезком отмеченным цифрой три. В этот момент времени динистор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. На сопротивлении R n растет напряжение и полупроводник переключается.

После открытия коллекторного перехода ВАХ динистора становится такой же, как на прямой ветви — отрезок №4. После переключения полупроводникового прибора, напряжение снижается до уровня одного вольта. В дальнейшем увеличение уровня напряжения или снижение сопротивления приведет к увеличению выходного тока, один в один, как и работе диода при его прямом включении. Если же уровень напряжение питания снизить, то высокое сопротивление коллекторного перехода, практически мгновенно восстанавливается, динистор закрывается, ток резко падает .

Напряжение включения U вкл , можно настраивать, внося в любой из промежуточных слоев, рядом с к коллекторным переходом, неосновные, для него носители заряда.

С этой целью используется специальный управляющий электрод , запитываемый от дополнительного источника, с которого следует управляющее напряжение – U упр . Как хорошо видно из графика – при росте U упр напряжение включения снижается.

Основные характеристики тиристоров

U вкл напряжение включения – при нем осуществляется переход тиристора в открытое состояние
U o6p.max – импульсное повторяющееся обратное напряжение при нем происходит электрический пробой p-n перехода. Для многих тиристоров будет верно выражение U o6p.max . = U вкл
I max — максимально допустимое значение тока
I ср — среднее значение тока за период U np — прямое падение напряжения при открытом тиристоре
I o6p.max — обратный максимальный ток начинающий течь при приложении U o6p.max , за счет перемещения неосновных носителей заряда
I удерж ток удержания – значение анодного тока, при котором осуществляется запирание тиристора
P max — максимальная рассеиваемая мощность
t откл — время отключения необходимое для запирания тиристора

Запираемые тиристоры — имеет классическую четырехслойную p-n-p-n структуру, но при этом обладает рядом конструктивных особенностей, дающих такую функциональную возможность, как полная управляемость. Благодаря такому воздействию от управляющего электрода, запираемые тиристоры могут переходить не только в открытое состояние из закрытого, но и из открытого в закрытое. Для этого на управляющий электрод поступает напряжение, противоположное тому, которое ранее открывает тиристор. Для запирания тиристора на управляющей электрод следует мощный, но короткий по длительности импульс отрицательного тока. При применении запираемых тиристоров следует помнить, что их предельные значения на 30% ниже, чем у обычных. В схемотехнике, запираемые тиристоры активно применяются в роли электронных ключей в преобразовательной и импульсной технике.

В отличие от своих четырехслойных родственников — тиристоров, они имеют пятислойную структуру.


Благодаря такой структуре полупроводника они имеют возможность пропускать ток в обоих направлениях – как от катода к аноду, так и от анода к катоду, а на управляющий электрод поступает напряжение обоих полярностей. Благодаря этому свойству вольт-амперная характеристика симистора имеет симметричный вид в обоих осях координат. Узнать о работе симистора вы можете из видеоурока, по ссылке ниже.


Принцип работы симистора

Если у стандартного тиристора имеются анод и катод то электроды симистора так описать нельзя т.к каждый уго электрод является и анодом и катодом одновременно. Поэтому симистор способен пропускать ток в обоих направлениях. Именно поэтому он отлично работает в цепях переменного тока.

Очень простой схемой, поясняющей принцип симистора является регулятор симисторный регулятор мощности.


После подачи напряжения на один из выводов симистора поступает переменное напряжение. На электрод, являющийся управляющим с диодного моста поступает отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор отпирается и ток поступает в подключенную нагрузку. В момент времени, когда на входе симистора меняется полярность напряжения он запирается. Затем алгоритм повторяется.

Чем выше уровень управляющего напряжения тем быстрее срабатывает симистор и длительность импульса на нагрузке увеличивается. При снижении уровня управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке также снижается. На выходе симисторного регулятора напряжение будет пилообразной формы с регулируемой длительностью импульса. Таким образом, регулируя управляющее напряжение мы можем изменять яркость лампочки накаливания или температуру жала паяльника подключенных в качестве нагрузки.

Итак симистор управляется как отрицательным так и положительным напряжением. Давайте выделим его минусы и плюсы.

Плюсы: низкая стоимость, большой срок службы, отсутствие контактов и, как следствие, отсутствие искрения и дребезга.
Минусы: достаточно чувствителен к перегреву и его обычно монтируют на радиаторе. Не работает на высоких частотах, так как не успевает переходить из открытого состояния в закрытое. Реагирует на внешниепомехи, вызывающие ложное срабатывание.

Следует также упомянуть о особенностях монтажа симисторов в современной электронной техники.

При малых нагрузках или если в ней протекают короткие импульсные токи, монтаж симисторов можно осуществлять без теплоотводящего радиатора. Во всех остальных случаях – его наличие строго обязательно.
К теплоотводу тиристор может фиксироваться крепежным зажимом или винтом
Для снижения вероятности ложного срабатывания из-за шумов, длина проводов должна быть минимальна. Для подсоединения рекомендуется использовать экранированный кабель или витую пару.

Или оптотиристоры специализированные полупроводники, конструктивной особенностью которого является наличие фотоэлемента, который является управляющим электродом.

Современной и перспективной разновидностью симистора являетсяо оптосимистор. Вместо управляющего электрода в корпусе имеется светодиод и управление происходит с помощью изменения напряжения питания на светодиоде. При попадании светового потока задонной мощности фотоэлемент переключает тиристор в открытое положение. Самой основной функцией в оптосимисторе является то, что между цепью управления и силовой имеется полная гальваническая развязка. Это создает просто отличный уровень и надежности конструкции.

