Принципи на тиристорен и триак контрол

Нека започнем с най -простите схеми. В най -простия случай, за да управлявате тиристор, е достатъчно да подадете за кратко постоянен ток с определена стойност към управляващия му електрод. Механизмът за подаване на този ток може да бъде показан схематично чрез изобразяване на ключ, който затваря и захранва, като изходния етап на микросхема или транзистор.

Това е привидно прост метод, но мощността на управляващия сигнал тук се изисква значителна. Така че, при нормални условия за триака KU208, този ток трябва да бъде най -малко 160 mA, а за тринистора KU201 той трябва да бъде най -малко 70 mA. По този начин, при напрежение от 12 волта и със среден ток, да речем 115 mA, управляващата мощност вече ще бъде 1,4 W.

Изискванията за полярността на управляващия сигнал са следните: SCR изисква управляващо напрежение, което е положително по отношение на катода, а триакът (симетричен тиристор) изисква същата полярност, както в текущия момент на анода, или отрицателна за всеки от полупериодите.

Управляващият електрод на триака не се шунтира, тринисторът се манипулира с резистор от 51 ома. Съвременните тиристори изискват все по -малък управляващ ток и много често можете да намерите вериги, където управляващият ток на SCR е намален до около 24 mA, а за триаци — до 50 mA.

Може да се случи, че яростното намаляване на тока в управляващата верига ще повлияе на надеждността на устройството, така че понякога разработчиците трябва да избират тиристори поотделно за всяка верига. В противен случай, за да се отвори тиристорът с нисък ток, напрежението на неговия анод ще трябва да бъде високо в този момент, което ще доведе до вреден пусков ток и до смущения.

Липсата на управление съгласно най -простата схема, описана по -горе, е очевидна: има постоянна галванична връзка на управляващата верига с електрическата верига. Триаците в някои вериги позволяват един от изводите на управляващата верига да бъде свързан към нулевия проводник. SCR допускат такова решение само с добавяне на диоден мост към веригата на натоварване.

В резултат на това мощността, подавана към товара, се намалява наполовина, тъй като напрежението се подава към товара само в един от периодите на мрежовата синусоида. На практика имаме факта, че схеми с тиристорен контрол с постоянен ток без галванична изолация на възли почти никога не се използват, с изключение на случаите, когато управлението, по някаква добра причина, трябва да се осъществи по този начин.

Често решение за управление на тиристор е, когато напрежението се подава към електрода на портата директно от анода през резистор чрез затваряне на ключа за няколко микросекунди. Ключът тук може да бъде биполярен транзистор с високо напрежение, малко реле или фотосимистор.

Този подход е приемлив при относително високо напрежение на анода, той е удобен и прост, дори ако натоварването съдържа реактивен компонент. Но има и недостатък: двусмислени изисквания към резистора за ограничаване на тока, който трябва да е малък по номинална стойност, така че тиристорът да се включи по-близо до началото на полупериода на синусоидата, когато се включи за първи път , не при нулево мрежово напрежение (при липса на синхронизация), към него могат да дойдат и 310 волта, но токът през превключвателя и през управляващия електрод на тиристора не трябва да надвишава максимално допустимите стойности за тях.

Самият тиристор ще се отвори към напрежението Uop = Iop * Rlim. В резултат на това ще възникне шум и напрежението в товара ще намалее леко.Изчисленото съпротивление на резистора Rlim се намалява със стойността на съпротивлението на товарната верига (включително нейния индуктивен компонент), която се оказва последователно свързана с резистора в момента на включване.

Но в случай на отоплителни устройства се взема предвид фактът, че в студено състояние тяхното съпротивление е десет пъти по -малко, отколкото в работещо отопляемо. Между другото, поради факта, че в триаците токът на включване за положителни и отрицателни полувълни може леко да се различава, върху товара може да се появи малка постоянна компонента.

Времето на включване на SCR обикновено не е повече от 10 μs, поради което за икономичен контрол на мощността на натоварването може да се приложи последователност от импулси с работен цикъл 5, 10 или 20 за честоти 20, 10 и 5 kHz, съответно. Мощността ще намалее от 5 до 20 пъти.

Недостатъкът е следният: тиристорът може да се включи, а не в началото на полупериода. Това е изпълнено с вълни и шум. И все пак, дори ако включването се случи точно преди началото на повишаването на напрежението от нула, в този момент токът на управляващия електрод може още да не достигне стойността на задържане, тогава тиристорът ще се изключи веднага след края на импулса.

В резултат на това тиристорът първо ще се включва и изключва за кратки интервали, докато накрая токът придобие синусоидална форма. За товари с индуктивен компонент, токът може да не достигне стойността на задържане, което налага по -ниско ограничение за продължителността на управляващите импулси и консумацията на енергия няма да намалее много.

Отделянето на управляващата верига от мрежата се осигурява от така наречения импулсен старт, който може лесно да се извърши чрез инсталиране на малък изолационен трансформатор върху феритен пръстен с диаметър по-малък от 2 см. Важно е изолационното напрежение такъв трансформатор трябва да е висок, а не просто като всеки индустриален импулсен трансформатор …

За да се намали значително значително мощността, необходима за контрол, ще е необходимо да се прибегне до по -прецизен контрол. Токът на портата трябва да бъде изключен точно в момента на включване на тиристора. Когато ключът е затворен, тиристорът се включва и когато тиристорът започва да провежда ток, микросхемата спира да подава ток през управляващия електрод.

Този подход наистина спестява енергията, необходима за задвижване на тиристора. Ако в момента ключът е затворен, напрежението на анода все още не е достатъчно, тиристорът няма да се отвори от микросхемата (напрежението трябва да бъде малко повече от половината захранващо напрежение на микросхемата). Напрежението при включване се регулира избор на разделителни резистори.

За да се управлява триака по този начин, е необходимо да се проследи полярността, така че към веригата се добавя блок от двойка транзистори и три резистора, който фиксира момента, в който напрежението преминава през нула. По -сложните схеми са извън обхвата на тази статия.