Симисторы это: что такое, из чего состоит и как проверить

что такое, из чего состоит и как проверить

Доброго времени суток, уважаемые читатели нашего сайта! В данной статье мы решили рассказать вам о таком важном маленьком приборчике, без которого современную электронику представить себе очень сложно. Для того, чтобы понять, что такое симистор, давайте сначала поговорим немного о полупроводниках.

Что такое полупроводник?

Полупроводники — это нечто среднее между проводниками и диэлектриками (про них у нас есть отдельная статья, рекомендуем ознакомиться). Да, они проводят электрический ток, но проводят они их не так хорошо, как проводники. Физики любят говорить, что у них есть “определенный коэффицент” проводимости. Нам же больше нравится называть их такими веществами, которые достаточно плохо проводят ток. Так вот, из полупроводников изготавливают тиристоры. Что это такое?

Перейдем к тиристорам

Тиристоры — это штуки, которые очень напоминают электронные ключи, однако у них нет закрытого состояния? Как? А вот так! У них немного другое предназначение. По сути, это 2 транзистора, которые управляют мощностью нагрузки с помощью очень слабого сигнала. Обычные тиристоры состоят из 3 деталей — катода, управляющего электрода и анода.

Тиристор

Виды тиристоров

Давайте теперь узнаем, какие тиристоры существуют в природе и какие из них будут интересны нам в первую очередь:

  • динисторы (тиристоры, у которых всего 2 вывода — анод и катод)
  • триодный тиристор (с 3 выводами)
  • тетроидный тиристор (с 4 выводами)
  • симистор или симметричный тиристор (именно его мы сегодня изучим доскосконально)

Симистор? Впервые слышу

Симистор — это один из подвидов тиристоров, который обычно состоит из множества тиристоров. По-другому его также называют симметричный симистор.

Из чего состоит этот симистор?

Симистор очень часто физики представляют в виде пятислойного полупроводника. Также бывают и изображения в виде 2 тиристоров. При этом, управление сильно отличается от того, как управляется включенные триодные тиристоры потому их и выделили в отдельную группу. Давайте теперь узнаем, как работает управление.

Управление симистором

Дело в том, что у обыкновенного тиристора есть как катод, так и анод, причем каждый из них выполняет строго определенную функцию, а вот у симистора все немного иначе. Представим, что у нас есть и катод и анод, но когда симистор подключен и работает, то катод становится анодом, а анод — катодом. Вот такое чудесное превращение. Именно поэтому мы не можем сказать, что они здесь присутствуют в явном виде и будет просто называть их выходами (электродами). Для того, чтобы точно не ошибиться, давайте будет называть выходы симистора условными катодом и анодом. Еще немного теории.

У симистора управление работает следующим образом: на входе полярность может быть либо отрицательной — это первый вариант. Второй вариант — это тот, когда она совпадает с полярностью на аноде, что встречается реже. Далее все просто — задаем нужную силу тока и ее хватает для отпирания симистора. Обратите внимание, что для тока специально сделан управляющий электрод, именно им мы и пользуемся для этой цели.

Вуаля! Главная сложность для нас здесь — это подобрать идеальный ток, вот и все!

Симистор схема

Теперь, когда мы уже знаем достаточно много о структуре симисторов и том, каким образом они обычно управляются, пришло время посмотреть, как они выглядят на схемах и что здесь есть интересного. Взгляните, например, на эту схему:

Здесь нам стоит сразу отметить, какие есть условные обозначения, чтобы дальше без проблем разбираться во всех схемах. Симисторы обычно имеют 3 электрода, один из которых — это затвор. Его обозначают через английскую букву G. Что, уже гораздо больше понимания, верно? Отлично! Теперь давайте разберемся со схемой немного другого симистора. Замечаете отличия? Да, ведь здесь симистор составлен из целых 2 тиристоров!

Ага, а почему же тогда это симистор? Почему нельзя было сюда поставить схему обычного эквивалентного тиристора? А все дело в том, что управляется такая схема несколько иначе.

Регулятор на симисторе

Теперь пришло время нам обсудить, каким образом симистор регулирует напряжение. Это на самом деле очень интересно. Смотрите. Как только симистор начинает работать, на один из его электронов сразу же подается напряжение, которое всегда является переменным. Далее на управляющий электрод дается отрицательный ток, который и будет управлять процессом. Как будет преодолен порог включения (он всегда известен заранее, в этом и удобство), симистор откроется и ток начнет проходить через него. Отметим, что симистор перестанет работать в тот момент, когда ток поменяет полярность (другими словами он закроется). Далее все идет цикл за циклом и повторяется.

Ага, вроде понятно. А что влияет на скорость открытия и закрытия симистора? Что влияет на силу на выходе? Здесь все опять же очень просто. При нарастании входного напряжения импульс на выходе также увеличивается. Соответственно, если на входе маленькое напряжение — то и на выходе импульс будет короткий. Приведем в пример обыкновенную лампочку с симистором. Чем больше подаем напряжения — тем ярче лампочка. Здорово, не так ли?

Режимы работы симистора

Симистор может работать как под воздействием отрицательного тока, так и под воздействием положительного. Всего выделяют четыре основных режима работы: все зависит от полярности и входного напряжения.

В чем главные достоинства симистора

Давайте рассмотрим симистор как реле. В такой роли у него много существенных преимуществ:

  • дешево. Да, это тоже плюс. Ну а что? Когда вам нужно сразу много, то будет очень хорошо, если потратить нужно будет меньше
  • служит очень долго (конечно же, по сравнению с другими приборами этого класса)
  • надежность из-за отсутствия контактов

Но есть у него и минусы

Конечно, идеальных приборов пока не придумали, поэтому здесь мы тоже не в праве их скрывать:

  • сильная чувствительность к высоким температурам
  • работает только на низких частотах (уж слишком долго он открывается и закрывается)
  • иногда бывают внезапные срабатывания из-за естественного внешнего электромагнитного воздействия

Как проверить симистор?

Поговорив о положительных и отрицательных моментах симистора, мы плавно подвели наше с вами изучение симисторов к очень важному аспекту, а именно — к проверке. Вы можете сказать? Что это еще за проверка. Наверняка это что-то бесполезное. А мы вам ответим, что проверять симисторы — это очень важно, ведь на нем по сути держится весь электроприбор, и выявив брак или неисправность хотя бы в одном симисторе из партии, у вас есть шанс спасти целые электроприборы от серьезных поломок. Но и здесь новички задают вопрос.

А на фабриках, где изготавливают эти симисторы разве их не проверяют. Вопрос этот очень интересен, но ответ тоже довольно прост. На заводах нет времени на проверку каждого отдельного симистора, поэтому от силы проверке может подвергаться один прибор из партии. Поэтому давайте теперь уже поговорим о том, как же все-таки можно проверить на исправность этот замечательный прибор.

Существует сразу несколько эффективных способов проверки симистора. Давайте подробно разберемся с каждым из них. Для начала сразу скажем, что проверять симистор внутри схемы — это совершенно неверное действие. Вам сначала обязательно нужно извлечь его из платы, а потом уже работать с ним. Почему?

Тут все очень просто. Если вы будете проверять свой симистор и при этом он будет внутри схемы, то вы можете проверить его и он будет неисправен, но на самом деле будет неисправен соседний элемент, подключенный к нему параллельно. Поэтому нужно исключить все факторы, отключив симистор от схемы, выпаяв его. Отметим, что проверять нужно будет каждый отдельный элемент, иначе вы не сможете найти причину поломки. Сначала, как правило, проверяют силовые цепи, потом уже переходят к ключам, сделанным из полупроводниковых материалов. Как же можно проверить полупроводниковые ключи:

  1. проверка мультиметром (например прозвонкой или омметром). Это работает по следующему принципу: используем мультиметр в режиме измерения сопротивления Контактами присоединяем к нашему симистору, а затем смотрим полученные измерения. Дело в том, что у исправного симистора значение на омметре должно быть большим или очень большим.

    Вот так выглядит мультиметр

  2. проверка батарейкой в паре с лампочкой. На первый взгляд такая идея может показаться глупой и нерациональной, но на деле же это не так. Давайте узнаем, как это работает. Тут все немного сложнее, но все по порядку. Для начала нам нужно будет подсоединить лампочку одним контактом к катоду (условному) нашего симистора. Далее второй контакт лампочки подключается к “отрицательной” стороне батарейки. Останется только присоединить “плюсовой” конец к аноду. Если лампочка горит нормально, то значит и симистор полностью рабочий.

Мощность симистора

Теперь, когда мы уже достаточно много знаем о симисторах, пришло время перейти к технической части. Как? Уже? Ага, вы уже к этому готовы. Итак, самый главный аспект, который волнует всех покупателей этого замечательного прибора — это мощность. Конечно, под этим понимается обычно целая совокупность технических характеристик симистора. О них и пойдет речь. Отметим, что мы разберем характеристики на примере довольно популярной модели — BT139-800.

Сначала давайте узнаем. Что вообще из себя представляют технические характеристики. Больше всего нас будут волновать:

  • самое большое напряжение, которое только возможно
  • самое большое напряжение, когда симистор открыт
  • то напряжение, при котором симистор отпирается
  • самый маленький ток, при котором открывается симистор
  • температуры, при которых работает симистор
  • время отклика (срабатывания)

Ага, вроде бы мы обо всем этом уже говорили, поэтому не так уж и сложно. Хорошо. Теперь о каждой характеристике немного подробнее.

Время отклика (срабатывания)

Скорость срабатывания симистора — это тоже очень важный параметр. Почему? Когда в цепи много таких симисторов и если каждый будет долго срабатывать, то большой аппарат будет очень долго реагировать на каждую команду или даже вообще не сможет работать.

У тока тоже есть своя скорость, а если на его задержку еще будет накладываться куча других, то прибор может стать ну очень медленным, поэтому на это тоже нужно обращать внимание. Наш симистор срабатывает в среднем за 2 микросекунды и это очень хороший результат. Формально, это то время, которое пройдет с момента, когда симистор начинает открываться и уже открыт.

Температура тоже важна

Симисторы, конечно же, работают при достаточно обычных для нас температурах. Однако при помещении его в критические условия будет лучше, если этот диапазон будет очень широким. Наш симистор работает при температуре от МИНУС 40, до ПЛЮС 125 градус по Цельсию. В обычной жизни этот диапазон оптимален, поэтому тут добавить нечего.

Самое большее возможное напряжение

В симисторе BT139-800 это 800 вольт и других моделей этот параметр может отличаться. Не стоит считать, что это напряжение, при котором симистор отлично работает. Нет, напротив — это теоретическое напряжение, от которого симистор еще не выйдет из строя. То есть при идеальных условиях для конкретной модели этот симистор еще вытянет такое напряжение в цепи, однако при превышении его шансов на дальнейшую работоспособностью почти нет. Идем дальше.

Минимальный ток управления

Начнем с того, что этот ток принято измерять в миллиамперах. Разумеется, все зависит от того, как определена полярность симистора в данное время, а также от полярности входного напряжения. Наш симистор имеет мин ток управления от 5 до 22 миллиампер. Однако при проектировании схемы, в которой будет работать симистор, правильнее всего будет ориентироваться на максимальные значения тока. Для нашего симистора это значения, которые находятся между 35 и 70 миллиамперами.

принцип действия, плюсы и минусы, применение прибора

Симистором называется прибор, разработанный ещё в СССР на электрозаводе города Саранска. Он имеет 5 р-n переходов.

История его создания приходится на 1960-е годы, на то время, когда Мордовский институт заполнил патент на это изобретение.

О том, как работает симистор, знают немногие. Его функционирование напоминает работу тиристора.

Принцип действия

Пожалуй, основное отличие симистора от тиристора заключается в том, что первый прибор может пропускать ток в двух направлениях, из-за чего он нашёл своё применение в электроцепях переменного тока.

В симисторе отсутствует катод и анод. Этот факт подтверждается при изучении вольт-амперной характеристики прибора.

Также можно заметить, что он имеет симметрию с осью тока. В его схеме присутствует два силовых электрода (МТ1 и МТ2) и управляющий электрод (G). Если на второй показатель подать напряжение со знаком минус, и его показатель окажется выше заданной величины срабатывания симистора, и одновременно на силовой электрод подать напряжение, достаточное для протекания в приборе тока, превышающего ток удержания симистора, то он будет пропускать электричество.

Закрыться же прибор сможет после того, как напряжение на силовом электроде упадёт до величины, при которой ток прибора снизится до тока удержания.

Основным достоинством схем регуляторов мощности на приборе является наличие хорошей двусторонней связи, следовательно, появляется уникальная возможность её изменения непосредственно в период работы устройства.

Такие схемы часто используются для регулирования света при использовании всем известных ламп накаливания. Для их реализации применяются

  • тиристор;
  • динистор;
  • симистор.

Для такого режима работы можно использовать 4 способа для подачи напряжения на МТ2 и G (управляющий электрод). Два первых варианта требуют подать напряжение со знаком плюс на силовой электрод (МT2) и отрицательное или положительное на управляющий электрод. Последующие два варианта требуют подать на силовой электрод (МT2) напряжение со знаком минус и положительное или отрицательное на управляющий электрод.

Важно, что 1−3 способы считаются рабочими, а четвёртый запрещённым, так как в этом режиме может произойти поломка.

Плюсы и минусы использования

У симистора в принципе работы можно выделить ряд достоинств. Главными его преимуществами являются:

  • низкая стоимость;
  • повышенный срок эксплуатации.

Из-за отсутствия каких-либо механических контактов прибор не искрит, что повышает безопасность его применения, кроме того, отсутствуют радиопомехи при его работе.

К минусам аппарата обычно относят его сильный перегрев при отсутствии радиаторов охлаждения. Поэтому прибор следует использовать лишь при незначительных нагрузках на него или же установить радиатор охлаждения.

Крепить аппарат к охладителю следует креплением с использование винта. Аппарат очень чуток к переходным процессам и не будет работать стабильно на больших частотах, а также имеет сильную чувствительность к различного рода шумам и помехам.

В качестве примера можно привести компьютерный блок бесперебойного питания. Суть его работы заключается в том, что ток сети преобразовывается из постоянного в переменный. При отключении этого блока симистор начинает брать накопившееся электричество из своего встроенного аккумулятора.

Огромное значение для персонального компьютера играет и блок электропитания в целом. При резком переключении напряжения может произойти самовольное включение симистора при отсутствии управляющего напряжения. Всё это может его повредить. Всему виной возникновение помехи или выбросы напряжения при работе с нагрузкой.

Чтобы не дать симистору сломаться, следует включить шунтирующую RC цепочку. Однако в определённых цепях могут возникнуть электрические помехи и шумы. Если они достигнут значения включения, то прибор включится не в то время. Чтобы этого не произошло, следует укоротить провода, которые ведут к затвору, или же использовать экранированный кабель.

Ещё одним способом для избавления от шумов является использование резистора, величина которого составляет 1кОМ.

Применение симистора

Из-за своих уникальных характеристик, простоты устройства и небольшой стоимости симистор успешно применяется как в быту, так и в промышленности, в следующих видах техники:

  • печи;
  • духовки;
  • регуляторы освещения;
  • дрели;
  • перфораторы.

Практически в каждом электроприборе, имеющемся в доме, найдётся симистор.

В промышленной сфере приборы применяются при регулировке света, кроме того, с их помощью регулируются электроприборы и электродвигатели.

Симистор легко сможет заменить электромеханические реле, так как он намного более долговечен и надёжен. Аппарат очень хорошо зарекомендовал себя на рынке и, несмотря на бурно развивающуюся электронику, до сих пор пользуется большим спросом, так как нашёл широкое применение не только в домашней технике, но и в промышленности.

Устройство, принцип работы симистора и сферы применения

Симистор — это полупроводниковый механизм. Он представляет собой трехполюсное приспособление на базе полупроводников. Такое устройство содержит 3 вывода: вывод Т1 и Т2 считаются силовыми электродами и делятся по полярности подсоединения на анод и катод; вывод G считается управляющим электродом либо затвором, даёт возможность реализовывать управление симистором.

Конструкция и принцип работы

Структура симметричного тиристора складывается из пластинки, состоящей из поочередных слоёв с электропроводами p- и n- вида и из контактов электродов главного и управляющего действия.

Всего в структуре полупроводника находится 5 слоёв p- и n-вида. Область между пластами именуется p-n-переходом, который владеет нелинейной ВАХ с незначительным противодействием в противоположном направлении, где минус — это n-прослойка, а плюс — p-прослойка и высочайшее значение сопротивления в обратном направлении. Пробой p-n-перехода происходит при напряжениях в несколько тысяч вольт.

Во время введения механизма в прямолинейном направлении в работу входит правая половина структуры. Левосторонняя область структуры выключена, она считается для тока с обладанием весьма высоким противодействием.

Характеристики симметричного тиристора динамического и постоянного плана при его воздействии в прямом направлении, при поступлении позитивного управляющего сигнала отвечают аналогичным данным тиристора, работающего в непосредственном направлении.

Как работает симистор? Принцип работы устройства основан на прохождении электросигнала в двух направленностях. Это даёт возможность применять симисторы в качестве электрического реле в различных схемах, где необходимо корректировать нагрузку или проход тока по цепи. Одним из бесспорных превосходств симметричного тиристора считается и тот факт, что для предоставления проходного канала не требуется присутствие постоянного уровня напряжения в управляющем ключе. Нужно только наличие его не выше определённого уровня, в зависимости от использования.

Виды

Говоря о видах устройств, необходимо принять тот факт, что это симистор считается одним из типов тиристоров. Если существуют различия по работе, в таком случае и тиристор можно представить своего рода разновидностью симистора. Отличия заключаются в управляющем катоде и в разных принципах работы данных тиристоров.

Импортные устройства обширно представлены на российском рынке. Их главное отличие от российских симисторов заключается в том, что они не требуют заблаговременной настройки в самой схеме. Это даёт возможность экономить детали и место в печатной плате. Как правило, они начинают работать одновременно уже после введения в схему. Необходимо только точно выбрать нужный симистор по всем необходимым данным.

Плюсы и минусы

После того как мы сориентировались, что такое симистор, давайте исследуем плюсы и минусы этого управляющего устройства.

К плюсам причисляют:

  1. В устройстве отсутствуют механические контакты.
  2. Продолжительный период эксплуатации, при этом поломки почти не происходят.
  3. Принцип работы устройств исключает искрение во время эксплуатации даже при наибольших мощностях проходящего тока.
  4. Низкая стоимость.

Но, как и каждое приспособление, симметричные тиристоры не лишены минусов:

  1. Существенное тепловыделение во время работы.
  2. Восприимчивость к электромагнитным помехам и шумам.
  3. Неумение работать при значительных частотах переменчивого тока.
  4. Падение напряжения до 2-х вольт в устройстве, пребывающем в открытом состоянии. При этом этот коэффициент не зависит от силы проходящего тока. Этот фактор считается препятствием для использования симисторов в маломощных конструкциях.

В то же время симметричные тиристоры при наибольших токах нагреваются, что потребует использования приспособлений для остывания корпуса. В индустрии встречается охлаждение мощных устройств активным методом — при поддержке вентилятора.

Развитие технологий

Особенностью 4-квадрантных симметричных тиристоров считается их ложное включение, что может послужить причиной к выходу из строя. Это требует использования дополнительной предохранительной цепочки, содержащей разнообразные компоненты.

Относительно недавно были изобретены 3-х-квадрантные приборы, какие обладают нужными достоинствами:

  1. За счёт снижения числа требуемых компонентов, плата сделалась ещё более малогабаритной.
  2. Как следствие, понижение потерь усилия и снижение стоимости готового продукта.
  3. При отсутствии демпфера и дросселя стало возможно применять симметричные тиристоры в цепях с высокой частотой.

А также упрощение схемы разрешило применять 3-х-квадрантный симистор в нагревательных устройствах: подобная система меньше нагревается и не реагирует на находящуюся вокруг температуру.

Сфера использования

Принцип работы и малогабаритные размеры симисторов дают возможность использовать их почти повсюду. В самом начале собственного возникновения механизмы применялись при конструировании сильных трансформаторов и заправочных приборов.

На сегодняшний день с формированием производства маленьких полупроводников тиристоры стали компактнее, что даёт возможность применять их в наиболее разных конструкциях и областях.

Симистор является настолько гибким и многоцелевым механизмом, что благодаря его свойству происходит переключение в проводящее положение запускаемым импульсом с позитивным либо негативным знаком, который не зависит от ключа, выражающего свойства моментальной полярности. По сущности наименования анод и катод для прибора не имеют актуальности.

Симистор используют в качестве твердотельного реле. Для него свойственно небольшое значение отправного тока, необходимого для перегрузки с большими токами. Функции ключа в этом устройстве может исполнять переключатель либо обладающее большой чувствительностью реле и другие контактные пары с током до 50 мА, при этом размер тока перегрузки может ограничиваться только признаками, на которые рассчитан симистор.

Не менее обширно применение симистора в качестве регулятора освещения и управления быстротой верчения электромотора. Схема построена на применении запускающих компонентов, какие формируются RC-фазовращателем, а потенциометр регулирует освещённость, и резистор предназначается для ограничения тока перегрузки. Развитие импульсов производится с поддержкой динистора. Уже после пробоев в динисторе, который происходит в результате разницы потенциалов на конденсаторе, импульс разрядов конденсатора, возникающий моментально, включает симистор.

В индустрии мощные приборы применяются для управления станками, насосами и иным электрооборудованием, в каком месте необходимо плавное изменение протекающего тока. В быту использование симисторов ещё более широко:

  1. Это почти весь инструмент: от ручной дрели и шуруповерта вплоть до зарядного устройства для автоаккумуляторов.
  2. Многочисленные домашние электроприборы: пылесосы, вентиляторы, фены и так далее.
  3. В домашних компрессорных конструкциях — кондиционерах и холодильниках.
  4. Электронагревательные приборы: камины, духовки, СВЧ печи.

Повсеместное использование приборов стало толчком для исследования диммеров — популярного на сегодняшний день устройства для мягкой регулировки освещения. Принцип работы автоматического диммера основан на применении симистора.

Ограничения при использовании

Симистор прикладывает несколько ограничений при применении, в частности, при индуктивной перегрузке. Ограничения затрагивают скорости перемены напряжения (dV/dt) между анодами симистора и быстроты изменения рабочего тока di/dt.

Действительно, в период перехода симистора с замкнутого положения в проводящее состояние внешней цепью может быть обусловлен значительный ток. В таком случае период моментального падения усилия в выводе симистора не происходит. Таким образом, одновременно будут присутствовать напряжённость и ток, развивающие моментальную мощность, что может достичь существенных величин.

Энергия, растерянная в малом пространстве, активизирует внезапное увеличение температуры р-п переходов. В случае если критическая температура будет завышена, произойдёт разрушение симистора, вызванное излишней скоростью нарастания тока di/dt.

Кроме того, ограничения распространяются на изменения усилия 2-ух категорий: в dV/dt применительно к замкнутому симистору и в открытом симисторе (последнее, кроме того, именуется быстротой переключения).

Чрезмерная быстрота нарастания усилия, вложенного между заключениями А1 и А2 зарытого симистора, может спровоцировать его открытие при нехватке сигнала в управляющем электроде. Это проявление вызывается внутренней ёмкостью симистора. Электроток заряда этой ёмкости может быть необходимым для отпирания симистора.

Однако не это считается главной предпосылкой несвоевременного раскрытия. Максимальная величина dV/dt при переключении симистора, как принцип, очень незначительна, и очень быстрое изменение усилия в выводах симистора в период его запирания может сразу же спровоцировать за собою новое включение. Подобным образом, симистор опять отпирается, в то время как должен закрыться.

Проверка симисторов

Любой, даже наиболее надёжный прибор может выйти из строя. Не исключение и симистор. По этой причине немаловажно понимать, как можно проконтролировать его на работоспособность, для того чтобы осуществить его замену. Для этого можно применять 2 способа.

Первый способ состоит в применении 2-ух аналоговых омметров. Следующие измерения выполняют следующим способом:

  1. Щупы 1 омметра подсоединяют к катоду и аноду симистора. Будет комфортнее, если щупы закрепить зажимами, для того чтобы они не прыгали. В случае если ввести устройство, сопротивление станет весьма обширно: указатель будет «лежать»;
  2. Щупы 2 омметра подсоединяют следующим способом: единственный щуп закрепляется на аноде, а другим щупом дотрагиваются до управляющего электрода.

Если соразмерный тиристор исправен, то произойдёт его раскрывание, а противодействие в первом омметре опустится до нескольких ом.

Второй способ контроля предполагает прозвонку мультиметром. Для того чтобы измерения были надёжными, переключатель тестера устанавливается в положение «проверка диодов». Потом измерительные щупы закрепляются в аноде и катоде. В случае со щупами-иглами можно применять переходник с проволоки. В отличие от омметра, мультиметр продемонстрирует противодействие равное 1. Потом тонкой проволокой запираем отрицательный электрод и затвор. Случится отпирание полупроводника, и в экране тестера отобразится реальное противодействие симистора.

Что такое симистор? Описание структуры, принципа работы

Симисторы – это приборы, которые являются полупроводниковыми компонентами (по терминологии США, они называются триаки), выполняющие ключевую роль по проведению тока в оба направления.

Прежде всего, симистор – это ключ-регулятор, используемый для цепей постоянного тока, он также выполняет функцию двунаправленного транзистора. Элемент состоит из двух основных силовых электродов – это электрод, находящийся со стороны управляющего электрода и СЭ –электрод со стороны основания элемента. Свое название симистор получил в результате использования двух встречно-параллельных включаемых тиристоров с одним управляющим электродом.

Рис.№1. Условное схематичное обозначение симистора и его внешний вид с обозначением позиций: 1 – анод; 2 – силовой электрод; 3 – управляющий электрод или катодный выход; 4 управляющий выход. Управляющий электрод выводится на туже сторону, что и катод. Анод служит основанием устройства и изготовлен в виде шестигранника и крепежной шпильки, на которой нарезана резьба для установки на охлаждающем радиаторе. Катод и управляющий выход отделены от основания изоляцией.

Благодаря способности проводить электроток в обе стороны симистор может выполнять функцию трехэлектродного полупроводникового прибора.

Он может переходить из закрытого положения в состояние открытости и работать в обратную сторону при обеих полярностях напряжения, присутствующего на основных электродах.

Рис. №2. ВАХ симистора. В соответствии с устройством полупроводниковой структуры, включенный в основную цепь он переходит в состояние проводимости при поступлении на управляющий электрод напряжения положительного значения относительно СЭУ напряжения, либо U обеих полярностей.

Полупроводниковая структура симистора

Структура симистора состоит из пластины, состоящей из чередующихся слоев с электропроводностями p- и n- типа и из контактов электродов основного и управляющего действия.

.           Всего в структуре полупроводника содержится пять слоев p- и n-типа. Область между слоями называется p-n-переходом, который обладает нелинейной ВАХ с небольшим сопротивлением в обратном направлении, где минус – это n-слой, а плюс – p-слой и высокое значение сопротивления в обратном направлении. Пробой p-n-перехода происходит при напряжении равном несколько тысяч вольт.

Во время включения симистора в прямом направлении в работу вступает правая половина структуры. Левая область структуры выключена, она считается для тока, с обладанием очень высоким сопротивлением. Характеристики симистора динамического и статического плана при его действии в прямом направлении, при поступлении положительного управляющего сигнала соответствуют аналогичным характеристикам тиристора, работающего в прямом направлении.

Рис. №4. Структура симистора, включенного в обратном направлении. По этой схеме к СЭУ прилагается напряжение со знаком плюс, относительно СЭ, а pn-переходы j2  и j4  подключаются в прямом, а pn-переходы j1  и j3 – в обратную сторону. Благодаря этому структура может рассматриваться, как структура тиристора, подключенная в обратном направлении, не принимающая участие в работе по пропусканию тока. В этом случае действие прибора определяется при помощи левой части структуры и представляет собой обратно ориентированную pnpn структуру с добавочным пятым слоем n0 , который граничит со слоем p1.

Использование симистора

Симистор представляется настолько гибким и универсальным устройством, что благодаря его свойству переключения в проводящее состояние запускаемым импульсом с положительным или отрицательным знаком, который не зависит от источника  проявляющего свойства мгновенной полярности. По сути названия анод и катод для прибора не имеют большой актуальности.

  1. Одно из популярных и простейших сфер использования симистора может считаться его применение в качестве твердотельного реле. Для него характерно малое значение пускового тока достаточного для нагрузки с большими токами. Функцию ключа в таком устройстве может играть геркон, или обладающее большой чувствительностью термореле и прочие контактные пары с током до 50мА, при этом величина тока нагрузки может ограничиваться исключительно показателями, на которые рассчитан симистор.

Рис.№5. Схема твердотельного реле с использованием симистора.

  1. Не менее широко использование симистора в качестве регулятора интенсивности освещения и управления скоростью вращения электромотора. Схема построена на использовании запускающих элементов, которые устанавливаются RC-фазовращателем, такой элемент, как потенциометр регулирует интенсивность освещения, а резистор служит для ограничения тока нагрузки. Формирование импульсов выполняется с помощью динистора. После пробоя в динисторе, который происходит в результате разности потенциалов на конденсаторе, импульс разряда конденсатора, возникающий мгновенно включает симистор.

Рис. №6. Схема регулирования света с использованием симистора с фазовым управлением.

  1. Управление мощностью в нагрузке с использованием в схеме добавочной RC-цепочки, что дает большой фазовый сдвиг, который облегчает задачу по управлению мощности.

Преимущества использования симисторов

  • Увеличение разрешенной критической величины напряжения коммутации, что разрешает управления большими реактивными нагрузками без существенных сбоев в коммутации. Это позволяет уменьшить число компонентов, размеры печатной платы, снизить цену и убрать потери на рассеивание энергии демпфером.
  • Повышение критической величины изменения тока коммутации, что повышает качество работы на высокой частоте для несинусоидального напряжения.
  • Большая чувствительность к высокой температуре рабочего процесса.
  • Высокое значение допустимого напряжения снижает стремление к самовключению из состояния отсутствия проводимости при большой температуре, что разрешает их использование для резистивных нагрузок по управлению бытовой и нагревательной техникой.
  • Долговечность симистора, обусловленная рабочими температурными перепадами, отличается практически неограниченным ресурсом.
  • Отсутствие искрообразования и возможность управления в момент нулевого тока в сети, что снижает электромагнитные помехи.

Основные достоинства семистора:

  1. большая частота срабатывания для высокой точности управления;
  2. высокий ресурс по сравнению с релейными электромеханическими устройствами;
  3. возможность добиться небольших размеров приборов;
  4. отсутствие шума при включении и отключении электроцепей.

 

Силовая электроника, с использованием  симисторов, разработанная отечественными производителями благодаря своим качественным показателям может составить западным фирмам высокую конкуренцию.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Похожее

Навигация по записям

принцип работы, проверка и включение, схемы


Как он работает и для чего нужен

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


Таблица характеристик популярных симисторов.

Конструкция и принцип действия

Особенность симистора является двунаправленной проводимости идущего через прибор электрического тока. Конструкция устройства строится на использовании двух встречно-параллельных тиристоров с общим управлением. Такой принцип работы дал название от сокращенного «симметрические тиристоры». Поскольку электроток может протекать в обе стороны, нет смысла обозначать силовые выводы как анод и катод. Дополняет общую картину управляющий электрод. В симисторе есть пять переходов, позволяющих организовать две структуры. Какая из них будет использоваться зависит от места образования (конкретный силовой вывод) отрицательной полярности.


Симистор.

Тиристоры

Тиристор является переключающим полупроводниковым прибором, который способен пропускать ток только в одном направлении. Его нередко называют вентилем и проводят аналогии между ним и управляемым диодом. У тиристоров имеется три вывода, причем один – это электрод управления. Это, если выразиться грубо, кнопка, при помощи которой происходит переключение элемента в проводящий режим. В статье будет рассмотрен частный случай тиристора – симистор — устройство и работа его в различных цепях.

Тиристор – это еще выпрямитель, выключатель и даже усилитель сигнала. Нередко его используют в качестве регулятора (но только в том случае, когда вся электросхема запитывается от источника переменного напряжения). У всех тиристоров имеются некоторые особенности, о которых нужно поговорить более подробно.

Как работает устройство

Исходно полупроводниковый прибор находится в запертом состоянии и ток по нему не проходит. При подаче тока на управляющий электрод, последний переходит в открытое состояние и симистор начинает пропускать через себя ток. При работе от сети переменного тока полярность на контактах постоянно меняется. Схема, где используется рассматриваемый элемент, при этом будет работать без проблем. Ведь ток пропускается в обоих направлениях. Чтобы симистор выполнял свои функции, на управляющий электрод подают импульс тока, после снятия импульса ток через условные анод и катод продолжает протекать до тех пор, пока цепь не будет разорвана или они не будут находится под напряжением обратной полярности.

Это один из видов тиристоров, отличающийся от базового типа большим числом p-n переходов, и как следствие этого, принципом работы (он будет описан ниже). Характерно, что в элементной базе некоторых стран данный тип считается самостоятельным полупроводниковым устройством.

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

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

Управляющие сигналы

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


Симистор иностранного производства.

Полярность управляющего сигнала должна совпадать с полярностью условного анода. Для управления симистором часто используют выключатель и токоограничительный резистор, если он управляется микроконтроллером – может понадобиться дополнительная установка транзистора, чтобы не сжечь выход МК, или использовать симисторный оптодрайвер, типа MOC3041 и подобных. Четырёхквадрантные симисторы могут отпираться сигналом с любой полярностью. В этом преимуществе есть и недостаток – может потребоваться увеличенный управляющий ток. При отсутствии прибор заменяется двумя тиристорами. При этом следует правильно подбирать их параметры и переделывать схему управления. Ведь сигнал будет подаваться на два управляющих вывода.

Интересно по теме: Как проверить стабилитрон.

Свойства тиристоров

Среди огромного множества характеристик этого полупроводникового элемента можно выделить самые существенные:

  1. Тиристоры, подобно диодам, способны проводить электрический ток только в одном направлении. В этом случае они работают в схеме, как выпрямительный диод.
  2. Из отключенного во включенное состояние тиристор можно перевести, подав на управляющий электрод сигнал с определенной формой. Отсюда вывод – у тиристора как у выключателя имеется два состояния (причем оба устойчивые). Таким же образом может функционировать и симистор. Принцип работы ключа электронного типа на его основе достаточно прост. Но для того чтобы произвести возврат в исходное разомкнутое состояние, необходимо, чтобы выполнялись определенные условия.
  3. Ток сигнала управления, который необходим для перехода кристалла тиристора из запертого режима в открытый, намного меньше, нежели рабочий (буквально измеряется в миллиамперах). Это значит, что у тиристора есть свойства усилителя тока.
  4. Существует возможность точной регулировки среднего тока, протекающего через подключенную нагрузку, при условии, что нагрузка включена с тиристором последовательно. Точность регулировки напрямую зависит от того, какая длительность сигнала на электроде управления. В этом случае тиристор выступает в качестве регулятора мощности.

Достоинства и недостатки

Для чего нужен рассматриваемый полупроводниковый прибор? Самый популярный вариант использования – коммутация в цепях переменного тока. В этом плане симистор очень удобен – используя небольшой элемент можно обеспечить управление высоковольтного питания. Популярны решения, когда им заменяют обычное электромеханическое реле. Плюс такого решения – отсутствует физический контакт, благодаря чему включение питания становится надежнее, переключение бесшумным, ресурс на порядки больше, быстродействие выше. Еще одно достоинство симистора – относительно невысокая цена, что вместе с высокой надёжностью схемы и временем наработки на отказ выглядит привлекательно.

Будет интересно➡ Что такое динистор?

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

Отметим, что напряжение на нагрузки будет отличаться от синусоиды, что связано с минимальным напряжением и током, при которых возможно включение. Из-за этого подключать следует только нагрузку, не предъявляющую высоких требований к электропитанию. При постановке задачи добиться синусоиды такой способ коммутации не подойдёт. Симисторы сильно подвержены влиянию шумов, переходных процессов и помех. Также не поддерживаются высокие частоты переключения.

Область применения

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

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

На этом перечень, где используется этот полупроводниковый прибор, не ограничивается. Применение рассматриваемого проводникового прибора осуществляется практически во всех электроприборах, что только есть в доме. На него возложена функция управления вращением приводного двигателя в стиральных машинках, они используются на плате управления для запуска работы всевозможных устройств – легче сказать, где их нет.

Основные характеристики

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

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

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

Будет интересно➡ Что такое SMD светодиоды

Как проверить симистор в стиральной машине

Симисторы используются для передачи напряжения на внешние устройства, а также для защиты от перегорания во время нестабильной работы электросети. Такое оборудование может быть разной мощности, а для СМА чаще всего используются модели со средними показателями. Проверка симистора в стиральной машине помогает выявить неисправности и устранить неполадки в разных узлах техники:

  • при подключении насосов-помп;
  • при подаче потока воды внутрь барабана;
  • при подключении электромагнитов и некоторых других узлов.

Как устранить поломку

Чаще всего они выходят из строя из-за частых скачков напряжения в электросети. В одних случаях хватает 1-2 раз, в других система выдерживает больше нагрузок. Еще бывает, что эти детали перегорают из-за попадания воды или моющих средств на контакты. Поэтому в таких случаях необходимо знать, как проверить симистор в стиральной машине, какое для этого требуется оборудование и не привела ли поломка к выходу из строя и других узлов устройства.

Собственными силами в домашних условиях это выявить практически невозможно, особенно если у вас нет соответствующего опыта, навыков и оборудования для проверки. Рекомендуем вам не заниматься самостоятельным ремонтом. В противном случае такая замена симистора в стиральной машине может привести к еще большему числу неполадок или даже серьезным поломкам в системе. В отдельных случаях есть риск полностью вывести технику из строя без возможности дальнейшей ее починки.

Рекомендуем вам не заниматься ремонтом лично, а сразу вызывать мастера на дом. Наши специалисты в Москве оперативно приедут на вызов, проведут диагностику и определят, насколько серьезны неполадки в системе. Наши мастера отлично разбираются в ремонте, знают, чем заменить симистор, как это сделать правильно и быстро.

Назад к списку

www.mosremslugba.ru

Полупроводниковая структура симистора

Структура симистора состоит из пластины, состоящей из чередующихся слоев с электропроводностями p- и n- типа и из контактов электродов основного и управляющего действия. Всего в структуре полупроводника содержится пять слоев p- и n-типа. Область между слоями называется p-n-переходом, который обладает нелинейной ВАХ с небольшим сопротивлением в обратном направлении, где минус – это n-слой, а плюс – p-слой и высокое значение сопротивления в обратном направлении. Пробой p-n-перехода происходит при напряжении равном несколько тысяч вольт.

Во время включения симистора в прямом направлении в работу вступает правая половина структуры. Левая область структуры выключена, она считается для тока, с обладанием очень высоким сопротивлением. Характеристики симистора динамического и статического плана при его действии в прямом направлении, при поступлении положительного управляющего сигнала соответствуют аналогичным характеристикам тиристора, работающего в прямом направлении.

По этой схеме к СЭУ прилагается напряжение со знаком плюс, относительно СЭ, а p—n-переходы j2 и j4 подключаются в прямом, а p—n-переходы j1 и j3 – в обратную сторону. Благодаря этому структура может рассматриваться, как структура тиристора, подключенная в обратном направлении, не принимающая участие в работе по пропусканию тока. В этом случае действие прибора определяется при помощи левой части структуры и представляет собой обратно ориентированную p—n—p—n структуру с добавочным пятым слоем n0 , который граничит со слоем p1.

Использование симистора

Симистор представляется настолько гибким и универсальным устройством, что благодаря его свойству переключения в проводящее состояние запускаемым импульсом с положительным или отрицательным знаком, который не зависит от источника проявляющего свойства мгновенной полярности. По сути названия анод и катод для прибора не имеют большой актуальности.