Силовые ключи . Одним из главных моментов, влияющих на востребованность таких схем, служит низкая мощность, которую способен рассеять тиристор в схемах переключения. В запертом состоянии мощность практически не расходуется, т.к ток близок к нулевым значениям. А в открытом состоянии рассеиваемая мощность невелика благодаря низким значениям напряжения

Пороговые устройства – в них реализуется главное свойство тиристоров – открываться при достижении напряжением нужного уровня. Это используется в фазовых регуляторах мощности и релаксационных генераторах

Для прерывания и включения-выключения используются запирающие тиристоры. Правда, в данном случае схемам необходима определенная доработка.

Экспериментальные устройства – в них применяется свойство тиристора обладать отрицательным сопротивление, находясь в переходном режиме

Принцип работы и свойства динистора, схемы на динисторах

Динистор это разновидность полупроводниковых диодов относящихся к классу тиристоров. Динистор состоит из четырех областей различной проводимости и имеет три p-n перехода. В электроники он нашел довольно ограниченное применение, ходя его можно найти в конструкциях энергосберегающих ламп под цоколь E14 и E27, где он применяется в схемах запуска. Кроме того он попадается в пускорегулирующих аппаратах ламп дневного света.

В переключательных схемах часто используется тиристор, принцип работы которого напоминает электронный ключ. Он представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий три или несколько взаимодействующих выпрямляющих переходов. Однако тиристор не способен перейти в состояние закрытого типа, поэтому его называют ключом, который является не полностью управляемым.

Устройство и виды полупроводниковых приборов

Прежде чем рассматривать принцип работы тиристоров в цепях, необходимо разобраться с тем, как они устроены, какие виды существуют. Состоят они из четырех последовательно соединенных слоев, которые имеют разный тип проводимости. С внешней стороны есть контакты — анод и катод. Приборы могут обладать двумя управляющими электродами, прикрепленными к внутренним слоям. Изменения состояния удается добиться за счет подачи сигнала непосредственно на проводник.

Различают два основных вида тиристоров:

  1. Динисторы представляют собой диодные полупроводниковые приборы. В данном случае открывание осуществляется посредством подачи высокого напряжения между контактами.
  2. Тринисторы — это триодные аналоги. Их удается открывать за счет воздействия управляющего тока на электрод.

Процесс запирания может производиться двумя способами. Первый из них подразумевает снижение электрического тока ниже уровня удержания. Вариант применим для всех видов тиристоров. Второй способ заключается в нагнетании запирающего напряжения непосредственно на управляющий контакт. Он используется только для тринисторов запираемого типа.

Возможность обратной проводимости

Рассматривая принцип работы тиристора, следует понимать, что элементы могут быть классифицированы по обратному напряжению.

Всего существует четыре варианта изделий:

  1. Обратно-проводящие приборы обладают небольшим обратным напряжением. Оно составляет всего несколько вольт.
  2. Элементы, не проводящие напряжение в обратном направлении в закрытом состоянии.
  3. Симисторы представляют собой симметричные приборы, которые коммутируют электрические токи в том или ином направлении.
  4. Изделия с ненормированным напряжением обратного направления.

Используя симисторы, необходимо помнить, что они функционируют симметрично лишь на первый взгляд. При подаче отрицательного (на анод) и положительного (на управляющий электрод) напряжения они не способны открываться, а в некоторых случаях могут выходить из строя.

В электронике симисторы относят к управляемым тиристорам, принцип работы которых заключается в коммутации цепей переменного тока. При проектировании таких схем, необходимо изучать документацию конкретного изделия, чтобы определить, какие сигналы допустимы. Отдельные виды симисторов могут иметь некоторые ограничения.

Работа в цепи постоянного тока

Если объяснять принцип работы тиристора простым языком, то он заключается во включении полупроводникового прибора посредством подачи импульса электрического тока непосредственно в цепь управления положительной полярности. На продолжительность переходного процесса существенно влияет характер производимой нагрузки, а также другие факторы:

  • скорость и амплитуда созданного импульса;
  • температура полупроводниковой конструкции;
  • передаваемое напряжение;
  • ток нагрузки.

В цепи с тиристором при увеличении прямого напряжения не должно фиксироваться завышенных значений скорости нарастания. В противном случае может происходить непреднамеренное включение прибора без подачи сигнала. Однако крутизна производимого импульса не должна быть низкой.

Выключение элементов может происходить естественным или принудительным образом. В первом случае коммутация в системах переменного тока осуществляется в момент падения электрического тока до минимума. Что касается вариантов принудительного выключения, то оно может быть весьма разнообразным:

  1. Подключение специализированной цепи с наличием заряженного конденсатора вызывает возникновение разряда на проводящий элемент. Встречный поток снижает ток до нуля, поэтому прибор выключается.
  2. Подключение контура, вызывающего колебательный разряд, позволяет пропустить электричество через тиристор на встречу прямому току. При достижении равновесия происходит выключение.
  3. Переходный процесс может вызываться при оказании комплексной нагрузки. При наличии определенных параметров возникает колебательный характер, подразумевающий изменение полярности.

Функционирование в цепи переменного тока

Теперь следует рассмотреть принцип работы тиристора в цепи, которая пропускает переменный ток. При его внедрении можно производить включение и отключение электрических сетей с активной нагрузкой, а также осуществлять изменение среднего и текущего значений тока путем регулировки подачи сигнала.

Не новость даже для чайников — принцип работы тиристора заключается в пропускании электричества в одном направлении, поэтому в цепях с переменным током осуществляется встречно-параллельное включение. Значения могут варьироваться путем изменения самого момента подачи на приборы открывающих сигналов. Углы регулируются за счет системы управления.

  1. Фазовый метод регулировки с принудительной коммутацией предполагает применение специальных узлов.
  2. Широтно-импульсное управление подразумевает отсутствие сигнала в закрытом состоянии и его наличие в открытом положении, когда к нагрузке приложено определенное напряжение.

Режим обратного запирания

Рассказывая о принципе работы триодного тиристора, нельзя не отметить, что оно может работать в разных режимах. При обратном запирании непосредственно к аноду полупроводника приложено отрицательное напряжение по отношению к катодному контакту. Переходы при таком варианте смещены в противоположном направлении.

Существуют факторы, ограничивающие применение подобного режима. Первый из них — это лавинный пробой, а второй — прокол обедненной области. Это объясняется тем, что существенная часть напряжения снижается на одном из переходов. Возникает их смыкание или происходит пробой.

Режим прямого запирания

Принцип работы тиристора в режиме прямого запирания предполагает обратное смещение одного из переходов. Противоположные слои сдвинуты в прямом направлении. Основная часть приложенного напряжения снижается на единичном переходе. Через остальные слои в соприкасающиеся области инжектируются носители, позволяющие уменьшить сопротивление на проводящем элементе. Происходит увеличение проходящего тока. Падение напряжения уменьшается.

Увеличение прямого напряжения приводит к медленному росту электрического тока. В таком режиме полупроводник считается запертым, что связано с повышенным сопротивлением единичного перехода. При некотором показателе напряжения процесс начинает приобретать лавинообразный характер. Прибор переходит во включенное состояние, в нем устанавливается электрический ток, который зависит от источника и сопротивления цепи.

Двухтранзисторная модель

Для объяснения устройства и принципа работы тиристора в режиме прямого запирания применяется двухтранзисторная модель. Данный полупроводниковый прибор можно рассматривать как два совмещенных транзистора с противоположными выводами. Переход в центре используется в качестве коллектора дырок и электронов, которые инжектируются определенными переходами.

Соотношения не изменяются при протекании токов в противоположном направлении. При повышении коэффициента в замкнутой петле происходит лавинообразный процесс, подразумевающий увеличение тока непосредственно через структуру. Электрический ток ограничен лишь сопротивлением наружной цепи.

Чем различаются динисторы и тринисторы

Принципиальных отличий между характеристиками и принципом работы тиристоров нельзя найти. Однако открытие динистора производится при наличии определенного напряжения между двумя основными выводами. Оно зависит от типа используемого устройства. В случае с тринистором напряжение открытия удается снизить принудительным образом. Это можно сделать, если подать импульс электрического тока необходимой величины непосредственно на управляющий электрод. Тринисторы получили наибольшее распространение среди приборов из категории тиристоров.

Основные характеристики

При выборе тиристоров обращают внимание на определенные параметры:

  1. Напряжение включения позволяет перевести полупроводниковый прибор в рабочее состояние.
  2. Временной интервал задержки запуска и остановки изделия.
  3. Уровень обратного тока при максимальном значении обратного напряжения.
  4. Показатель общей рассеивающей мощности.
  5. Прямое напряжение при предельном токе анода.
  6. Пиковый ток электрода, обеспечивающего управление.
  7. Обратное напряжение в закрытом состоянии.
  8. Максимальный открытый ток в открытом положении.

При выборе тиристора не следует забывать о предназначении прибора. На это непосредственное влияние оказывает временной интервал перехода в открытое или закрытое состояние. Как правило, период включения является более коротким, чем промежуток выключения.

Схемы с применением тиристоров

Тиристорные схемы подразделяются на четыре категории:

  1. Пороговые изделия используют возможности перехода полупроводников из одного положения в другое при наличии определенного напряжения. К таковым относятся генераторы колебаний и фазовые регуляторы нагрузки.
  2. Силовые ключи отличаются низкой мощностью. Ток рассеивается элементами в переключательных схемах в открытом состоянии. В закрытом положении электричество не пропускается.
  3. Коммутация постоянного напряжения вполне возможна при использовании приборов с большой мощностью. Есть несколько способов, позволяющих закрывать незапираемые элементы.
  4. Некоторые экспериментальные устройства работают с применением полупроводниковых приборов в переходных режимах, где имеются участки с отрицательным уровнем сопротивления.

В качестве заключения

Чаще всего рассказывают о принципах работы тиристоров для студентов специализированных училищ, которые готовят специалистов в области электротехники. Однако не помешает изучить информацию об устройстве и функционировании универсальных полупроводниковых приборов простым людям, проявляющим интерес к проектированию различных электрических схем.

Управление мощностью с помощью SCR (тиристора) — другие полупроводниковые устройства

Прочие полупроводниковые устройства

Устройством, широко используемым для управления питанием как переменного, так и постоянного тока, является кремниевый управляемый выпрямитель (SCR). Он имеет множество промышленных электронных приложений, такие как реверс и управление скоростью для двигателей постоянного тока.

В дополнение к аноду и катоду SCR имеет затвор. Контролируя фаза сигнала затвора по отношению к фазе напряжения питания, угол срабатывания (задержки) ворот можно удерживать в любой точке цикла примерно до 180°.Благодаря управлению углом обстрела, Таким образом, можно контролировать среднюю мощность, подаваемую на нагрузку.

С источником переменного напряжения SCR действует как управляемый однополупериодный выпрямитель, поскольку он будет блокировать как положительные, так и отрицательные полупериоды до тех пор, пока на затвор подается положительный управляющий сигнал. Пока управляющий сигнал присутствует, SCR будет проводить в течение положительного полупериода и блокировать в отрицательный полупериод. При снятии управляющего сигнала SCR снова заблокирует оба полупериода, так как он автоматически поворачивает отключается в конце каждого положительного полупериода.При правильном выборе времени приложенный управляющий сигнал, SCR можно заставить проводить для всех или часть положительного полупериода. Таким образом, пропорциональный контроль выход, а также включение-выключение возможно.

Выключатель питания постоянного тока

Входные характеристики тринистора, затвор-катод, аналогичны входу база-эмиттер кремниевого транзистора NPN. Срабатывание происходит при определенных значениях входного тока и напряжения. Таким образом, устройство можно использовать как статический переключатель с Источник переменного или постоянного тока.

