Tyristory jsou druhem polovodičového zařízení. Jsou určeny pro regulaci a spínání vysokých proudů. Tyristor umožňuje spínat elektrický obvod, když je na něj přiveden řídicí signál. Díky tomu to vypadá jako tranzistor.

Tyristor má zpravidla tři výstupy, z nichž jeden je řídicí a další dva tvoří cestu pro tok proudu. Jak víme, tranzistor se otevírá úměrně velikosti řídicího proudu. Čím je větší, tím více se tranzistor otevírá a naopak. Tyristor je ale uspořádán jinak. Otevírá se úplně, křečovitě. A co je nejzajímavější, nezavírá se ani při absenci ovládacího signálu.

Princip fungování

Zvažte činnost tyristoru podle následujícího jednoduchého schématu.

Žárovka nebo LED je připojena k anodě tyristoru a kladný výstup napájecího zdroje je k ní připojen přes spínač K2. Tyristorová katoda je připojena k zápornému napájecímu zdroji. Po zapnutí obvodu je tyristor pod napětím, ale LED nesvítí.

Pokud stisknete tlačítko K1, proud přes rezistor půjde do řídicí elektrody a LED dioda začne svítit. Na schématech je často označen písmenem „G“, což znamená brána, nebo v ruštině závěrka (řídicí výstup).

Rezistor omezuje výstupní řídicí proud. Minimální provozní proud tohoto uvažovaného tyristoru je 1 mA a maximální povolený proud je 15 mA. S ohledem na to byl v našem obvodu vybrán rezistor s odporem 1 kOhm.

Pokud znovu stisknete tlačítko K1, nebude to mít vliv na tyristor a nic se nestane. Pro převedení tyristoru do zavřeného stavu je třeba vypnout síťový vypínač K2. Při opětovném připojení napájení se tyristor vrátí do původního stavu.

Toto polovodičové zařízení je ve skutečnosti elektronický klíč se západkou. K přechodu do zavřeného stavu dochází i při poklesu napájecího napětí na anodě na určité minimum, přibližně 0,7 voltu.

Vlastnosti zařízení

K fixaci zapnutého stavu dochází kvůli zvláštnostem vnitřní struktury tyristoru. Příklad diagramu vypadá takto:

Obvykle je prezentován ve formě dvou tranzistorů různých struktur, vzájemně propojených. Empiricky můžete zkontrolovat, jak fungují tranzistory zapojené podle tohoto schématu. Existují však rozdíly v charakteristice proud-napětí. A také je třeba vzít v úvahu, že zařízení byla původně navržena tak, aby vydržela vysoké proudy a napětí. U většiny těchto zařízení je kovový vývod, na který lze upevnit radiátor pro odvod tepelné energie.

Tyristory se vyrábí v různých pouzdrech. Nízkopříkonová zařízení nemají chladič. Běžné domácí tyristory jsou následující. Mají masivní kovové pouzdro a odolávají vysokým proudům.

Základní parametry tyristorů

• Maximální povolený dopředný proud . Toto je maximální hodnota proudu otevřeného tyristoru. Ve výkonných zařízeních dosahuje stovek ampér.
• Maximální povolený zpětný proud .
• dopředné napětí . Toto je pokles napětí při maximálním proudu.
• zpětné napětí . Jedná se o maximální dovolené napětí na tyristoru v sepnutém stavu, při kterém může tyristor pracovat, aniž by došlo k narušení jeho výkonu.
• Zapínací napětí . Toto je minimální napětí aplikované na anodu. To se týká minimálního napětí, při kterém je obecně možný provoz tyristoru.
• Minimální proud řídící elektrody . Je nutné zapnout tyristor.
• Maximální přípustný řídicí proud .
• Maximální povolený ztrátový výkon .

Dynamický parametr

Doba přechodu tyristoru z uzavřeného do otevřeného stavu když dorazí signál.

Typy tyristorů

Podle způsobu řízení se dělí na:

• Diodové tyristory, nebo jinak dinistory. Otevírají se vysokonapěťovým impulsem, který je aplikován na katodu a anodu.
• Triodové tyristory nebo trinistory. Jsou otevřeny řídicím proudem elektrody.

Triodové tyristory se zase dělí:

• Katodové řízení - napětí, které tvoří řídicí proud, je přiváděno na řídicí elektrodu a katodu.
• Řízení anody - na elektrodu a anodu je přivedeno řídicí napětí.

Tyristor je zablokován:

• Snížení anodového proudu - katoda je menší než přídržný proud.
• Přivedením blokovacího napětí na řídicí elektrodu.

Podle reverzní vodivosti se tyristory dělí:

• Zpětné vodivé - mají malé zpětné napětí.
• Reverzní nevodivé - reverzní napětí se rovná nejvyššímu propustnému napětí v uzavřeném stavu.
• Při nestandardní hodnotě zpětného napětí - výrobci hodnotu této hodnoty neurčují. Taková zařízení se používají v místech, kde je vyloučeno zpětné napětí.
• Triak - prochází proudy ve dvou směrech.

Při použití triaků musíte vědět, že fungují podmíněně symetricky. Hlavní část triaku se otevře, když se na řídicí elektrodu přivede kladné napětí ve srovnání s katodou a na anodě může být jakákoliv polarita. Pokud však na anodu přichází záporné napětí a na řídicí elektrodu kladné napětí, triaky se neotevřou a mohou selhat.

Podle rychlosti děleno časem odemknutí (zapnuto) a časem zamknutí (vypnuto).

Oddělení tyristorů silou

Když tyristor pracuje v režimu klíče, je nejvyšší výkon spínané zátěže určen napětím na tyristoru v otevřeném stavu při nejvyšším proudu a nejvyšším ztrátovém výkonu.

Efektivní hodnota proudu do zátěže by neměla být vyšší než maximální ztrátový výkon dělený napětím naprázdno.

Jednoduchá signalizace založená na tyristoru

Na bázi tyristoru si můžete vyrobit jednoduchý alarm, který bude reagovat na světlo zvukem pomocí piezo emitoru. Řídicí výstup tyristoru je buzen přes fotorezistor a ladicí odpor. Světlo dopadající na fotorezistor snižuje jeho odpor. A do řídicího výstupu tyristoru začne téct odblokovací proud, dostatečný k jeho otevření. Poté se zapne bzučák.

Ladicí rezistor je určen k nastavení citlivosti zařízení, tedy prahové hodnoty odezvy při ozáření světlem. Nejzajímavější je, že i při nedostatku světla zůstává tyristor stále otevřený a signalizace se nezastaví.

Pokud nainstalujete světelný paprsek naproti fotocitlivému prvku tak, aby svítil mírně pod okno, získáte nejjednodušší kouřový senzor. Kouř vstupující mezi světelný zdroj a přijímač rozptýlí světlo, což spustí alarm. Toto zařízení nutně potřebuje pouzdro, aby přijímač světla nepřijímal světlo ze slunce nebo umělých zdrojů světla.

Tyristor můžete otevřít jiným způsobem. K tomu stačí krátce přivést malé napětí mezi řídicí svorku a katodu.

Tyristorový regulátor výkonu

Nyní zvažte použití tyristoru pro zamýšlený účel. Uvažujme jednoduchý obvod tyristorového regulátoru výkonu, který bude fungovat ze sítě 220 V AC. Schéma je jednoduché a obsahuje pouze pět částí.

• Polovodičová dioda VD.
• Variabilní odpor R1.
• Pevný odpor R2.
• Kondenzátor C.
• Tyristor VS.

Jejich doporučené jmenovité hodnoty jsou uvedeny v diagramu. Jako diodu můžete použít KD209, tyristor KU103V nebo výkonnější. Je žádoucí použít rezistory s výkonem nejméně 2 watty, elektrolytický kondenzátor pro napětí nejméně 50 voltů.

Tento obvod reguluje pouze jeden půlcyklus síťového napětí. Pokud si představíme, že jsme z obvodu vyjmuli všechny prvky kromě diody, pak jím projde jen polovina vlny střídavého proudu a jen polovina výkonu půjde do zátěže, např. do páječky nebo žárovka.

Tyristor umožňuje přeskočit další, relativně vzato, části půlcyklu odříznutého diodou. Když změníte polohu proměnného odporu R1, změní se výstupní napětí.

Řídící výstup tyristoru je připojen ke kladné svorce kondenzátoru. Když napětí na kondenzátoru stoupne na spínací napětí tyristoru, otevře se a projde určitou částí kladného půlcyklu. Proměnný odpor určí rychlost nabíjení kondenzátoru. A čím rychleji se nabije, tím dříve se tyristor otevře a bude mít čas přeskočit část kladného půlcyklu před změnou polarity.

Záporná půlvlna nevstupuje do kondenzátoru a napětí na něm má stejnou polaritu, takže není děsivé, že má polaritu. Obvod umožňuje měnit výkon od 50 do 100 %. Pro páječku je to tak akorát.

Tyristorem prochází proud v jednom směru od anody ke katodě. Existují však odrůdy, které procházejí proudem v obou směrech. Říká se jim symetrické tyristory nebo triaky. Používají se pro řízení zátěže ve střídavých obvodech. Na nich je založeno velké množství obvodů regulátoru výkonu.

Tyristor je elektronický výkonový částečně ovládaný klíč. Toto zařízení může být pomocí řídicího signálu pouze ve vodivém stavu, to znamená být zapnuto. Pro jeho vypnutí je nutné provést speciální opatření, která zajistí, že propustný proud klesne na nulu. Princip činnosti tyristoru je jednosměrné vedení, v sepnutém stavu snese nejen stejnosměrné, ale i zpětné napětí.

Vlastnosti tyristoru

Tyristory jsou podle svých kvalit polovodičová zařízení. V jejich polovodičovém plátku jsou sousední vrstvy s různými typy vodivosti. Každý tyristor je tedy zařízení se čtyřvrstvou strukturou p-p-p-p.

Kladný pól zdroje napětí je připojen k krajní oblasti p-struktury. Proto se tato oblast nazývá anoda. Opačná oblast typu n, kde je připojen záporný pól, se nazývá katoda. Výstup z vnitřní oblasti se provádí pomocí p-kontrolní elektrody.

Klasický tyristorový model se skládá ze dvou, které mají různé stupně vodivosti. V souladu s tímto schématem jsou spojeny základna a kolektor obou tranzistorů. V důsledku tohoto spojení je báze každého tranzistoru napájena kolektorovým proudem druhého tranzistoru. Získá se tak obvod s kladnou zpětnou vazbou.

Pokud v řídicí elektrodě není žádný proud, pak jsou tranzistory v uzavřené poloze. Zátěží neprotéká žádný proud a tyristor zůstává uzavřený. Když je proud aplikován nad určitou úroveň, vstupuje do hry pozitivní zpětná vazba. Proces se stává lavinou, po které se oba tranzistory otevřou. V konečném důsledku po otevření tyristoru dojde k jeho stabilnímu stavu, i když dojde k přerušení proudu.

Tyristorový provoz na stejnosměrný proud

Vzhledem k elektronickému tyristoru, jehož princip činnosti je založen na jednosměrném toku proudu, je třeba poznamenat jeho provoz na stejnosměrný proud.

Klasický tyristor se zapíná přivedením proudového impulsu do řídicího obvodu. Toto napájení se provádí ze strany s kladnou polaritou, naproti katodě.

Během zapínání je trvání přechodového děje určeno povahou zátěže, amplitudou a rychlostí, jakou impuls řídicího proudu stoupá. Tento proces navíc závisí na teplotě vnitřní struktury tyristoru, zatěžovacím proudu a přiloženém napětí. V obvodu, kde je instalován tyristor, by nemělo docházet k nepřijatelnému tempu růstu napětí, které může vést k jeho samovolnému sepnutí.

Režim zpětného uzamčení

Rýže. 3. Režim zpětného blokování tyristoru

Dva hlavní faktory omezují režimy zpětného členění a dopředného členění:

1. Punkce vyčerpané oblasti.

V režimu blokování zpětného chodu se na anodu zařízení přivádí napětí, které je záporné vzhledem ke katodě; přechody J1 a J3 jsou obrácené, zatímco přechod J2 je předpětí (viz obr. 3). V tomto případě většina použitého napětí klesne na jednom z přechodů J1 nebo J3 (v závislosti na stupni dotování různých oblastí). Nechť je to přechod J1. V závislosti na tloušťce W n1 vrstvy n1 je průraz způsoben zmnožením laviny (tloušťka ochuzené oblasti při průrazu je menší než W n1) nebo proražením (ochuzená vrstva se rozprostírá přes celou oblast n1, přechody J1 a J2 jsou uzavřeny).

Režim přímého zámku

Při přímém blokování je napětí na anodě kladné vzhledem ke katodě a pouze přechod J2 je obráceně vychýlen. Přechody J1 a J3 jsou směrované dopředu. Většina aplikovaného napětí klesá na přechodu J2. Prostřednictvím přechodů J1 a J3 jsou do oblastí sousedících s přechodem J2 injektovány minoritní nosiče, které snižují odpor přechodu J2, zvyšují proud skrz něj a snižují pokles napětí na něm. S nárůstem propustného napětí roste proud tyristorem nejprve pomalu, což odpovídá úseku 0-1 na I–V charakteristice. V tomto režimu lze tyristor považovat za uzamčený, protože odpor přechodu J2 je stále velmi vysoký. Jak se napětí na tyristoru zvyšuje, klesá podíl napětí na J2 a napětí na J1 a J3 rostou rychleji, což způsobuje další zvýšení proudu přes tyristor a zvýšení injekce minoritního nosiče do oblasti J2. Při určité hodnotě napětí (řádově desítky nebo stovky voltů) se nazývá spínací napětí V BF(bod 1 na I–V charakteristice), proces nabývá lavinovitého charakteru, tyristor přejde do stavu s vysokou vodivostí (sepne) a nastaví se v něm proud určený napětím zdroje a odporem. vnějšího okruhu.

Dvoutranzistorový model

K vysvětlení vlastností zařízení v režimu přímého vypnutí je použit dvoutranzistorový model. Tyristor si lze představit jako spojení mezi tranzistorem p-n-p a tranzistorem n-p-n, přičemž kolektor každého z nich je připojen k bázi druhého, jak je znázorněno na obr. 4 pro triodový tyristor. Centrální přechod funguje jako kolektor děr vstřikovaných přechodem J1 a elektronů vstřikovaných přechodem J3. Vztah mezi emitorovými proudy TJ, sběratel já C a základny já B a statický proudový zisk α 1 p-n-p tranzistor je také znázorněn na Obr. 4, kde I Co je zpětný saturační proud přechodu kolektor-báze.

Rýže. 4. Dvoutranzistorový model triodového tyristoru, zapojení tranzistorů a poměr proudů v p-n-p tranzistoru.

Podobné vztahy lze získat pro npn tranzistor, když je směr proudů obrácen. Z Obr. 4 vyplývá, že kolektorový proud tranzistoru npn je zároveň proud báze tranzistoru pnp. Podobně kolektorový proud p-n-p tranzistoru a řídicí proud Ig proudí do báze npn tranzistoru. V důsledku toho, když celkový zisk uzavřené smyčky překročí 1, je možný regenerační proces.

Základní proud tranzistoru p-n-p je Já B1= (1 - α 1) IA - Já Co1. Tento proud protéká i kolektorem tranzistoru NPN. Kolektorový proud tranzistoru n-p-n se ziskem α 2 je roven Já C2= α 2 já K + Já Co2.

Zrovnoprávnění Já B1 A Já C2, dostaneme (1 - α 1) IA - Já Co1= α 2 já K + Já Co2. Protože já K = IA + Ig, pak

Rýže. 5. Diagram energetického pásma v režimu dopředného zkreslení: rovnovážný stav, režim přímého blokování a režim dopředného vedení.

Tato rovnice popisuje statickou odezvu zařízení v rozsahu napětí až do průrazu. Po poruše zařízení funguje jako p-i-n-dioda. Všimněte si, že všechny členy v čitateli na pravé straně rovnice jsou malé, zatímco člen α 1 + α 2< 1, ток IA malý (Samotné koeficienty α1 a α2 závisí na IA a obvykle rostou s rostoucím proudem) Je-li α1 + α2 = 1, pak jmenovatel zlomku zmizí a dojde k přímému průrazu (nebo sepne tyristor). Je třeba poznamenat, že pokud je polarita napětí mezi anodou a katodou obrácená, pak přechody J1 a J3 budou obrácené předpětí a J2 bude předpětí. Za takových podmínek nedochází k poruše, protože pouze centrální spoj funguje jako emitor a regenerační proces se stává nemožným.

Šířka ochuzených vrstev a diagramy energetických pásem v rovnováze v režimu přímého blokování a přímého vedení jsou znázorněny na Obr. 5. V rovnováze jsou ochuzená oblast každého přechodu a kontaktní potenciál určeny profilem distribuce nečistot. Když je na anodu přivedeno kladné napětí, přechod J2 má tendenci se posouvat v opačném směru, zatímco přechody J1 a J3 mají tendenci se pohybovat dopředu. Pokles napětí mezi anodou a katodou se rovná algebraickému součtu poklesů napětí na přechodech: VAK = V 1 + V 2 + V 3. S rostoucím napětím se zvyšuje proud skrz zařízení a následně se zvyšují α1 a α2. Vzhledem k regenerační povaze těchto procesů zařízení nakonec přejde do otevřeného stavu. Po zapnutí tyristoru musí být proud, který jím protéká, omezen odporem vnější zátěže, jinak při dostatečně vysokém napětí tyristor selže. V zapnutém stavu je přechod J2 vychýlen v propustném směru (obr. 5, c) a úbytek napětí V AK = (V 1 - | V 2| + V 3) se přibližně rovná součtu napětí na jednom předepjatém přechodu a napětí na saturovaném tranzistoru.

Režim dopředného vedení

Když je tyristor zapnutý, všechny tři spoje jsou předpětí. Díry jsou injektovány z oblasti p1 a elektrony z oblasti n2 a struktura n1-p2-n2 se chová podobně jako nasycený tranzistor s kontaktem diody odstraněným do oblasti n1. Proto je zařízení jako celek podobné p-i-n (p + -i-n +) diodě ...

Klasifikace tyristorů

• diodový tyristor (doplňkový název "dinistor") - tyristor se dvěma výstupy
  • tyristorová dioda, nevodivá v opačném směru
  • tyristorová dioda, vedoucí v opačném směru
  • tyristorová dioda symetrická (další název "diak")
• triodový tyristor (přídavný název "trinistor") - tyristor se třemi výstupy
  • triodový tyristor, nevedoucí v opačném směru (doplňkový název "tyristor")
  • triodový tyristor, vedoucí v opačném směru (další název "tyristor-dioda")
  • symetrický triodový tyristor (další název „triak“, neformální název „triak“)
  • triodový asymetrický tyristor
  • uzamykatelný tyristor (doplňkový název "vypínatelný triodový tyristor")

Rozdíl mezi dinistorem a trinistorem

Mezi dinistorem a trinistorem nejsou žádné zásadní rozdíly, nicméně pokud se dinistor otevře při dosažení určitého napětí mezi vývody anody a katody, v závislosti na typu tohoto dinistoru, pak v trinistoru lze otevírací napětí speciálně snížit přivedením proudového impulsu o určité délce a hodnotě na jeho řídící elektrodu s kladným potenciálovým rozdílem mezi anodou a katodou a konstrukčně se trinistor liší pouze přítomností řídící elektrody. SCR jsou nejběžnější zařízení z rodiny "tyristorů".