  • Одно из популярных и простейших сфер использования симистора может считаться его применение в качестветвердотельного реле. Для него характерно малое значение пускового тока достаточного для нагрузки с большими токами. Функцию ключа в таком устройстве может играть геркон, или обладающее большой чувствительностью термореле и прочие контактные пары с током до 50мА, при этом величина тока нагрузки может ограничиваться исключительно показателями, на которые рассчитан симистор.
  • 2Не менее широко использование симистора в качестве регулятора интенсивности освещения и управления скоростью вращения электромотора. Схема построена на спользовании запускающих элементов, которые устанавливаются RC-фазовращателем, такой элемент, как потенциометр регулирует интенсивность освещения, а резистор служит для ограничения тока нагрузки. Формирование импульсов выполняется с помощью динистора. После пробоя в динисторе, который происходит в результате разности потенциалов на конденсаторе, импульс разряда конденсатора, возникающий мгновенно включает симистор.
  • Управление мощностью в нагрузке с использованием в схеме добавочной RC-цепочки, что дает большой фазовый сдвиг, который облегчает задачу по управлению мощности.


Обозначение симистора на схеме.

Преимущества использования симисторов

  • Увеличение разрешенной критической величины напряжения коммутации, что разрешает управления большими реактивными нагрузками без существенных сбоев в коммутации. Это позволяет уменьшить число компонентов, размеры печатной платы, снизить цену и убрать потери на рассеивание энергии демпфером.
  • Повышение критической величины изменения тока коммутации, что повышает качество работы на высокой частоте для несинусоидального напряжения.
  • Большая чувствительность к высокой температуре рабочего процесса.
  • Высокое значение допустимого напряжения снижает стремление к самовключению из состояния отсутствия проводимости при большой температуре, что разрешает их использование для резистивных нагрузок по управлению бытовой и нагревательной техникой.
  • Долговечность симистора, обусловленная рабочими температурными перепадами, отличается практически неограниченным ресурсом.
  • Отсутствие искрообразования и возможность управления в момент нулевого тока в сети, что снижает электромагнитные помехи.

Основные достоинства симистора:

  1. большая частота срабатывания для высокой точности управления;
  2. высокий ресурс по сравнению с релейными электромеханическими устройствами;
  3. возможность добиться небольших размеров приборов;
  4. отсутствие шума при включении и отключении электроцепей.

Силовая электроника, с использованием симисторов, разработанная отечественными производителями благодаря своим качественным показателям может составить западным фирмам высокую конкуренцию.

Материал по теме: Как подключить конденсатор

Виды симисторов

Говоря о видах симисторов, следует принять тот факт, что это симистор является одним из видов тиристоров. Когда имеются в виду различия по работе, то и тиристор можно представить своего рода разновидностью симистора. Различия касаются лишь по управляющему катоду и в разных принципах работы этих тиристоров. Читайте что такое импульсный блок питания.


Поврежденные симисторы.

Импортные симисторы широко представлены на отечественном рынке. Их основное отличие от отечественных симисторов заключается в том, что они не требуют предварительной настройки в самой схеме, что позволяет экономить детали и место на печатной плате. Как правило, они начинают работать сразу после включения в схему. Следует лишь точно подобрать необходимый симистор по всем требуемым характеристикам.

  • На замену Z00607 хорошо подходят ы BT131-600, только они максимально подходят по всем характеристикам
  • Полностью аналогичный у Z7M является МАС97А8.
  • z3m . Такой же , как и чуть выше. Различия в токе по управляющему ключу и в максимальном напряжении. Полностью аналогичен по замене на MAC97A8
  • ВТА 16 600 — импортный , рассчитанный на использование в цепях до 16 ампер и напряжением до 600 вольт
  • Этот очень часто используется концерном Samsung в производстве бытовых приборов. Аналогом этого полупроводника и, несомненно, более лучшим, является BT 134-800. ы m2lz47 являются не самыми надежными с точки зрения условий эксплуатации в приборах с нестабильными параметрами питающей сети.
  • тс122 25. Данный симистор очень часто называют силовым тиристором, так как он используется в электроприборах или электроинструменте в механизмах плавного пуска. Отличительной особенность данного а является его большая надежность на протяжении большого срока работы.
  • 131 6 , другое название данного а ВТ 131-600, но есть и упрощенное название, и на многих деталях имеется именно упрощенная маркировка. С этим моментом очень часто связано то, что по оригинальной или упрощенной маркировке не всегда можно найти именно ту информацию, которая нужна.

Будет интересно➡ Что такое адресная светодиодная лента

Схемы управления

Схемы управления симистором отличаются простотой и надежностью. Там, где без применения симисторов требовалось большое количество деталей, и производилась тщательная подгонка по параметрам – симисторы значительно упростили всю принципиальную схему. Включение в схему только основных элементов позволяет миниатюризировать не только саму печатную плату, но и весь прибор в целом. Читайте принцип работы индикаторной отвертки.

Схема диммера на симисторе позволяет создать компактное дополнение к выключателю освещения, для плавной регулировки уровня освещения. При необходимости схему можно дополнить компонентами для плавного изменения освещения в зависимости от яркости внешнего фона.

Схема регулятора на симисторе включает в себя непосредственно сам датчик температуры, питающую сеть, и прибор нагрузки. Изменение показаний датчика температуры приводит к изменени показателей тока на ключе симистора, что приводит либо к увеличению напряжения, либо к уменьшению. Забудьте о сложных механических устройствах с биметаллическими пластинами и выгорающих контактах. Схемы управления скоростью вращения двигателя принципиально ничем не отличаются по принципу построения от других аналогичных. Нюансы касаются только параметров тока и напряжения на двигатель.


Симистр на электронной схеме.

Управление симистором через оптопару позволяет подключать электрооборудование, которым нужно управлять. Непосредственно к компьютеру через порт LPT. Оптопара в данном примере позволяет защитить непосредственно материнскую плату компьютера от перегрузки и выхода из строя. Своего рода умны предохранитель с функцией управления. Управление симистором с микроконтроллера позволяет добиться очень точных показателей по току и напряжению, при которых происходит управление самим симистором и распределению питающего напряжения на различные устройства нагрузки.

Отличия тиристорных стабилизаторов от симисторных


В этой статье мы расскажем вам об основном отличии тиристорных стабилизаторов от симисторных, о деталях и нюансах этих двух типов электронных стабилизаторов напряжения.

Тиристорный и симисторный стабилизатор

 

Все стабилизаторы переменного напряжения моделей Ампер и Герц производства ЧП «НПФ «Элекс» по принципу действия относятся к типу ступенчатых автотрансформаторных стабилизаторов с коммутацией отводов трансформатора с помощью электронных ключей (реализованных на основе высоконадежных мощных полупроводниковых приборов – тиристоров или симисторов), управляемых высокоскоростным микроконтроллером. Во всех однофазных стабилизаторах Ампер и Герц в диапазоне до 40А включительно применены симисторы BTA41-600B производства STMicroelectronics (максимальное напряжение пробоя 600В, постоянный ток нагрузки 40А, ударный не повторяющийся ток в открытом состоянии равен 400А). 

Во всех однофазных стабилизаторах Ампер и Герц в диапазоне от 50А, а также во всех трехфазных стабилизаторах, силовые электронные ключи реализованы на тиристорах производства Ixys Semiconductor GmbH.

Фактически, симистор – это «симметричный тиристор», он проводит ток в двух направлениях, и состоит из двух тиристоров в одном корпусе. 

симистор BTA41-600B
производства STMicroelectronics

Соответственно, для реализации электронного переключающего ключа достаточно всего одного симистора. Поскольку тиристор проводит ток только в одном направлении, то для работы в цепях переменного тока применяется встречно-параллельное соединение двух тиристоров.

Следовательно, один ключ, подключающий часть обмотки трансформатора, будет состоять уже не из одного, а двух тиристоров. Предотвратить возможный выход из строя стабилизатора из-за перегрева полупроводниковых приборов в процессе интенсивной работы и обеспечить качественный отвод тепла с применением системы принудительного охлаждения проще в случае ключа на двух корпусных тиристорах, чем на одном симисторе. Применение тиристоров обеспечивает еще более высокую кратковременную перегрузочную способность по току, что повышает надежность при коммутации таких нагрузок, как асинхронные электродвигатели, которым свойственны большие пусковые токи.

Электронные ключи однофазного стабилизатора Элекс Герц V3.0

Конструктивно все однофазные симисторные стабилизаторы «Элекс» (до 40А включительно) собраны на одной печатной плате, а все однофазные тиристорные (от 50А) – на 3-ёх печатных платах (плата входных ключей, плата выходных ключей и плата управления). Т.е., при более высокой себестоимости полупроводниковых приборов и их большем количестве и, соответственно, большей прайсовой цене тиристорные стабилизаторы обладают более высокой кратковременной перегрузочной способностью по току по сравнению с симисторными стабилизаторами при прочих равных условиях. Каких-либо принципиальных эксплуатационных отличий между симисторными и тиристорными стабилизаторами торговой марки Элекс Engineering нет.

Однофазный стабилизатор напряжения Элекс Ампер 16-1/25А в разобранном виде

Пульсар Лимитед – Энергия для Лучшей Жизни!

 

 


Электроника НТБ — научно-технический журнал — Электроника НТБ

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

ЧЕТЫРЕХ- И ТРЕХКВАДРАНТНЫЕ СИМИСТОРЫ
Зачастую на практике при управлении как резистивной, так и индуктивной нагрузками (двигателями, соленоидами, трансформаторами) требуется коммутация переменного тока. Для этих целей и предназначен симистор – устройство, состоящее из двух встречно-параллельно включенных тиристоров, выполненных на одном кристалле. Симистор имеет два силовых вывода – главные терминалы МТ1 и МТ2 – и один управляющий затвор (рис.1).
В фазоуправляемых схемах симистор должен включаться во время каждого полупериода. Это означает, что в конце полупериода коммутируемый ток снижается до нуля и не протекает в другом направлении до тех пор, пока прибор не будет снова включен. Подобный режим коммутации переменного тока – основной для многих промышленных применений. Отметим, что при работе симистора в этом режиме может возникнуть ситуация, когда при выключении одного из тиристоров в обратном направлении будет протекать ток, обусловленный эффектом рассасывания неосновных носителей. Этот ток может стать током затвора, включающим противоположный тиристор. Правда, подобная ситуация возникает только при увеличении обратного напряжения на этом тиристоре. Данный эффект называется «коммутационной ошибкой», в результате которой симистор продолжает проводить ток в противоположном направлении вместо того, чтобы оставаться запертым. Вероятность возникновения этой ошибки зависит от скорости нарастания обратного напряжения (dV/dt) и скорости спада проводимого тока в прямом направлении (dI/dt). Режим работы на резистивную нагрузку не столь сложен, так как относительно медленное нарастание dV/dt оставляет прибору достаточно времени, чтобы выключиться при спаде коммутируемого напряжения до нуля.
Иная ситуация возникает при работе симистора на индуктивную нагрузку, когда комбинация dV/dt и dI/dt превышает допустимые значения для конкретного типа прибора. В этом случае один из способов устранения выбросов обратного напряжения – использование сглаживающей RC-цепочки. А какие еще существуют методы устранения «коммутационной ошибки»?
Выполнение симистора на основе двух физически разделенных тиристоров. Этот вариант нецелесообразен, поскольку исключает все достоинства интегрального симистора в части экономии площади платы и усложняет схему управления двумя затворами.
Метод закорачивания базы и эмиттера эквивалентного транзистора. Этот метод предусматривает формирование между эмиттером и базой транзистора встроенных резистивных перемычек. Такое техническое решение позволяет снизить коэффициент усиления транзистора, в результате чего и проявляется тиристорный эффект. При этом после снижения проводимого тока до нуля концентрация неосновных носителей оказывается низкой, и вероятность того, что паразитный ток затвора, вызванный их рекомбинацией, приведет к ложному срабатыванию противоположного тиристора, уменьшается. Другой положительный момент этого метода заключается в том, что нерекомбинированные носители не вносят вклад в ток затвора, так как часть из них стекает через закороченный эмиттер противоположного тиристора.
Структуры с модифицированным затвором. Затвор стандартного симистора допускает протекание тока в обоих направлениях с тем, чтобы симистор включался положительным или отрицательным током, протекающим между затвором и главным терминалом МТ1. Таким образом, возможны четыре режима управления симистором, называемые режимами 1+, 1-, 3+ и 3- или квадрантами 1, 2, 3, 4 (рис.2).
Обеспечение подобной гибкости работы симистора во всех четырех режимах возможно при чрезвычайном усложнении структуры (см. рис.1). При этом проявляются следующие особенности структуры, в принципе характерные для четырехквадрантного прибора:
· увеличение тока затвора, необходимого для гарантированного включения прибора, что обусловливает невысокую чувствительность симистора;
· достаточно большая длительность управляющего импульса, вызванная задержкой между подачей управляющего тока в затвор и полным включением симистора для всех квадрантов;
· малый допустимый уровень нарастания тока нагрузки во всех квадрантах.
В большинстве схемных решений симистор работает в квадрантах 1+ и 3- (для фазового управления) или в квадрантах 1- и 3- (для однополярного управления микросхемой). Так что режим коммутации 3+, как правило, не используется, и трехквадрантный симистор может иметь усовершенствованную структуру затвора, устраняющую перечисленные негативные эффекты. Более того, такое решение улучшает коммутационную способность прибора в целом и позволяет ему работать на индуктивную нагрузку без применения дополнительных RC-цепочек, что, в свою очередь, упрощает схему. Следствие этого – повышение схемной надежности и экономия площади платы.
Фирма Philips Semiconductors выпускает широкую номенклатуру четырех- и трехквадрантных симисторов серии ВТххх на напряжение 600, 800 В и токи от 1 до 25 А в корпусах различного типа. Рассмотрим обозначение маркировки симисторов в соответствии со стандартом фирмы на примере прибора ВТ136х-600х. Здесь символы ВТ136 определяют значение тока, символ, вводимый на место х, – тип корпуса, три знака после «-» – напряжение. Завершает маркировку пробел или символ, задающие ток затвора. Все возможные значения символов и цифр приведены в таблице.
Важно отметить, что недорогие трехквадрантные симисторы серии ВТА с успехом заменяют аналогичные приборы производства фирмы Motorola. Так, 8-А симистор BTА208-800В в полтора-два раза дешевле популярных симисторов МАС9М и МАС9N с такими же характеристиками.

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

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

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

TRIAC Circuits: основы и приложения

Морин ВанДайк |

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

Симисторы

— это полупроводниковые устройства с тремя клеммами. Они работают, используя одну клемму, т. е. затвор, для запуска потока электрического тока через две другие клеммы, т.е.е., основные клеммы или аноды. Хотя эти устройства похожи на другие электронные переключатели, такие как кремниевые управляемые выпрямители (SCR), в отличие от некоторых из этих альтернатив, они могут одинаково хорошо проводить ток в обоих направлениях.

Симисторы

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

Функции симисторных переключателей

Триаки

используются по-разному, в том числе как:

Простые электронные переключатели

В этом приложении TRIAC запускается переменным напряжением на его затворе. Резистор используется последовательно с затвором, чтобы ограничить ток, протекающий к терминалу. Симистор позволяет току течь в любом направлении, при этом поток меняется в зависимости от полярности напряжения на затворе. Напряжение затвора может быть получено из напряжения переменного тока, подаваемого на клеммы нагрузки симистора.Если приложение требует протекания тока только в одном направлении, диод подключается последовательно к затвору для преобразования переменного напряжения в постоянное. В этой конфигурации ток, протекающий через симистор при заданной нагрузке, является фиксированным.

Контроллеры уровня мощности или диммера

Триггер затвора для этого варианта использования является более сложным, поскольку он включает изменение фазы в зависимости от напряжения нагрузки. Напряжение запуска получается из напряжения нагрузки, но с приложенным к нему фазовым сдвигом.Схема фазовращателя состоит из переменного резистора и конденсатора. Напряжение конденсатора используется в качестве напряжения запуска, фаза которого изменяется за счет изменения переменного резистора. Часто переключатель DIAC (диод для переменного тока) подключается между конденсатором и затвором симистора, чтобы обеспечить резкое включение симистора.

Симисторы

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

  • Диммеры для ламп
  • Выходные регуляторы для электронагревателей
  • Регуляторы скорости двигателей

Проблемы со схемами TRIAC и их решения

При использовании схем TRIAC важно знать об общих проблемах, с которыми приходится сталкиваться, и о том, как их решить.Некоторые из проблем, возникающих при использовании схем TRIAC, включают:

Эффект скорости

Этот эффект относится к непреднамеренному включению симистора из-за резкого изменения напряжения на его основных клеммах. Проблема решается подключением резисторно-конденсаторной (RC) снабберной цепи между основными выводами.

Эффект обратной реакции

Люфт возникает в цепях управления фазой, когда сопротивление установлено на максимум, чтобы снизить уровни мощности подключенного устройства до минимума.Эффект вызван отсутствием пути разряда собственной емкости симистора на его клеммах нагрузки и предотвращает включение подключенного устройства. Решение состоит в том, чтобы обеспечить путь разряда, подключив резистор высокого сопротивления последовательно с DIAC или конденсатор между затвором и основными выводами.

Несимметричное срабатывание

В цепях управления фазой эта проблема возникает из-за того, что симисторы имеют разные напряжения включения для каждого направления. Такая конструкция приводит к плохому профилю электромагнитного излучения симистора.Эта проблема решена путем последовательного включения DIAC с затвором TRIAC, что выравнивает характеристики срабатывания TRIAC.

Фильтрация гармоник

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

Обратитесь в MagneLink, если вам нужен симисторный переключатель

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

Чтобы узнать больше о наших предложениях переключателей типа TRIAC, посетите нашу страницу продуктов. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить информацию или расценки на заказное коммутаторное решение.


симистор против реле

симистор против реле Твитнуть
Триак или реле

 Когда лучше использовать симистор, а не реле?


Моника Мусиелак
Менеджер по продукции,
Global Control 5

Триаки полупроводниковые устройства, предназначенные для управления уровнем распределения Переменный ток, потому что в твердотельном состоянии его работа бесшумна.В то время как реле являются электромеханическими устройствами и могут работать с переменным и постоянным током ток, но когда они работают, вы можете услышать «щелчок». Из-за тех особенности, мы используем симисторы или реле для разных целей.

Реле работают просто – при подаче питания на катушку контакты замыкаются. Контакты разомкнутся, когда вы обесточите катушку. Вам понадобится простой транзистор, чтобы управлять им. Одна вещь, которая может случиться, это индуктивная откат; если ключ в цепи сначала замкнут, а затем немедленно открыт, произойдет мгновенное падение тока.К чтобы предотвратить эту ситуацию, вам нужно будет добавить пренебрежение.

Другой дело в том, что контакты реле не являются неуязвимыми; если открыть контакт под нагрузкой его можно сломать и он больше не раскроется. На с другой стороны, если используется реле, рассчитанное на мощность, и вы пытаетесь переключить слабые сигналы, контакты со временем могут загрязниться и не получить хороший контакт между контактами.

Один одной из самых больших особенностей симисторов является бесшумность, благодаря их твердое состояние.Триаки могут использоваться как PWM (широтно-импульсная модуляция) для приводы регулирующих клапанов в радиаторном отоплении. Потому что там нет индуктивной связи, симисторы можно использовать в опасных условиях, особенно во взрывоопасных средах, где искровое реле контакты совсем нет.

Триаки выходы имеют гораздо более длительный срок службы, чем реле. Потому что они построены полупроводников, они могут длиться миллионы циклов. Чтобы поместить это в точки зрения, давайте представим, что вам нужно управлять ШИМ-приводом, чтобы управление отоплением; будет работать с частотой 1Гц (один раз в второй).Реле обычно выдерживает 100 000 циклов, что дает около 1 дня и 4 часов работы и постоянный щелкающий шум. Симистор может last/work миллионы циклов, и тихо.

Итак: когда вам нужен тихий и часто работающий выход, вы должны выбрать триак. Лучше всего использовать в гостиничных номерах или любом другом месте, где вам нужно управлять светом или отоплением и т. д. молча. В остальных случаях необходимо рассчитать, что будет лучше для вашего приложения.

Global Control 5 предлагает два модуля ввода/вывода iSMA с симисторными выходами: iSMA-B-4TO-H и iSMA-B-4TO-H-IP.

Если вам нужна дополнительная информация о iSMA I/O модулей обращайтесь: [email protected]
или посетите наш сайт: https://gc5.pl/en/produkt/mini-4to-h/#product-header


О компании Автор:

Моника Musielak — менеджер по продукту, отвечающий за модули ввода-вывода iSMA и HMI. панели в Global Control 5. Делала первые шаги в электронике мире, работая менеджером по маркетингу продуктов с дисплеями.Теперь она расширяет свои знания в мире BMS.

нижний колонтитул


[Нажмите на баннер, чтобы узнать больше]

[Домашняя страница]  [The Automator]  [О нас]  [Подписаться ]  [Контакты Нас]

Что такое TRIAC: схема переключения и применение

Силовые электронные переключатели, такие как BJT, SCR, IGBT, MOSFET и TRIAC, являются очень важными компонентами, когда речь идет о схемах переключения, таких как DC-DC преобразователи , Контроллеры скорости двигателя , Драйверы двигателей и , регуляторы частоты и т. д.Каждое устройство имеет свои уникальные свойства и, следовательно, у них есть свои особые области применения. В этом уроке мы узнаем о TRIAC , который является двунаправленным устройством, что означает, что он может работать в обоих направлениях. Благодаря этому свойству TRIAC используется исключительно там, где используется синусоидальное питание переменного тока.

 

Введение в TRIAC

Термин TRIAC означает TRI ода для A чередующийся C ток.Это трехконтактное переключающее устройство, похожее на SCR (тиристор), но оно может работать в обоих направлениях, поскольку построено путем объединения двух SCR в встречно-параллельном состоянии. Символ и вывод TRIAC показаны ниже.

 

Поскольку TRIAC является двунаправленным устройством, ток может течь либо от MT1 к MT2, либо от MT2 к MT1 при срабатывании затворной клеммы. Для TRIAC это триггерное напряжение, которое должно быть приложено к клемме затвора, может быть как положительным, так и отрицательным по отношению к клемме MT2.Таким образом, это помещает TRIAC в четыре рабочих режима , перечисленных ниже

.
  • Положительное напряжение на MT2 и положительный импульс на затвор (квадрант 1)
  • Положительное напряжение на MT2 и отрицательный импульс на затвор (квадрант 2)
  • Отрицательное напряжение на MT2 и положительный импульс на затвор (Квадрант 3)
  • Отрицательное напряжение на MT2 и отрицательный импульс на затвор (Квадрант 4)

 

V-I Характеристики симистора

На рисунке ниже показано состояние TRIAC в каждом квадранте.

 

Характеристики включения и выключения TRIAC можно понять, посмотрев на график характеристик VI TRIAC, который также показан на рисунке выше. Поскольку TRIAC представляет собой просто комбинацию двух SCR в встречно-параллельном направлении, график V-I характеристик похож на график SCR. Как видите, TRIAC в основном работает в квадранте 1-й и в квадранте 3-й -й.

 

Характеристики включения

Для включения симистора необходимо подать положительное или отрицательное напряжение/импульс затвора на вывод затвора симистора.При срабатывании одного из двух тиристоров внутри симистор начинает работать в зависимости от полярности выводов MT1 и MT2. Если MT2 положительный, а MT1 отрицательный, то работает первый SCR, а если вывод MT2 отрицательный, а MT1 положительный, то работает второй SCR. Таким образом, любой из SCR всегда остается включенным, что делает TRIAC идеальным для приложений переменного тока.

Минимальное напряжение, которое должно быть приложено к выводу затвора для включения симистора, называется пороговым напряжением затвора (V GT ) , а результирующий ток через вывод затвора называется пороговым током затвора (I ГТ ). Как только это напряжение подается на вывод затвора симистора, он смещается в прямом направлении и начинает проводить ток, время, необходимое симистору для перехода из выключенного состояния во включенное, называется временем включения (t на ).

Точно так же, как SCR, TRIAC, однажды включенный, останется включенным, если он не коммутирован. Но для этого условия ток нагрузки через симистор должен быть больше или равен тока фиксации (I L ) симистора. Таким образом, симистор останется включенным даже после удаления импульса затвора, пока ток нагрузки больше, чем значение тока фиксации.

Подобно току фиксации, существует еще одно важное значение тока, называемое током удержания. Минимальное значение тока, при котором симистор находится в режиме прямой проводимости, называется током удержания (I H ). Симистор перейдет в режим непрерывной проводимости только после прохождения тока удержания и тока фиксации, как показано на графике выше. Также значение тока фиксации любого симистора всегда будет больше значения тока удержания.

 

Характеристики отключения

Процесс выключения симистора или любого другого силового устройства называется коммутацией , а связанная с ним схема для выполнения задачи называется коммутационной схемой. Наиболее распространенный метод, используемый для выключения симистора, заключается в уменьшении тока нагрузки через симистор до тех пор, пока он не станет ниже значения тока удержания (I H ). Такой тип коммутации называется принудительной коммутацией в цепях постоянного тока.Мы узнаем больше о том, как TRIAC включается и выключается через его прикладные схемы.

 

Применение симистора

TRIAC очень часто используется в местах, где необходимо контролировать мощность переменного тока, например, он используется в регуляторах скорости потолочных вентиляторов, цепях диммера ламп переменного тока и т. Д. Давайте рассмотрим простую схему переключения TRIAC, чтобы понять, как это работает на практике. .

 

Здесь мы использовали TRIAC для включения и выключения нагрузки переменного тока с помощью кнопки .Затем источник сетевого питания подключается к небольшой лампочке через TRIAC, как показано выше. Когда ключ замкнут, фазное напряжение подается на вывод затвора симистора через резистор R1. Если это напряжение затвора выше порогового напряжения затвора, то через вывод затвора протекает ток, который будет больше, чем пороговый ток затвора.

В этом состоянии TRIAC входит в прямое смещение, и ток нагрузки будет протекать через лампу. Если нагрузка потребляет достаточный ток, симистор переходит в состояние фиксации.Но поскольку это источник питания переменного тока, напряжение будет достигать нуля в течение каждого полупериода, и, таким образом, ток также будет достигать нуля на мгновение. Следовательно, в этой схеме блокировка невозможна, и симистор выключится, как только переключатель будет разомкнут, и здесь не требуется коммутационная схема. Этот тип коммутации симистора называется естественной коммутацией . Теперь давайте соберем эту схему на макетной плате, используя BT136 TRIAC , и проверим, как она работает.

При работе с источниками питания переменного тока необходимо проявлять особую осторожность. Рабочее напряжение снижено в целях безопасности. Стандартная мощность переменного тока 230 В 50 Гц (в Индии) понижается до 12 В 50 Гц с помощью трансформатора.В качестве нагрузки подключена маленькая лампочка. После завершения экспериментальная установка выглядит так, как показано ниже.

 

При нажатии кнопки на контакт затвора подается напряжение затвора, и, таким образом, симистор включается. Лампа будет светиться, пока кнопка удерживается нажатой. Как только кнопка будет отпущена, TRIAC будет в защелкнутом состоянии, но, поскольку входное напряжение является переменным, ток через TRIAC упадет ниже тока удержания, и, таким образом, TRIAC выключится, полную работу также можно найти в . видео с номером в конце этого урока.

 

Управление TRIAC с помощью микроконтроллеров

Когда симисторы используются в качестве регуляторов освещенности или для управления фазой, импульс затвора, подаваемый на вывод затвора, должен управляться с помощью микроконтроллера. В этом случае штифт затвора также будет изолирован с помощью оптопары. Принципиальная схема для того же показана ниже.

 

Для управления симистором с помощью сигнала 5 В/3,3 В мы будем использовать оптопару , такую ​​как MOC3021 , внутри которой находится симистор.Этот TRIAC может запускаться напряжением 5 В/3,3 В через светоизлучающий диод. Обычно сигнал ШИМ будет подаваться на контакт 1 st MOC3021, а частота и рабочий цикл сигнала ШИМ будут варьироваться для получения желаемого выходного сигнала. Этот тип схемы обычно используется для управления яркостью лампы или скоростью двигателя.

 

Эффект скорости – демпфирующие цепи

Все TRIAC страдают от проблемы, называемой эффектом скорости. То есть, когда терминал MT1 подвергается резкому увеличению напряжения из-за шума переключения или переходных процессов или скачков напряжения, симистор прерывает его как сигнал переключения и автоматически включается.Это связано с наличием внутренней емкости между клеммами MT1 и MT2.

Самый простой способ решить эту проблему — использовать схему снаббера. В приведенной выше схеме резистор R2 (50 Ом) и конденсатор C1 (10 нФ) вместе образуют RC-цепочку, которая действует как снабберная цепь. Любые пиковые напряжения, подаваемые на MT1, будут отслеживаться этой RC-цепью.

 

Эффект обратной реакции

Другой распространенной проблемой, с которой сталкиваются разработчики при использовании TRIAC, является эффект обратной реакции.Эта проблема возникает, когда для управления напряжением затвора симистора используется потенциометр. Когда потенциометр установлен на минимальное значение, на контакт затвора не подается напряжение, и, таким образом, нагрузка отключается. Но когда POT повернут на максимальное значение, TRIAC не включится из-за эффекта емкости между контактами MT1 и MT2, этот конденсатор должен найти путь для разрядки, иначе он не позволит TRIAC включиться. Этот эффект называется эффектом обратной реакции. Эту проблему можно решить, просто включив резистор последовательно со схемой переключения, чтобы обеспечить путь для разрядки конденсатора.

 

Радиочастотные помехи (RFI) и симисторы Схемы переключения TRIAC

более подвержены радиочастотным помехам (EFI), потому что при включении нагрузки ток внезапно возрастает от 0 А до максимального значения, создавая всплеск электрических импульсов, который вызывает радиочастотный интерфейс. Чем больше ток нагрузки, тем сильнее будут помехи. Использование цепей подавителя, таких как LC-подавитель, решит эту проблему.

 

TRIAC – Ограничения

Когда требуется переключать формы сигналов переменного тока в обоих направлениях, очевидно, TRIAC будет первым выбором, поскольку это единственный двунаправленный силовой электронный переключатель.Он действует так же, как два SCR, соединенных спиной к спине, и также имеют те же свойства. Хотя при проектировании схем с использованием TRIAC необходимо учитывать следующие ограничения

  • Симистор имеет внутри две структуры SCR, одна проводит в положительной половине, а другая в отрицательной половине. Но они не срабатывают симметрично, вызывая разницу в положительном и отрицательном полупериоде вывода
  • .
  • Кроме того, поскольку переключение несимметрично, это приводит к высоким гармоникам, которые вызывают шум в цепи.
  • Эта проблема с гармониками также приведет к электромагнитным помехам (EMI)
  • При использовании индуктивных нагрузок существует огромный риск протекания пускового тока к источнику, поэтому необходимо обеспечить полное отключение симистора и безопасный разряд индуктивной нагрузки через альтернативный путь

Что такое симистор?

TRIAC, от триода для переменного тока, является общей торговой маркой электронного компонента с тремя выводами, который проводит ток в любом направлении при срабатывании.Его официальное название — двунаправленный триодный тиристор или двунаправленный триодный тиристор. Тиристор аналогичен реле в том смысле, что небольшое напряжение и ток могут управлять гораздо большими напряжением и током. На рисунке показан символ схемы симистора, где A1 — это анод 1, A2 — это анод 2, а G — это затвор. Анод 1 и анод 2 обычно называются главным выводом 1 (MT1) и основным выводом 2 (MT2) соответственно. Симисторы представляют собой подмножество тиристоров и связаны с кремниевыми управляемыми выпрямителями (SCR). Симисторы отличаются от тиристоров тем, что они пропускают ток в обоих направлениях, тогда как тиристоры могут проводить ток только в одном направлении.Большинство симисторов можно запустить, подав на затвор положительное или отрицательное напряжение (для SCR требуется положительное напряжение). После запуска тиристоры и симисторы продолжают работать, даже если ток затвора прекращается, пока основной ток не упадет ниже определенного уровня, называемого током удержания. Тиристоры отключения затвора (GTO) аналогичны симисторам, но обеспечивают больший контроль, отключаясь при исчезновении сигнала затвора. Двунаправленность симисторов делает их удобными переключателями переменного тока (AC).Кроме того, применение триггера при контролируемом фазовом угле переменного тока в главной цепи позволяет управлять средним током, втекающим в нагрузку (управление фазой). Это обычно используется для управления скоростью асинхронных двигателей, диммирования ламп и управления электрическими нагревателями.

Чтобы понять, как работают симисторы, рассмотрим запуск в каждом из четырех квадрантов. Четыре квадранта показаны на рисунке 1 и зависят от напряжения затвора и MT2 по отношению к MT1.Главный вывод 1 (MT1) и главный вывод (MT2) также называются анодом 1 (A1) и анодом 2 (A2) соответственно.

Относительная чувствительность зависит от физической структуры конкретного симистора, но, как правило, квадрант I является наиболее чувствительным (требуется наименьший ток затвора), а квадрант 4 — наименее чувствительным (требуется наибольший ток затвора).

Метод № 1,571 для отключения яркости электролюминесцентной панели: TRIAC

Итак, не отставая от вновь возродившейся одержимости диммированием моей электролюминесцентной панели, я решил попробовать диммирование с помощью TRIAC.

Не сработало.

Прежде чем говорить о том, почему это не сработало, давайте поговорим о том, как это работает.

TRIAC

— это триоды для переменного тока, что означает, что они являются электрически управляемыми переключателями для переменного тока. Раньше я использовал симисторы в своих электролюминесцентных очках, где они включали и выключали электролюминесцентный провод в такт звуковой дорожке.

В этом случае я переключал их довольно медленно по сравнению с частотой сигнала переменного тока, идущего по проводу.Они действовали как переключатель «все или ничего». Они либо давали сигнал переменного тока во всей его красе, либо ничего не давали. Однако, если вы сообразительны, можно заставить TRIAC передавать модифицированную форму сигнала переменного тока, но для этого вам нужно немного больше понять, как работают TRIAC.

Итак, я не буду вдаваться во внутреннюю работу симистора, но расскажу вам, как он ведет себя в цепи. TRIAC выглядит так:

Имеет три терминала. Основное изложение заключается в том, что когда ток вытягивается из затвора (G) или проталкивается в него, симистор включается и позволяет току свободно течь от A к B или от B к A.Учитывая это, вы можете предположить, что TRIAC отключится, как только вы остановите ток через G. Вы ошибетесь.

Симисторы

действительно полезны только для переменного тока, потому что при наличии сигнала постоянного тока они не выключаются, независимо от того, что вы делаете с затвором. TRIAC выключится только тогда, когда ток через него упадет до нуля (или ниже некоторого порога, близкого к нулю).

Хотя это может показаться раздражающей и произвольной неудачей, на самом деле это удобно для ослабления сигнала переменного тока.

Итак, предположим, что у вас есть TRIAC, настроенный в такой схеме:

Я нарисовал источник тока на затворе, чтобы мы могли игнорировать детали того, какая разность потенциалов требуется для создания этого тока.

Если предположить, что источник тока включен, TRIAC будет полностью проводящим и вести себя как провод. Вы можете ожидать, что синусоидальный сигнал напряжения на резисторе будет генерировать синфазный синусоидальный ток. Осциллограммы тока и мощности для резистора могут выглядеть примерно так:

Вспоминая эту мощность, мгновенная мощность будет выглядеть как синусоида, полностью положительная.Если вы возьмете площадь под этой кривой, у вас будут единицы Power Time, которые представляют собой Energy. Возьмите Энергию и разделите на время, и вы получите среднюю мощность, которая представлена ​​здесь красным пунктиром.

Итак, допустим, вы построили действительно умный переключатель и поместили его между вашим TRIAC и вашим текущим приемником:

Этот переключатель очень умен, потому что он следит за пересечением нуля сигналом переменного тока и замыкается только на короткое время через определенное время после пересечения нуля.

Имейте в виду, что переключатель замкнут только на очень короткое время, когда вы видите зеленую точку. В остальное время он остается открытым.

Итак, каждые полпериода коммутатор ожидает пересечения нуля. Как только он видит пересечение нуля, он запускает короткий таймер, и когда этот таймер заканчивается, он на мгновение закрывается. Таймер может иметь длину от нуля до T/2 секунд. Если он длиннее T/2, у него не будет возможности закрыться до следующего пересечения нуля.

Итак, как же выглядят наши результирующие кривые тока и мощности? Имейте в виду, что симистор не будет проводить ток, пока не получит импульс затвора от переключателя, после чего он будет проводить ток до тех пор, пока ток через него не станет равным нулю.

Благодаря этому изменению площадь под силовым сигналом уменьшается. Эта уменьшенная площадь означает более низкую среднюю мощность (снова обозначена красным). Если вы сделаете таймер на коммутаторе длиннее, вы получите меньше мощности, подаваемой на нагрузку, а если вы сделаете его короче (или ноль), вы получите больше.

Таким образом, это довольно уродливая форма сигнала для подачи на любое сложное оборудование, но если все, о чем вы беспокоитесь, это подача питания на чисто резистивную нагрузку (например, на вольфрамовую лампочку), то это работает просто отлично.

Другая интересная вещь заключается в том, что до того, как переключатель подаст импульс, симистор выглядит как обрыв цепи, а после того, как он подаст импульс, он выглядит как короткое замыкание. В обоих этих условиях вы получаете мало или совсем не рассеиваете мощность от TRIAC. Это означает, что вы можете приглушать свет сколько угодно, не беспокоясь о потере эффективности или рассеивании тепла.Почти вся ваша мощность передается в нагрузку. Это делает диммеры TRIAC пригодными для использования с диммирующими выключателями света.

Итак, у меня возникла идея попробовать использовать TRIAC с «волшебным переключателем» на моем 1200Hz, 120V EL источнике питания для управления яркостью моей EL панели. Это было бы отличным решением, потому что, если бы оно работало, у меня было бы мало или совсем не было бы рассеиваемой мощности в моей схеме и очень высокая эффективность.

К сожалению, это не сработало. Это произошло не из-за неисправности моей схемы, а скорее из-за особой нагрузки, которую электролюминесцентная панель представляет для цепи.С чисто резистивной нагрузкой (например, резистором или лампочкой) моя реализация работает просто отлично. Из-за этого (и потому, что я никогда не писал об этом раньше), я думаю, стоит объяснить, как именно работает мой «магический переключатель».

Поэтому я думаю, что было бы проще объяснить эту схему, сначала представив схему и форму сигнала, а затем шаг за шагом рассказав об этом. Я рекомендую щелкнуть следующие два изображения и открыть их в отдельных окнах, чтобы вы могли следить за ними, пока читаете:

ГЛУШИТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Этот раздел довольно прост.Ни одна из частей моей схемы не рассчитана на 120 В, поэтому этот простой делитель напряжения 1/101 дает мне хорошую форму волны напряжения, которая остается ниже 2 В. Хотя на самом деле на источнике переменного тока нет «положительной» или «отрицательной» клеммы, я включил эти индикаторы, чтобы было понятно, как подключается источник переменного тока. Это тот же источник питания, который снова показан в конце цепи, питающей нагрузку. Важно, чтобы клемма (-) была заземлена в обоих случаях.

Выход делителя представлен А.

Генератор прямоугольных импульсов

Приглушенный сигнал быстро передается на два компаратора. Поскольку форма волны переменного тока сосредоточена вокруг земли, это должны быть компараторы с двойным питанием, которые могут работать с отрицательным входным напряжением. Мне посчастливилось иметь отрицательное напряжение на моем лабораторном комплекте.

Эти компараторы сравнивают форму сигнала с 0 В. Идея состоит в том, что на их выходе будут прямоугольные волны, которые имеют ребра при каждом пересечении нуля. Кроме того, они будут противоположны друг другу, потому что земля подключена к инвертирующему входу одного и неинвертирующему входу другого.Вывод B . Я использовал LM311, для которого требуется подтягивающий резистор на выходе. Для этого предназначены R3 и R4.

Поскольку в этом разделе сигнал разделяется на две части, я обозначил два пути черным и синим цветом.

ЗАДЕРЖКА СПАДАЮЩЕГО ФРОНА

Моя первая идея состояла в том, чтобы просто объединить эти два сигнала вместе, чтобы выходной сигнал становился высоким на долю секунды при каждом пересечении нуля (т. е. после того, как один поднялся, но до того, как другой успел упасть). К сожалению, сигналы были слишком хорошими, и такого перекрытия никогда не происходило, поэтому мне пришлось заставить его происходить с задержкой.

Каждый раз, когда на одном из входов инверторов (U2A и U2B) появляется нарастающий фронт, (инвертированный) выходной сигнал будет быстро падать, поскольку диоды D1 и D2 быстро вытягивают ток из конденсаторов (C1 и C2). Однако при наличии спадающего фронта диоды блокируют инвертор от сброса тока в конденсатор. Конденсатор получает ток от R5 и R6, которые отдают его довольно медленно.

Из-за этого на осциллограммах C видно, что напряжение растет очень медленно и очень быстро падает.Этому медленно нарастающему сигналу требуется больше времени, чтобы достичь порога того, что считается «высоким» входным сигналом, что вызывает небольшую задержку на каждом нарастающем фронте тактового сигнала.

Затем сигналы проходят через другой набор инверторов, которые буферизуют и инвертируют сигнал, что дает вам D . На этой схеме есть множество мест, где буферы могли бы заменить инверторы, но у меня не было под рукой буферов, так что мы здесь.

Говоря об ограничениях деталей, в идеале С1 и С2 должны быть меньше.Вы только хотите, чтобы сигналы перекрывались очень немного. Если они перекрываются слишком долго, позже у вас возникнут проблемы с запуском таймера задержки. К сожалению, у меня не было значений меньше 0,001 мкФ, которые не были бы смехотворно маленькими, так что пришлось довольствоваться.

И + Буфер

Теперь, когда эти два сигнала слегка перекрываются, их можно объединить вместе. Всякий раз, когда оба сигнала имеют высокий уровень (перекрываются), через диоды не будет протекать ток, и R7 повысит входной сигнал до U5A. Однако, когда один сигнал низкий, его диод пропускает ток через R7 и снижает входное напряжение до U5A.

Когда этот сигнал буферизуется и инвертируется, вы получаете E , и мы возвращаемся к одному сигналу.

СИМИРНЫЙ ТАЙМЕР ЗАДЕРЖКИ

Теперь мы подошли к часам, которые определят, сколько энергии мы подаём на нашу нагрузку. Эти часы имеют форму моностабильного таймера 555, который активируется низким фронтом часов в E . Время задержки регулируется потенциометром R8. Для получения дополнительной информации о настройке 555 в моностабильном режиме ознакомьтесь со статьей в Википедии.

В идеале вы должны настроить таймер так, чтобы потенциометр давал вам самый широкий диапазон от 0 до T/2. Это требует, чтобы вы заранее знали, какой у вас T.

Таймер 555 в моностабильном режиме будет иметь выход, который остается высоким до тех пор, пока таймер не истечет, когда он станет низким. Пропуская его через другой инвертор, в критический момент он резко выстреливает. Вот где вы получаете сигнал F.

Генератор импульсов

Вы можете подумать, что будете управлять симистором с сигналом F ​​  , потому что он становится высоким в нужный момент, чтобы активировать его, но на самом деле это не сработает.Проблема в том, что вам нужен короткий положительный импульс, а не длинный положительный период. Этот период заканчивается только при следующем пересечении нуля. Этого времени недостаточно для выключения TRIAC. Поскольку некоторый ток все еще будет протекать через его затвор после этого пересечения нуля, он будет срабатывать до конца следующего полупериода.

Это решается с помощью простого фильтра верхних частот, обеспечиваемого C4 и R10. Это превращает прямоугольную волну F ​​ в цепочку высоких и низких импульсов ( G ).Низкие импульсы ничего не делают, но высокие импульсы ненадолго включают Q1, что запускает симистор.

ОПТОРАЗЪЕМ, СИМИСТОР И НАГРУЗКА

Оптоизолятор похож на светодиод и фототранзистор. Идея состоит в том, что он берет электрический сигнал и превращает его в оптический, поэтому у электронов нет пути для перемещения с одной стороны на другую и причинения ущерба. Это довольно хорошая идея, потому что на затворе симистора могут достигаться очень высокие напряжения.

В моем объяснении выше я использовал источник тока, управляющий воротами, чтобы упростить задачу.На самом деле к воротам должен быть приложен положительный или отрицательный потенциал по отношению к терминалу A (или к какой бы стороне ворота ни были нарисованы). Быстрым и простым источником другого потенциала является сторона B симистора. Поэтому затвор привязан к верхней части симистора через оптоизолятор.

Итак, наконец, вы можете увидеть напряжение на нагрузке,  H . При резистивной нагрузке ток будет очень похож на этот. Для моей нагрузки я просто использовал резистор довольно высокого номинала.Вот показание прицела H , прошедшее через делитель напряжения для защиты моего прицела:

Ура! Похоже, это работает!

Итак, я не думал, что эта штука сработает, когда собирался, но решил, что стоит попробовать. По крайней мере, я бы получил крутой пост в блоге, ПРАВИЛЬНО?!

Настоящий образовательный материал выше. Далее следует мое предположение.

Емкостная нагрузка

Большая проблема при попытке управлять электролюминесцентной панелью с помощью TRIAC заключается в том, что электролюминесцентная панель очень похожа на конденсатор.В отличие от резистора, конденсатор принимает ток и напряжение в противофазе. Если посмотреть на формулу тока через конденсатор:

Вы увидите, что ток всегда опережает напряжение. т.е. если вы начнете заряжать конденсатор от 0 В, вы увидите огромный всплеск тока (пропорциональный скорости изменения напряжения), за которым следует постепенный рост напряжения (пропорциональный интегралу тока).

Итак, это вызывает проблему с моей схемой, потому что теперь пересечения нулевого напряжения и нулевого тока не происходят одновременно.Пересечение нулевого тока произойдет до пересечения нулевого напряжения. Это проблема, потому что я включаю TRIAC, используя точки с нулевым напряжением, и он выключается в точках с нулевым током. Я подозреваю, что он может не выключаться, когда должен.

По крайней мере, я думаю, что проблема в этом. Когда я пытаюсь управлять своей электролюминесцентной панелью с помощью TRIAC, я вижу следующее:

Регулировка временной задержки на TRIAC дает мне слегка искаженную версию той же формы волны:

Так что это определенно не типичная форма сигнала TRIAC.Хотя я не могу точно определить, как это несоответствие тока-напряжения способствует возникновению проблемы, я могу это продемонстрировать. Я перенастроил свою схему для управления резистивной нагрузкой с токоизмерительным резистором между симистором и землей. Я измерил напряжение на этом резисторе, используя зеленую кривую:

.

Как видите, они синхронизированы. Теперь посмотрим на панель ЭЛ:

Понимаете, что я имею в виду? Ток опережает напряжение на тонну. Вы получаете огромный всплеск тока прямо в начале каждого полупериода.

С TRIAC, независимо от того, что я делаю, чтобы затемнить его, я подаю такое же количество энергии на панель EL. Так что, возможно, симисторы просто не предназначены для диммирования электролюминесцентных панелей таким образом.

Дрянная поставка

Источник, который я купил для этого эксперимента, вероятно, представляет собой очень простой блокирующий осциллятор, который очень плохо регулируется (если можно сказать, что он вообще регулируется). Это просто не стабильный переменный ток 60 Гц, который вы получаете из своей стены, для которого обычно предназначены диммеры TRIAC.Игра с текущим потреблением в середине цикла может иметь очень негативное влияние на качество вывода источника питания.

Например, я заметил, что даже при резистивной нагрузке изменение синхронизации симистора на самом деле немного меняет частоту питания. Я также заметил резкое искажение выходного сигнала источника питания, когда регулировал таймер TRIAC. Это никогда не бывает хорошим знаком.

ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ

Прежде чем я попробовал все это, я, вероятно, должен был знать, что это не будет работать очень хорошо, основываясь на том, что я узнал об электролюминесцентных панелях в своем предыдущем исследовании.Что заставляет их светиться, так это быстрое изменение потенциала на их выводах. Это заставляет заряды внутри панели двигаться, и именно это быстрое движение заставляет их светиться.

Даже если бы мой TRIAC мог генерировать правильную форму сигнала, я не уверен, что он работал бы очень хорошо, потому что вместо прямого перехода от положительного напряжения к отрицательному я бы на мгновение останавливался на нуле в каждом цикле.

Думаю, я снова не смог затемнить электролюминесцентную панель.Это не так уж важно. У меня все еще есть отличная подборка диммеров TRIAC, которые на самом деле могут пригодиться в будущем проекте, который я запланировал.

Хотя я чувствую себя немного Эдисоном: обнаружил 10 000 способов не делать лампочку.

Продолжить рассказ здесь.

Тиристор против симистора — celduc® relais

В твердотельных реле переключения переменного тока

в качестве встроенного выходного коммутационного устройства используются тиристоры и симисторы. В чем разница между симисторами и тиристорами?


Принципы работы тиристоров и симисторов

Тиристор (или SCR)

Тиристор , также называемый SCR, означает Silicon Controlled Rectifier.

Это полупроводниковое коммутационное устройство с двумя выводами питания, называемыми анодом (А) и катодом (К), и одним выводом управления, называемым затвором (G).

В диоде ток может течь только в одном направлении, от анода к катоду. Таким образом, для работы от сети переменного тока можно использовать 2 тиристора, соединенных встречно-параллельно:


Запуск тиристора осуществляется путем подачи импульса тока, положительно циркулирующего от затвора к катоду

Запирание тиристора (переключение тиристора в открытое состояние) после импульса тока затвора может произойти только в том случае, если:
– напряжение анод-катод положительное Ток фиксации .

При указанных выше условиях тиристор остается включенным даже при отсутствии тока в затворе (эффект памяти).

Защелка может быть сброшена ( Тиристор выключается ) в 2 случаях:
– поскольку ток анод-катод падает ниже Ток удержания
– поскольку напряжение анод-катод становится отрицательным

Триак

TRIAC означает TRIode для переменного тока.

Несмотря на то, что он имеет такие же характеристики срабатывания и фиксации, как и тиристор, он отличается тем, что может запускаться в проводимость в обоих направлениях напряжения/тока в ответ на положительный или отрицательный сигнал затвора.

Thyistor и Triac — полупроводниковые приборы

Поскольку они являются полупроводниковыми устройствами, они не могут обеспечить гальваническую изоляцию, когда они не контролируются. Они могут даже иметь опасный ток утечки в выключенном состоянии. Кроме того, пробой часто приводит к их короткому замыканию, пропускающему ток в нагрузку.

Это важный аспект, который необходимо учитывать для обеспечения безопасности при проектировании системы в случае отказа или технического обслуживания: Пользователь должен обеспечить возможность гальванической развязки твердотельного реле и нагрузочной части цепи с помощью контактора или автоматического выключателя.

В каком случае используются симисторы или тиристоры с обратной связью: типичное применение

Триаки

основаны на одном кремниевом чипе, тогда как спаренные SCR представляют собой 2 отдельных кремниевых чипа.
Это физическое различие играет роль в отношении токовой коммутационной способности :
Для токов нагрузки до 25 А симистор является хорошим и доступным решением высокая коммутационная способность.

Если у вас есть какие-либо вопросы, пожалуйста, свяжитесь с нашим отделом технической поддержки и продаж.

Принципы и схемы симистора — Часть 1


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

Основы симистора

РИСУНОК 1. Символы симистора.
РИСУНОК 2. Простой выключатель питания переменного тока с резистивной (ламповой) нагрузкой.

Симистор представляет собой твердотельный тиристор с тремя выводами (MT1, затвор и MT2), который использует альтернативные символы на рис. 1 и действует как пара тиристоров, соединенных инверсно параллельно и управляемых через один затвор Терминал.Он может проводить ток в любом направлении между своими клеммами MT1 и MT2 и, таким образом, может использоваться для прямого управления питанием переменного тока. Он может запускаться как положительным, так и отрицательным током затвора, независимо от полярности тока MT2, и, таким образом, он имеет четыре возможных режима запуска или «квадранта», обозначенных следующим образом:

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

Чувствительность триггерного тока максимальна, когда токи MT2 и затвора имеют одинаковую полярность (либо оба положительные, либо оба отрицательные), и обычно вдвое меньше, когда они имеют противоположную полярность.

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

В рис. 2 задачей резистора R1 является ограничение пикового мгновенного тока затвора симистора до безопасного значения; его сопротивление (вместе с сопротивлением нагрузки) должно быть больше, чем пиковое напряжение питания (примерно 350 В в цепи 240 В переменного тока, 175 В в цепи 120 В), деленное на номинальный пиковый ток затвора симистора (который обычно указывается в документации производителя симистора). расширенные технические данные).

Обратите внимание на рис. 2 (и в большинстве других симисторных цепей, показанных в этой мини-серии), что — из соображений безопасности — нагрузка подключается последовательно с нейтральной линией (N) источника переменного тока и главным переключателем включения/выключения. SW2 может изолировать всю цепь от действующей (L) линии.

Эффект скорости симистора

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

Большинство симисторов, как и SCR, подвержены проблемам «скорости-эффекта». Между основными выводами и затвором симистора неизбежно существуют внутренние емкости, и если на одном из основных выводов появляется резко возрастающее напряжение, оно может — если его скорость нарастания превышает номинальную dV/dt симистора — вызвать достаточный прорыв к гейт, чтобы включить симистор.Это нежелательное включение «эффекта скорости» может быть вызвано переходными процессами в линии питания; однако проблема особенно серьезна при управлении индуктивными нагрузками, такими как электродвигатели, в которых токи и напряжения нагрузки не совпадают по фазе, что приводит к внезапному появлению большого напряжения на основных клеммах каждый раз, когда симистор размыкается, когда ток на его основной клемме падает. почти до нуля в каждом рабочем полупериоде.

Проблемы с эффектом скорости обычно можно решить, подключив RC-демпферную сеть между MT1 и MT2, чтобы ограничить скорость нарастания напряжения до безопасного значения, как показано (например) в цепи переключателя питания симистора в . Рисунок 3 , где R2-C1 образуют демпферную сеть.Некоторые современные симисторы имеют повышенные характеристики dV/dt (обычно 750 В/мс) и практически не подвержены влиянию скорости; эти симисторы известны как «бесшумные» типы.

Подавление радиопомех

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

Симистор можно использовать для управления переменной мощностью переменного тока с помощью метода «переключения с фазовой задержкой», при котором симистор срабатывает частично в течение каждого полупериода.При каждом включении симистора ток его нагрузки резко (за несколько микросекунд) переключается от нуля до значения, заданного его сопротивлением нагрузки и мгновенными значениями напряжения питания. В схемах с резистивной нагрузкой, таких как диммеры ламп, это действие переключения неизбежно генерирует импульс ВЧ-помех, который наименьший, когда симистор срабатывает вблизи точек пересечения нуля 0° и 180° осциллограммы линии питания (при которой переключатель токи включения минимальны) и максимальны, когда устройство срабатывает через 90° после начала каждого полупериода (где токи включения максимальны).

Импульсы радиочастотных помех возникают на частоте, вдвое превышающей частоту сети, и могут быть очень раздражающими. В диммерах ламп РЧ-помехи обычно можно устранить, установив на диммер простую сеть LC-фильтров, как показано на рис. 4 . Фильтр устанавливается рядом с симистором и значительно снижает скорость нарастания токов в сети переменного тока.

РИСУНОК 5. Символ диака.

Диаки и квадраки

Диак представляет собой двухполюсное двунаправленное триггерное устройство; он может использоваться с напряжениями любой полярности и обычно используется в сочетании с симистором; На рис. 5 показан символ схемы.Основное действие диака таково, что при подключении к источнику напряжения через токоограничивающий нагрузочный резистор он действует как высокоимпедансный резистор до тех пор, пока приложенное напряжение не поднимется примерно до 35 В, после чего он срабатывает и действует как низкоимпедансный 30-вольтовый резистор. стабилитрон, и 30 В вырабатывается на диаке, а остальные 5 В появляются на нагрузочном резисторе. Диак остается в этом состоянии до тех пор, пока его прямой ток не упадет ниже минимального удерживающего значения (это происходит, когда напряжение питания падает ниже значения «стабилитрона» 30 В), после чего диак снова отключается.

РИСУНОК 6. Базовая схема диммера лампы с регулируемой фазовой задержкой. Рисунок 7 . Символ квадрака.

Диак чаще всего используется в качестве пускового устройства в приложениях управления мощностью с фазным триаком, как в базовой схеме диммера лампы Рисунок 6 . Здесь в каждом полупериоде линии электропередачи сеть R1-RV1-C1 применяет вариант полупериода с переменной задержкой по фазе к затвору симистора через диак, и когда напряжение C1 возрастает до 35 В, диак срабатывает и подает триггерный импульс 5В (от С1) на затвор симистора, тем самым включая симистор и одновременно подавая питание на ламповую нагрузку и отключая привод от RC-цепи.Таким образом, средняя мощность нагрузки (интегрированная за полный период полупериода) полностью изменяется от почти нуля до максимума через RV1.

В первые дни разработки симистора некоторые специализированные устройства производились со встроенным диаком последовательно с затвором симистора; такие устройства были известны как квадраки и использовали символ схемы Рисунок 7 . Quadrac не имели коммерческого успеха и сейчас устарели.

Варианты выключателя питания переменного тока

Самый простой тип переключателя питания симистора — это переключатель , рис. 2 , в котором симистор включается через R1, когда SW1 замкнут; Только 1 В или около того генерируется на симисторе, когда он включен, поэтому R1 и SW1 потребляют очень небольшую среднюю мощность; На рис. 3 показана та же цепь, оснащенная «снабберной» сетью.Есть много полезных вариантов этих основных схем. На рис. 8 , например, показана версия, которая может запускаться от источника постоянного тока переменного тока. C1 заряжается (через R1-D1) до +10 В в каждом положительном полупериоде линии питания переменного тока, и этот заряд запускает симистор, когда SW1 замкнут. Обратите внимание, что R1 постоянно подвергается почти полному напряжению сети переменного тока и, следовательно, требует довольно высокой номинальной мощности, и что все части этой схемы находятся под напряжением, что затрудняет взаимодействие с внешней схемой управления.

РИСУНОК 8. Переключатель питания переменного тока с запуском по постоянному току переменного тока. РИСУНОК 9. Выключатель питания переменного тока с изолированным входом (с оптической развязкой), срабатывающий от постоянного тока.


На рис. 9 показана вышеприведенная схема, модифицированная для обеспечения «изолированного» взаимодействия с внешней схемой управления. SW1 просто заменяется транзистором Q2, который управляется со стороны фототранзистора оптрона.Светодиод соединителя питается от внешнего источника постоянного тока через R1, а симистор включается только при замыкании SW1; При желании SW1 можно заменить электронной коммутационной схемой.

РИСУНОК 10. Выключатель питания переменного тока с изолированным входом, срабатывающий от переменного тока. РИСУНОК 11. Переключатель питания переменного тока с запуском по постоянному току с помощью транзистора.


На рис. 10 показан вариант, в котором симистор запускается по переменному току в каждом полупериоде через импеданс переменного тока C1-R1 и через встречно-параллельные стабилитроны ZD1-ZD2, а C1 рассеивает около нуля власть.Мостовой выпрямитель D1-D4 подключен к сети ZD1-ZD2-R2 и нагружен Q2. Когда Q2 выключен, мост фактически открыт, и симистор открывается в каждом полупериоде, но когда Q2 включен, между ZD1-ZD2-R2 возникает почти короткое замыкание, и симистор отключается. Q2 управляется через оптопару от изолированной внешней цепи, а симистор включен, когда SW1 разомкнут, и выключен, когда SW1 замкнут.

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

На рисунках 11 и 12 показаны варианты, в которых симистор запускается с помощью трансформаторного источника питания постоянного тока и транзисторного ключа. В Рисунок 11 , Q2 и симистор оба включены, когда SW1 замкнут, и выключены, когда SW1 разомкнут. На практике SW1 можно заменить электронной схемой, позволяющей активировать симистор с помощью тепла, света, звука, времени и т. д. Обратите внимание, однако, что вся эта схема находится под напряжением.’ На рис. 12 показана схема, модифицированная для работы с оптопарой, позволяющая активировать ее через полностью изолированную внешнюю схему.

Запуск UJT

Другой способ получить полностью изолированное симисторное переключение — использовать схемы UJT в , рис. 13, и , 14, , в которых UJT представляет собой старый тип 2N2646 или его современный аналог. В этих схемах пусковое действие осуществляется через UJT-генератор Q2, который работает на частоте несколько кГц и подает выходные импульсы на затвор симистора через импульсный трансформатор T1, который обеспечивает желаемую «развязку».Из-за довольно высокой частоты колебаний UJT запускает симистор в пределах нескольких градусов от начала каждого полупериода линии электропередачи переменного тока, когда генератор активен.

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


В Рис. 13 Q3 включен последовательно с основным времязадающим резистором UJT, поэтому UJT и симистор включаются только при замыкании SW1.В Рис. 14 Q3 подключен параллельно основному времязадающему конденсатору UJT, поэтому UJT и симистор включаются только тогда, когда SW1 разомкнут.

РИСУНОК 15. Типичная схема симистора с оптронной развязкой и рабочие характеристики.
Рис. 16. Управление маломощными лампами через симистор с оптронной развязкой.

Симисторы с оптической развязкой

Соединения затвора «голого» симистора по своей природе фоточувствительны, и, таким образом, симистор с оптической развязкой может быть изготовлен путем установки «голого» симистора и светодиода близко друг к другу в одном корпусе. На рис. 15 показана схема и перечислены характеристики типичной шестиконтактной DIL-версии такого устройства, в которой светодиод имеет максимальный номинальный ток 50 мА, симистор имеет максимальные номинальные значения 400 В и 100 мА среднеквадратичного значения (и номинальный ток 1,2 А для 10 мс), а весь пакет имеет номинальное напряжение изоляции 1,5 кВ и типичную чувствительность срабатывания по входному току 5 мА.

Триаки с оптопарой

просты в использовании и обеспечивают превосходную гальваническую развязку между входом и выходом.Вход используется как обычный светодиод, а выход как маломощный симистор. На рис. 16 показано устройство, используемое для активации лампы накаливания с питанием от сети переменного тока, которая должна иметь среднеквадратичное значение ниже 100 мА и номинальный пиковый пусковой ток ниже 1,2 А.

РИСУНОК 17. Управление большой мощностью через ведомый симистор. РИСУНОК 18. Приведение в действие индуктивной нагрузки.


На рис. 17 показан симистор с оптронной развязкой, используемый для активации подчиненного симистора, тем самым приводя в действие нагрузку любой требуемой номинальной мощности.Эта схема подходит для использования только с неиндуктивными нагрузками, такими как лампы и нагревательные элементы. Его можно модифицировать для использования с индуктивными нагрузками, такими как электродвигатели, с помощью соединений Рисунок 18 . Здесь цепь R2-C1-R3 обеспечивает определенный фазовый сдвиг в цепи затвора-привода симистора, чтобы обеспечить правильное срабатывание симистора, а R4-C2 образуют демпферную сеть для подавления эффектов скорости.

Синхронное переключение питания при нулевом напряжении

Синхронный силовой выключатель «нулевого напряжения» (или «интегрального цикла») — это переключатель, в котором симистор неизменно включается сразу после начала каждого полупериода питания (т.е., около точки нулевого напряжения сигнала), а затем снова автоматически выключается в конце, таким образом генерируя минимальные радиопомехи. В большинстве схем переключения мощности, показанных до сих пор в этой статье, симистор включается в произвольной точке своего начального полупериода включения, тем самым создавая потенциально высокий начальный всплеск радиопомех, но затем дает синхронное действие переключения при нулевом напряжении. на все последующие полупериоды.

Истинно синхронная схема с нулевым напряжением использует систему переключения Рисунок 19 , в которой симистор может быть включен только вблизи начальной точки или точки «нулевого напряжения» каждого полупериода, и, таким образом, создает минимальные ВЧ-помехи.Эта система широко используется для включения/выключения сильноточных нагрузок, таких как электрические нагреватели и т. д.

РИСУНОК 19. Система синхронного переключения питания переменного тока с нулевым напряжением. РИСУНОК 20. Синхронный выключатель питания переменного тока.


На рис. 20 показан практичный синхронный выключатель питания переменного тока с нулевым напряжением; 10 В постоянного тока получают от переменного тока через R7-D1-ZD1 и C2 и переключают на затвор симистора через Q2, который управляется через SW1 и детектор «нулевого напряжения» Q3-Q4-Q5 и может подавать ток затвора только тогда, когда SW1 закрыт, а Q3 выключен.

РИСУНОК. 21 Альтернативный вариант синхронного выключателя переменного тока.

В детекторе нулевого напряжения транзисторы Q4 или Q5 включаются всякий раз, когда напряжение в сети переменного тока превышает или ниже нуля более чем на несколько вольт (устанавливается RV1), тем самым активируя транзистор Q3 через резистор R5 и блокируя транзистор Q2. Таким образом, ток затвора может подаваться на симистор только тогда, когда SW1 замкнут, а мгновенное линейное напряжение переменного тока находится в пределах нескольких вольт от нуля; Таким образом, эта схема генерирует минимальные коммутационные радиочастотные помехи.

На рис. 21 показана схема, модифицированная таким образом, что симистор может включаться только при разомкнутом переключателе SW1. Обратите внимание, что в обоих случаях на симистор подается только узкий импульс тока затвора, и, таким образом, средний ток затвора составляет всего 1 мА или около того. При желании SW1 можно заменить электронным переключателем или оптопарой, что позволяет активировать нагрузку по уровню освещенности или температуры, по времени и т. д.

На практике самый простой способ создать действительно эффективную синхронную схему управления симистором «нулевого напряжения» — это использовать специализированную ИС, функционирующую как маломощный синхронный симистор «нулевого напряжения» с оптронной связью, который легко может использоваться в качестве ведомого устройства для синхронного управления обычным мощным симистором.

В следующем и последнем эпизоде ​​будут даны практические подробности таких схем, а также другие схемы и информация, связанные с симисторами. НВ

.

0 comments on “Симисторы это: что такое, из чего состоит и как проверить

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.