Lecția este a noua. Tiristoare și triacuri.
Tiristorul este un dispozitiv semiconductor care transmite curentul intr-o singura directie. Acest element radio este adesea comparat cu o diodă controlată și se numește poarta controlată cu semiconductor (reciclator controlat cu siliciu, SCR).
Tiristorul are trei ieșiri, dintre care unul este un electrod de comandă, se poate spune, un "cârlig de declanșare" - folosit pentru un transfer ascuțit al tiristorului în starea de pornire.
Tiristorul combină funcțiile unui redresor, a unui comutator și a unui amplificator. Adesea este folosit ca regulator, în special când circuitul este alimentat de tensiune alternativă. Următoarele paragrafe dezvăluie patru proprietăți de bază ale tiristorului:
tiristorul, ca o diodă, conduce într-o direcție, manifestându-se ca un redresor;o Curentul mediu prin sarcinile conectate în serie cu tiristorul poate fi reglat precis, în funcție de durata semnalului de la electrodul de comandă. Tiristorul este un regulator de putere.
Structura tiristorului
Un tiristor este un dispozitiv semiconductor controlat cu trei electrozi care constă în alternarea a patru straturi de siliciu de tip p și n. Un dispozitiv semiconductor cu structură în patru straturi este prezentat în Fig. 1.
Regiunea extremă a structurii p la care este conectat polul pozitiv al sursei de alimentare este denumită în mod obișnuit anodul, iar regiunea extremă n, la care este conectat polul negativ al acestei surse, se numește catod.
Fig.1. Structura și desemnarea unui tiristor
Proprietățile tiristorului în stare închisă
În concordanță cu structura tiristorului, pot fi identificate trei joncțiuni de electroni și tiristorul înlocuit cu un circuit echivalent, așa cum se arată în Fig. 2.
Acest circuit echivalent permite înțelegerea comportamentului tiristorului cu decuplarea electrodului de comandă.
Dacă anodul este pozitiv față de catod, atunci dioda D2 este închisă, ceea ce duce la închiderea tiristorului, în acest caz schimbat în direcția înainte. Pentru o polaritate diferită, diodele D1 și D2 sunt părtinitoare în direcția opusă, iar tiristorul este de asemenea închis.
Fig.2. Prezentarea tiristorului prin trei diode
Principiul deblocării cu un electrod de comandă
O reprezentare echivalentă a structurii pn-p-n sub forma a două tranzistoare este prezentată în Fig. 3.
Reprezentarea unui tiristor sub forma a două tranzistoare de diferite tipuri de conductivitate conduce la circuitul echivalent prezentat în Fig. 1.4. Explică în mod clar fenomenul de deblocare a tiristorului.
Setați IGT curent prin electrodul de control tiristor, deplasat în direcția înainte (tensiunea VAK este pozitivă), așa cum se arată în Fig. 4.
Deoarece curentul IGT devine curentul de bază al tranzistorului n-p-n, curentul colector al acestui tranzistor este egal cu B1 xIGT. unde B1 este câștigul curent al tranzistorului T1.
Acest curent este simultan curentul de bază al tranzistorului p-n-p, ceea ce duce la deblocarea acestuia. Curentul colector al tranzistorului T2 este B1 xB2 xIGT și este însumat cu IGT curent. care susține tranzistorul T1 în stare deschisă. Prin urmare, dacă curentul de control al IGT este suficient de mare, ambele tranzistoare intră în modul de saturație.
Circuitul de feedback intern menține conductivitatea tiristorului chiar dacă curentul original al IGT-ului de comandă dispare, în timp ce curentul anodului (1A) rămâne suficient de mare.
O schemă tipică pentru declanșarea unui tiristor este prezentată în Fig. 5
Figura 3. Împărțiți tiristorul în două tranzistoare
Figura 4. Reprezentarea unui tiristor sub forma unui circuit cu două tranzistoare
Figura 5. Un circuit tipic de declanșare a tiristorului
Tiristorul este oprit
Tiristorul intră într-o stare închisă, atunci când se aplică un electrod de control al tiristorului nu este deschis nici un semnal, și curent de operare scade la o anumită valoare numită curent de menținere (curent hipostatic).