Rozdíl mezi triodovým tyristorem a uzamykatelným tyristorem

Přepnutí do uzavřeného stavu konvenčních tyristorů se provádí buď snížením proudu tyristorem na hodnotu já h nebo změnou polarity napětí mezi katodou a anodou.

Uzamykatelné tyristory, na rozdíl od klasických tyristorů, mohou vlivem proudu řídicí elektrody přejít z uzavřeného stavu do stavu otevřeného a naopak. K uzavření uzamykatelného tyristoru je nutné, aby řídicí elektrodou prošel proud opačné polarity, než je polarita, která způsobila jeho otevření.

triak

Triak (symetrický tyristor) je polovodičová součástka, ve své struktuře je obdobou antiparalelního zapojení dvou tyristorů. Schopný procházet elektrický proud v obou směrech.

Charakteristika tyristoru

Moderní tyristory se vyrábí pro proudy od 1 mA do 10 kA; pro napětí od několika V do několika kV; rychlost nárůstu dopředného proudu v nich dosahuje 10 9 A / s, napětí - 10 9 V / s, doba zapnutí je od několika desetin do několika desítek mikrosekund, doba vypnutí je od několika jednotek do několika stovek mikrosekundy; Účinnost dosahuje 99 %.

aplikace

• Řízené usměrňovače
• Převodníky (invertory)
• Regulátory výkonu (stmívače)

viz také

• CDI (Capacitor Discharge Ignition)

Poznámky

Literatura

• GOST 15133-77.
• Kublanovský. Tyristorová zařízení Ya.S. - 2. vyd., přepracováno. a doplňkové - M.: Rozhlas a komunikace, 1987. - 112 s.: nemoc. - (Hromadná rozhlasová knihovna. Vydání 1104).

Odkazy

• Tyristory: princip činnosti, konstrukce, typy a způsoby zařazení
• Ovládání tyristoru a triaku pomocí mikrokontroléru nebo digitálního obvodu
• Převodníky v napájecích systémech
• Rogačev K.D. Moderní výkonové tyristory.
• Domácí analogy importovaných tyristorů
• Referenční knihy o tyristorech a analogech, Výměna tyristorů, výměna diod. Zenerovy diody

Pasivní pevné skupenství	Rezistor Variabilní rezistor Trimr rezistor Varistor Kondenzátor Variabilní kondenzátor Trimmer kondenzátor Induktor Quartz rezonátor Pojistka Resetovatelná pojistka Transformátor
Aktivní pevný stav	Dioda· LED · Fotodioda · polovodičový laser · Schottkyho dioda· Zenerova dioda · Stabistor · Varicap · Varicond · Diodový můstek · Lavinová dioda · tunelová dioda · Gunnova dioda Tranzistor · bipolární tranzistor · Tranzistor s efektem pole · CMOS tranzistor ·

Tyristory jsou široce používány v polovodičových zařízeních a měničích. Na tyristorech byly stavěny různé zdroje, frekvenční měniče, regulátory, budiče pro synchronní motory a mnoho dalších zařízení, v poslední době je nahrazují tranzistorové měniče. Hlavním úkolem tyristoru je zapnout zátěž v okamžiku, kdy je přiveden řídicí signál. V tomto článku se podíváme na to, jak ovládat tyristory a triaky.

Definice

Tyristor (trinistor) je polovodičový polořízený klíč. Polořízené - znamená, že tyristor můžete pouze zapnout, vypne se pouze při přerušení proudu v obvodu nebo pokud je na něj přivedeno zpětné napětí.

Stejně jako dioda vede proud pouze jedním směrem. To znamená, že pro zapnutí obvodu střídavého proudu pro ovládání dvou půlvln potřebujete dva tyristory, jeden pro každý, i když ne vždy. Tyristor se skládá ze 4 polovodičových oblastí (p-n-p-n).

Další podobné zařízení se nazývá obousměrný tyristor. Jeho hlavní rozdíl je v tom, že může vést proud v obou směrech. Ve skutečnosti jde o dva tyristory zapojené paralelně k sobě.

Hlavní charakteristiky

Stejně jako všechny ostatní elektronické součástky mají tyristory řadu charakteristik:

Pokles napětí při maximálním anodovém proudu (VT nebo Uoc).

Dopředné napětí v zavřeném stavu (VD (RM) nebo Vss).

Zpětné napětí (VR(PM) nebo Uobr).

Dopředný proud (IT nebo Ipr) je maximální proud v zapnutém stavu.

Maximální povolený dopředný proud (ITSM) je maximální špičkový proud v zapnutém stavu.

Zpětný proud (IR) - proud při určitém zpětném napětí.

Stejnosměrný proud v zavřeném stavu při určitém propustném napětí (ID nebo Isc).

Konstantní spouštěcí řídicí napětí (VGT nebo UU).

Řídicí proud (IGT).

Maximální řídicí proud IGM elektrody.

Maximální přípustný ztrátový výkon na řídicí elektrodě (PG nebo Pu)

Princip činnosti

Když je tyristor pod napětím, nevede proud. Existují dva způsoby, jak jej zapnout - přiveďte dostatečné napětí mezi anodu a katodu, abyste ji otevřeli, pak se její činnost nebude lišit od dinistoru.

Dalším způsobem je přivedení krátkého impulsu na řídicí elektrodu. Vypínací proud tyristoru se pohybuje v rozmezí 70-160 mA, i když v praxi tato hodnota, stejně jako napětí, které musí být na tyristor přivedeno, závisí na konkrétním modelu a instanci polovodičové součástky a dokonce i na podmínkách v které provozuje, např. okolní teplota.prostředí.

Kromě řídicího proudu existuje takový parametr, jako je přídržný proud - to je minimální anodový proud pro udržení tyristoru v otevřeném stavu.

Po otevření tyristoru lze vypnout řídicí signál, tyristor bude otevřený, dokud jím protéká stejnosměrný proud a je přivedeno napětí. To znamená, že ve střídavém obvodu bude tyristor během té půlvlny otevřený, jejíž napětí posune tyristor v propustném směru. Když napětí klesne na nulu, sníží se i proud. Když proud v obvodu klesne pod přídržný proud tyristoru, sepne (vypne).

Polarita řídicího napětí musí odpovídat polaritě napětí mezi anodou a katodou, jak vidíte na výše uvedených průběhech.

Ovládání triaku je podobné, i když má některé funkce. K ovládání triaku v obvodu střídavého proudu jsou potřeba dva řídicí napěťové impulsy - pro každou půlvlnu sinusoidy, resp.

Po přivedení řídicího impulsu v první půlvlně (podmíněně kladné) sinusového napětí bude proud protékat triakem až do začátku druhé půlvlny, po které se uzavře, jako běžný tyristor. Poté musíte vydat další řídicí impuls, abyste otevřeli triak na záporné půlvlně. To je jasně znázorněno na následujících křivkách.

Polarita řídicího napětí musí odpovídat polaritě aplikovaného napětí mezi anodou a katodou. Z tohoto důvodu vznikají problémy při ovládání triaků pomocí digitálních logických obvodů nebo z výstupů mikrokontroléru. To se ale snadno vyřeší instalací triakového ovladače, o kterém si povíme později.

Běžné tyristorové nebo triakové řídicí obvody

Nejběžnějším obvodem je triakový nebo tyristorový regulátor.

Zde se tyristor otevře poté, co je na kondenzátoru dostatečná hodnota pro jeho otevření. Okamžik otevření se reguluje pomocí potenciometru nebo proměnného odporu. Čím větší je jeho odpor, tím pomaleji se kondenzátor nabíjí. Rezistor R2 omezuje proud procházející řídicí elektrodou.

Tento obvod reguluje oba poloviční cykly, což znamená, že získáte plnou regulaci výkonu od téměř 0 % do téměř 100 %. Toho bylo dosaženo nastavením regulátoru, tím je regulována jedna z půlvln.

Níže je znázorněno zjednodušené schéma, zde je regulována pouze polovina periody, druhá půlvlna prochází beze změny diodou VD1. Princip fungování je podobný.

Triakový regulátor bez diodového můstku umožňuje ovládat dvě půlvlny.

Principem fungování je téměř podobný předchozím, ale je s jeho pomocí postaven na triaku, obě půlvlny jsou již regulovány. Rozdíly jsou v tom, že zde je řídicí impuls aplikován pomocí obousměrného DB3 dinistoru po nabití kondenzátoru na požadované napětí, obvykle 28-36 Voltů. Rychlost nabíjení je také řízena proměnným odporem nebo potenciometrem. Takové schéma je implementováno ve většině.

Zajímavý:

Takové obvody regulace napětí se nazývají SIFU - pulzní fázový řídicí systém.

Obrázek výše ukazuje na příkladu možnost ovládání triaku pomocí mikrokontroléru. Triakový ovladač se skládá z opto-triaku a LED. Protože je ve výstupním obvodu budiče instalován optotriak, je na řídicí elektrodu vždy přivedeno napětí požadované polarity, ale jsou zde určité nuance.

Faktem je, že pro nastavení napětí pomocí triaku nebo tyristoru musíte v určitém okamžiku použít řídicí signál, aby došlo k fázovému řezu na požadovanou hodnotu. Pokud budete střílet náhodně s řídicími impulsy, obvod jistě bude fungovat, ale úpravy nebudou fungovat, takže je třeba určit okamžik, kdy půlvlna projde nulou.