Схема ниже имеет источник постоянного тока, а SCR действует как защелка. выключатель. После включения управляющим сигналом он остается включенным. К выключите его, анодный ток должен быть снижен ниже значения дропаута уровень. Резистор R 1 обеспечивает отрицательное смещение затвора тока и обеспечивает стабильное состояние «выключено».

Простой переключатель с фиксацией.

SCR сработает при любом токе нагрузки, превышающем отсев. уровень. Он будет работать и с небольшими нагрузками (т.грамм. 10 мА), как и при более высокие токи нагрузки. Схема может использоваться как одноконтактная. переключатель с фиксацией для прямого управления данной нагрузкой, и полезен для управления катушками реле или аналогичными электромагнитными нагрузками. С SCR, обычное реле постоянного тока можно преобразовать в высокочувствительное фиксирующее реле. Для индуктивных нагрузок может потребоваться шунтирующий диод, для устранения скачков напряжения при отключении питания.

Для простой схемы фиксации можно выполнить отключение. снятием напряжения источника.SCR также можно отключить. с помощью емкостного шунта, как показано на схеме ниже. SCR выключен пока входной управляющий сигнал не включит его. Во включенном состоянии напряжение на аноде около одного вольта. C 1 заряды через Р 3 примерно на стоимость поставки Напряжение. Замыкание ключа вызывает заряд на конденсаторе управлять отрицательным анодом SCR по отношению к земле. Ток нагрузки питается уже не от SCR, а от разряжающегося конденсатора.Этот метод достижения отсечки тиристора известен как отключение шунтирующего конденсатора. Конденсатор должен быть достаточно большим, чтобы удерживать отрицательный анод SCR в течение длительного времени. достаточно, чтобы обеспечить выключение.

Отключение шунтирующего конденсатора.

Также может быть включено большое количество энергии и выключение с помощью только небольших механических переключателей. Отношение мощности управления к управляемая мощность настолько высока, что небольшой переключатель для легких режимов работы ( S 1 , на рисунке ниже) можно использовать в цепи, которая может коммутировать несколько киловатт.

На рисунке ниже SCR включен последовательно с входом постоянного тока. (подача) и нагрузка ( R L ). Обычно он обрезан, так что нагрузка не находится под напряжением. Когда S 1 закрыт, однако небольшой ток от положительной входной клеммы, ограниченный высоким сопротивлением R 1 , втекает в затвор и включает SCR, подавая питание Загрузка. После того, как это действие было инициировано, S 1 , можно открыть, но проведение продолжится.

Выключатель питания постоянного тока с использованием контактов.

Отверстие S 1 позволяет заряжать конденсатор C 1 к входному напряжению постоянного тока, через резистор R 1 , с правым сторона положительная. Когда питание должно быть отключено, переключатель S 2 , моментально закрывается. Это соединяет положительную клемму заряженного конденсатор к отрицательной клемме входа постоянного тока (земля) и отрицательной напряжение подается на анод выпрямителя в течение короткого промежутка времени.Это отключает SCR.

Выключатель питания переменного тока

Тиристоры часто используются там, где необходимо коммутировать большое количество энергии, но Контактный ток и напряжение должны быть низкими для простой и надежной работы. SCR обеспечивают решение этой общей проблемы управления. Чувствительные исполнительные контакты должны подавать только мощность открытия затвора, которая может составлять всего 50 микроватт (1 В, 50 мкА). SCR будет непосредственно обеспечивают до 100 Вт и более на выходную нагрузку.

Обратная характеристика тиристора аналогична характеристике нормального кремниевый выпрямительный диод, поскольку оба представляют собой по существу разомкнутые цепи с отрицательным напряжением анод-катод.Прямая характеристика таким образом, что он будет блокировать положительное напряжение между анодом и катодом ниже критическое напряжение пробоя, если на терминал ворот. Однако, преодолев прямой прорыв напряжения или подачи соответствующего сигнала затвора, устройство быстро переходят в проводящее состояние и представляют собой характерные низкое прямое падение напряжения однопереходного выпрямителя.

Переключатель серии

.

На рисунке выше показан простой переключатель серии S , который применяется сигнал переменного тока на ворота. R 1 ограничивает этот ток затвора безопасным значение, а диод D предотвращает подачу обратного напряжения между затвором и катодом в непроводящем цикле. Нагрузка R L может иметь любое значение в пределах SCR.

Сигналы переключателя переменного тока.

Пока S разомкнут, SCR не сработает при отключении переменного тока. применяемый. Замыкание S позволяет положительному чередованию вызывать проводимость, поскольку затвор запускает SCR, а его анод положительный.Как показано на рисунке выше, SCR срабатывает менее чем на 180° и не срабатывает. на отрицательном чередовании. Таким образом, замыкание S будет управлять стрельбой. точка для каждого положительного чередования, и постоянный ток будет течь через нагрузку. Ток нагрузки может быть прерван размыканием S или отрицательным анодное напряжение.

Шунтовой переключатель.

Можно использовать DC на воротах для управления огневой точкой. Или, как показано на рисунке выше, цепь можно разомкнуть, разомкнув S , где переключатель от затвора к катоду.Ток нагрузки может быть прерывается замыканием S или отрицательным анодным напряжением.

Ток нагрузки при замкнутом выключателе.

Две другие простые схемы переключения мощности на нагрузку: показано. Схема на рисунке выше будет обеспечивать нагрузку мощность, когда исполнительный контакт замкнут, но не когда он открытым. Схема на рисунке ниже обеспечивает обратное действие; питание подается на нагрузку только при разомкнутом контакте. Если при желании обе схемы можно «зафиксировать», работая с Постоянный ток вместо указанного источника питания переменного тока.На рисунке выше делитель напряжения R 2 , R 3 обеспечивает сигнал стробирования переменного тока. На рисунке ниже замкнутый переключатель приводит к тому, что затвор и анод имеют одинаковый потенциал; следовательно, SCR не сработает.

Ток нагрузки при разомкнутом переключателе.

Питание переменного тока можно переключать с помощью схемы, показанной на рисунке ниже, с помощью два тиристора, соединенные встречно-параллельно, для обработки обоих полупериодов переменного напряжения.

Выключатель переменного тока

с двумя тиристорами.

Управляющий ток подается на затворы через резистор R 3 , при коротком замыкании клемм управления внешним переключателем (механическим или электронным).

Переключатель, который позволяет стрелять каждым воротам, может управляться электронный усилитель, работающий от света, тепла, давления, и т.п. Когда контрольный переключатель замыкается, тиристоры срабатывают один раз для каждого чередование. Когда переключатель разомкнут, ни один SCR не срабатывает. В этом Таким образом, мощность переменного тока на нагрузке контролируется.

Полупериодный переключатель

С источником переменного напряжения SCR работает как управляемый однополупериодный выпрямитель, блокирующий как положительный, так и отрицательный полупериодов, пока на затвор не поступит положительный управляющий сигнал. Затем SCR будет проводить во время положительных полупериодов.

Схема ниже представляет собой простой статический переключатель переменного тока, который подает выпрямленный ток. полуволновой постоянный ток на нагрузку. Входной управляющий сигнал может быть переменного тока, постоянного тока или импульса.

Полуволновой переключатель.


Полноволновой переключатель

Полноволновое статическое переключение также возможно с SCR. Как показано на схеме ниже двухполупериодная схема может быть сформирована с использованием двух каскадов SCR. В этой схеме тиристоры включены встречно-параллельно и проводят при противоположных чередованиях. Управляющий сигнал 1 подается, когда SCR-1 имеет положительный анодное напряжение; при следующем чередовании управляющий сигнал 2 положительный в то время как анод SCR-2 положительный.

Двухполупериодный переключатель.


Управление мощностью переменного тока с помощью тиристора с использованием микроконтроллера pic

Управление мощностью переменного тока с помощью тиристора с помощью микроконтроллера pic Проект предназначен для управления потоком мощности переменного тока через нагрузку.Этот проект разработан с использованием микроконтроллера PIC16F877A и схемы обнаружения пересечения нуля. Метод управления фазовым углом используется для управления мощностью переменного тока с помощью тиристора. Тиристор используется в качестве переключателя для управления потоком энергии. Микроконтроллер PIC16F877A используется для обнаружения пересечения нуля и генерации импульсных сигналов под определенным углом для тиристора.

Управление мощностью переменного тока с помощью тиристора

Давайте начнем с общего понимания управления мощностью переменного тока с помощью тиристора. Например, если нагрузка подключена к источнику питания переменного тока через переключатель, как показано на рисунке ниже.Симистор используется как переключатель. Симистор является разновидностью тирситора. В симисторе два тиристора встречно соединены друг с другом.

Поток мощности переменного тока к нагрузке можно контролировать, управляя среднеквадратичным значением напряжения, возникающего на нагрузке, как показано на рисунке выше. Этот метод также называется методом регулятора напряжения переменного тока. В контроллере напряжения переменного тока среднеквадратичное значение напряжения, возникающего на нагрузке, регулируется путем изменения угла открытия сигнала затвора симистора, как показано на рисунке выше. Как известно, мощность в цепях переменного тока мощность (Активная мощность) рассчитывается по следующей формуле:

P = V × I × cos(θ) Где cos(θ) – коэффициент мощности

Чтобы сделать этот проект более простым, мы использовали только резистивная нагрузка.Внеся небольшие изменения в код, вы также можете использовать его с индуктивными нагрузками. В резистивных нагрузках коэффициент мощности всегда равен единице. Таким образом, cos(θ) = 1, и приведенная выше формула принимает следующий вид:

 P = V × I = V × V/R = V²/R

P= V²/R

Таким образом, согласно приведенной выше формуле, мощность на нагрузке прямо пропорциональна к квадрату напряжения. Контролируя напряжение на нагрузке, можно также рассчитать мощность. Как я упоминал ранее, регуляторы напряжения переменного тока используются для управления среднеквадратичным значением напряжения на нагрузке.Схемы регулятора напряжения переменного тока имеют множество применений в промышленности, таких как переключатели ответвлений в трансформаторах, индукционный нагрев, управление скоростью асинхронного двигателя и управление освещением.

Типы регуляторов напряжения переменного тока

Два типа регуляторов напряжения переменного тока используются для управления мощностью переменного тока с тиристором. Ниже приводится краткое объяснение обоих методов:

  • Управление модуляцией с пропуском импульсов: в этом методе нагрузка подключается к источнику питания переменного тока на несколько циклов, а затем питание отключается на несколько циклов.Источник питания переменного тока управляется путем управления углом открытия тиристора.
  • Контроль фазового угла: При методе контроля фазового угла нагрузки подключаются к источнику переменного тока для определенной части положительного и отрицательного цикла. Конкретная часть зависит от момента открытия тристора.

В проекте управления мощностью переменного тока с помощью тиристора метод управления фазовым углом используется для управления потоком мощности через нагрузку путем управления напряжением.

Принципиальная схема управления мощностью переменного тока с помощью тиристора

Принципиальная схема управления мощностью переменного тока с помощью тиристора с использованием микроконтроллера pic.Я также сделал необходимые комментарии на рисунке.

Микроконтроллер PIC16F877A используется для обнаружения пересечения нуля переменным напряжением, а микроконтроллер PIC16F877A генерирует импульс для симистора с определенной задержкой после обнаружения пересечения нуля. Я также разместил статью об обнаружении пересечения нуля с помощью микроконтроллера PIC16F877A. Для получения более подробной информации об обнаружении пересечения нуля ознакомьтесь со следующей статьей:

Обнаружение пересечения нуля с помощью микроконтроллера pic

В этом проекте я использовал задержку 2 мс.Что это значит? Это означает, что микроконтроллер будет генерировать импульс после обнаружения пересечения нуля с задержкой 2 мс. Вы можете отрегулировать задержку, либо вручную введя ее значение в код, либо вы также можете использовать переменный резистор для регулировки значения задержки, используя аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера PIC16F877A. В приведенной выше принципиальной схеме питания переменного тока не слишком много науки. управление тирситором. Прежде всего, микроконтроллер проверяет обнаружение пересечения нуля, а затем запускает симисторный угол с задержкой 2 мс после обнаружения пересечения нуля.

Управление питанием переменного тока с помощью тиристорной программы

Код для проекта управления питанием переменного тока написан с использованием компилятора Mikro C pro. Просто поместите этот код в компилятор mikro C после создания нового проекта. Для этого проекта используется Crsytal 11,059 МГц.

В приведенном выше коде также сделаны необходимые комментарии. Код для управления питанием переменного тока говорит сам за себя, но если вы все еще чувствуете какие-либо проблемы, не стесняйтесь комментировать этот пост с вашими проблемами.

SCR Управление фазой Регулятор скорости/диммер

Этот регулятор фазы SCR работает так же, как обычный диммер TRIAC, но имеет множество преимуществ, включая повышенную допустимую нагрузку по току, надежность и отсутствие «защелкивания» минимального напряжения.Дополняющая симметричная триггерная схема, состоящая из двух PUT (программируемых однопереходных транзисторов), позволяет запускать два встречно-параллельных ТИРИСТОРА (SCR). Схема представляет собой силовое устройство с двумя клеммами, которое просто вставляется между источником питания переменного тока и нагрузкой. Помимо управления интенсивностью освещения лампами накаливания, он полезен для управления скоростью универсальных (коллекторно-щеточных) двигателей переменного тока.

Схема диммера с фазовым управлением SCR

Ведомость материалов

Файл спецификации

Идеальное пусковое устройство

DIAC представляет собой двунаправленное (двустороннее) триггерное устройство на 28 В, которое используется практически во всех недорогих регуляторах фазы.Напряжение срабатывания несколько велико для управления фазой 115 В переменного тока. Много лет назад существовало похожее триггерное устройство низкого напряжения (от 6 до 8 В), называемое диодом Шокли. К сожалению, они так и не прижились и сегодня вымерли.

Программируемый однопереходный транзистор (PUT) 2N6027 может выполнять аналогичную функцию, но он чувствителен к полярности, поэтому он не поддается управлению TRIAC. Однако, если две такие триггерные схемы PUT используются для встречно-параллельных SCR, становятся очевидными некоторые интересные вещи.Наиболее важной является возможность управления обеими триггерными цепями с помощью одного потенциометра, так что оба полупериода управляются одинаково. Для достижения наилучшего баланса стабилитроны и конденсаторы должны быть согласованы. И стабилитроны, и конденсаторы рассчитаны на допуск 5%, но я выбрал для своего цифрового мультиметра погрешность более 1%. Купите несколько дополнительных компонентов, чтобы получить хорошее соответствие.

Операция PUT проста. Его пороговое напряжение программируется, так что он может срабатывать при низких напряжениях.В этой схеме он устанавливается через стабилитроны 12В. Когда анодное напряжение PUT превышает напряжение затвора на одно падение на переходе, PUT срабатывает и сбрасывает времязадающий конденсатор в цепь затвора SCR. Он сбрасывается при изменении напряжения сети переменного тока.

Я сделал схему мигающего генератора релаксации PUT, с которой вы можете поэкспериментировать: https://www.electroschematics.com/6904/programmable-unijunction-transistor-put-flasher-circuit/

Защелка

Типичный диммер TRIAC, управляемый DIAC, имеет тенденцию «защелкиваться» при минимальном напряжении, когда регулировка медленно увеличивается.После защелкивания напряжение при желании можно уменьшить. Явление «защелкивания» вызвано запаздывающим соотношением фаз сигнала переменного напряжения, которое появляется на времязадающем конденсаторе до того, как будет достигнуто пороговое значение DIAC. После того, как он первоначально срабатывает, отсчет времени начинается при пересечении нуля линейного напряжения.

Схема синхронизации в этом элементе управления полностью устраняет эту проблему, сбрасывая напряжение конденсатора каждый полупериод через обратные диоды между двумя конденсаторами синхронизации.

Преимущества SCR перед симисторами

В термическом отношении существует множество преимуществ.Разделение выходного тока пополам значительно снижает ток устройства и обеспечивает гораздо более низкое тепловое сопротивление окружающей среде. Кроме того, SCR рассчитаны на максимальную Tj 125°, в то время как TRIAC могут быть ограничены только 110°C. Затем, конечно, доступны тиристоры с номинальным током до сотен ампер, что более чем в десять раз больше, чем у самых больших симисторов. SCR просто более прочные.

Его единственный недостаток очевиден: он просто требует больше оборудования и схем.

Амортизатор

R1 и C3 образуют снаббер, который подключается к устройствам питания.Он выполняет две важные функции:

Во-первых, он обеспечивает цепь для поглощения реактивной энергии, когда любой SCR восстанавливается (перестает проводить ток). Как вы, возможно, знаете, выпрямитель проводит ток в обратном направлении в течение короткого периода времени (например, 5 мкс), когда он становится смещенным в обратном направлении. Поток этого тока резко прекращается, и любая последовательная индуктивность цепи вызывает генерацию переходного напряжения (всплеск). Снаббер — это место, куда уходит этот ток, поэтому он не может развивать высокое напряжение.

Во-вторых, он обеспечивает резистивную нагрузку для высокочастотного линейного шума и переходных процессов. Такой шум или переходные процессы потенциально могут привести к включению SCR на полупериод. Одним из распространенных источников переходных процессов является просто выключатель питания, когда он замыкается.

Пленочные резисторы не устойчивы к скачкам напряжения, поэтому я выбрал резистор из керамического состава. Полиэфирные конденсаторы имеют низкую надежность при 230 В переменного тока, поэтому я выбрал полипропиленовый конденсатор, рассчитанный на переменный ток. В моей схеме я использовал устройство Quencharc, которое содержит как резистор, так и конденсатор — это переменное напряжение, рассчитанное на 125 В переменного тока.

Осциллографы

Здесь легко увидеть напряжение нагрузки, так как оно увеличивается по фазе. Базовая линия довольно нечеткая из-за маломощной нагрузки (лампа 7,5 Вт) — демпфирующее сопротивление вызывает значительное падение напряжения на лампе.

Ток затвора показывает пиковый ток около 200 мА и постоянную времени около 32 мкс — по сути, 47 Ом * 0,68 мкФ. Всплеск переднего фронта вызван индуктивностью используемого шунтирующего резистора 1 Ом. Это может легко управлять гораздо большим SCR — первый, который я сделал, использовал тиристорный удвоитель на 90 А.Эмпирическое правило минимальной длительности импульса тока затвора составляет 5 мкс, при котором ток затвора превышает Igt (порог тока затвора) — это дает достаточно времени для того, чтобы ток нагрузки увеличился до тока удержания тиристора.

Напряжение затвора отличается от выходного сигнала программируемого однопереходного элемента по двум причинам: во-первых, затвор представляет собой нелинейное сопротивление, которое имеет тенденцию действовать как 2 или 3 последовательных диода. Во-вторых, когда тринистор находится в проводящем состоянии, на этом выводе также появляется переходное напряжение.

Фотографии проекта SCR Phase Control

Обратите внимание на отсутствие разделительного трансформатора — он расположен под скамейкой.

На будущее

Цепь переключателя переменного тока — превратите ее в переключатель переменного тока с помощью фотомода

.

Схема управления двухпозиционным тиристором с ИС логического элемента

Это схема управления двухпозиционным тиристором с ИС логического элемента. Поведение цепи. SCR включится, когда на вход A поступит ток смещения.Но тринистор выключится, если на его вход B поступит ток смещения .

Для управления обоими входами требуется логический сигнал «1», и они будут работать попеременно в разное время.

Как SCR проводит ток

Когда на вход А поступает логическая «1». IC1a превратит логику в «0». Это заставляет C1 заряжать положительное напряжение через R3.

Для IC1b выдает на выходе логическую «1».

Работает как моностабильная схема для обеспечения импульсной логической «1».
Который управляется номиналом C1, R3 через диод D1. Он имеет только положительное напряжение, которое может вызвать затвор SCR. Использование R5 ограничивает ток затвора, чтобы он не был слишком большим.

Рекомендуется: Как работает SCR и основные схемы

Когда срабатывает SCR. Он будет продолжать проводить состояние ON. Хотя, напряжение срабатывания изменится. Положительное напряжение возникнет на резисторе R6 через анод и катод тринистора. Чтобы было напряжение на R7 тоже.

Которое имеет напряжение больше, чем падение напряжения на R6. Потому что сопротивление R7 больше, чем R6. Это делает Q1 смещенным вперед для включения светодиода.

Когда мы хотим, чтобы SCR перестал проводить ток или выключился. Нам нужно ввести логическую «1» на вход B.

C2, R4 и IC1d подключаются как моностабильный мультивибратор . Они будут генерировать импульсную логику «1» 1 цикла. Эта логика поступает на управляемую ветвь IC2. Какой этот IC2 (является электронным переключателем IC.

См.: CD4066 Datasheet (IC2)

Электронный переключатель соединяет анод SCR с землей. Напряжение между анодом и землей равно 0 В. В этом состоянии SCR немедленно прекратит проведение. Q1 будет выключен, а затем LED1 погаснет.

Напряжение на катоде может управлять другими цепями контроллера. Который включается и выключается с помощью SCR, как светодиод схемы транзистора Q1 включается-выключается.

Вы ​​также можете прочитать эти схемы.

Список запчастей

0.25W Резисторы, Толерантность: 5%
R1, R2: 10K
R3, R4: 1M
R5: 22K
R6: 6,8 к
R7: 470K
R8, R9: 1k

Электролитические конденсаторы
C1: 1μf 50V

9016 Q1: 2N3904, 40V 0,1A, NPN до-92 транзистор
LED1: красный 3 мм
D1: 1N4148, 75V 150 мА Диоды
IC : CD40106 CMOS Hex Schmitt триггеры
IC2: CD4066 Аналоговый Quad Spst Swst Переключатель / мультиплексор / демультиплексер

Держите чтение:

Получить обновление по электронной почте

Я всегда стараюсь сделать электронику Обучение легко .

Управление двигателем постоянного тока с помощью тиристора / SCR

Тиристор представляет собой четырехслойный полупроводниковый прибор, проводящий ток только в одном направлении. Он действует как бистабильный переключатель и работает только тогда, когда на вентиль поступает текущий триггер. После срабатывания тиристора он остается в состоянии проводимости, пока мы не сбросим его вручную.

Цепи тиристорного переключения

можно использовать для управления гораздо большими нагрузками, такими как лампы, двигатели, нагреватели и т. д. В этом руководстве мы покажем, как управлять двигателем постоянного тока с помощью тиристора .Двигатель запустится, когда мы подадим импульс на его клемму затвора.

Необходимое оборудование

Ниже приведены необходимые аппаратные элементы, необходимые для схемы управления двигателем постоянного тока :

Соединения

  1. Поместите тиристор на макетную плату и подключите катодную клемму к GND.
  2. Подсоедините одну клемму двигателя постоянного тока к клемме Anode тиристора, а другую клемму к переключателю.
  3. Подсоедините вывод затвора тиристора к резистору и кнопке, как показано на принципиальной схеме.
  4. Для проверки цепи подключите аккумулятор и замкните выключатель S1. Если вы хотите запустить двигатель, нажмите кнопку, а чтобы выключить двигатель, разомкните переключатель S1.

Рабочее объяснение

В этой схеме переключатель S1 используется для СБРОСА или ВЫКЛЮЧЕНИЯ цепи. Когда переключатель S1 замкнут, двигатель не запустится, пока не будет нажата кнопка.Кнопка используется для запуска тиристора путем подачи импульса на клемму затвора тиристора. Как только на затвор подается импульс, тиристор начинает работать, и двигатель включается.

Когда тиристор находится во включенном состоянии, единственный способ отключить тиристор от проводимости — отключить его от источника питания. Для этого мы будем использовать переключатель S1, который отключает питание схемы, а тиристор получает СБРОС или выключается. Резистор R1 используется для обеспечения достаточного тока затвора для включения тиристора.В то время как резистор R2 предотвратит ложное срабатывание тиристора за счет уменьшения чувствительности затвора.

приложений

  • Тиристорные схемы могут использоваться в регуляторах света.
  • Тиристоры также можно использовать для управления скоростью двигателей.

Принципиальная схема

Регулятор скорости двигателя Описание контроллера

SCR | Control Concepts, Inc.

SCR

Сердцем контроллера мощности SCR является SCR (кремниевый выпрямитель, также иногда называемый тиристором).

SCR имеет два состояния, ВКЛ и ВЫКЛ, и позволяет току течь только в одном направлении.

Тиристоры

могут оставаться в выключенном состоянии, даже если приложенный потенциал может составлять несколько тысяч вольт. Во включенном состоянии они могут пропускать несколько тысяч ампер. Когда между клеммами затвора и катода подается слабый сигнал, SCR начнет проводить в течение 3 микросекунд. После включения он будет оставаться включенным до тех пор, пока ток через него не уменьшится до очень низкого значения, называемого током удержания.

Поскольку тиристор позволяет току течь только в одном направлении, два тиристора подключаются в обратной параллельной конфигурации для управления переменным током.

Доступны три типа конструкции SCR: диск (также известный как хоккейная шайба), модуль и крепление на шпильке.

Современные контроллеры SCR обычно используют конструкцию хоккейной шайбы или модуля .

Контроллер SCR хоккейной шайбы Модель:

Тип хоккейной шайбы — это сборка, имеющая практически ту же форму, что и хоккейная шайба.Конструкция обеспечивает превосходное охлаждение полупроводникового материала и обычно используется в приложениях с большим током.

Модуль:
Модули SCR

представляют собой сборки, в которых SCR заключены в пластиковый корпус с электрически изолированной монтажной платой. Модули SCR становятся все более популярными, и доступны модули, содержащие различные конфигурации SCR. Их легко и недорого установить на радиатор, они обычно имеют большие номинальные значения импульсного тока и обеспечивают гальваническую изоляцию, что позволяет устанавливать несколько модулей на общий радиатор.

Электронная схема

Электронная схема управляет работой тиристоров таким образом, что требуемая энергия, подаваемая на нагрузку, пропорциональна командному сигналу.

Важные задачи схемы включают:
  • Хронометраж. Крайне важно, особенно в приложениях, связанных с индуктивными нагрузками, такими как трансформаторы, чтобы к нагрузке не подавался постоянный ток. Компоненты постоянного тока во вторичных цепях также могут вызывать перегрев силовых трансформаторов.Это требует, чтобы время включения параллельных тиристоров было точно одинаковым. В современных схемах используются сложные цифровые методы фазовой автоподстройки частоты, которые невосприимчивы к электрическим помехам и переменным напряжениям, которые часто встречаются в промышленных условиях.
  • Электрическая изоляция. Командный сигнал должен быть изолирован от источника питания и напряжения нагрузки. Кроме того, требуется превосходная изоляция между цепями, управляющими сигналами затворов тиристоров, чтобы предотвратить ложное включение тиристоров.

ECSTUFF4U для инженера-электронщика

Термин «тиристор» обозначает семейство полупроводниковых устройств и используется для управления мощностью в системах постоянного и переменного тока. Один из старейших методов этого семейства тиристоров называется кремниевым управляющим выпрямителем (SCR). Эта статья дает информацию о некоторых преимуществах и недостатках тиристора, чтобы узнать больше о тиристоре.

Преимущества тиристора:
  • Легко включается
  • Может управлять питанием переменного тока
  • Может переключать высоковольтные, сильноточные устройства
  • Очень низкая стоимость
  • Простое управление
  • Можно защитить с помощью использования
  • Он может работать с большим напряжением, мощностью и током
  • Он намного меньше по размеру по сравнению с трансформатором
  • .
  • Схема срабатывания SCR простая
Недостатки тиристора:
  • Не может быть отрицательным
  • Нельзя использовать более высокую частоту
  • Невозможно легко отключить
  • В цепи переменного тока необходимо включать каждый цикл
  • Ток затвора не может быть отрицательным
  • Низкая скорость переключения

Узнать больше информации:

Термин «тиристор» обозначает семейство полупроводниковых устройств и используется для управления мощностью в системах постоянного и переменного тока.Один из старейших методов этого семейства тиристоров называется кремниевым управляющим выпрямителем (SCR). Эта статья дает информацию о некоторых преимуществах и недостатках тиристора, чтобы узнать больше о тиристоре.

Преимущества тиристора:
  • Легко включается
  • Может управлять питанием переменного тока
  • Может переключать высоковольтные, сильноточные устройства
  • Очень низкая стоимость
  • Простое управление
  • Можно защитить с помощью использования
  • Он может работать с большим напряжением, мощностью и током
  • Он намного меньше по размеру по сравнению с трансформатором
  • .
  • Схема срабатывания SCR простая
Недостатки тиристора:
  • Не может быть отрицательным
  • Нельзя использовать более высокую частоту
  • Невозможно легко отключить
  • В цепи переменного тока необходимо включать каждый цикл
  • Ток затвора не может быть отрицательным
  • Низкая скорость переключения

Узнать больше информации:

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.