Oprirea tiristorului va fi, în special, în cazul în care a fost un circuit de sarcină este deschis (Fig. 6a) sau tensiunea aplicată la circuitul exterior, polaritatea schimbat (acest lucru se întâmplă la sfârșitul fiecărui jumătate ciclu a tensiunii de alimentare alternativ).
Figura 6. Metodele de închidere a tiristorului
Când tiristorul funcționează la un curent constant, o deplasare poate fi efectuată cu ajutorul unui întrerupător mecanic.
Această tastă este utilizată în serie cu sarcina pentru a deconecta circuitul de operare.
Cheia evită curentul anodic paralel cu electrozii principali ai tiristorului (figura 6b), iar tiristorul intră într-o stare închisă. Unele tiristoare sunt activate din nou după ce cheia este deschisă. Acest lucru se datorează faptului că atunci când cheia este deschisă, capacitatea parazită a joncțiunii pn a tiristorului este încărcată, provocând interferențe.
Prin urmare, este preferabil să poziționați cheia între electrodul de comandă și catodul tiristorului (Figura 1.6c), care garantează oprirea corectă prin tăierea curentului de reținere. Simultan, tranziția p-n, corespunzătoare diodei D2 din circuitul de substituție tiristor cu trei diode, este deplasată în direcția opusă (figura 2).
În Fig. Figurile 6a-d prezintă diferite variante ale schemelor de deconectare a tiristorului, printre acestea cele menționate mai sus. Altele sunt de obicei aplicate atunci când doriți să deconectați tiristorul cu un circuit suplimentar. În aceste cazuri comutatorul mecanic poate fi înlocuit cu un tiristor auxiliar sau cu un tranzistor cheie, așa cum se arată în fig. 7.
Figura 7. Circuite clasice de declanșare a tiristorului prin intermediul unui circuit suplimentar
Simistop este un dispozitiv semiconductor care este utilizat pe scară largă în sistemele alimentate de tensiune alternativă. Mai simplu, poate fi considerat un comutator controlat. În starea închisă, se comportă ca un comutator deschis. Dimpotrivă, alimentarea curentului de comandă al electrodului de comandă al simulatorului duce la trecerea lui la o stare conductivă. În acest moment, triacul este ca un comutator închis.
Dacă nu există curent de control, triacul în timpul oricărei perioade de jumătate a tensiunii alternative de alimentare trece inevitabil de la starea de conducere la starea închisă.
Pe lângă funcționarea în modul releu în termostat sau în comutatorul sensibil la lumină, sistemele de comandă sunt dezvoltate și utilizate pe scară largă, funcționând în conformitate cu principiul controlului fazei tensiunii de sarcină sau, cu alte cuvinte, regulatoare netede.
Structura triacului
Triacul poate fi reprezentat de două tiristoare, pornite și oprite în paralel. Transmite curent în ambele direcții. Structura acestui dispozitiv semiconductor este prezentată în Fig. 8. Triacul are trei electrozi: un control și doi principali pentru trecerea curentului de lucru.
Figura 8. Structura triacului
Operațiunea triac
Triac se deschide când electrodul de comandă se extinde prin curentul de declanșare sau tensiunea între electrozii A1 și A2 sa depășește o anumită valoare maximă (de fapt, este de multe ori duce la declanșarea nedorită a triacului, care apar la amplitudinea maximă tensiune de alimentare).
Triacul trece într-o stare închisă după o schimbare a polarității dintre bornele A1 și A2 sau dacă valoarea curentului de funcționare este mai mică decât curentul de reținere Iy.
Triac deblocarea
În modul de alimentare cu curent alternativ, schimbarea stărilor triacului este cauzată de o schimbare a polarității tensiunii la electrozii de lucru A1 și A2. Prin urmare, în funcție de polaritatea curentului de comandă, puteți determina patru opțiuni pentru controlul triacului, așa cum se arată în Fig. 9.
Fiecare cvadrant corespunde unei metode de deschidere a unui triac. Toate metodele sunt descrise pe scurt în Tabelul. 1.