Vzhledem k tomu, že na polaritě půlvlny nám v současné době nezáleží, stačí pouze sledovat okamžik přechodu nulou. Takový uzel v obvodu se nazývá zero detector nebo zero detector a v anglických zdrojích se nazývá „zero crossing detector circuit“ neboli ZCD. Varianta takového obvodu s detektorem průchodu nulou na tranzistorovém optočlenu vypadá takto:

Optodriverů pro triakové ovládání je mnoho, typické jsou řady MOC304x, MOC305x, MOC306X vyráběné firmou Motorola a další. Tyto ovladače navíc poskytují galvanické oddělení, které zachrání váš mikrokontrolér v případě poruchy polovodičového spínače, což je docela možné a pravděpodobné. Zvýší také bezpečnost práce s řídicími obvody, přičemž obvod zcela rozdělí na „silový“ a „provozní“.

Závěr

Řekli jsme si základní informace o tyristorech a triacích a také o jejich ovládání v obvodech se „změnou“. Stojí za zmínku, že jsme se nedotkli tématu uzamykatelných tyristorů, pokud vás tato problematika zajímá - napište komentáře a budeme je podrobněji zvažovat. Rovněž nebyly brány v úvahu nuance použití a ovládání tyristorů ve výkonových indukčních obvodech. Pro ovládání „konstanty“ je lepší použít tranzistory, protože v tomto případě se rozhodnete, kdy se klíč otevře a kdy se zavře, podle řídicího signálu ...

Tyristory jsou polovodičová elektronická zařízení s vysokou spínací rychlostí. Tato zařízení lze použít k ovládání všech druhů elektronických součástek s nízkou spotřebou. Spolu s nízkopříkonovou elektronikou je však výkonová zařízení úspěšně řízena pomocí tyristorů. Zvažte klasické obvody pro zapínání tyristoru pod kontrolou dostatečně vysokých zátěží, například elektrické lampy, elektromotory, elektrické ohřívače atd.

Zařazení polovodiče v otevřeném stavu je možné přivedením malého startovacího proudového impulsu na řídicí elektrodu U.

Když tyristor prochází zatěžovacím proudem v propustném směru, je anodová elektroda A kladná vzhledem ke katodové elektrodě K, pokud jde o regenerativní sevření.

Spouštěcí impuls pro Y elektrodu by měl zpravidla trvat několik mikrosekund. Čím je však puls delší, tím rychleji dochází k vnitřnímu lavinovému rozpadu. Prodlužuje také otevírací dobu přechodu. Ale nesmí být překročen maximální proud brány.

Schéma 1: KN1, KN2 - tlačítka bez fixace; L1 - zátěž ve formě žárovky 100 W; R1, R2 - konstantní odpory 470 Ohm a 1 kOhm

Tento jednoduchý obvod zapnutí/vypnutí se používá k ovládání žárovky. Mezitím lze obvod použít jako komutátor pro elektromotor, ohřívač a jakoukoli jinou zátěž navrženou pro napájení konstantním napětím.

Zde má tyristor dopředně předpjatý přechodový stav a zapíná se v režimu zkratu normálně otevřeným tlačítkem KN1.

Toto tlačítko spojuje řídicí elektrodu Y se zdrojem energie přes odpor R1. Pokud je hodnota R1 nastavena příliš vysoko vzhledem k napájecímu napětí, zařízení nebude fungovat.

Stačí stisknout tlačítko KN1, tyristor se přepne do stavu přímého vodiče a zůstane v tomto stavu bez ohledu na další polohu tlačítka KN1. V tomto případě proudová složka zátěže vykazuje větší hodnotu než upínací proud tyristoru.

Výhody a nevýhody použití tyristoru

Jednou z hlavních výhod použití těchto polovodičů jako spínače se zdá být velmi vysoký proudový zisk. Tyristor je zařízení, které je ve skutečnosti řízeno proudem.

Katodový rezistor R2 je obvykle součástí, aby se snížila citlivost elektrody Y a zvýšila se schopnost poměru napětí k proudu, což zabraňuje nesprávnému provozu zařízení.

Když tyristor zapadne a zůstane ve stavu „zapnuto“, lze tento stav resetovat pouze přerušením napájení nebo snížením anodového proudu na nižší udržovací hodnotu.

Proto je logické použít normálně zavřené tlačítko KH2 k otevření obvodu, snížení proudu protékajícího tyristorem na nulu, což přinutí zařízení přejít do stavu "vypnuto".

Schéma má však i nevýhodu. Mechanický normálně zavřený spínač KN2 musí být dostatečně výkonný, aby odpovídal výkonu celého obvodu.

V zásadě by se dal jednoduše nahradit polovodič výkonným mechanickým spínačem. Jedním ze způsobů, jak překonat problém s napájením, je připojit spínač paralelně k tyristoru.

Schéma 2: KN1, KN2 - tlačítka bez fixace; L1 - žárovka 100 W; R1, R2 - konstantní odpory 470 Ohm a 1 kOhm

Upřesnění obvodu - zapnutí normálně otevřeného spínače nízkého výkonu paralelně s přechodem A-K má následující účinek:

• aktivace KH2 vytváří "zkrat" mezi elektrodami A a K,
• upínací proud klesne na minimální hodnotu,
• zařízení přejde do stavu „vypnuto“.

Tyristor ve střídavém obvodu

Při připojení ke zdroji střídavého proudu funguje tyristor trochu jinak. To je způsobeno periodickou změnou polarity střídavého napětí.

Proto aplikace napájené střídavým proudem automaticky povedou ke stavu spoje s obráceným předpětím. To znamená, že během poloviny každého cyklu bude zařízení ve stavu „vypnuto“.

U varianty se střídavým napětím je spouštěcí obvod tyristoru podobný obvodu se stejnosměrným napájením. Rozdíl je nepatrný - absence přídavného spínače KN2 a přidání diody D1.

Díky diodě D1 je zabráněno zpětnému předpětí vzhledem k řídicí elektrodě Y.

Během kladného půlcyklu sinusového průběhu je zařízení předpětí vpřed, ale při vypnutém spínači KH1 je do tyristoru přiveden nulový hradlový proud a zařízení zůstává „vypnuto“.

V záporné polovině cyklu zařízení obdrží zpětné předpětí a také zůstane „vypnuto“, bez ohledu na stav spínače KH1.

Schéma 3: KN1 - západkový spínač; D1 - jakákoli dioda pro vysoké napětí; R1, R2 - konstantní odpory 180 Ohm a 1 kOhm, L1 - žárovka 100 W

Pokud je spínač KN1 sepnutý, na začátku každého kladného půlcyklu zůstane polovodič zcela „vypnutý“.

Ale v důsledku dosažení dostatečného kladného spouštěcího napětí (zvýšení řídicího proudu) na Y elektrodě se tyristor přepne do stavu „zapnuto“.

Blokování stavu přidržení zůstává stabilní během kladného polovičního cyklu a je automaticky resetováno, když kladný poloviční cyklus skončí. Pochopitelně od té doby zde anodový proud klesne pod aktuální hodnotu.

Během dalšího záporného polovičního cyklu bude zařízení zcela „vypnuto“ až do dalšího kladného polovičního cyklu. Poté se proces znovu opakuje.

Ukazuje se, že zátěž má pouze polovinu dostupného výkonu napájecího zdroje. Tyristor se chová jako a vede střídavý proud pouze během kladných půlcyklů, když je přechod předpjatý dopředu.

Ovládání půlvlny

Tyristorové fázové řízení je nejběžnější formou řízení střídavého napájení.

Níže je uveden příklad základního obvodu řízení fáze. Zde je hradlové napětí tyristoru tvořeno obvodem R1C1 přes spouštěcí diodu D1.

Během kladného půlcyklu, když je přechod předpětím vpřed, se kondenzátor C1 nabíjí přes rezistor R1 z napájecího napětí obvodu.

Řídicí elektroda Y je aktivována pouze tehdy, když úroveň napětí v bodě "x" spustí diodu D1. Kondenzátor C1 se vybije na řídicí elektrodu Y, čímž se zařízení uvede do stavu "zapnuto".

Doba trvání kladné poloviny cyklu, kdy se vedení otevře, je řízena časovou konstantou obvodu R1C1, nastavenou proměnným rezistorem R1.

Schéma 4: KN1 - západkový spínač; R1 - proměnný odpor 1 kOhm; C1 - kondenzátor 0,1 mikrofarad; D1 - jakákoli dioda pro vysoké napětí; L1 - žárovka 100 W; P - sinusoida vodivosti

Zvýšení hodnoty R1 vede ke zpoždění spouštěcího napětí aplikovaného na tyristorovou řídicí elektrodu, což zase způsobí zpoždění v době vedení zařízení.

Výsledkem je, že zlomek půlcyklu, kde zařízení vede, lze nastavit v rozsahu 0-180º. To znamená, že polovina výkonu rozptýleného zátěží (výbojkou) je nastavitelná.

Existuje mnoho způsobů, jak dosáhnout plného vlnového řízení tyristorů. Můžete například zahrnout jeden polovodič do obvodu usměrňovače diodového můstku. Touto metodou je snadné převést proměnnou složku na jednosměrný tyristorový proud.

Za běžnější způsob se však považuje použití dvou tyristorů zapojených inverzně paralelně.

Nejpraktičtějším přístupem se zdá být použití jediného triaku. Tento polovodič umožňuje přechod v obou směrech, díky čemuž jsou triaky vhodnější pro spínací obvody střídavého proudu.

Úplné technické uspořádání tyristoru