Триаки: () NXP Semiconductors —

Тиристоры и триаки (симисторы) — десять золотых правил – тема научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка

Компоненты и технологии, № 9’2002

Тиристоры и триаки —

десять золотых правил

Промышленный ряд тиристоров и триаков (симисторов) Philips предоставляет широкие возможности для создания устройств управления мощностью. Соблюдение же десяти несложных правил по использованию тиристоров и триаков поможет избежать трудностей и ошибок при проектировании.

Сергей Белялов, Вадим Гавриков

[email protected]

Тиристоры

Тиристор — управляемый диод, в котором управление током от анода к катоду происходит за счет малого тока управляющего электрода (затвора).. Эти условия должны выполняться при минимальной ожидаемой рабочей температуре перехода.

Чувствительный затвор тиристоров, таких, как BT150, при увеличении температуры перехода выше ‘Г тах может вызывать ложное срабатывание за счет тока утечки от анода к катоду.

Во избежание ложных срабатываний можно посоветовать следующие рекомендации:

1. Рабочая температура перехода должна быть меньше значения Т тах.

2. Использовать тиристоры с меньшей чувствительностью, такие, как ВТ151, либо уменьшить чувствительность имеющегося тиристора включением резистора номиналом 1 кОм или менее между затвором и катодом.

3. При невозможности использования менее чувствительного тиристора необходимо приложить небольшое обратное смещение к затвору в фазе закрытого состояния тиристора для увеличения 1^ В фазе отрицательного тока затвора необходимо уделить внимание уменьшению мощности рассеивания затвора.

Коммутация тиристора

Для перехода тиристора в закрытое состояние ток нагрузки должен снизиться ниже значения тока удержания 1н на время, позволяющее всем свободным носителям заряда освободить переход. В цепях постоянного тока это достигается тем, что цепь нагрузки уменьшает ток до нуля, чтобы дать возможность тиристору выключиться. В цепях переменно——-www.finestreet.ru————————

Компоненты и технологии, № 9’2002

го тока цепь нагрузки уменьшает ток в конце каждой полуволны. В этой точке тиристор переходит в закрытое состояние.

Тиристор может перейти в состояние проводимости, если ток нагрузки не будет удерживаться ниже 1н достаточное время.

Обратите внимание, что значение 1н указывается для температуры перехода 25 °С и, подобно ^, оно уменьшается при повышении температуры. Поэтому для успешной коммутации цепь должна позволять уменьшаться току нагрузки ниже 1н достаточное время при максимальной ожидаемой рабочей температуре перехода.

Правило 2. Для переключения тиристора (или триака) ток нагрузки должен быть <1Н в течение достаточного времени, позволяющего вернуться к состоянию отсутствия проводимости. Это условие должно быть выполнено при самой высокой ожидаемой рабочей температуре перехода.

Когда затвор управляется постоянным током или однополярными импульсами с нулевым значением тока нагрузки, в квадрантах (3+,3-) предпочтителен отрицательный ток затвора по нижеследующим причинам. (Внутреннее строение переходов триака характерно тем, что затвор наиболее отдален от области основной проводимости в квадранте 3+.)

1. При более высоком значении 1ст требуется более высокий пиковый ¡О.

2.

В стандартных цепях управления фазой переменного тока, таких, как регуляторы яркости и регуляторы скорости вращения, полярность затвора и Т2 всегда одинаковы. Это означает, что управление производится всегда в 1+ и 3- квадрантах, в которых коммутирующие параметры триака одинаковы, а затвор наиболее чувствителен.

Примечание: 1 + , 1-, 3- и 3+ это система обозначений четырех квадрантов, использующаяся для краткости: вместо того, чтобы записать «МТ2+, G+», пишется 1+ и т. д. Эти данные получены из графика вольт-ам-перной характеристики триака. Положительному напряжению Т2 соответствует положительное значение тока через Т2, и наоборот (см. рис. 5). Следовательно, управление осу-

Состояние проводимости

В отличие от тиристоров триак может управляться как положительным, так и отрицательным током между затвором и Т1. (Правила для УСТ, ¡ОТ и ¡!_ те же, что для тиристоров, см. «Правило 1».) Это свойство позволяет три-аку работать во всех четырех секторах, как показано на рис. 4.

1. Уменьшение шумовых сигналов затвора

В электрически шумных окружающих средах ложное срабатывание может происходить, если шумовое напряжение на затворе превышает VGT, поэтому тока затвора достаточно для включения триака. Первый способ защиты — минимизировать возникающий шум. Лучше всего это может быть достигнуто уменьшением длины проводников, ведущих к затвору, и соединением цепи управления затвором непосредственно с выводом T1 (или катодом для тиристора). В случае, если это невозможно, следует использовать витую пару или экранированный кабель.

Дополнительную шумовую устойчивость можно обеспечить, уменьшив чувствительность затвора с помощью включения резистора до 1 кОм между затвором и T1. Если в качестве высокочастотного шунта используется конденсатор, желательно включить последовательно резистор между ним и затвором, чтобы уменьшить пик тока конденсатора через затвор и минимизировать возможность повреждения затвора от перегрузки.

В качестве решения этих проблем можно использовать триаки ряда «Н» из номенклатуры Philips (например BT139-600H). Этот нечувствительный ряд (IGt min = 10 мА) специально разработан для обеспечения высокой шумовой устойчивости.

Правило 4. Для минимизации шумового срабатывания следует свести к минимуму длину проводников к затвору и подключить общий провод непосредственно к Т1 (или катоду). Желательно использовать витую пару или экранированный кабель. Можно поставить резистор до 1 кОм между затвором и Т1 или шунтировать затвор конденсатором и соединенным с ним последовательно резистором. Один из вариантов — использование нечувствительных триаков ряда «Н».

ществляется только в квадрантах 1 и 3. А указатели (+) и (-) относятся к направлению тока затвора.

2. Превышение максимального значения скорости нарастания напряжения коммутации dVcoм/dt

Этот эффект может возникнуть при питании реактивных нагрузок, где есть существенный сдвиг фазы между напряжением и током нагрузки. При выключении триака в то время, когда фаза тока нагрузки проходит через ноль, напряжение не будет нулевым из-за сдвига по фазе (см. рис. 6).

Правило 3. При проектировании необходимо избегать включения триака в 3+ квадранте (МТ2-, 0+).

Ложные срабатывания триака

В ряде случаев возможны нежелательные случаи включения триаков. Некоторые из них не приведут к серьезным последствиям, в то время как другие потенциально разрушительны.С0ММ1.

Если возможно превышение значения

dVC0M/dt триака, то ложного срабатывания можно избежать использованием ИС-демпфе-ра между Т1-Т2. Это ограничит скорость изменения напряжения. Обычно выбирается углеродный резистор 100 Ом и конденсатор 100 нФ.

В качестве альтернативы можно предложить использование триаков Ш-Сош (более подробно об этих триаках можно прочесть на сайте www.dectel.ru в разделе «Публикации» или в «КиТ» № 7’2002).

Обратите внимание, что резистор не может быть удален из демпфера, так как он используется в качестве ограничителя тока во избежание возникновения высокого значения dIт/dt в моменты коммутации.

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

Высокое значение dIC0M/dt может быть вызвано повышенным током нагрузки, повышенной рабочей частотой (синусоидального тока) или несинусоидальным током нагрузки.

Известный пример — выпрямитель питания для индуктивных нагрузок, где применение стандартных триаков невозможно из-за того, что напряжение питания оказывается ниже напряжения обратной электромагнитной индукции нагрузки и ток триака резко стремится к нулю. Этот эффект проиллюстрирован на рис. 7.

высокий dlcom/dt

Неудачная коммутация вызывает проводимость в начале полупериода

‘<3 Ж

Рис. 7. Явления в цепи выпрямления питания для индуктивной нагрузки со схемой регулировки фазы

ды при прохождении нуля. В этом случае не будет эффекта от добавления демпфера.

Решение проблемы в том, что значение dIC0M/dt может быть ограничено добавлением дросселя последовательно с нагрузкой. Альтернативное решение — использование Ш-Сош-триаков.

4. Превышение максимального значения скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии dVD/dt

Высокая скорость изменения напряжения на силовых электродах непроводящего триа-ка (или тиристора с чувствительным затвором) без превышения его VDRM (см. рис. 8), вызывает внутренние емкостные токи. При этом внутреннего тока затвора может быть достаточно, чтобы перевести триак (тиристор) в состояние проводимости. Чувствительность к этому параметру увеличивается с ростом температуры.

Там, где возникает эта проблема, значение dVD/dt должно быть ограничено ИС-демпфе-ром между Т1 и Т2 для триака (или анодом и катодом для тиристора). Использование триаков Ні-Сот в таких случаях может снять эти проблемы.

Правило 5. Если есть вероятность превышения значения йУр/ск или ¿УСОмМ% необходимо включить КС-демпфер между Т1 и Т2. Если есть вероятность превышения значения сИсом/СЬ необходимо включить последовательно с нагрузкой катушку индуктивности в несколько мГн. Альтернатива — использование триаков Н1-Сот.

При нулевом токе триака ток нагрузки будет спадать через мостовой выпрямитель. При индуктивных нагрузках возможно такое высокое значение d¡COM/dt, при котором триак не может поддерживать даже небольшого значения dV/dt 50-герцовой синусои-

проходить через узкую открытую область перехода. Это может привести к выгоранию перехода и разрушению кристалла. Это может происходить в схемах управления лампами накаливания, емкостных нагрузках и схемах защиты мощных электронных ключей.

Превышение VDRM или dVD/dt не всегда приводит к потере работоспособности триа-ка, а вот создаваемая dIT/dt скорость нарастания тока It может привести к выходу из строя прибора. Из-за того что требуется некоторое время для распространения проводимости по всему переходу, допустимое значение dIT/dt ниже чем, если бы триак был включен сигналом затвора. Если значение dIT/dt не будет превышать минимального значения, которое дается в его характеристиках, то, скорее всего, триак не выйдет из строя. Эта проблема может быть решена подключением нена-сыщающейся индуктивности (без сердечника) последовательно с нагрузкой. Если это решение неприемлемо, то альтернативное решение может быть в том, чтобы обеспечить дополнительную фильтрацию и ограничение выбросов. Это повлечет использование параллельно питанию метал-оксидного варистора (МОВ) для ограничения напряжения и последовательное подключение LC-цепочки перед варистором.

Некоторые изготовители выражают сомнения в надежности схем с использованием MOB, так как они при высоких температурах окружающей среды входят в тепловой пробой и выходят из строя. Это является следствием того, что рабочее напряжение МОВ обладает обратным температурным коэффициентом. Однако при применении МОВ на 275 В (среднеквадратичное значение) для цепей 230 В риск перегорания МОВ минимален./Ах ненасыщаемой катушкой индуктивности на несколько мГн последовательно с нагрузкой.

• Использовать МОВ параллельно питанию в комбинации с фильтром к источнику питания.

Состояние проводимости, Шт /А

Когда триак (тиристор) находится в состоянии проводимости под действием сигнала затвора, проводимость начинается в участке кристалла, смежном с затвором, и затем быстро распространяется на активную область. Эта задержка накладывает ограничение на значение допустимой скорости нарастания тока нагрузки. Высокое значение d¡т/dt может быть причиной выгорания прибора, в результате чего произойдет короткое замыкание между Т1 и Т2.

При работе в квадранте 3+ еще больше снижается разрешенное значение d¡т/dt

Компоненты и технологии, № 9’2002

из-за структуры перехода. и максимальным значением ¡О. Высокие значения d¡G/dt и пикового ¡о (без превышения номинальной мощности затвора) дают более высокое значение d¡т/dt.

Правило 7. Продуманная схема управления затвором и отказ от работы в квадранте 3+ увеличивает значение А1Т/Ах.

Самый простой пример нагрузки, создающей высокий начальный бросок тока, — лампа накаливания, которая имеет низкое сопротивление в холодном состоянии. Для резистивных нагрузок этого типа значение dIт/dt достигнет максимального значения при начале перехода в состояние проводимости в пике напряжения сети. Если есть вероятность превышения номинального значения dIт/dt триа-ка, необходимо ограничить это включением катушки индуктивности или терморезистором с обратным температурным коэффициентом последовательно с нагрузкой.

Дроссель не должен насыщаться в течение максимума пика тока. Для ограничения значения dIт/dt необходимо использовать катушку индуктивности без сердечника.

Есть более правильное решение, с помощью которого можно избежать необходимости включения последовательно с нагрузкой токоограничивающих приборов. Оно состоит в том, чтобы использовать режим включения при нулевой разности потенциалов. Это дало бы плавный рост тока с начала полуволны.

Примечание: Важно помнить, что режим включения при нулевой разности потенциалов применим только к резистивным нагрузкам. Использование того же метода для реактивных нагрузок, где есть сдвиг фазы между напряжением и током, может вызвать однополярную проводимость, ведущую к возможному режиму насыщения индуктивных нагрузок, разрушительно высокому току и перегреву. В этом случае требуется более совершенный способ переключения при нулевом токе или схема управления фазой включения.

Правило8. Если есть вероятность превышения значения сИт/ск, необходимо установить последовательно с нагрузкой индуктивность в несколько мГн или терморезистор с обратным температурным коэффициентом. Для резистивных нагрузок можно использовать режим включения при нулевой разности потенциалов.

Отключение

Триаки, использующиеся в цепях переменного тока, коммутируются в конце каждого полупериода тока нагрузки, если не приложен сигнал затвора, чтобы поддержать проводимость с начала следующего полупериода. Правила для IH те же, что и для тиристора (см. «Правило 2»).

Некоторые особенности триаков Hi-Com

Триаки Hi-Com имеют отличную от обычных триаков внутреннюю структуру. Одно из отличий состоит в том, что две половины тиристора лучше изолированы друг от друга, что уменьшает их взаимное влияние. Это дает следующие преимущества:

1. Увеличение допустимого значения dVCOM/dt. Это позволяет управлять реактивными нагрузками (в большинстве случаев) без использования демпфирующего устройства, без сбоев в коммутации. Это сокращает количество элементов, размер печатной платы, стоимость и устраняет потери на рассеивание энергии демпфирующим устройством.

2. Увеличение допустимого значения dICOM/dt. Это значительно улучшает работу на более высоких частотах и для несинусоидальных напряжений без необходимости в ограничении dICOM/dt при помощи индуктивности последовательно с нагрузкой.

3. Увеличение допустимого значения dVD/dt. Триаки очень чувствительны при высоких рабочих температурах. Высокое значение dVD/dt уменьшает тенденцию к самопроизвольному включению из состояния отсутствия проводимости за счет dV/dt при высоких температурах. Это позволяет применять их при высоких температурах для управления резистивными нагрузками в кухонных или нагревательных приборах, где обычные триаки не могут использоваться.

Из-за особой внутренней структуры работа триаков Hi-Com в квадранте 3+ невозможна. В большинстве случаев это не является проблемой, так как это наименее желательный и наименее используемый квадрант. Поэтому замена обычного триака на Hi-Com возможна почти всегда.

Более подробную информацию по триакам Hi-Com можно найти в специальной документации Philips: «Factsheet 013 — Understanding Hi-Com Triacs» и «Factsheet 014 — Using Hi-Com Triacs».

Способы монтажа триаков

При малых нагрузках или коротких импульсных токах нагрузки (меньше 1 с), можно использовать триак без теплоотводящего радиатора. Во всех остальных случаях его применение необходимо.0Т186 Б-корпусов и более ранних S0T186A Х-корпу-сов). S0T78 известен еще как Т0220АВ.

Фиксация к теплоотводу при помощи винта

1. Набор для монтажа корпуса S0T78 включает прямоугольную шайбу, которая должна быть установлена между головкой винта и контактом без усилий на пластиковый корпус прибора.

2. Во время установки наконечник отвертки не должен воздействовать на пластиковый корпус триака (тиристора).

3. Поверхность теплоотвода в месте контакта с электродом должна быть обработана с чистотой до 0,02 мм.

4. Крутящий момент (с установкой шайбы) должен быть между 0,55-0,8 Н-м.

5. По возможности следует избегать использования винтов-саморезов, так как это снижает термоконтакт между теплоотводом и прибором.

6. Прибор должен быть механически зафиксирован перед пайкой выводов. Это минимизирует чрезмерную нагрузку на выводы.

Правило 9. При монтаже триака (тиристора) необходимо избегать приложения чрезмерных механических усилий. Перед пайкой необходимо закрепить прибор одним из трех допустимых способов. Особое внимание необходимо уделить плотности прилегания корпуса прибора к радиатору.

Тепловое сопротивление

Тепловое сопротивление И(11 — это сопротивление между корпусом прибора и радиатором. Этот параметр аналогичен электрическому сопротивлению И = V/!, поэтому тепловое сопротивление = Т/Р, где Т — температура в кельвинах, и Р — рассеяние энергии в ваттах.

Для прибора, установленного вертикально без радиатора, тепловое сопротивление задается тепловым сопротивлением «переход — окружающая среда» ^. фиксированы и даны в документации к каждому прибору. шЬ-ь также даются в инструкциях по установке для некоторых вариантов изолированного и неизолированного монтажа с использованием или без использования термопасты. Ь-а регулируется размером теплоотвода и степенью воздушного потока через него. Для улучшения теплоотдачи всегда рекомендуется использование термопасты.

Расчет теплового сопротивления

Для вычисления теплового сопротивления теплоотвода для данного триака (тиристора) и данного тока нагрузки необходимо сначала вычислить рассеяние энергии в триаке (тиристоре), используя следующее уравнение:

занны, то они могут быть получены из графика путем вычерчивания касательной к у шах. Точка на оси Ут, где ее пересекает касательная, дает Уо, в то время как тангенс угла наклона касательной дает И5.

Используя уравнение теплового сопротивления, данное выше, получаем:

R

th j-

: T/P

Максимально допустимая температура перехода будет достигнута, когда Т| достигает Т шах при самой высокой температуре окружающей среды. Это дает нам Т.

P = Vo х IT (AV) + Rs x 1

4 x IT(RMS)

Vo и Rs получены из «on-state» характеристики триака (тиристора). Если значения не ука-

50

40

30

20

10

IT/А

/

/

/, / «и ІКП ОН Is

/ /

Vo с 7

05 vr/v 10

1.шь. Характеристика Хц j-шb приводится в документации для двунаправленного и однонаправленного электрического тока импульсами продолжительностью до 10 с.

Правило 10. Для надежной работы прибора необходимое значение Rth -_а должно быть достаточно низко, чтобы держать температуру перехода в пределах T- max при самой высокой ожидаемой температуре окружающей среды.

Рис. 13. SOT82

Компоненты и технологии, № 9’2002

Номенклатура и корпуса

Промышленный ряд тиристоров Philips начинается с 0,8 A в SOT54 (TO92) и заканчивается 25 A в SOT78 (TO220AB).

Промышленный ряд триаков (симисторов) Philips начинается с 0,8 A в SOT223 и заканчивается 25 A в SOT78.

Самый маленький корпус триака (тиристора) для поверхностного монтажа — SOT223 (рис. 11). Мощность рассеивания зависит от степени рассеивания тепла печатной платой, на которую устанавливается прибор.

Тот же кристалл устанавливается в неизолированный корпус S0T82 (рис. 13). Улучшенная теплоотдача этого корпуса позволяет использовать его при более высоких номинальных токах и большей мощности.

На рис. 12 показан наименьший корпус для обычного монтажа — S0T54. В этот корпус ставится кристалл, которым оснащаются S0T223.

S0T78 — самый распространенный неизолированный корпус, большинство устройств для бытовой техники производится с использованием этого корпуса (рис. 14).

На рис. 15 показан S0T186 (Б-корпус). Этот корпус допускает в обычных условиях

разность потенциалов 1500 В между прибором и теплоотводом.

Один из последних корпусов — SOT186A (Х-корпус), показанный на рис. 16. Он обладает несколькими преимуществами перед предыдущими типами:

1. Корпус имеет те же размеры, что и корпус SOT78 в зазорах выводов и монтажной поверхности, поэтому он может непосредственно заменять SOT78 без изменений в монтаже.

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

Симистор (триак) — описание, принцип работы, свойства и характеристики

Справочные данные популярных отечественные симисторов и зарубежных
триаков. Простейшие схемы симисторных регуляторов мощности.

Ну что ж! На предыдущей странице мы достаточно плотно обсудили свойства и характеристики полупроводникового прибора под названием тиристор, неуважительно обозвали его «довольно архаичным», пришло время выдвигать внятную альтернативу.
Симистор пришёл на смену рабочей лошадке-тиристору и практически полностью заменил его в электроцепях переменного тока.
История создания симистора также не нова и приходится на 1960-е годы, причём изобретён и запатентован он был в СССР группой товарищей из Мордовского радиотехнического института.

Итак:
Симистор, он же триак, он же симметричный триодный тиристор — это полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристора, но, в отличие от него, способный пропускать ток в двух направлениях и используемый для коммутации нагрузки в цепях переменного тока.

Рис.1

На Рис.1 слева направо приведены: топологическая структура симистора, далее расхожая, но весьма условная, эквивалентная схема, выполненная на двух тиристорах и, наконец, изображение симистора на принципиальных схемах.
МТ1 и МТ2 — это силовые выводы, которые могут обозначаться, как Т1&Т2; ТЕ1&ТЕ2; А1&А2; катод&анод. Управляющий электрод, как правило, обозначается латинской G либо русской У.

Глядя на эквивалентную схему, может возникнуть иллюзия, что симистор относительно горизонтальной оси является элементом абсолютно симметричным, что даёт возможность как угодно крутить его вокруг управляющего электрода. Это не верно!!!
Точно так же, как у тиристора, напряжение на управляющий электрод симистора должно подаваться относительно условного катода (МТ1, Т1, ТЕ1, А1).
Иногда производитель может обозначать цифрой 1 «анодный» вывод, цифрой 2 — «катодный», поэтому всегда важно придерживаться обозначений, приведённых в паспортных характеристиках на прибор.

Полярность открывающего напряжения должна быть либо отрицательной для обеих полярностей напряжения на условном аноде, либо совпадать с полярностью «анодного» напряжения (т.е. быть плюсовой в момент прохождения положительной полуволны и минусовой — в момент прохождения отрицательной).

Приведём вольт-амперную характеристику тиристора и схему, реализующую самый простой способ управления симисторами — подачу на управляющий электрод прибора постоянного тока с величиной, необходимой для его включения (Рис.2).


Рис.2

Огромным плюсом симистора перед тиристором является возможность в штатном режиме работать с разнополярными полупериодами сетевого напряжения. Вольт-амперная характеристика является симметричной, надобности в выпрямительном мосте — никакой, схема получается проще, но главное — исключается элемент (выпрямитель), на котором вхолостую рассеивается около 50% мощности.

Давайте рассмотрим работу симистора при подаче на его управляющий вход постоянного тока отрицательной полярности (Рис.2 справа), ведь мы помним, что именно такая полярность открывающего напряжения является универсальной и для положительных, и для отрицательных полупериодов напряжения сети. На самом деле, всё происходит абсолютно аналогично описанной на предыдущей странице работе тиристора.
Повторим пройденный материал.

1. Для начала рассмотрим случай, когда управляющий электрод симистора отключен (S1 на схеме разомкнут, Iу на ВАХ равен 0). Тока через нагрузку нет (участки III на ВАХ), симистор закрыт, и для того, чтобы его открыть, необходимо поднять напряжение на «аноде» симистора настолько, чтобы возник лавинный пробой p-n-переходов полупроводника.
Оговоримся — зафиксировать нам этот процесс не удастся, потому что величина этого напряжения составляет несколько сотен вольт и, как правило, превышает амплитудное значение напряжения сети.
Тем не менее — при достижении этого уровня напряжения (точки II на ВАХ) симистор отпирается, падение напряжения между силовыми выводами падает до единиц вольт, нагрузка подключается к сети — наступает рабочий режим открытого симистора (участки I на ВАХ).
Чтобы закрыть симистор, нужно снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже тока удержания.

2. Для того чтобы снизить величину напряжения включения симистора, следует замкнуть S1 и, тем самым, подать на управляющий электрод ток, задаваемый значением переменного резистора R1. Чем больше ток Iу, тем при меньшем анодном напряжении происходит переключение симистора в проводящее состояние.
А при какой-то величине тока управляющего электрода, называемой током спрямления (на ВАХ не показано), горба на характеристике вообще не будет, и напряжение открывания симистора составит незначительную величину, исчисляемую единицами вольт.
Абсолютно так же, как и в прошлом пункте, чтобы закрыть симистор, необходимо снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже значения тока удержания.

То бишь — всё полностью аналогично тиристору. Для открывания симистора следует подать на управляющий электрод прибора постоянный ток с величиной, необходимой для его включения, для закрывания — снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже значения тока удержания.
Т.е. в нашем случае, представленном на Рис.2 — симистор будет открываться при замыкании S1 в каждый момент превышения «анодным» напряжением некоторого значения, зависящего от номинала R1, а закрываться с каждым полупериодом сетевого напряжения в момент приближения его уровня к нулевому значению.

Описанный выше способ управления симистором посредством подачи на управляющий электрод постоянного напряжения обладает существенным недостатком — требуется довольно большой ток (а соответственно и мощность) управляющего сигнала (по паспорту — до 250мА для КУ208). Поэтому в большинстве случаев для управления симисторами используется импульсный метод, либо метод, при котором открытый симистор шунтирует цепь управления, не допуская бесполезного рассеивания мощности на её элементах.

В качестве примера рассмотрим простейшую, но вполне себе работоспособную схему симисторного регулятора мощности, позволяющего работать с нагрузками вплоть до 2000 Вт.


Рис.3

Как можно увидеть, на схеме помимо симистора VS2 присутствует малопонятный элемент VS1 — динистор. Для интересующихся отмечу — на странице ссылка на страницу мы подробно обсудили принцип работы, свойства и характеристики приборов данного типа.

А теперь — как это всё работает?
В начале действия положительного полупериода симистор закрыт. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается через последовательно соединённые резисторы R1 и R2. Причём увеличение напряжения на конденсаторе С1 отстаёт (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного сопротивления резисторов и номинала ёмкости С1. Чем выше значения резисторов и конденсатора — тем больше сдвиг по фазе.
Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на нём не достигнет порога пробоя динистора (около 35 В). Как только динистор откроется (следовательно, откроется и симистор), через нагрузку потечёт ток, определяемый суммарным сопротивлением открытого симистора и нагрузки.
При этом симистор остаётся открытым до конца полупериода, т.е. момента, когда полуволна сетевого напряжения приблизится к нулевому уровню.
Переменным резистором R2 устанавливают момент открывания динистора и симистора, производя тем самым регулировку мощности, подводимой к нагрузке.

При действии отрицательной полуволны принцип работы устройства аналогичен.

Диаграммы напряжения на нагрузке при различных значениях переменного резистора приведены на Рис.3 справа.

Для предотвращения ложных срабатываний триаков, вызванных переходными процессами в индуктивных нагрузках (например, в электродвигателях), симисторы должны иметь дополнительные компоненты защиты. Это, как правило, демпферная RC-цепочка (снабберная цепь) между силовыми электродами триака, которая используется для ограничения скорости изменения напряжения (на схеме Рис.3 показана синим цветом).
В некоторых случаях, когда нагрузка имеет ярко выраженный ёмкостной характер, между силовыми электродами необходима индуктивность для ограничения скорости изменения тока при коммутации.

А под занавес приведём основные характеристики отечественных симисторов и зарубежных триаков.

  Тип    U макс, В     I max, А     Iу отп, мА  
  КУ208Г      400     5    
  BT 131-600      600     1    
  BT 134-500      500     4    
  BT 134-600      600     4    
  BT 134-600D      600     4    
  BT 136-500Е      500     4    
  BT 136-600Е      600     4    
  BT 137-600Е      600     8    
  BT 138-600      600     12    
  BT 138-800      800     12    
  BT 139-500      500     16    
  BT 139-600      600     16    
  BT 139-800      800     16    
  BTA 140-600      600     25    
  BTF 140-800      800     25    
  BT 151-650R      650     12    
  BT 151-800R      800     12    
  BT 169D      400     12    
  BTA/BTB 04-600S      600     4    
  BTA/BTB 06-600C      600     6    
  BTA/BTB 08-600B      600     8    
  BTA/BTB 08-600C      600     8    
  BTA/BTB 10-600B      600     10    
  BTA/BTB 12-600B      600     12    
  BTA/BTB 12-600C      600     12    
  BTA/BTB 12-800B      800     12    
  BTA/BTB 12-800C      800     12    
  BTA/BTB 16-600B      600     16    
  BTA/BTB 16-600C      600     16    
  BTA/BTB 16-600S      600     16    
  BTA/BTB 16-800B      800     16    
  BTA/BTB 16-800S      800     16    
  BTA/BTB 24-600B      600     25    
  BTA/BTB 24-600C      600     25    
  BTA/BTB 24-800B      800     25    
  BTA/BTB 25-600В      600     25    
  BTA/BTB 26-600A      600     25    
  BTA/BTB 26-600B      600     25    
  BTA/BTB 26-700B      700     25    
  BTA/BTB 26-800B      800     25    
  BTA/BTB 40-600B      600     40    
  BTA/BTB 40-800B      800     40    
  BTA/BTB 41-600B      600     41    
  BTA/BTB 41-800B      800     41    
  MAC8M      600     8    
  MAC8N      800     8    
  MAC9M      600     9    
  MAC9N      800     9    
  MAC12M      600     12    
  MAC12N      800     12    
  MAC15M      600     15    
  MAC12N      800     15    

Симисторы с обозначение BTA отличаются от других наличием изолированного корпуса.
Падение напряжения на открытом симисторе составляет примерно 1-2 В и мало зависит от протекающего тока.

 

Тиристоры и Триаки (симисторы) – Десять Золотых Правил

Тиристор Тиристор — управляемый диод, в котором управление током от анода к катоду происходит за счет малого тока управляющего электрода (затвора).

Вольтамперная характеристика тиристора показана на Рис. 2.

Открытое состояние тиристора. Тиристор переходит в открытое состояние при подаче положительного смещения на затвор относительно катода. При достижении порогового значения напряжения затвора VGT (ток через затвор имеет значение IGT), тиристор переходит в открытое состояние. Для стабильного перехода в открытое состояние при коротком управляющем импульсе (менее 1 мкс), пиковое значение порогового напряжения необходимо увеличить. После достижения тока нагрузки значения IL, тиристор будет оставаться в открытом состоянии, при отсутствии тока затвора. Необходимо отметить, что значения параметров VGT, IGT и IL указаны в спецификации для температуры перехода 25°C. Эти значения возрастают при понижении температуры. Поэтому внешние цепи тиристора должны рассчитываться для поддержания необходимых амплитуд VGT, IGT и IL при минимальной ожидаемой рабочей температуре.

Правило 1. Для того чтобы тиристор (триак) перевести в открытое состояние: ток затвора Е IGT необходимо подавать до достижения тока нагрузки Е IL. Эти условия должны выполняться при минимальной ожидаемой рабочей температуре перехода.

Чувствительный затвор тиристоров, таких как BT150, при увеличении температуры перехода выше Tjmax может вызывать ложное срабатывание за счёт тока утечки от анода к катоду. Во избежание ложных срабатываний можно посоветовать следующие рекомендации:

  1. Рабочая температура перехода должна быть меньше значения Tjmax.

  2. При невозможности использования менее чувствительного тиристора, необходимо приложить небольшое обратное смещение к затвору в фазе закрытого состояния тиристора для увеличения IL. В фазе отрицательного тока затвора необходимо уделить внимание уменьшению мощности рассеивания затвора.

Коммутация тиристора. Для перехода тиристора в закрытое состояние ток нагрузки должен снизится ниже значения тока удержания IHна время, позволяющее всем свободным носителям заряда освободить переход. В цепях постоянного тока это достигается тем, что цепь нагрузки уменьшает ток до нуля, чтобы дать возможность тиристору выключиться. В цепях переменного тока цепь нагрузки уменьшает ток в конце каждой полуволны. В этой точке тиристор переходит в закрытое состояние. Тиристор может перейти в состояние проводимости, если ток нагрузки не будет удерживаться ниже IHдостаточное время. Обратите внимание, что значение IH указывается для температуры перехода 25°C и, подобно IL, оно уменьшается при повышении температуры. Поэтому, для успешной коммутации, цепь должна позволять уменьшаться току нагрузки ниже IH достаточное время при максимальной ожидаемой рабочей температуре перехода.

Правило 2. Для переключения тиристора (или триака), ток нагрузки должен быть < IH в течение достаточного времени позволяющего вернуться к состоянию отсутствия проводимости. Это условие должно быть выполнено при самой высокой ожидаемой рабочей температуре перехода.

Триак (симистор) Триак представляет собой «двунаправленный тиристор». Особенностью триака является способностью проводить ток как от анода к катоду, так и в обратном направлении.

Состояние проводимости. В отличие от тиристоров, триак может управляться как положительным, так и отрицательным током между затвором и T1. (Правила для VGT, IGT и IL те же, что для тиристоров См. Правило 1.) Это свойство позволяет триаку работать во всех четырёх секторах, как показано в рис. 4.

В стандартных цепях управления фазой переменного тока, таких как регуляторы яркости и регуляторы скорости вращения, полярность затвора и T2 всегда одинаковы. Это означает, что управление производится всегда в 1+ и 3- квадрантах, в которых коммутирующие параметры триака одинаковы, а затвор наиболее чувствителен. Примечание: 1+, 1-, 3- и 3+ это система обозначений четырех квадрантов, использующаяся для краткости: вместо того, чтобы записать «MT2+, G+» пишется 1+, и т.д. Эти данные получены из графика вольтамперной характеристики триака. Положительному напряжению T2 соответствует положительное значение тока через T2, и наоборот (см. Рис. 5).

Следовательно, управление осуществляется только в квадрантах 1 и 3. А указатели (+) и (-) относятся к направлению тока затвора.

Правило 3. При проектировании необходимо избегать включения триака в 3+ квадранте (MT2-, G +).

Ложные срабатывания триака. В ряде случаев возможны нежелательные случаи включения триаков. Некоторые из них не приведут к серьёзным последствиям, в то время как другие

Правило 4. Для минимизации шумового срабатывания следует свести к минимуму длину проводников к затвору. Подключить общий провод непосредственно к T1 (или катоду). Желательно использовать витую пару или экранированный кабель. Можно поставить резистор до 1Ком между затвором и T1, или шунтировать затвор конденсатором и соединённым с ним последовательно резистором.

(b) Превышение максимального значения скорости нарастания напряжения коммутации dVCOM/dt. Этот эффект может возникнуть при питании реактивных нагрузок, где есть существенный сдвиг фазы между напряжением и током нагрузки. При выключении триака в то время, когда фаза тока нагрузки проходит через ноль, напряжение не будет нулевым из-за сдвига по фазе (см. рис.6).

Если при этом скорость изменения напряжения превысит допустимое значение dVCOM/dt, триак может остаться в состоянии проводимости. Это происходит из-за того, что носителям заряда не хватает времени, чтобы освободить переход. На параметр dVCOM/dt влияют два условия:

  1. Скорость спадания тока нагрузки при переключении, dICOM/dt. Высокое значение dICOM/dt снижает значение dVCOM/dt.

  2. Температура перехода Tj. Чем выше Tj, тем ниже значение dVCOM/dt.

Если возможно превышение значения dVCOM/dt триака, то ложного срабатывания можно избежать использованием RC демпфера между T1-T2. Это ограничит скорость изменения напряжения. Обычно выбирается углеродный резистор 100 Ом, и конденсатор 100nF.

(c) Превышение максимального значения скорости нарастания тока коммутации dICOM/dt. Высокое значение dICOM/dt может быть вызвано повышенным током нагрузки, повышенной рабочей частотой (синусоидального тока) или несинусоидальным током нагрузки. Известный пример такого — выпрямитель питания для индуктивных нагрузок, где применение стандартных триаков невозможно из-за того, что напряжение питания оказывается ниже напряжения обратной электромагнитной индукции нагрузки и ток триака резко стремиться к нулю. Этот эффект проиллюстрирован на (рис. 7).

При нулевом токе триака, ток нагрузки будет спадать через мостовой выпрямитель. При индуктивных нагрузках возможно такое высокое значение dICOM/dt, при котором триак не может поддерживать даже небольшого значения dV/dt 50Hz синусоиды при прохождении нуля. В этом случае не будет эффекта от добавления демпфера. Решение проблемы в том, что значение dICOM/dt может быть ограничено добавлением дросселя, последовательно с нагрузкой.

(d) Превышение максимального значения скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии dVD/dt Высокая скорость изменения напряжения на силовых электродах непроводящего триака (или тиристора с чувствительным затвором) без превышения его VDRM (см. рис. 8), вызывает внутренние ёмкостные токи. При этом внутреннего тока затвора может быть достаточно, чтобы перевести триак (тиристор) в состояние проводимости. Чувствительность к этому параметру увеличивается с ростом температуры.

Там где возникает эта проблема, значение dVD/dt должно быть ограничено RC демпфером между T1 и T2 для триака (или Анодом и Катодом для тиристора).

Правило 5. Если есть вероятность превышения значения dVD/dt или dVCOM/dt, необходимо включить RC демпфер между T1 и T2. Если есть вероятность превышения значения dICOM/dt, необходимо включить последовательно с нагрузкой катушку индуктивности в несколько mH. Альтернатива — использование HI-Com триаков

(e) Превышение повторяющегося пикового напряжения в закрытом состоянии VDRM Если напряжение на T2 превышает VDRM (это может происходить во время переходных процессов), то ток утечки T2-T1 достигнет значения, при котором триак может спонтанно перейти в состояние проводимости (см. рис. 9) При нагрузке, допускающей выбросы тока, ток чрезвычайно высокой плотности может проходить через узкую открытую область перехода. Это может привести к выгоранию перехода и разрушению кристалла. Это может происходить в схемах управления лампами накаливания, емкостных нагрузках и схемах защиты мощных электронных ключей.

Превышение VDRM или dVD/dt не всегда приводит к потере работоспособности триака, а вот создаваемая dIT/dt скорость нарастания тока It может привести к выходу из строя прибора.

Правило 6. Если есть вероятность превышения VDRM триака во время переходных процессов, необходимо принять следующие меры: Ограничить высокое значение dIT/dt можно ненасыщаемой катушкой индуктивности включенной последовательно с нагрузкой;

Состояние проводимости, dIT/dt Когда триак(тиристор) находятся в состоянии проводимости под действием сигнала затвора, проводимость начинается в участке кристалла смежным к затвору, и затем быстро распространяясь на активную область. Эта задержка накладывает ограничение на значение допустимой скорости нарастания тока нагрузки. Высокое значение dIT/dt может быть причиной выгорания прибора, в результате чего произойдёт короткое замыкание между T1 и T2.

Правило 7. Продуманная схема управления затвором и отказ от работы в квадранте 3+ увеличивает значение dIT/dt.

Самый простой пример нагрузки создающей высокий начальный бросок тока — лампа накаливания, которая имеет низкое сопротивление в холодном состоянии. Для резистивных нагрузок этого типа значение dIT/dt достигнет максимального значение при начале перехода в состояние проводимости в пике напряжения сети. Если есть вероятность превышения номинального значение dIT/dt триака, необходимо ограничить это включением катушки индуктивности mH или терморезистором с обратным температурным коэффициентом последовательно с нагрузкой. Дроссель не должен насыщаться в течение максимума пика тока. Для ограничения значения dIT/dt необходимо использовать катушку индуктивности без сердечника. Есть более правильное решение, с помощью которого можно избежать необходимости включения последовательно с нагрузкой токоограничивающих приборов. Оно состоит в том, чтобы использовать режим включения при нулевой разности потенциалов. Это дало бы плавный рост тока с начала полуволны. Примечание: Важно помнить, что режим включения при нулевой разности потенциалов применим только к резистивным нагрузкам. Использование того же метода для реактивных нагрузок, где есть сдвиг фазы между напряжением и током, может вызвать однополярную проводимость, ведущую к возможному режиму насыщения индуктивных нагрузок, разрушительно высокому току и перегреву. В этом случае требуется более совершенный способ переключения при нулевом токе и/или схема управления фазой включения.

Правило 8. Если есть вероятность превышения значения dIT/dt необходимо установить последовательно с нагрузкой индуктивность в несколько mH или терморезистор с обратным температурным коэффициентом. Для резистивных нагрузок можно использовать режим включения при нулевой разности потенциалов.

  1. Отключение Триаки использующиеся в цепях переменного тока коммутируются в конце каждого полупериода тока нагрузки, если не приложен сигнал затвора, чтобы поддержать проводимость с начала следующего полупериода. Это позволяет применять их при высоких температурах для управления резистивными нагрузками в кухонных или нагревательных приборах, где обычные триаки не могут использоваться.

Способы монтажа триаков. При малых нагрузках или коротких импульсных токах нагрузки (меньше чем 1 секунда), можно использовать триак без теплоотводящего радиатора. Во всех остальных случаях его применение необходимо. Существует три основных метода фиксации триака к теплоотводу – 1.крепление зажимом,

2.крепление винтом

3. клёпка.

Наиболее распространены первые два способа. Клёпка — в большинстве случаев не рекомендуется, так как может вызвать повреждение или деформацию кристалла , что приведёт к выходу прибора из строя.

Правило 9. При монтаже триака (тиристора) необходимо избегать приложения чрезмерных механических усилий. Перед пайкой необходимо закрепить прибор одним из трёх выше перечисленных способов. Особое внимание необходимо уделить плотности прилегания корпуса прибора к радиатору.

Тепловое сопротивление Тепловое сопротивление Rth — это сопротивление между корпусом прибора и радиатором. Этот параметр аналогичен электрическому сопротивлению R = V/I, поэтому тепловое сопротивление Rth = T(K)/P(W), где T — температура в Кельвинах, и P-рассеяние энергии в ваттах. Для улучшения теплоотдачи всегда рекомендуется использование термопасты.

Полное тепловое сопротивление Все расчёты по вычислению теплового сопротивления имеет смысл проводить для уже установившегося режима продолжительностью больше чем 1 секунда. Для импульсных токов или длительных переходных процессов меньше чем 1 секунда эффект отвода тепла уменьшается. Температура просто рассеивается в объеме прибора с очень небольшим достижением теплоотвода. В таких условиях, нагрев перехода зависит от полного теплового сопротивления переход-корпус прибора Zth j-mb.

Правило 10. Для надёжной работы прибора, необходимое значение Rth j-a должно быть достаточно низко, чтобы держать температуру перехода в пределах Tj max при самой высокой ожидаемой температуре окружающей среды.

Триаки К107А,Б, К107А-5,Б-5. Тиристор. Триак

Тиристоры


Полупроводниковые приборы

Триаки К107А,Б, К107А-5,Б-5

Предельно-допустимые режимы (ТП=25оС, если не указано иное)


Наименование параметра, характеристики Усл. обозн. Значение Ед. изм.
Повторяющееся прямое и обратное
напряжение в закрытом состоянии 
КОРП=от -40 до +125о>С, RУК=1кОм)

>К107А, К107А-5

>К107Б, К107Б-5

UЗС,

 

 

>400

>600

В
Действующий ток в открытом состоянии при угле проводимости 180о>

КОРП=от -40 до +85оС

КОРП=100оС

IОС,Д >

8

3

А
Неповторяющийся ток в открытом состоянии 
(1 период синусоидального напряжения частотой 50Гц )
IОС,УДР

50

А
Средняя рассеиваемая мощность
 (в корпусе ТО-220) при ТКОРП=85о
PОС,СР
20
Вт
Температура p-n — перехода ТП 125 о

Электрические параметры (Т=25оС, RУК=1кОм, если не указано иное)


Наименование параметра Усл. обозн. Мин Тип Макс Ед.изм.
Повторяющийся импульсный ток в закрытом состоянии (U=UПР.МАКС) и повторяющийся обратный ток
(U=UОБР.МАКС) при

Т=25оС  

Т=125оС

IЗС,П
IОБР.П

 

     

 

50

500

мкА
Импульсное напряжение в открытом состоянии при
IОС,И=11А (tИ=10мс)
UОС,И  
1,75

1,95
В
Постоянный ток управления при
UПР=7В, RН=5 Ом
I, II,IV квадранты

III квадрант

IУ     30

40

мА
Ток удержания при
UПР=7В, 
RУК-отсутствует
IУД    

40

>мА
Критическая скорость нарастания
напряжения
U=UПР.МАКС, ТП=125о С
(dU/dt )КР

100

    В/мкс


Другие параметры оговариваются при заказе.


Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Триак

Cтраница 1

Триак, если его применение необходимо, устанавливается отдельно от основной платы.  [1]

Триаки ( двунаправленные триодные тиристоры), состоящие из пяти зон проводимости в полупроводниковых материалах ( четыре р — n перехода), через которые переменный ток проходит, когда импульс управления инициирует проводимость.  [2]

Триаки могут заменять сильноточные реле или рубильники в осветительных и отопительных системах.  [4]

Использование триаков в стабилизированных источниках питания, где стабилизация осуществляется со стороны нагрузки посредством тиристора, позволяет осуществлять ее со стороны сети. Один триак может заменить два тиристора почти везде, где с их помощью достигается регулирование по переменному току. Помимо выигрыша в количестве компонентов триак требует меньшей защиты от перенапряжений, так как проводит ток в обоих направлениях.  [6]

В симисторе или триаке ( рис. 2.8) имеются две встречно-параллельные тиристорные структуры, вольт-амперная характеристика такого прибора показана на рис. 2.9. Так как управляющий электрод соединен с р-базой и расположенной рядом с ним я-зоной, симистор может быть включен как положительным, так и отрицательным управляющим импульсом при положительном или отрицательном напряжении на главных электродах. Требуемый импульс тока управления зависит от его полярности и полярности напряжения на главных электродах.  [7]

В ряде устройств используются триаки для управления сетевыми источниками переменного тока, поэтому предполагается, что любители онструкторы знакомы с основными мерами предосторожности при испытании и проверке таких приборов. Также подчеркиваются необходимые меры предосторожности при обращении с КМОПнприборами.  [8]

Симметричный триодный тиристор ( триак) — это триодный тиристор, который при подаче сигнала на его управляющий электрод включается как в прямом, так и в обратном направлениях.  [10]

Промышленностью выпускается симметричный тиристор ( триак), способный переключаться как в прямом, так и в обратном направлениях, имеющий одинаковые вольт-амперные характеристики при различных полярностях приложенного напряжения.  [11]

Промышленность выпускает симметричный тиристор ( триак), способный переключаться как в прямом, так и в обратном направлении, имеющий одинаковые вольт-амперные характеристики при различных полярностях приложенного напряжения. Конструктивно симметричный тиристор выполняют встречным включением двух тиристоров, шунтирующих друг друга.  [13]

Симметричный триодный тиристор, или триак, представляет собой триодный тиристор, который при подаче сигнала на его управляющий электрод включается как в прямом, так и в обратном направлениях.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Симисторы (триаки) от Philips Semiconductors

Что такое симистор?

 

Он представляет собой «двунаправленный тиристор» и имеет три электрода: один управляющий и два основных для пропускания рабочего тока. Особенностью симистора является способность проводить ток как от анода к катоду, так и в обратном направлении.

Рис. 1. Обозначение симистора

Структура симистора представлена на рис. 2.

Рис. 2. Структура симистора

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

Рис. 3. Спецификация квадрантов

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

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

Все режимы работы симистора отображены на рис. 3.

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

В стандартных цепях управления фазой переменного тока, таких как регуляторы яркости и регуляторы скорости вращения, полярность затвора и T2 всегда одинаковы. Это означает, что управление производится всегда в квадрантах 1+ и 3-, в которых коммутирующие параметры симистора одинаковы, а затвор наиболее чувствителен.

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

Рис. 4. ВАХ симистора

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

Преимущества трехквадрантных симисторов (Hi-com)

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

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

  • увеличение допустимого значения dVCOM/dt (критическое значение изменения коммутирующего напряжения). Это позволяет управлять реактивными нагрузками (в большинстве случаев) без необходимости в демпфирующем устройстве, без сбоев в коммутации. Таким образом, можно сократить количество элементов, размер печатной платы, стоимость, а также устранить потери на рассеивание энергии демпфирующим устройством;
  • увеличение допустимого значения dICOM /dt (критическое значение изменения коммутирующего тока) значительно улучшает работу на более высоких частотах и для несинусоидальных напряжений без необходимости в ограничении dICOM /dt при помощи индуктивности последовательно с нагрузкой;
  • увеличение допустимого значения dVD/dtСимисторы очень чувствительны при высоких рабочих температурах. Высокое значение dVD /dt уменьшает тенденцию к самопроизвольному включению из состояния отсутствия проводимости за счет dV/dt при высоких температурах. Это позволяет применять их при высоких температурах для управления резистивными нагрузками в кухонных или нагревательных приборах, где обычные симисторы не могут использоваться. Данные особенности исключают необходимость использования дросселя или демпфера. В связи с этим симисторы 3Q (Hi-com) с успехом могут применяться в мощных электродвигателях, предназначенных для современной бытовой техники.

 

Производители симисторов

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

Таблица 1. Производители симисторов

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

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

 

Симисторы от Philips

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

Таблица 2.

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

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

Особенности BTA208 B-1000 C:

  • защита от ложного запуска;
  • гарантированное Vdrm = 1000 В.

Рассмотрим некоторые графики, демонстрирующие свойства данного симистора:

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

Рис. 6.

 

Применение симисторов

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

О диммерах хотелось бы поговорить немного подробнее.

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

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

Рассмотрим принцип работы диммера.

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

Рис. 7.

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

Рис. 8.

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

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

Рис. 9.

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

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

 

Заключение

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

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

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

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

Для чего предназначены сильноточные SSR и триаки?

Недавно я ответил на вопрос, касающийся рассеивания мощности в твердотельных реле. Это расчет:

Считайте, что это симистор номиналом 40 А — BTA40 .

Vto = пороговое напряжение = 0,85 В = падение напряжения на симисторе.

Rd = Динамическое сопротивление = 10 МОм

Предположим, IT (RMS) = Ток через триак = 25 A

Рассеиваемая мощность = [0,9 В X IT (RMS)] + [Rd X {IT (RMS)} X {IT (RMS)}]

Где 0,9 = 2 * кв. (2) / пи

Положив значения, мы получим P = 25,375 Вт

Для тока 1А P = 0,775 Вт, что представляется приемлемым значением без какого-либо теплоотвода.

Помимо этого расчета, я попытался протестировать несколько триаков с номиналом от 4А до 40А. Все они становятся довольно горячими после 2-3 ампер тока. Даже после установки радиатора (примерно 5 см х 5 см х 2 см) состояние не улучшилось.

Поэтому мне интересно, какова может быть цель этих твердотельных реле? Используется ли он только для переключения с высоким током при очень низком рабочем цикле, когда триак может получить достаточно времени для охлаждения?

Потому что при постоянных токах выше 5 А я думаю, что мне лучше с электромеханическим реле, чем с твердыми телами.

R Drast

Да, они используются для коммутации высокой мощности, и не обязательно при низком рабочем цикле. Я использую сотни SSR в диапазоне от 5A / 240VAC до 100A / 460VAC / 3P. В прошлом 100A более распространенным было использование SCR «спина к спине» и небольшой цепи запуска (и большого радиатора).

Типичное применение для контроля сопротивления тепла. Контакторы / реле не являются серьезным вариантом из-за износа контактов (типичный «рабочий цикл» составляет 2,5 с вкл. / 2,5 с выкл.).

В основном, таймер работает в течение определенного периода (в основном я использую 5 секунд). Нагреватель включается и выключается на некоторое время из этих 5 секунд для контроля температуры, основываясь на выходе контура ПИД. 10% выходной сигнал включен на 0,5 с, выключен на 4,5. Выход 90% включен для 4,5, выключен для 0,5. Эти рабочие циклы быстро убивают электромеханические устройства.

Существуют также гибриды, которые используют относительно небольшую SCR для включения нагрузки, затем замыкают электромеханический контакт вокруг нее (для предотвращения искрения при замыкании), и затем SCR снова включается при размыкании контактов. Это довольно специальное назначение, хотя и дорогое.

Раньше использовались ртутные реле, у которых не было проблем с износом контактов, но в последние 15–20 лет промышленность пыталась их устранить из-за проблем, связанных с загрязнением тяжелыми металлами и их утилизацией.

Дискретные симисторы

Power | Ренесас

ДЕРЕВО ПРОДУКЦИИАналоговые продукты- Усилители— Компараторы— Усилители с измерением тока— Операционные усилители— Операционные усилители общего назначения— Быстродействующие операционные усилители (GBW >= 50MHz)— Прецизионные операционные усилители (Vos < 1 мВ) --- Специализированные усилители --- Инструментальные усилители --- Драйверы PowerFET/CCD --- Программируемые эталонные гамма-усилители для отображения --- РЧ-усилители и блоки усиления --- Усилители выборки и хранения --- Транзисторные матрицы --- Усилители и калибраторы VCOM для отображения, аудио и видео, микросхемы для аудио, интегрированные силовые каскады для аудио, процессоры для декодирования звука, цифровые процессоры для обработки звука, усилители для обработки звука, переключатели для аудио, звук Click and Pop. Коммутаторы --- Аудиокоммутаторы USB -- Мультиплексоры видео с буферизацией -- ИС дисплея --- Процессоры дисплея --- Встроенные гамма-буферы с усилителем Vcom --- Встроенные регуляторы постоянного тока TFT-LCD --- Драйверы светодиодной подсветки --- Переключатели уровня --- Калибраторы Vcom и калибраторы с усилителями -- DVI/HDMI -- Аналоговый внешний интерфейс HD Video (AFE) -- Наблюдение за безопасностью ИС --- Видеокодер-декодер (КОДЕКИ) --- Видеодекодеры --- Мультиплексоры видеодисплея --- Видео SLOC MODEM PHY ICs -- Видео декодеры/кодировщики -- Видео ИС --- Аналоговая линия задержки CAT-5 --- Компенсация перекоса --- Частотная компенсация CAT-5 --- Компенсация CAT-5 MegaQ --- Усилители видео с восстановлением постоянного тока --- Видео фильтры --- Разделители синхронизации видео -- Коммутация видео --- Буферизированные точки пересечения видео --- Небуферизованные видеокоммутаторы --- Видеокоммутаторы и мультиплексоры -- Преобразователи данных -- Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) -- Высокоскоростные -- Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) -- Прецизионные --- Дельта-Сигма A/ D-преобразователи --- Аналого-цифровые преобразователи со встроенным выходом дисплея --- Аналого-цифровые преобразователи SAR -- Потенциометры с цифровым управлением (DCP) -- Цифро-аналоговые преобразователи (DAC) -- Резольвер-цифровые преобразователи -- Напряжение Ссылки- Связь по линиям электропередач (ПЛК)-- Драйверы линий ПЛК-- ИС модемов ПЛК- Переключатели и мультиплексоры-- Аналоговые сигнальные коммутаторы-- Коммутаторы коммутации-- Мультиплексоры с коммутацией сигналов-- USB SwitchesAutomotive Prod ucts- Управление автомобильными батареями-- Балансировка автомобильных элементов и безопасность-- Зарядные устройства автомобильных одноэлементных батарей- Автомобильные силовые устройства-- Автомобильные силовые полевые МОП-транзисторы-- Автомобильные защищенные и интеллектуальные силовые переключатели-- Автомобильные полевые МОП-транзисторы с функцией отключения при перегреве- Управление автомобильным питанием-- Автомобильные полумостовые, трехфазные и трехфазные драйверы MOSFET-- Автомобильные интегрированные FET-регуляторы-- Автомобильные интегрированные TFT-LCD DC-DC-регуляторы-- Автомобильные изолированные ШИМ-контроллеры-- Автомобильные линейные регуляторы-- Автомобильные многофазные контроллеры-- Автомобильные контроллеры с несколькими выходами- - Автомобильные ИС управления питанием (PMIC) -- Автомобильные ИС блока питания для R-Car -- Автомобильные ИС питания RH850 -- Автомобильные одноканальные контроллеры -- Понижающие контроллеры -- Драйверы затворов для HEV/EV- Автомобильные датчики -- Автомобильные датчики внешней освещенности -- -- Автомобильные датчики преобразования света в аналоговые (напряжения) --- Автомобильные датчики преобразования света в цифровые -- Автомобильные датчики положения -- Автомобильные преобразователи сигналов датчиков (SSC / AFE)- Автомобильная синхронизация- Автомобильное видео и дисплей-- Автомобильные процессоры дисплея-- Автомобильные драйверы лазерных диодов-- Автомобильные драйверы светодиодной подсветки-- Автомобильная программируемая гамма-- Автомобильные видеодекодеры- Автомобильная беспроводная мощность- R-Car Automotive System-on- Микросхемы (SoCs)- Автомобильные микроконтроллеры RH850- Автомобильные микроконтроллеры RL78Часы и синхронизация-Часы для конкретных приложений-- Таймеры общего назначения-- Синхронизация сети--- Часы IEEE 1588 и Synchronous Ethernet--- Часы PDH и SONET/SDH-- PCI Express ® Clocks--- Тактовые буферы и мультиплексоры PCI Express®--- Генераторы тактовых импульсов PCI Express®-- Тактовые частоты процессора--- Буферы тактовых импульсов процессора--- Генераторы тактовых импульсов процессора-- Часы реального времени-- RF & JESD204B/C Timing --- Радиосинхронизаторы и аттенюаторы джиттера JESD204B/C --- ВЧ буферы --- ВЧ синтезаторы -- Часы с расширенным спектром -- Распределение тактового сигнала -- Буферы и драйверы тактового сигнала -- Делители тактового сигнала -- Мультиплексоры тактового сигнала (MUX) --- Буферы с нулевой задержкой (ZDB) — Генерация тактовых импульсов — Тактовые импульсы — Экстремальная производительность (<150 фс RMS) -- Тактовые импульсы -- Общего назначения -- Тактовые импульсы -- Низкий джиттер (<700 фс RMS) -- Тактовые импульсы -- Сверхнизкий джиттер (<300 фс RMS ) -- Программируемые часы -- Кварцевые генераторы -- Амортизаторы джиттера с частотой TranslationInterface & Connectivity- 2-Wire Bus Buffers- 6LoWPAN Wireless Modules- AS-Interface Products- Data Compression- Industrial Ethernet-- EtherCAT-- Industrial Ethernet Communication-- Multiprotocol Communication-- PROFINET- IO-Link Line Drivers- Logic Level Signal Translators - Продукты интерфейса памяти-- Расширители уровня управления (I3C) и мультиплексоры памяти-- Решения DDR3-- Решения DDR4-- Решения DDR5-- Устаревшие продукты интерфейса памяти--- Решения DDR--- Решения DDR2--- Решения SDR- Оптические Interconnect - Datacom-- Драйверы лазеров-- Optical CDR и Retimers-- Optical Transimpedance Amplifiers (TIA) - Datacom- Optical Interconnect - Telecom-- Драйверы оптических модуляторов-- Optical Transimpedance Amplifiers (TIA) - Telecom- PCI Express® Solutions-- Мосты PCI/X -- PCI Express® Мосты-- Повторители PCI Express® Gen2-- Ретаймеры PCI Express® Gen3-- Коммутаторы PCI Express®-- Мосты PCI Express® to Serial RapidIO®- Оптопары/оптопары-- Оптопары/оптопары IC Output--- Высокоскоростной аналоговый выход Фотопары / оптопары --- Быстродействующие фотопары / оптопары с КМОП-выходом --- Быстродействующие фотопары / оптопары с цифровым выходом --- Изолирующий усилитель Оптопары / оптопары с аналоговым выходом --- Изолирующий усилитель Фотопары / оптопары с цифровым выходом --- Оптопары / оптопары Привод двигателя --- Привод IGBT Оптопары / оптопары --- Привод IPM Оптопары / оптопары -- Оптопары / оптопары Транзисторный выход --- Вход переменного тока Дарлингтон --- Вход переменного тока Одиночный --- Вход постоянного тока Дарлингтон --- Вход постоянного тока Одинарный --- -- Высокое напряжение между коллектором и эмиттером --- Низкий входной ток -- Продукты физического уровня -- RS-485, RS-422 и RS-232 -- Многопротокольные RS-485/RS-422 и RS-232 -- Последовательный интерфейс RS-232 -- RS-485/RS-422 --- RS-485/422 с расширенной защитой от электростатического разряда on--- Изолированный RS-485--- RS-485/422 с защитой от перенапряжения--- Стандартный RS-485/RS-422- Решения Serial RapidIO®-- Коммутаторы RapidIO-- Serial RapidIO® 2.1 Повторители- Продукты для обеспечения целостности сигнала-- Многопротокольные повторители-- Повторители SAS / SATA 6G-- Повторители USB 3.0-- Повторители XAUI- Продукты Telecom Datacom-- ИС для передачи данных-- Цифровая обработка сигналов--- Цифровые преобразователи с понижением частоты--- Цифровые преобразователи с повышением частоты --- Прямые цифровые синтезаторы- Продукты телекоммуникационного интерфейса-- Драйверы цифровых абонентских линий-- Кодеки PCM-- Интерфейсы абонентских линий (SLIC)-- Продукты интерфейса T1/J1/E1-- Цифровые коммутаторы обмена временными интервалами (TSI)- USB-коммутаторы и концентраторы — VME — беспроводной модем основной полосы частот (RapidWave™) — беспроводная связь — Bluetooth® Low Energy Modules — сотовые модули IoT — память и логика — коммутатор шины — 3.3 В CBTLV (коммутатор шины общего назначения) — 3,3 В CBTLV двойной плотности (коммутатор шины общего назначения) — 3,3 В QuickSwitch (широкополосный коммутатор шины) — 5,0 В QuickSwitch — Аналоговые мультиплексоры и демультиплексоры — Аналоговые коммутаторы — DRAM- EEPROM & PROM- EHB (Embedded Host Bridges)- Продукты FIFO-- Асинхронные FIFO-- Очереди FIFO-- Синхронные FIFO- MRAM- Многопортовая память-- Четырехпортовые RAM-- Асинхронные двухпортовые RAM-- Асинхронные маломощные двойные -Port RAM-- Двухпортовые RAM с переключением банков-- Синхронные двухпортовые RAM- Network Search Engine- SRAM-- Асинхронные SRAM-- Low Power SRAM-- QDRII/DDRII/ QDRII+/DDRII+ SRAM-- Synchronous Burst-- Zero Bus Turnaround (ZBT) — Стандартная логика — Advanced Low-Voltage CMOS (ALVC) — Fast CMOS TTL-Compatible (FCT) — Low-Voltage CMOS (LVC) Микроконтроллеры и микропроцессоры — High-end на базе RZ Arm 32 и 64-разрядные микропроцессоры — другие микроконтроллеры и микропроцессоры — микроконтроллеры семейства 720 — микроконтроллеры семейства 740 — микроконтроллеры семейства 78K — микропроцессоры 80C/82C — микроконтроллеры семейства H8 — микроконтроллеры семейства H8S — семейство H8SX M CU-- MCU семейства M16C (R32C / M32C / M16C)-- MCU семейства M32R-- MCU семейства R8C-- MCU семейства SuperH RISC Engine-- MCU семейства V850- RA Arm® Cortex®-M MCU- RE Cortex-M Ultra -Микроконтроллеры SOTB с низким энергопотреблением- Микроконтроллеры на платформе Renesas Synergy™- 8- и 16-разрядные микроконтроллеры с низким энергопотреблением RL78- 32-битные микроконтроллеры RX с производительностью/эффективностьюУправление питанием и питанием- Преобразователи переменного/постоянного тока и изолированные DC/DC-преобразователи-- Контроллеры обратного и прямого хода- - Полумостовые и полномостовые контроллеры с жесткой коммутацией - Неизолированные понижающие преобразователи переменного/постоянного тока - Контроллеры коррекции коэффициента мощности (PFC) - Полномостовые контроллеры с переключением при нулевом напряжении (ZVS) - Управление батареями - ИС внешнего интерфейса батареи -- ИС индикатора уровня заряда батареи -- Зарядка многоячеечной батареи -- ИС защиты от заряда одной ячейки -- Зарядка одной ячейки -- Вычислительная мощность (VRM/IMVP) -- Регуляторы и контроллеры ACPI -- Аналоговые многофазные контроллеры переключения постоянного/постоянного тока -- Цифровые многофазные переключающие контроллеры постоянного/постоянного тока -- Силовые каскады DrMOS (драйвер + полевой транзистор) -- Многоканальные переключающие контроллеры постоянного/постоянного тока -- Несколько Ou ИС управления питанием tput (PMIC) для питания ЦП -- Контроллеры переключения постоянного/постоянного тока с одним выходом -- Интеллектуальные силовые каскады для цифровых многофазных контроллеров постоянного/постоянного тока -- Драйверы синхронных полевых транзисторов для многофазных преобразователей постоянного/постоянного тока -- Преобразователи постоянного тока --- Зарядные насосы (безиндукторные) -- понижающие (понижающие) --- понижающие контроллеры (внешние полевые транзисторы) --- понижающие регуляторы (встроенные полевые транзисторы) --- силовые модули (встроенные индукторные и полевые транзисторы) -- повышающие (повышающие) --- Повышающие контроллеры (внешние полевые транзисторы) --- Повышающие регуляторы (встроенные полевые транзисторы) -- Повышающие/понижающие (понижающие) повышающие контроллеры (внешние полевые транзисторы) --- Понижающие повышающие регуляторы (Встроенные полевые транзисторы) — Силовые модули постоянного/постоянного тока — Силовые модули с аналоговым интерфейсом — Силовые модули с цифровым интерфейсом — Цифровые силовые преобразователи — Цифровые регуляторы со встроенными полевыми транзисторами — Силовые модули с цифровым интерфейсом (встроенные индукторы и полевые транзисторы) — Многофазный понижающий ЦП Питание -- Однофазные DC/DC контроллеры точки нагрузки -- Дискретные силовые устройства -- Силовые биполярные транзисторы -- Силовые диоды --- Дискретные силовые диоды с быстрым восстановлением --- Силовые дискретные диоды SiC с барьером Шоттки -- Силовые IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором) -- Силовые МОП-транзисторы -- Силовые тиристоры и симисторы --- Силовые дискретные тиристоры --- Силовые дискретные симисторы -- Полевые транзисторы и драйверы двигателей -- 3-фазные драйверы МОП-транзисторов , 3-фазные драйверы FET-- Полномостовые FET-драйверы-- GaN FET-драйверы-- Half-Bridge FET-драйверы-- Low-Side FET Drivers-- Synchronous Buck FET Drivers- LED & Backlight Drivers- Linear Regulators (LDO)- ИС управления двигателем — многоканальные ИС управления питанием (PMIC) — ИС управления питанием общего назначения (PMIC) — ИС управления питанием для портативных компьютеров/планшетов (PMIC) — ИС управления питанием высокого входного напряжения (PMIC) — Набор микросхем для ноутбуков ИС управления питанием (PMIC) — SSD/SoC ИС управления питанием (PMIC) и PMU — Поддержка источников питания — Горячая замена и идеальные диодные / ORing FET-контроллеры — Горячая замена / горячая замена контроллеров — Oring FET-контроллеры — - Контроллеры питания - Контроллер напряжения и микросхемы сброса - USB Type-C и подача питания через USB - Беспроводное питание - Беспроводное питание R приемники-- Беспроводные передатчики мощностиРЧ-продукты- Модуляторы и демодуляторы- Фазированные антенные решетки- РЧ-усилители- РЧ-аттенюаторы- РЧ-смесители- РЧ-переключатели- Усилители с переменным коэффициентом усиления (VGA) Сенсорные продукты- Биосенсоры- Датчики окружающей среды-- Аналоговые датчики газа-- Газовые термобатареи Сенсорные детекторы-- Цифровые датчики газа- Датчики влажности- Датчики расхода- Датчики освещенности и приближения-- Датчики внешней освещенности--- Внешний свет к аналоговым датчикам (ток)--- Внешний свет к аналоговым датчикам (напряжение)--- Внешний свет к цифровым датчикам -- Драйверы лазерных диодов (LDD) --- Высокоскоростные генераторы для драйверов лазерных диодов --- Драйверы лазерных диодов --- Драйвер/контроллеры светодиодов RGB -- Датчики приближения -- Датчики положения -- Формирователи сигналов датчиков (SSC / AFE) )- Температурные датчики Космос и суровые условия- Продукты для суровых условий-- АЦП для суровых условий-- Усилители для суровых условий-- Аналоговые силовые модули для суровых условий-- Компараторы для суровых условий-- ИС передачи данных для суровых условий-- Суровые условия Потенциометры с цифровым управлением (DCP) для тяжелых условий эксплуатации Полумостовые, полномостовые и трехфазные полевые транзисторы для жестких условий эксплуатации-- Для тяжелых условий эксплуатации Изолированные ШИМ-контроллеры переключения-- Для тяжелых условий эксплуатации Микропроцессоры и периферийные устройства - Для тяжелых условий эксплуатации Последовательный интерфейс RS-232-- Для тяжелых условий эксплуатации RS- Последовательный интерфейс 485/RS-422 -- Преобразователи выборки и хранения для жестких условий эксплуатации -- Аналого-цифровые преобразователи SAR для жестких условий эксплуатации -- Коммутаторы/мультиплексоры/точки пересечения для жестких условий эксплуатации -- Транзисторные массивы для тяжелых условий эксплуатации -- MIL-STD-883 Продукты -- MIL- STD-883 Цифро-аналоговые преобразователи -- MIL-STD-883 Компараторы -- MIL-STD-883 ИС для передачи данных -- MIL-STD-883 Память -- MIL-STD-883 Микропроцессоры и периферийные устройства -- MIL-STD-883 Операционные усилители и буферы-- MIL-STD-883 Преобразователи дискретизации и хранения-- MIL-STD-883 SAR A/D преобразователи-- MIL-STD-883 Переключатели/мультиплексоры- Rad Hard Hermetic Package Products-- Rad Hard Analog-- - Жесткие буферы Rad --- Приемопередатчики шины CAN Rad Hard --- Компараторы Rad Hard --- Усилители Rad Hard Current Sense --- Rad Hard Current So urces--- Инструментальные усилители Rad Hard--- Интерфейс Rad Hard--- Мультиплексоры Rad Hard--- Операционные усилители Rad Hard--- Выборка и хранение Rad Hard--- Переключатели Rad Hard--- Датчики температуры Rad Hard-- - Транзисторные массивы Rad Hard --- Источники опорного напряжения Rad Hard -- Преобразователи данных Rad Hard --- Цифро-аналоговые преобразователи Rad Hard --- Прецизионные аналого-цифровые преобразователи Rad Hard --- Цифровые Rad Hard --- Гейты Rad Hard AND- -- Rad Hard Buffer/Line Drivers--- Rad Hard Counters--- Rad Hard Decoders/DEMUXs--- Rad Hard Flip-Flops--- Rad Hard Inverters--- Rad Hard Latches--- Rad Hard Memory-- - Rad Hard NAND Gates--- Rad Hard NOR Gates--- Rad Hard Gates OR--- Rad Hard OR/NOR Gates--- Rad Hard Shift Registers--- Rad Hard Signal Multiplexers--- Rad Hard Timing Circuits- - Rad Hard Power--- Драйверы Rad Hard GaN FET--- Rad Hard GaN FET--- Линейные регуляторы Rad Hard--- Rad Hard Load Switch--- Rad Hard Драйверы MOSFET--- Rad Hard Power Sequencing--- Rad Hard Power Supply Supervisory --- Драйверы Rad Hard Source --- Rad Hard Switching Contro Иллеры --- Импульсные регуляторы Rad Hard- Rad Hard Plastic Package Products -- Rad Hard Plastic Digital --- Rad Hard Plastic Digital Isolators-- Rad Hard Plastic Power--- Rad Hard Plastic GaN FET--- Rad Hard Plastic Switching Regulators - Устойчивые к радиационному облучению продукты в пластиковых упаковках-- Устойчивые к радиационному облучению аналоговые устройства--- Устойчивые к радиационному облучению приемопередатчики CAN-шины--- Устойчивые к радиационному облучению мультиплексоры--- Устойчивые к радиационному облучению операционные усилители--- Устойчивые к радиационному облучению ВЧ-переключатели--- Устойчивые к радиационному облучению источники опорного напряжения-- Устойчивые к радиационному облучению Цифровые --- Устойчивые к радиационному излучению цифровые изоляторы -- Устойчивые к радиационному излучению источники питания --- Устойчивые к радиационному излучению драйверы GaN FET --- Устойчивые к радиационному излучению ШИМ-контроллеры --- Устойчивые к радиационному излучению импульсные регуляторы

Симисторы — рабочие и прикладные схемы

Симистор можно сравнить с фиксирующим реле.Он мгновенно включится и закроется, как только сработает, и останется закрытым до тех пор, пока напряжение питания остается выше нуля вольт или полярность питания не изменена.

Если источником питания является переменный ток, симистор будет размыкаться в периоды, когда цикл переменного тока пересекает нулевую линию, но закрывается и включается, как только его повторное срабатывание.

Преимущества симисторов в качестве статических переключателей

  • Симисторы можно эффективно заменить механическими переключателями или реле для управления нагрузками в цепях переменного тока.
  • Триаки могут быть сконфигурированы для коммутации относительно более тяжелых нагрузок посредством срабатывания по минимальному току.
  • Когда симисторы проводят (замыкают), они не создают эффекта подавления дребезга, как в механических переключателях.
  • Когда симисторы выключаются (при пересечении нуля переменным током), это происходит без каких-либо переходных процессов из-за противо-ЭДС и т. д. наблюдается в механических электрических переключателях.
  • Триаки имеют гибкое срабатывание, которое позволяет переключать их в любой заданной точке цикла входного переменного тока с помощью положительного сигнала низкого напряжения между затвором и общей землей.
  • Это напряжение срабатывания может быть от любого источника постоянного тока, такого как батарея или выпрямленный сигнал от самого источника переменного тока. В любом случае симистор будет проходить через периоды выключения каждый раз, когда кривая переменного тока полупериода проходит через линию пересечения нуля (тока), как показано ниже:

Как включить симистор

Симистор состоит из трех клемм. : Затвор, A1, A2, как показано ниже:

Чтобы включить симистор, на его контакт затвора (G) должен быть подан ток запуска затвора.Это вызывает протекание тока затвора через затвор и клемму A1. Ток затвора может быть положительным или отрицательным по отношению к выводу A1 симистора. Клемма A1 может быть подключена к отрицательной линии VSS или положительной линии VDD источника питания управления затвором.

На следующей диаграмме показана упрощенная схема симистора, а также его внутренняя кремниевая структура.

Когда на затвор симистора подается ток запуска, он включается с помощью встроенных диодов, встроенных встречно-параллельно между клеммой G и клеммой A1.Эти 2 диода устанавливаются на переходах P1-N1 и P1-N2 симистора.

Квадранты запуска симистора

Запуск симистора осуществляется через четыре квадранта в зависимости от полярности тока затвора, как показано ниже:

Эти квадранты запуска могут практически применяться в зависимости от семейства и класса симистора, как приведены ниже:

Q2 и Q3 являются рекомендуемыми квадрантами запуска для симисторов, поскольку они обеспечивают минимальное потребление и надежное срабатывание.

Квадрант запуска Q4 не рекомендуется, поскольку он требует более высокого тока затвора.

Важные параметры запуска симисторов

Мы знаем, что симистор можно использовать для переключения мощной нагрузки переменного тока на клеммы A1/A2 через относительно небольшой источник питания триггера постоянного тока на клемме Gate.

При проектировании схемы управления симистором решающее значение приобретают параметры срабатывания затвора. Параметры запуска: ток запуска затвора симистора IGT, напряжение запуска затвора VGT и ток блокировки затвора IL.

  • Минимальный ток затвора, необходимый для включения симистора, называется током срабатывания затвора IGT. Это должно быть применено к затвору и выводу A1 симистора, который является общим для источника питания триггера затвора.
  • Ток затвора должен быть выше номинального значения для самой низкой указанной рабочей температуры. Это обеспечивает оптимальное срабатывание симистора при любых обстоятельствах. В идеале значение IGT должно быть в 2 раза выше, чем номинальное значение в таблице данных.
  • Триггерное напряжение, подаваемое на затвор и клемму A1 симистора, называется VGT.Он применяется через резистор, который будет обсуждаться в ближайшее время.
  • Ток затвора, который эффективно запирает симистор, является током запирания и выражается как LT. Защелка может произойти, когда ток нагрузки достигает значения LT, и только после этого защелка включается даже при снятии тока затвора.
  • Вышеуказанные параметры указаны для температуры окружающей среды 25 °C и могут показывать изменения при изменении этой температуры.

Неизолированное срабатывание симистора может быть выполнено в двух основных режимах, первый способ показан ниже:

Здесь положительное напряжение, равное VDD, подается на затвор и клемму A1 симистора.В этой конфигурации мы видим, что A1 также подключен к Vss или отрицательной линии источника питания затвора. Это важно, иначе симистор никогда не среагирует.

Второй метод заключается в подаче отрицательного напряжения на затвор симистора, как показано ниже:

Этот метод идентичен предыдущему, за исключением полярности. Поскольку затвор запускается отрицательным напряжением, клемма A1 теперь соединена с линией VDD вместо Vss напряжения истока затвора.Опять же, если этого не сделать, симистор не будет реагировать.

Расчет резистора затвора

Резистор затвора устанавливает IGT или ток затвора на симистор для необходимого срабатывания. Этот ток увеличивается, когда температура падает ниже указанной температуры перехода 25 °C.

Например, если указанный IGT равен 10 мА при 25 °C, он может увеличиться до 15 мА при 0 °C.

Чтобы гарантировать, что резистор способен обеспечить достаточную IGT даже при 0 °C, он должен быть рассчитан для максимального доступного VDD от источника.

Рекомендуемое значение составляет от 160 до 180 Ом 1/4 Вт для VGT с затвором 5 В. Более высокие значения также будут работать, если температура окружающей среды довольно постоянна.

Запуск от внешнего источника постоянного тока или существующего переменного тока : Как показано на следующем рисунке, симистор можно переключать либо через внешний источник постоянного тока, такой как батарея или солнечная панель, либо через адаптер переменного/постоянного тока. В качестве альтернативы, он также может запускаться от самого существующего источника переменного тока.

Здесь переключатель S1 имеет пренебрежимо малую нагрузку, так как он переключает симистор через резистор, обеспечивающий минимальный ток, проходящий через S1, тем самым защищая его от износа.

Переключение симистора с помощью герконового реле : Для переключения симистора с помощью движущегося объекта может быть встроено срабатывание на магнитной основе. Для таких приложений можно использовать геркон и магнит, как показано ниже:

В этом приложении магнит прикреплен к движущемуся объекту. Всякий раз, когда подвижная система проходит мимо герконового реле, она запускает симистор в проводимость через прикрепленный к нему магнит.

Герконовое реле может также использоваться, когда требуется электрическая изоляция между источником запуска и симистором, как показано ниже.

Здесь медная катушка подходящего размера намотана на герконовое реле, а выводы катушки подключены к постоянному току через переключатель. Каждое нажатие переключателя вызывает изолированное срабатывание симистора.

Благодаря тому, что герконовые реле рассчитаны на миллионы операций включения/выключения, эта система переключения становится чрезвычайно эффективной и надежной в долгосрочной перспективе.

Другой пример изолированного срабатывания симистора можно увидеть ниже, здесь внешний источник переменного тока используется для переключения симистора через разделительный трансформатор.

Еще одна форма изолированного срабатывания симисторов показана ниже с использованием соединителей фотоэлементов. В этом методе светодиод и фотоэлемент или фотодиод монтируются как единое целое в одном корпусе. Эти оптопары легко доступны на рынке.

Необычное переключение симистора по схеме выключено/половина/полная мощность показано на схеме ниже. Для реализации на 50% меньшей мощности диод включен последовательно с затвором симистора. Этот метод заставляет симистор включаться только для чередующихся положительных полупериодов входного переменного тока.

Схема может эффективно применяться для управления нагрузками нагревателя или другими резистивными нагрузками, имеющими тепловую инерцию. Это может не сработать для управления освещением, поскольку полуположительная частота циклов переменного тока приведет к раздражающему мерцанию света; аналогично, это срабатывание не рекомендуется для индуктивных нагрузок, таких как двигатели или трансформаторы.

Цепь симистора фиксации сброса установки

Следующая концепция показывает, как симистор можно использовать для создания защелки сброса установки с помощью пары кнопок.

Нажатие кнопки установки запирает симистор и нагрузку, а нажатие кнопки сброса запирает защелку.

Цепи таймера задержки симистора

Симистор можно настроить как цепь таймера задержки для включения или выключения нагрузки после заданной задержки.

В первом примере ниже показана схема таймера выключения с задержкой на основе симистора. Первоначально при включении симистор включается.

Тем временем начинается зарядка 100 мкФ, и как только достигается пороговое значение, срабатывает UJT 2N2646, включая SCR C106.

SCR замыкает затвор на землю, отключая симистор. Задержка определяется настройкой 1M и значением последовательного конденсатора.

Следующая схема представляет собой схему симисторного таймера с задержкой включения. При включении симистор реагирует не сразу. Диак остается выключенным, пока конденсатор емкостью 100 мкФ заряжается до порога срабатывания.

Как только это происходит, срабатывает диак и включает симистор. Время задержки зависит от значений 1M и 100uF.

Следующая схема представляет собой еще одну версию таймера на основе симистора.При включении UJT переключается через конденсатор 100 мкФ. UJT удерживает переключатель SCR в выключенном состоянии, лишая триак от тока затвора, и, таким образом, симистор также остается выключенным.

Через некоторое время, в зависимости от настройки предустановки 1M, конденсатор полностью заряжается, отключая UJT. Теперь SCR включается, запуская симистор, а также нагрузку.

Симисторная схема мигания лампы

Эта симисторная схема мигания может использоваться для мигания стандартной лампы накаливания с частотой, которую можно регулировать в диапазоне от 2 до 10 Гц.Схема работает путем выпрямления сетевого напряжения диодом 1N4004 вместе с переменной RC-цепочкой. В тот момент, когда электролитический конденсатор заряжается до напряжения пробоя диака, он принудительно разряжается через диак, который, в свою очередь, запускает симистор, что приводит к миганию подключенной лампы.

После задержки, установленной регулятором 100k, конденсатор перезаряжается снова, вызывая повторение цикла мигания. Регулятор 1 кОм устанавливает ток срабатывания симистора.

Заключение

Симистор — один из самых универсальных компонентов электронного семейства.Симисторы можно использовать для реализации множества полезных схемных концепций. В приведенном выше посте мы узнали о нескольких простых применениях схемы симистора, однако существует бесчисленное множество способов настройки и применения симистора для создания желаемой схемы.

На этом веб-сайте я уже разместил много схем на основе симистора, к которым вы можете обратиться для дальнейшего изучения, вот ссылка на него:

Симистор | Тиристоры | Учебник по электронике

SCR представляют собой однонаправленные (односторонние) токовые устройства, что делает их полезными только для управления постоянным током.Если два тиристора соединить встречно-параллельно, как два диода Шокли соединили вместе, чтобы сформировать DIAC, мы получим новое устройство, известное как TRIAC: (рисунок ниже)

.

Эквивалент TRIAC SCR и условное обозначение TRIAC.

 

Поскольку отдельные тиристоры более гибки для использования в передовых системах управления, их чаще можно увидеть в таких схемах, как приводы двигателей; Симисторы обычно используются в простых устройствах с низким энергопотреблением, таких как бытовые диммеры.Простая схема диммера лампы показана на рисунке ниже вместе с фазосдвигающей цепью резистор-конденсатор, необходимой для афтерпикового срабатывания.

Симисторный фазовращатель мощности

Симисторы

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

В интересах снижения общего содержания гармоник в энергосистемах чем меньше и менее разнообразны гармоники, тем лучше — еще одна причина, по которой отдельные тиристоры предпочтительнее симисторов для сложных, мощных цепей управления.Один из способов сделать форму волны тока симистора более симметричной — использовать внешнее по отношению к симистору устройство для синхронизации запускающего импульса. DIAC, включенный последовательно с затвором, отлично справляется с этой задачей: (рисунок ниже)

DIAC улучшает симметрию управления

 

Напряжения отключения

DIAC, как правило, гораздо более симметричны (одинаковые для одной и другой полярности), чем пороговые значения напряжения срабатывания TRIAC. Поскольку DIAC предотвращает любой ток затвора до тех пор, пока напряжение срабатывания не достигнет определенного повторяемого уровня в любом направлении, точка срабатывания TRIAC от одного полупериода к следующему имеет тенденцию быть более постоянной, а форма волны более симметричной сверху и снизу. его осевой линии.

Практически все характеристики и номинальные характеристики тиристоров в равной степени применимы к симисторам, за исключением того, что симисторы, конечно, являются двунаправленными (могут работать с током в обоих направлениях). Об этом устройстве нужно сказать немногое, за исключением важного предостережения, касающегося обозначения его клемм.

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

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

Эта схема с воротами в MT2 работает.

 

Предположим, нам нужно поменять местами два основных вывода TRIAC. Согласно эквивалентной принципиальной схеме, показанной ранее в этом разделе, замена не должна иметь значения. Схема должна работать: (Рисунок ниже)

Когда гейт переключен на МТ1, эта схема не работает.

Однако, если эту схему построить, то обнаружится, что она не работает! Нагрузка не будет получать питание, симистор вообще отказывается срабатывать, независимо от того, насколько низкое или высокое значение сопротивления установлено на управляющем резисторе.Ключом к успешному срабатыванию симистора является обеспечение того, чтобы затвор получал ток запуска со стороны главной клеммы 2 схемы (главная клемма на противоположной стороне символа симистора от клеммы затвора). Идентификация терминалов MT1 и MT2 должна выполняться по номеру детали TRIAC со ссылкой на техпаспорт или книгу.

ОБЗОР:

  • TRIAC действует подобно двум тиристорам, соединенным встречно-параллельно для двунаправленной (AC) работы.
  • Элементы управления TRIAC
  • чаще встречаются в простых схемах малой мощности, чем в сложных схемах большой мощности. В больших цепях управления мощностью предпочтительнее использовать несколько тиристоров.
  • При использовании для управления подачей переменного тока на нагрузку симисторы часто дополняются DIAC, соединенными последовательно с выводами затвора. DIAC помогает TRIAC работать более симметрично (более последовательно от одной полярности к другой).
  • Основные клеммы 1 и 2 симистора не взаимозаменяемы.
  • Для успешного срабатывания симистора ток затвора должен исходить от основной клеммы 2 (MT2) схемы!

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

Руководство по выбору симисторов

: типы, характеристики, области применения

Описание

 

Симисторы

представляют собой кремниевые устройства с тремя выводами, которые сконфигурированы в обратно-параллельной схеме для обеспечения тока нагрузки в течение обеих половин напряжения питания переменного тока.Они имеют два анода (А1 и А2) для проведения тока в обоих направлениях.

 

У них также есть два вентиля (G1 и G2), каждый из которых запускает соответствующий анод. Как правило, напряжение запуска затвора имеет ту же полярность, что и напряжение через симистор. Например, если напряжение от A1 до A2 положительное, то напряжение запуска затвора также положительное.

 

После срабатывания симисторы продолжают проводить ток до тех пор, пока есть ток, даже если на клемме затвора больше нет напряжения.

 

Обычно симисторы используются для управления скоростью двигателя. Поскольку ток нагрузки (скорость якоря) протекает в течение обеих половин приложенного переменного напряжения, двигатели плавно вращаются на всех скоростях вращения.

 

Типы

 

Стандартные или четырехквадрантные (4Q) симисторы могут запускаться во всех четырех режимах. Симисторы 4Q должны включать дополнительные компоненты защиты, такие как резисторно-конденсаторные (RC) демпферы на основных выводах и катушку индуктивности, включенную последовательно с устройством.

 

Трехквадрантные (3Q) симисторы могут запускаться только в квадрантах 1, 2 и 3. Поскольку они не требуют схемы защиты, трехквадрантные симисторы более эффективны, чем стандартные симисторы, в приложениях с нерезистивной нагрузкой.

 

Демпферы — это цепи, которые ограничивают напряжение и коэффициент нарастания напряжения в выключенном состоянии во время выключения устройства. Они также ограничивают скорость нарастания критического тока при включении устройства.

 

Технические характеристики

 

Выбор симистора требует анализа технических характеристик.

 

Пиковое повторяющееся напряжение в выключенном состоянии — это максимальное мгновенное значение напряжения в выключенном состоянии, возникающее на симисторе, включая все повторяющиеся переходные напряжения.

 

Пиковое повторяющееся обратное напряжение — это максимальное обратное напряжение, которое может непрерывно прикладываться к аноду и катоду.

 

Пиковый импульсный ток включения — это максимальный кратковременный ток в открытом состоянии, который может быть подан в течение одного полного цикла проводимости без ухудшения характеристик.

 

Ток запуска затвора — это минимальный ток, необходимый для переключения симисторов из выключенного состояния во включенное состояние при указанном напряжении и температуре в закрытом состоянии.

 

Напряжение запуска затвора — это напряжение, необходимое для создания тока запуска затвора.

 

Среднеквадратичное значение (RMS) тока в открытом состоянии — это максимальное среднеквадратичное значение основного тока, когда устройства включены.

 

Коэффициент нарастания напряжения в выключенном состоянии — это минимальное значение скорости нарастания основного напряжения, вызывающее переключение из выключенного состояния во включенное.

 

Другие технические характеристики включают:

 

  • Повторяющееся пиковое контролируемое напряжение в открытом состоянии

  • Скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии

  • Скорость нарастания критического тока

  • Рассеиваемая мощность

  • Рабочая температура

 

Типы корпусов интегральных схем (ИС)

 

Триаки

доступны в различных корпусах интегральных схем (ИС) и с разным количеством контактов.Основные типы пакетов IC включают

 

  • Двойной линейный пакет (DIP)

  • Схема диода (DO)

  • Схема транзистора (ТО)

  • Малый контурный диод (SOD)

  • Малый контурный транзистор (SOT)

 

Варианты

 

DIP доступны в керамическом (CDIP) или пластиковом (PDIP) исполнении.

 

Типы корпусов ИС

для выпрямителей с кремниевым управлением включают дискретный корпус (DPAK), интегрированный корпус (IPAK), силовой корпус (PPAK) и безвыводную поверхность металлического электрода (MELF).

 

D2PAK — это большой корпус для поверхностного монтажа, включающий радиатор.

 

I2PAK представляет собой пластиковый пакет с тремя выводами.

 

Тонкий малогабаритный корпус (TSOP), тип корпуса DRAM, в котором с обеих сторон используются выводы в форме крыла чайки, доступен как с L-образными выводами (TSSOP), так и с J-образными выводами (TSOJ).

 

Стандарты

 

BS 9343 — Полупроводниковые устройства с оценкой качества: двунаправленные триодные тиристоры (симисторы) с рейтингом корпуса

BS QC 750111 — Полупроводниковые дискретные устройства — двунаправленные триодные тиристоры (триаки), окружающие или корпусные до 100 А

 

Каталожные номера

 

Кредиты изображений:

 

Корпорация Диги-Кей

 

 


Симисторные схемы

  • Изучив этот раздел, вы должны уметь:
  • Распознавание типичных симисторных пакетов:
  • Понять типичную диаграмму характеристик симистора.
  • Понимание функции квадрантов при срабатывании симисторов:
  • Понимание основных принципов оптотриаков.
  • Понимание работы диака.
  • Понимать методы и ограничения для внесхемного тестирования тиристоров.
  • Меры безопасности при использовании устройств среднего и высокого напряжения.

Симистор

Рис.6.3.1 Симисторные комплекты

На рис. 6.3.1 показаны некоторые типичные корпуса симисторов вместе с символом схемы симистора. Симистор представляет собой двунаправленный тиристор, аналогичный по принципу действия двум тиристорам, включенным в обратную параллель, но с использованием общего затвора. Следовательно, симистор может проводить и управляться как во время положительных, так и во время отрицательных полупериодов сигнала сети. Однако вместо соединений с положительным анодом и отрицательным катодом основные токоведущие соединения симистора обычно обозначаются MT1 и MT2, обозначающими основные клеммы 1 и 2 (хотя могут использоваться другие буквы), поскольку любая клемма может быть положительной или отрицательной.Симистор можно перевести в проводимость импульсом тока, подаваемым на клемму затвора (G). После срабатывания симистор будет продолжать работать до тех пор, пока основной ток не упадет ниже порога удержания тока, близкого к нулю.

Рис. 6.3.2 Характеристики симистора

  • На рис. 6.3.2 показаны основные характеристики симистора.
  • В BO — это максимальное прямое или обратное напряжение, которое может выдержать симистор, прежде чем он перейдет в неконтролируемую проводимость.
  • В DRM — это максимальное повторяющееся пиковое напряжение (обычно максимальное пиковое напряжение приложенной волны переменного тока), которое можно надежно выдержать.
  • В GT — это диапазон напряжений затвора, при котором активируется проводимость.
  • I L — это минимальный ток, при котором симистор защелкивается и продолжает проводить ток после снятия напряжения срабатывания затвора.
  • I H — минимальный ток удержания, ниже которого проводящий симистор перестанет проводить ток.

Рис. 6.3.3 Симисторные квадранты

Симисторные квадранты

Поскольку управляющий ток или импульс, используемые для запуска симистора, могут подаваться, когда клемма MT2 имеет положительное или отрицательное значение, а управляющий ток или импульс также могут быть положительными или отрицательными, существует четыре различных способа запуска симистора. Обычно они описываются как «Квадранты», как показано на рис. 6.3.3

.

Большинство симисторов могут запускаться в любом из четырех квадрантов, и два из четырех возможных квадрантов необходимы для запуска проводимости в течение двух (положительных и отрицательных) полупериодов волны переменного тока.Квадранты I и III или квадранты II и III являются предпочтительными методами запуска, поскольку квадрант IV гораздо менее чувствителен к запуску из-за того, как устроен диак. Таким образом, если квадрант IV используется с любым из трех других квадрантов, для положительных и отрицательных полупериодов потребуются разные значения триггерного тока, что создает ненужные сложности. Кроме того, если симистор срабатывает в квадранте IV, его способность справляться с любыми быстрыми изменениями тока (δI/δt) снижается, что делает симистор более восприимчивым к повреждениям в результате таких событий, как случайные выбросы сильного тока и неизбежные высокие пусковые токи при работе ламп накаливания. включены.

Важной целью многих современных конструкций является борьба с потенциально опасными пиками перенапряжения и уменьшение склонности симистора к повторному срабатыванию во время выключенной части цикла. Это происходит во время каждого цикла переменного тока между моментом, когда ток падает ниже тока удержания тиристора, и перед следующим триггерным импульсом. Хотя обычно это не проблема, когда симистор управляет резистивной нагрузкой, такой как лампа накаливания, при использовании с индуктивными нагрузками, такими как двигатели, напряжение нагрузки и ток нагрузки, скорее всего, не будут «в фазе» друг с другом, поэтому напряжение может на самом деле быть около своего пикового значения, когда ток падает до нуля (как описано здесь), вызывая большое и быстрое изменение напряжения на симисторе, что может привести к мгновенному повторному срабатыванию симистора и, таким образом, к повторному включению, так что управление потеряно.

Стандартные симисторы

использовались для управления переменным током в течение многих лет, но за это время диапазон различных конструкций симисторов значительно расширился. Современные конструкции симисторов, такие как симисторы 3Q HIGH-COM (3 квадранта, высокая коммутация) от NXP/WeEn и симисторы Snubberless TM от ST Microelectronics, имеют много преимуществ, таких как улучшенная производительность, меньше ложных срабатываний, удобство использования как с резистивными, так и с индуктивными нагрузками и улучшенные возможности отключения без необходимости использования дополнительных схем, таких как демпферы.Дополнительное согласование входа также является функцией некоторых конструкций, включая преобразование стробирующих импульсов, таких как детекторы пересечения нуля, входы логического уровня и т. д.

Поскольку многие функции управления в настоящее время выполняются с использованием микропроцессоров и/или логических схем, также существует множество симисторов, которые принимают логические сигналы для запуска, а не полагаются исключительно на традиционные методы управления фазой. Одним из таких симисторов является симистор 6073A Sensitive Gate от ON Semiconductor, который используется в демонстрационной схеме низкого напряжения в Тиристорном модуле 6.4.

Рис. 6.3.4. Оптотриак

Оптотриак

Материалы, используемые при производстве симисторов и тринисторов, как и любые полупроводниковые устройства, чувствительны к свету. Их проводимость изменяется при наличии света; вот почему они обычно упаковываются в маленькие кусочки черного пластика. Однако, если в комплект входит светодиод, он может включить выход высоковольтного устройства в ответ на очень небольшой входной ток через светодиод. Это принцип, используемый в опто-триаках и опто-тиристорах, которые легко доступны в виде интегральных схем (ИС) и не требуют очень сложных схем, чтобы заставить их работать.Просто подайте небольшой импульс в нужное время, чтобы зажечь встроенный светодиод, и питание будет включено. Основным преимуществом этих оптически активируемых устройств является превосходная изоляция (обычно несколько тысяч вольт) между цепями малой и большой мощности. Это обеспечивает безопасную изоляцию между низковольтной цепью управления и высоковольтным сильноточным выходом. Хотя выходной ток оптронных симисторов обычно ограничен десятками миллиампер, они обеспечивают полезный интерфейс, когда выход используется для запуска симистора большой мощности от симистора низкого напряжения.

Диак

Рис. 6.3.5 DB3 Diac & Circuit Symbol

Диак представляет собой двунаправленный триггерный диод (см. рис. 6.3.5), который в течение многих лет используется в качестве основного триггерного компонента для стандартных симисторов. Он блокирует протекание тока, когда приложенное к нему напряжение меньше его потенциала пробоя V BO (см. рис.6.3.6), но сильно проводит, когда приложенное напряжение равно V BO . Однако, в отличие от других диодов, проводящих только в одном направлении, диак имеет одинаковое перенапряжение пробоя как в положительном, так и в отрицательном направлениях.Как только переменное напряжение, подаваемое на диак, достигает либо +V BO , либо -V BO , генерируется положительный или отрицательный импульс тока. Разрыв по потенциалу для диаков обычно составляет от 30 до 40 вольт. Это действие делает диаки особенно полезными для запуска симисторов в цепях управления переменным током из-за его способности запускать симистор во время положительного или отрицательного полупериода формы сетевого (линейного) сигнала. Условное обозначение его схемы (показанное на рис. 6.3.5) похоже на обозначение симистора, но без клеммы затвора.

Рис. 6.3.6 Типичные характеристики диака.

Характеристики диака, показанные на рис. 6.3.6, показывают, что при напряжении ниже V BO диак имеет высокое сопротивление (характеристическая кривая почти горизонтальна, указывая на то, что протекающий ток утечки составляет всего несколько мкА, но как только достигается +V BO или -V BO , диак показывает отрицательное сопротивление Обычно закон Ома гласит, что увеличение тока через компонент с фиксированным значением сопротивления вызывает увеличение напряжения на этом компоненте Однако здесь происходит обратный эффект, диатор оказывает отрицательное сопротивление в момент пробоя, когда ток резко возрастает, хотя напряжение фактически падает.Режим отрицательного сопротивления длится около 2 мкс, за это время прямое напряжение падает примерно до 5 В, а через диод проходит ток 10 мА. Это действие достаточно (хотя и не совсем) симметрично как в положительной (+V), так и в отрицательной областях характеристик.

Рис. 6.3.7. Триак с внутренним запуском (Quadrac)

Триак с внутренним запуском (Quadrac)

Типов диаков, доступных у поставщиков компонентов, гораздо меньше, чем симисторов.Кроме того, проще выбрать идеальный диод для срабатывания конкретного симистора, когда он уже встроен в корпус. Так обстоит дело с Quadrac или симистором с внутренним запуском, показанным на рис. 6.3.7. Эти устройства также уменьшают количество компонентов и место на печатной плате.

Чувствительные симисторы затвора

Триаки, запуск которых зависит от диака, имеют недостаток для многих современных приложений с низким напряжением. Напряжение, необходимое для того, чтобы диак генерировал триггерный импульс, должно быть, по крайней мере, равно или больше, чем его разрывной потенциал (V BO ), что составляет около 30 В или более.Однако доступны симисторы — симисторы с чувствительным затвором, которые могут запускаться гораздо более низкими напряжениями в пределах диапазона устройств TTL, HTL, CMOS и OP AMP, а также выходов микропроцессора.

Демонстрационная схема управления симистором чувствительного затвора показана в Тиристорном модуле 6.4.

Проверка тиристоров, симисторов и диаков.

В Интернете есть множество страниц, предлагающих методы проверки тиристоров и симисторов с помощью мультиметра. В основном они включают проверку сопротивления тестируемого устройства, чтобы установить, является ли оно разомкнутой цепью.Измерение сопротивления между анодом и катодом тиристора или между двумя основными выводами симистора должно показать очень высокое сопротивление при измерении в любом направлении путем перестановки щупов измерителя.

В обоих тестах измеритель должен регистрировать значения сопротивлений, выходящие за пределы допустимого диапазона (обычно отображаемые на дисплее как «1» или «OL»), также называемые бесконечным или бесконечным сопротивлением. Аналогичные тесты сопротивления могут быть выполнены путем измерения сопротивления, опять же в обоих направлениях, между затвором SCR и его катодом или затвором и MT1 на симисторе, и оно должно показать гораздо более низкое сопротивление, но не ноль Ом.

Если какой-либо из этих четырех тестов дает нулевое значение сопротивления, можно предположить, что компонент неисправен; однако, если результаты не показывают ошибок, это только ВОЗМОЖНО означает, что компонент в порядке. Испытания на сопротивление этих высоковольтных компонентов имеют ограниченное применение, и на них можно полагаться только как на простое руководство; они не показывают, что устройство сработает при правильном напряжении или что ток удержания правильный. Тиристоры и симисторы обычно работают при сетевом (линейном) напряжении, и когда они выходят из строя, результаты могут быть драматичными.По крайней мере, бурное перегорание предохранителя будет обычным результатом короткого замыкания SCR или симистора. Однако вполне возможно, что эти устройства неисправны и не проявляют никаких признаков неисправности при проверке омметром. Они могут казаться нормальными при низком напряжении, используемом в измерительных приборах, но все равно не работают в условиях сетевого напряжения. Высоковольтные компоненты, такие как тиристоры и симисторы, также могут быть повреждены невидимыми скачками напряжения или перегрузками по току.

Обычным методом проверки оборудования, использующего тиристоры или симисторы, является проверка напряжений и форм сигналов, если цепь работает, или замена подозрительной детали в случае ее повреждения (например,грамм. перегорели предохранители) очевидно. Во многих случаях компоненты в источниках питания или высоковольтных схемах управления промышленного оборудования обозначаются как «критические с точки зрения безопасности компоненты» и должны заменяться только с использованием методов и компонентов, рекомендованных производителями. Обычно производители указывают полные «ремонтные комплекты» нескольких полупроводниковых устройств и, возможно, других связанных компонентов, каждый из которых должен быть заменен, поскольку отказ одного устройства управления питанием может легко повредить другие компоненты, что не всегда очевидно. на момент ремонта.

ЛЮБЫЕ РАБОТЫ С СЕТЕВЫМИ ЦЕПЯМИ ДОЛЖНЫ ВЫПОЛНЯТЬСЯ ПРИ ПОЛНОСТЬЮ ОТКЛЮЧЕННОМ СЕТИ. ТАКЖЕ ЛЮБЫЕ КОМПОНЕНТЫ, АККУМУЛИРУЮЩИЕ ЗАРЯД (например, КОНДЕНСАТОРЫ), ДОЛЖНЫ БЫТЬ РАЗРЯЖЕНЫ, ЕСЛИ ЭТО НЕ СОВЕРШЕННО НЕИЗБЕЖНО.

Если вы не обучены безопасным методам работы, необходимым для работы с этими типами цепей, НЕ ДЕЛАЙТЕ ЭТОГО! Эти цепи могут убить!

 

 

Симистор — Как работают диммеры

В предыдущем разделе мы видели, что диммер быстро включает и выключает световую цепь, чтобы уменьшить энергию, поступающую на выключатель света.Центральным элементом в этой схеме включения является триодный переключатель переменного тока , или симистор .

Симистор представляет собой небольшой полупроводниковый прибор, похожий на диод или транзистор. Подобно транзистору, симистор состоит из различных слоев полупроводникового материала . Сюда входит материал N-типа , который имеет много свободных электронов, и материал P-типа , который имеет много «дырок», через которые могут пройти свободные электроны. Для объяснения этих материалов ознакомьтесь с разделом «Как работают полупроводники».А для демонстрации того, как эти материалы работают в простом транзисторе , см. Как работают усилители.

Вот как материалы N-типа и P-типа расположены в симисторе.

Вы можете видеть, что симистор имеет две клеммы, которые подключены к двум концам цепи. Между двумя клеммами всегда есть разность напряжений, но она меняется при колебаниях переменного тока. То есть, когда ток движется в одном направлении, верхний вывод заряжен положительно, а нижний — отрицательно, а когда ток движется в другом направлении, верхний вывод заряжен отрицательно, а нижний — положительно.

Затвор также включен в схему через переменный резистор . Этот переменный резистор работает так же, как и переменный резистор в старой конструкции диммерного выключателя, но он не тратит столько энергии на выделение тепла. Вы можете увидеть, как переменный резистор вписывается в схему на схеме ниже.

Так что здесь происходит? Вкратце:

  • Симистор действует как переключатель, управляемый напряжением.
  • Напряжение на затворе управляет переключением.
  • Переменный резистор регулирует напряжение на затворе.

В следующем разделе мы рассмотрим этот процесс более подробно.

Edal Industries: SCR и TRIAC

SCR

 

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) — это обычный выпрямитель, управляемый стробирующим сигналом. Это 3-термальное, 4-слойное устройство. Когда напряжение на затворе превышает пороговое напряжение, устройство включается и проводит ток, даже если напряжение на затворе снято, пока ток через устройство превышает ток удержания.Когда ток через устройство падает ниже тока удержания, устройство отключается.

 

Доступны тиристоры

с током до 200 ампер и напряжением до 1000 вольт в различных корпусах.

 

SCR

используются для управления мощностью в цепях постоянного тока. Типичными областями применения являются переключение питания постоянного тока, схемы управления фазами, инверторы, зарядные устройства, сварочные аппараты и твердотельные реле.

 

Эти устройства могут быть изготовлены по индивидуальному заказу в соответствии с вашими особыми требованиями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Симисторы

 

TRIAC — это, по сути, два тиристора, соединенных параллельно в противоположных полярностях, с обоими затворами, соединенными вместе.Симисторы используются для управления мощностью в цепи переменного тока.

 

Это двунаправленный электронный переключатель, который будет проводить ток в любом направлении, когда он срабатывает с напряжением любой полярности на его затворе.

0 comments on “Триаки: () NXP Semiconductors —

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.