Figura 9. Patru opțiuni posibile de control triac
Tabelul 1. Reprezentarea simplificată a metodelor de deschidere a unui triac
De exemplu, dacă între electrozi de lucru triac aplicat tensiune VA1-A2> 0 și tensiunea pe electrodul de comandă este relativ negativă la anod A1, offset corespunde triac cadranul II și simplifica notația + -.
Pentru fiecare cvadrant, se determină curentul de poartă I din (IGT), curentul de reținere Iud (I n) și curentul de pornire I (IL).
Curentul de deschidere trebuie menținut până când curentul de funcționare depășește cu două sau trei ori valoarea curentului de reținere I n. Acest curent minim de poartă este curentul triacului IL.
Apoi, dacă curentul este îndepărtat de la electrodul de comandă, triacul rămâne în starea conductivă până când curentul anodic depășește curentul de reținere I n.
Restricții privind utilizarea
Triacul impune o serie de limitări atunci când este utilizat, în special pentru sarcini inductive. Limitările se referă la rata de schimbare a tensiunii (dV / dt) între anodurile triacului și rata de schimbare a curentului de funcționare di / dt.
Într-adevăr, în timpul trecerii triacului de la o stare închisă la un circuit extern conductiv, poate fi cauzat un curent semnificativ. În același timp, nu există o scădere instantanee a tensiunii pe ieșirile triacului. În consecință, în același timp, va exista tensiune și curent, în curs de dezvoltare puterea instantanee, care poate atinge valori semnificative. Energia împrăștiată într-un spațiu mic va determina o creștere accentuată a temperaturii joncțiunilor pn. Dacă temperatura critică este depășită, triacul va fi distrus datorită ratei excesive de creștere a di / dt-ului curent.
Ritmul excesiv de creștere a tensiunii, aplicat între bornele A1 și A2 ale triacului îngropat, poate cauza deschiderea acestuia atunci când nu există semnal pe electrodul de comandă. Acest fenomen este cauzat de capacitatea internă a triacului. Curentul de încărcare al acestei capacități poate fi suficient pentru a debloca triacul.
Cu toate acestea, acesta nu este principalul motiv pentru descoperirea precoce. Valoarea maximă a dV / dt pentru comutarea triacului este, în general, foarte mică și o modificare rapidă a tensiunii pe bornele triacului în momentul blocării poate duce imediat la o nouă includere. Astfel, triacul este deblocat din nou, în timp ce trebuie să se închidă.
Figura 10. Triac cu circuit de protecție RC
Cu o sarcină inductivă a unui triac sau atunci când se protejează împotriva supratensiunilor externe, este de dorit să se utilizeze un lanț protector RC pentru a limita influența dV / dt și a curentului de suprasarcină (Fig.10).
Calcularea valorilor R și C depinde de câțiva parametri, dintre care: - valoarea curentului în sarcină, valorile inductanței și rezistența nominală la sarcină, tensiunea de funcționare, caracteristicile triacului.
Agregatul acestor parametri este dificil de descris corect, deci valorile empirice sunt adesea luate în considerare. Includerea unei rezistențe de 100-150 ohmi și a unui condensator de 100 nF oferă rezultate satisfăcătoare. Cu toate acestea, observăm că valoarea rezistenței ar trebui să fie mult mai mică (sau aceeași ordine) decât valoarea încărcării totale, fiind suficient de mare pentru a limita curentul de descărcare al condensatorului pentru a atinge valoarea maximă a di / dt în momentul deblocării.
Lanțul RC îmbunătățește suplimentar includerea unui triac care controlează sarcina inductivă în starea conductivă. Într-adevăr, curentul de descărcare al condensatorului elimină efectul întârzierii curenților inductivi, menținând curentul de funcționare peste valoarea minimă a curentului de reținere Iud (I n).
Figura 11. Protecția triacului cu un varistor
Protecție suplimentară, demnă de atenție, poate fi asigurată prin intermediul unui varistor conectat la terminalele de sarcină inductive. Un alt varistor, conectat în paralel cu tensiunea de alimentare, va întârzia propagarea interferențelor prin rețeaua de alimentare. Protecția triacului este asigurată și atunci când varistorul este conectat în paralel cu bornele A1 și A2 (Figura 11).
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: